KR20130121955A - 아크식 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 형태의 아크식 증발원(101)은, 자화 방향이 타깃(102)의 앞면과 평행이 되는 방향을 따르도록 타깃의 외주를 둘러싸도록 배치된 링 형상의 외주 자석(103)과, 자화 방향이 타깃(102)의 앞면과 직교하는 방향을 따르도록 타깃의 배면측에 배치된 배면 자석(104)을 구비한다. 외주 자석(103)의 직경 방향 내측의 자극과 배면 자석(104)의 타깃(102) 측의 자극은 서로 동일한 극성이다.

Description

아크식 증발원 {ARC EVAPORATION SOURCE}

본 발명은 기계 부품 등의 내마모성 등의 향상을 위해 사용되는, 질화물 및 산화물 등의 세라믹막, 비정질 탄소막 등의 박막을 형성하는 성막 장치의 아크식 증발원에 관한 것이다.

종래, 기계 부품, 절삭 공구, 슬라이딩 부품 등의 내마모성, 슬라이딩 특성 및 보호 기능을 향상시킬 목적으로, 당해 부품 및 공구의 기재의 표면에 박막을 코팅하는 물리 증착법이 널리 사용되고 있다. 이 물리 증착법으로서는, 아크 이온 플레이팅법이나, 스퍼터링법이 널리 알려져 있다. 아크 이온 플레이팅법은, 캐소드 방전형의 아크식 증발원을 사용하는 기술이다.

캐소드 방전형의 아크식 증발원(이하, 아크식 증발원이라고 함)은, 캐소드인 타깃 표면에 아크 방전을 발생시키고, 타깃을 구성하는 물질을 순시에 용해 및 증발시켜서 이온화한다. 아크식 증발원은, 아크 방전에 의해 이온화된 그 물질을 피처리물인 기재측으로 끌어들여, 기재 표면에 박막을 형성한다. 이 아크식 증발원에 의하면, 타깃의 증발 속도가 빠르고, 또한 증발한 물질의 이온화율이 높으므로, 성막 시에는 기재에 바이어스를 인가함으로써 치밀한 피막을 형성할 수 있다. 이로 인해, 아크식 증발원은, 절삭 공구 등의 표면에 내마모성 피막을 형성할 목적으로 산업적으로 사용되고 있다.

아크 방전에 의해 증발하는 타깃을 구성하는 원자는, 아크 플라즈마 중에 있어서 고도로 전리 및 이온화한다. 그 경우, 타깃으로부터 기재를 향하는 이온의 수송은 타깃과 기재 사이의 자계에 영향을 받고, 그 궤적은, 타깃으로부터 기재를 향하는 자력선을 따른다.

그러나, 캐소드(타깃)와 애노드 사이에서 발생하는 아크 방전에서는, 캐소드측의 전자 방출점(아크 스폿)을 중심으로 하여 타깃이 증발할 때에 용융된 증발 전의 타깃(매크로 파티클)이, 아크 스폿 근방으로부터 방출되는 경우가 있다. 이 매크로 파티클의 피처리체에의 부착은, 박막의 면조도를 저하시키는 원인이 된다.

이에 관하여, 아크 스폿이 고속으로 이동하면, 매크로 파티클의 양은 억제되는 경향이 있다. 그 아크 스폿의 이동 속도는, 타깃 표면에 인가된 자계에 영향을 받는다.

이러한 문제를 해소하기 위해서, 타깃 표면에 자계를 인가함으로써 아크 스폿의 이동을 제어하는 다음과 같은 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1에는, 링 형상의 자장 발생원을 타깃의 주위에 설치함으로써 타깃 표면과 수직인 자장을 인가하는 진공 아크 증발원이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 이 진공 아크 증발원에 의하면, 아크 스폿의 움직임이 고속으로 되어, 용융 입자의 발생을 억제할 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 캐소드의 배면에 자석이 배치된 아크식 증발원이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 타깃의 외주를 둘러싸고, 또한 자화 방향이 타깃 표면과 직교하는 방향을 따른 외주 자석과, 극성이 외주 자석과 동일 방향이고, 또한 자화 방향이 타깃 표면과 직교하는 방향을 따른 배면 자석을 구비한 아크식 증발원이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 이 아크식 증발원에 의하면, 자력선의 직진성을 향상시킬 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 4에는, 타깃의 주위에 배치된 링 형상 자석과 배면의 전자 코일에 의해 타깃 표면과 평행한 자장을 형성하는 아크 증발 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 4에는, 이 아크 증발 장치에 의하면, 타깃의 중심으로부터 그 외측 테두리부까지의 모든 트랙에 따른 아크의 유도가 달성된다고 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 평11-269634호 공보 일본 특허 출원 공개 평08-199346호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-275625호 공보 일본 특허 출원 공표 제2004-523658호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 진공 아크 증발원은, 타깃의 주변부로부터만 타깃 표면에 자장을 인가하고 있기 때문에, 타깃 표면의 중심 부근에서는 자장이 약해진다. 이렇게 자장이 약해진 중심 부근에서 방전하는 경우에는, 매크로 파티클이 많이 방출된다.

이렇게 중심 부근에서 자장이 약해지는 기술은, 대형 타깃을 사용하는 증발원에는 적용이 곤란하다. 또한, 타깃 표면으로부터의 자력선이 기재 방향을 향하여 신장되어 있지 않기 때문에, 증발하여 이온화된 타깃의 물질을 기재 방향을 향하여 효율적으로 유도할 수 없다. 이 문제를 피하기 위해서, 링 형상의 자장 발생원에 부가하는 전류값을 크게 하는 것이 생각된다. 그러나, 전류의 증대에만 의지하는 것에는 발열 등의 문제가 있어, 한도가 있다.

또한, 타깃 표면으로부터의 자력선이 축심으로부터 벗어나는 방향을 향하고 있는 것에 의해, 기재로부터 벗어나는 자력선이 다수 발생해 버린다. 이러한 자력선이 형성되는 자장 형태에서는, 타깃으로부터 증발한 이온이 효율적으로 기재에 수송되지 않기 때문에, 성막 속도가 느려진다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 아크식 증발원에 의하면, 캐소드의 배면의 자석에 의해 캐소드의 표면에 강한 자장을 인가할 수 있지만, 자력선은 캐소드 표면의 중심으로부터 외주(외측)를 향하는 방향으로 신장하고 있다(발산하고 있다). 여기서, 캐소드의 표면에 수직 자장이 인가된 상황에서는, 아크 스폿은 자력선이 쓰러지는 방향으로 이동하는 경향이 있다. 따라서, 방전 시에 아크 스폿이 외주부로 이동하여 방전이 불안정해짐과 함께, 당해 외주부에서만 국소적인 방전이 발생해 버린다. 또한, 타깃으로부터의 자력선이 기재 방향을 향하여 신장되어 있지 않기 때문에, 이온화된 타깃 물질을 효율적으로 기재 방향으로 유도할 수 없다.

특허문헌 3에 개시된 아크식 증발원은, 타깃의 배면에 간격을 두고 배치된 2매의 원판 자석에 의해, 타깃 표면으로부터 기재를 향하는 방향으로 자력선을 발생시키고 있다. 이들 2매의 원판 자석은, 중앙부에 있어서는 직진성이 높은 자력선을 발생시킬 수 있다. 그러나, 중앙부보다도 외주측으로부터 나온 자력선은, 원판 자석의 축심에 대하여 외측 방향으로 발산한다. 이것은, 일반적인 자석의 특성으로서 피하기 어려운 현상이기 때문에, 이온화된 타깃 물질을 효율적으로 기재 방향으로 유도하기 위해서는, 가일층의 개선의 여지가 있다.

또한, 특허문헌 4에 개시된 아크 증발 장치에 의하면, 전자 코일의 중앙부로부터는 직진성이 높은 자력선이 발생하지만, 전자 코일의 중앙부보다도 외주측으로부터 나온 자력선은, 전자 코일의 축심에 대하여 외측 방향으로 발산된다.

즉, 특허문헌 3 및 4에 개시된 기술에서는, 타깃의 배면에 설치하는 자석이나 전자석의 특성상, 타깃의 중앙부만이, 타깃의 앞면으로부터 기재를 향하여 직진성이 높은 자력선을 발생시킬 수 있다. 그로 인해, 특허문헌 3 및 4에 개시된 기술에 의해서도, 성막 속도를 충분히 향상시킬 수 없다.

전술한 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 타깃 표면에 있어서의 자력선의 기울기가 수직이 되도록, 또는 타깃 표면에 있어서의 자력선의 기울기를 캐소드 표면의 외주로부터 중심(내측)을 향하는 방향으로 하도록, 자력선을 제어 가능한 아크식 증발원을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 아크식 증발원은,

타깃의 외주측에 배치된 링 형상의 외주 자석 및 상기 타깃의 배면측에 설치된 배면 자석 중 적어도 어느 하나를 구비하고,

상기 외주 자석 및 상기 배면 자석 중 어느 한쪽이, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖도록 설치됨으로써, 상기 타깃의 증발면을 통과하는 자력선의 방향이 상기 증발면에 대하여 대략 수직인 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 제1 발명에 있어서, 아크식 증발원은,

링 형상의 외주 자석과,

링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,

상기 외주 자석의 자화 방향은, 직경 방향을 따르고 있고,

상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이, 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 타깃의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있고,

상기 자장 발생 기구는, 상기 자장 발생 기구의 축심이 상기 타깃의 앞면과 대략 수직인 방향을 따르도록 상기 타깃의 전방에 배치되어, 상기 타깃의 앞면과 대략 수직 방향이 되는 자장을 발생하는 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 제1 발명에 있어서, 아크식 증발원은,

링 형상의 외주 자석과,

링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,

상기 외주 자석의 자화 방향은, 직경 방향을 따르고 있고,

상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이, 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 외주 자석의 전단부가 상기 타깃의 배면보다도 후방에 위치하도록 설치되어 있고,

상기 자장 발생 기구는, 상기 자장 발생 기구의 축심이 상기 타깃의 앞면과 대략 수직인 방향을 따르도록 상기 타깃의 전방에 배치되어, 상기 타깃의 앞면과 대략 수직 방향이 되는 자장을 발생하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 발명에 있어서, 아크식 증발원은,

링 형상의 외주 자석과,

배면 자석을 구비하고,

상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이, 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 타깃의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있고,

상기 배면 자석은, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따르도록, 상기 타깃의 배면측에 배치되어 있고,

상기 외주 자석의 직경 방향 내측의 자극과, 상기 배면 자석의 상기 타깃측의 자극이 서로 동일한 극성인 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 제2 발명에 있어서, 아크식 증발원은,

링 형상의 외주 자석과,

배면 자석과,

링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,

상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 타깃의 배면보다도 후방에 배치되어 있고,

상기 배면 자석은, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따르도록 배치되어 있고,

상기 외주 자석의 직경 방향 내측의 자극과, 상기 배면 자석의 상기 타깃측의 자극이 서로 동일한 극성이며,

상기 자장 발생 기구는, 상기 배면 자석과 동일한 방향의 자장을 발생하고, 상기 타깃의 앞면을 통과한 자력선을 상기 자장 발생 기구의 직경 방향 내측으로 통과시키도록, 상기 타깃의 전방에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제3 발명에 있어서, 아크식 증발원은,

링 형상의 외주 자석과,

링 형상의 배면 자석을 구비하고,

상기 외주 자석은, 타깃의 외주측을 둘러싸도록 배치되고, 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따름과 함께 전방 또는 후방을 향한 자화 방향이 되는 극성을 갖고,

상기 배면 자석은, 상기 타깃의 배면측에 배치되고, 상기 타깃의 크기 이상의 내경을 갖고, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖고,

상기 외주 자석의 자화 방향이 전방을 향하는 경우에는, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 배면 자석의 직경 방향 내측을 향하고 있고,

상기 외주 자석의 자화 방향이 후방을 향하는 경우에는, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 배면 자석의 직경 방향 외측을 향하는 것을 특징으로 한다.

상기한 발명 중, 특히 제1 발명에 의하면, 타깃과 기재 사이의 자력을 강하게 함과 함께, 타깃 표면에 있어서의 자력선의 기울기를 수직이 되도록, 또는 캐소드 표면의 외주로부터 중심측(내측)을 향하는 방향이 되도록, 제어할 수 있다.

상기한 발명 중, 특히 제2 발명에 의하면, 타깃 표면에 있어서의 자력선의 기울기를, 수직이 되도록, 또는 캐소드 표면의 외주로부터 중심측(내측)을 향하는 방향이 되도록 제어할 수 있다.

상기한 발명 중, 특히 제3 발명에 의하면, 아크식 증발원에 있어서, 타깃 표면으로부터 기재 방향으로 신장되는 직진성이 높은 자력선을, 타깃 표면의 넓은 영역에 있어서 발생시킬 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 제1 발명의 제1 실시 형태에 따른 아크식 증발원을 구비한 성막 장치의 개략적인 구성을 도시하는 측면도이며, (b)는 성막 장치의 개략적인 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 제1 발명의 제1 실시 형태에 따른 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 3은 종래예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 4는 제1 발명의 발명예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 5는 제1 발명의 실시 형태에 따른 아크식 증발원의 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 6의 (a)는 본 발명의 제2 발명의 제1 실시 형태에 따른 아크식 증발원을 구비한 성막 장치의 개략적인 구성을 도시하는 측면도이며, (b)는 성막 장치의 개략적인 구성을 도시하는 평면도.
도 7은 제2 발명의 제1 실시 형태에 따른 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 8은 제2 발명의 제2 실시 형태에 따른 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 9는 제2 발명의 제3 실시 형태에 따른 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 10은 종래예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 11은 제2 발명의 발명예 1에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 12는 제2 발명의 발명예 2에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 13은 제2 발명의 발명예 3에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 14는 제2 발명의 발명예 2의 변형예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 15는 제2 발명의 발명예 2의 다른 변형예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 16은 제2 발명의 발명예 3의 변형예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 17은 제2 발명의 발명예 3의 다른 변형예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 18의 (a)는 본 발명의 제3 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원을 구비한 성막 장치의 개략적인 구성을 도시하는 측면도이며, (b)는 성막 장치의 개략적인 구성을 도시하는 평면도.
도 19는 제3 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 20은 제3 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 21은 비교예에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 22는 제3 발명의 제2 실시 형태에 의한 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 23은 제3 발명의 제2 실시 형태에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.
도 24는 제3 발명의 제3 실시 형태에 의한 아크식 증발원의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 25는 제3 발명의 제3 실시 형태에 의한 아크식 증발원의 자력선 분포를 도시하는 도면.

[제1 발명]

이하, 본 발명의 제1 발명에 대해서, 도 1 내지 도 5에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태(제1 발명)]

도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 제1 실시 형태에 따른 아크식 증발원(1)(이하, 증발원(1)이라고 함)을 구비한 성막 장치(6)를 나타내고 있다.

성막 장치(6)는 챔버(11)를 구비하고, 이 챔버(11) 내에는, 피처리물인 기재(7)를 지지하는 회전대(12)와, 기재(7)를 향하여 부착된 증발원(1)이 배치되어 있다. 챔버(11)에는, 챔버(11) 내에 반응 가스를 도입하는 가스 도입구(13)와, 챔버(11) 내로부터 반응 가스를 배출하는 가스 배기구(14)가 설치되어 있다.

또한, 성막 장치(6)는 증발원(1)의 타깃(2)(후술)에 부의 바이어스를 인가하는 아크 전원(15)과, 기재(7)에 부의 바이어스를 인가하는 바이어스 전원(16)을 구비한다. 아크 전원(15) 및 바이어스 전원(16)의 정극측은, 그라운드(18)에 접지되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 증발원(1)은, 증발면이 기재(7)를 향하게 배치된 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(2)과, 타깃(2)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(8)을 구비하고 있다. 이하, 용어 「원판 형상」은, 소정의 높이를 갖는 원기둥 형상도 포함한다. 자계 형성 수단(8)은 외주 자석(3)으로 구성된다. 또한, 본 실시 형태의 경우에는, 챔버(11)가 애노드로서 작용한다. 이와 같은 구성에 의해, 증발원(1)은 캐소드 방전형의 아크식 증발원으로서 기능한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 성막 장치(6)에 구비된 증발원(1)의 구성에 대해서, 이하에 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 의한 증발원(1)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.

증발원(1)은 상술한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(2)과, 타깃(2)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(8)으로 구성되어 있다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 타깃(2)의 증발면이 되는 기재(7) 측(백색 화살표로 나타내어지는 기재 방향)을 향하는 면을 「앞면」, 그 반대측(기재와 반대 방향)을 향하는 면을 「배면」이라고 칭한다(도 1 및 도 2 참조).

타깃(2)은 기재(7) 상에 형성하려고 하는 박막에 따라서 선택된 재료로 구성되어 있다. 그 재료로서는, 예를 들어 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 티타늄 알루미늄(TiAl) 등의 금속 재료나, 탄소(C) 등의 이온화 가능한 재료가 있다.

자계 형성 수단(8)은, 자장 발생 기구로서의 전자 코일(9)과, 타깃(2)의 외주를 둘러싸도록 배치된 링 형상(환상 또는 도넛 형상)의 외주 자석(3)을 갖고 있다. 외주 자석(3)은 보자력이 높은 네오디뮴 자석에 의해 형성된 영구 자석에 의해 구성되어 있다.

전자 코일(9)은 타깃(2)의 앞면(증발면)에 수직인 방향의 자장을 발생하는 링 형상의 솔레노이드이다. 예를 들어, 전자 코일(9)은 수백회 정도(예를 들어(410회)의 권취수를 갖고, 타깃(2)의 직경보다도 약간 큰 직경의 코일이 되도록 권회되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2000A·T 내지 5000A·T 정도의 전류로, 전자 코일(9)이 자장을 발생시킨다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 이 전자 코일(9)은 타깃(2)의 앞면측에 설치되어 있고, 직경 방향에서 본 전자 코일(9)의 투영은, 타깃(2)의 투영과 겹치지 않는다. 이때, 전자 코일(9)은 타깃(2)과 동심축 상에 배열하도록 배치된다. 이렇게 배치된 타깃(2) 및 전자 코일(9)을 기재(7) 측에서 보면, 원 환상의 전자 코일(9)의 내측에, 원형의 타깃(2)이 거의 동심으로 삽입되어 있다.

이렇게 배치한 전자 코일(9)에 전류를 흘리면, 전자 코일(9)의 내측에, 타깃(2) 측으로부터 기재(7) 측을 향하는 자장이 발생한다. 이때, 타깃(2)의 앞면을 통과한 자력선은, 전자 코일(9) 내를 통과할 수 있게 되어 있다.

외주 자석(3)은 상술한 바와 같이 링체이며, 축심 방향으로 소정의 두께를 갖고 있다. 외주 자석(3)의 두께는, 타깃(2)의 두께와 거의 동일하거나 약간 작다.

이러한 링 형상의 외주 자석(3)의 외관은, 서로 평행한 2개의 원 환상의 면(원환면)과, 당해 2개의 원환면을 축심 방향으로 연결하는 2개의 둘레면으로 이루어져 있다. 이 2개의 둘레면은, 원환면의 내주측에 형성되는 내주면과, 원환면의 외주측에 형성되는 외주면이다. 이들 내주면과 외주면의 폭이, 외주 자석(3)의 두께이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 외주 자석(3)은 내주면이 N극이 되고, 외주면이 S극이 되게 자화되어 있다. 또한, 도면 중에서 S극으로부터 N극을 향하는 흑색 화살표가 도시되어 있지만, 이후, 이 화살표의 방향을 자화 방향이라고 칭한다. 본 실시 형태의 외주 자석(3)은, 타깃(2)의 앞면과 평행한 방향으로 자화 방향이 따르도록, 즉 자화 방향이 타깃(2)을 향하게 배치되어 있다.

외주 자석(3)은 링 형상 또는 환상의 일체 형상을 갖고 있어도 된다. 또는, 외주 자석(3)은 자화 방향이 타깃(2)의 표면과 수평 방향이 되도록 링 형상 또는 환상으로 배열된 원기둥 형상 또는 직육면체 형상의 자석에 의해 구성되어 있어도 된다.

외주 자석(3)은 타깃(2)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있고, 타깃(2)과 동심축 상에 배치되어 있다. 이때, 외주 자석(3)은 타깃(2)의 두께의 범위에서 나오지 않도록 배치된다. 이에 의해, 외주 자석(3)의 직경 방향에서 본 투영이, 타깃(2)의 직경 방향에서 본 투영과 겹쳐 있다. 즉, 외주 자석(3)은 타깃(2)의 증발면과 평행한 방향으로 외주 자석(3)과 타깃(2)을 투영했을 때에 형성되는 각각의 그림자가 서로 겹침과 함께, 외주 자석(3)의 그림자가 타깃(2)의 그림자에 완전히 포함되게 배치되어 있다.

이와 같이, 외주 자석(3)의 앞면측의 원환면인 전단부가 타깃(2)의 앞면보다 배면측(후방)에 위치하도록, 또한, 외주 자석(3)의 후방면측의 원환면인 후단부가 타깃(2)의 배면보다 앞면측(전방)에 위치하도록, 외주 자석(3)이 증발원(1)에 배치되어 있다.

이렇게 외주 자석(3)이 설치되었을 경우에는, 전자 코일(9)만이 사용되는 경우에 비하여, 타깃(2) 근방의 자력선을 수렴시켜서 타깃(2)의 증발면을 통과시킬 수 있다. 또한, 타깃(2)의 증발면을 통과하는 자력선의 방향을 증발면에 대하여 대략 수직으로 하는 것이 가능해진다는 효과도 얻어진다.

상술한 구성에 있어서, 전자 코일(9)의 극성은, 기재(7) 측이 N극이며, 타깃(2) 측이 S극이다. 또한, 외주 자석(3)의 극성은, 타깃(2)에 대향하는 내주면측이 N극이며, 외주면측이 S극이다. 그러나, 전자 코일(9)에 부가하는 전류의 방향을 반대로 함과 함께, 외주 자석(3)과는 내주면 및 외주면의 극성이 반대인 외주 자석을 사용함으로써 상기한 구성과는 반대인 극성이 되게 구성해도, 마찬가지 자력선 분포를 얻을 수 있다.

이어서, 증발원(1)을 사용한 성막 장치(6)에 있어서의 성막 방법을 설명한다.

우선, 챔버(11)가 진공화에 의해 진공으로 된 후, 아르곤 가스(Ar) 등의 불활성 가스가 가스 도입구(13)로부터 도입되고, 타깃(2) 및 기재(7) 상의 산화물 등의 불순물이 스퍼터에 의해 제거된다. 불순물의 제거 후, 챔버(11) 내가 다시 진공으로 되어, 진공이 된 챔버(11) 내에 가스 도입구(13)로부터 반응 가스가 도입된다.

이 상태에서 챔버(11)에 설치된 타깃(2) 상에서 아크 방전을 발생시키면, 타깃(2)을 구성하는 물질이 플라즈마화하여 반응 가스와 반응한다. 이에 의해, 회전대(12)에 놓인 기재(7) 상에 질화막, 산화막, 탄화막, 탄질화막 또는 비정질 탄소막 등을 형성할 수 있다.

또한, 반응 가스로서는, 질소 가스(N₂)나 산소 가스(O₂) 또는 메탄(CH₄) 등의 탄화수소가스를 용도에 맞춰서 선택하면 되고, 챔버(11) 내의 반응 가스의 압력은 1 내지 7㎩ 정도로 하면 된다. 또한, 성막시, 타깃(2)은 100 내지 200A의 아크 전류를 흘림으로써 방전시킴과 함께, 10 내지 30V의 마이너스 전압을 아크 전원(15)에 의해 인가하면 된다. 또한, 기재(7)에는 10 내지 200V의 마이너스 전압을 바이어스 전원(16)에 의해 인가하면 된다.

또한, 타깃(2)의 앞면에 있어서의 자장이 100가우스 이상이 되도록, 외주 자석(3) 및 전자 코일(9)을 구성하고, 또한 배치하면 바람직하다. 이에 의해, 성막을 확실하게 행할 수 있다. 타깃(2)의 앞면에 있어서의 자장이 150가우스이면, 보다 바람직하다.

또한, 본 실시 형태의 증발원(1)을 사용하여 성막을 행하는 경우에 있어서의 자력선의 분포 상황은, 이하의 실시예에서 상세하게 설명한다.

[실시예(제1 발명)]

도 3 및 도 4를 참조하면서, 제1 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원(1)이 발생하는 자력선 분포의 특징에 대하여 설명한다.

또한, 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)에 나타나는 자력선 분포도는, 타깃(2)의 배면측으로부터 기재(7)의 표면까지의 자력선 분포를 나타내고 있다. 이들 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)의 자력선 분포도에 있어서, 우측 단부는 기재(7) 표면의 위치를 나타내고 있다. 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에서 나타나는 자력선 분포도는, 각각, 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)의 타깃(2) 주변의 확대도이다.

이하에 설명하는 종래예 및 발명예에 있어서의, 각종 실험 조건을 나타낸다. 타깃(2)은 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 원자비가 1:1인 티타늄 알루미늄(TiAl)에 의해 형성되어 있고, 그 치수는, (직경 100㎜×두께 16㎜)이다.

외주 자석(3)은 영구 자석에 의해 형성되어 있고, 그 치수는, (외경 170㎜, 내경 150㎜, 두께 10㎜)이다.

[종래예(제1 발명)]

우선, 이해를 깊게 하기 위해서, 도 3의 (a)(b)를 참조하여, 종래예, 즉 전자 코일(9)만이 사용되는 경우의 자력선 분포에 대하여 설명한다.

도 3의 (a)를 참조하면, 전자 코일(9)이 형성하는 자계에 의한 자력선은, 타깃(2) 측으로부터 수렴되면서 전자 코일(9) 내에 도입됨과 함께, 당해 코일 내로부터 확산되면서 기재(7)의 표면을 향하고 있다.

도 3의 (b)를 참조하면, 타깃(2)의 앞면(증발면)을 통과하는 자력선은, 타깃(2)의 외주로부터 내주를 향하는 방향으로 기울어져 있고, 타깃(2)의 배면으로부터 앞면을 향하여 수렴되어 있다.

[발명예(제1 발명)]

도 4의 (a)(b)를 참조하여, 제1 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원(1)이 사용될 때의 자력선 분포에 대하여 설명한다.

도 4의 (a)를 참조하면, 전자 코일(9)과 외주 자석(2)이 형성하는 자계에 의한 자력선 중, 타깃(2)의 배면측으로부터 기재(7)를 향하는 자력선의 거의 모두가, 타깃(2)의 앞면(증발면)을 통과하여, 전자 코일(9) 내에 도입되어 있다.

도 3의 (a)에 나타내는 종래예와 비교하면, 도 4의 (a)에 나타내는 발명예에서는, 타깃(2)과 전자 코일(9) 사이에 있어서의 자력선의 밀도가 높아져 있는 것을 알 수 있다. 즉, 외주 자석(2)을 사용함으로써 타깃(2)과 전자 코일(9) 사이의 자력이 강해졌다고 할 수 있다.

도 4의 (b)를 참조하면, 도 3의 (b)에 나타내는 종래예와 비교하여, 타깃(2)의 앞면(증발면)에 있어서의 자력선의 밀도가 높아져 있는 것을 알 수 있다. 이뿐만 아니라, 타깃(2)의 증발면을 통과하는 자력선은, 타깃(2)의 증발면에 대하여 대략 수직(바꿔 말하면, 타깃 법선에 대하여 대략 평행)으로 되어 있다. 그러나, 타깃(2)의 증발면을 통과하는 자력선은, 단순히 증발면에 대하여 대략 수직이라고 할 뿐만 아니라, 타깃(2)의 외주로부터 내주를 향하는 방향으로 약간 기울어져 있다고 할 수 있다.

이 기울기에 의해, 방전 시에 아크 스폿이 외주부로 이동하여 방전이 불안정해진다고 하는 문제나, 당해 외주부에서만 국소적인 방전이 발생해 버린다는 문제가, 발생하기 어려워진다.

이상, 제1 발명의 제1 실시 형태 및 발명예를 통하여 이하를 이해할 수 있다. 즉, 외주 자석(3)이 설치되는 경우에는, 이온화된 타깃의 물질을 타깃(2)의 증발면으로부터 효율적으로 인출하기 위하여 타깃(2)과 전자 코일(9) 사이의 자력을 강하게 할 수 있다. 외주 자석(3)이 설치되는 경우에는, 전자 코일(9)에 부가하는 전류값을 크게 하지 않아도, 타깃(2)과 전자 코일(9) 사이의 자력 강도를 높게 할 수 있다.

이 외주 자석(3)이 설치되는 위치는, 상기 실시 형태에서 개시된 위치에 한정되지 않는다.

예를 들어, 외주 자석(3)은 타깃(2)의 배면측으로 위치를 어긋나게 해서 배치되어도 된다. 이렇게 외주 자석(3)의 위치를 어긋나게 하면, 외주 자석(3)의 직경 방향에서 본 투영의 앞면측이, 타깃(2)의 직경 방향에서 본 투영의 배면측과 겹친다. 즉, 타깃(2)의 증발면과 평행한 방향으로 외주 자석(3)과 타깃(2)을 투영했을 때에 형성되는 투영이 서로 부분적으로 겹침과 함께, 외주 자석(3)의 투영의 앞면측이 타깃(2)의 투영의 배면측에 겹치도록, 외주 자석(3)이 배치된다.

이때, 도 2에 있어서 흑색 화살표가 위치하고 있는 외주 자석(3)의 두께 방향의 중앙 위치, 즉 외주 자석(3)의 전단부와 후단부의 중간 위치는, 타깃(2)의 두께 방향을 따른 폭의 범위 내에 있고, 타깃(2)의 배면보다도 앞면측(전방)에 배치되어 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 외주 자석(3)은 외주 자석(3)의 전단부가 타깃(2)의 배면보다도 전방에 배치되도록, 증발원(1)에 배치되어 있다. 더욱 상세하게는, 타깃(2)의 앞면측의 원환면인 전단부가 타깃(2)의 앞면보다 배면측(후방)에 위치하도록, 및/또는 타깃(2)의 후방면측의 원환면인 후단부가, 타깃(2)의 배면보다 앞면측(전방)에 배치되도록, 외주 자석(3)이 증발원(1)에 배치되어 있다고 할 수 있다.

이와 같이, 외주 자석(3)을 타깃(2)의 배면측으로 어긋나게 해서 배치하면, 타깃(2)의 증발면을 통과하는 자력선이, 타깃(2)의 증발면에 대하여 보다 수직(바꿔 말하면, 타깃 법선에 대하여 보다 평행)으로 되는 것을 기대할 수 있다. 이것에 부가해서, 타깃(2)의 소비에 의해 증발면의 위치가 변화된 경우에도, 증발면에서의 자장의 균일성을 양호한 상태로 유지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 외주 자석(3)의 전단부가 타깃(2)의 배면보다도 전방이 되게, 외주 자석(3)이 배치되면 바람직하다.

그러나, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원(1)의 변형예로서, 외주 자석(3)이 타깃(2)의 외주를 둘러싸지 않도록, 즉 외주 자석(3)의 전단부가 타깃(2)의 배면보다도 후방이 되게, 외주 자석(3)을 배치할 수 있는 경우가 있다. 이때, 외주 자석(3)의 직경 방향에서 본 투영의 앞면측은, 타깃(2)의 직경 방향에서 본 투영의 배면측보다도 후방에 위치하게 된다. 즉, 타깃(2)의 증발면과 평행한 방향으로 외주 자석(3)과 타깃(2)을 투영했을 때에 형성되는 투영이 겹치지 않고, 외주 자석(3)의 투영의 앞면측이 타깃(2)의 투영의 배면측보다도 후방이 되게, 외주 자석(3)을 배치할 수 있다.

물론, 외주 자석(3)을 타깃(2)의 배면으로부터 후방으로 너무 이격하면, 타깃(2)의 앞면에서의 자력이 약해짐과 함께, 타깃(2)의 외측으로 발산되는 자력선이 형성되어 버린다. 그래서, 예를 들어 소정의 조건이 만족되어 있으면, 외주 자석(3)은 축심이 타깃(2)의 앞면과 대략 수직으로 교차하는 위치에서, 전단부가 타깃(2)의 배면보다도 후방이 되도록, 또한 자화 방향이 타깃(2)의 앞면과 평행이 되는 방향을 따르도록 배치되어도 된다.

상기 조건은, 예를 들어 타깃(2)의 앞면에서의 자력선이 약 100가우스 정도 또는 그 이상이 되는 것, 및 타깃(2)의 외주부에 타깃 중심 방향으로 기울어진 자력선이 형성되는 것이다. 보다 바람직하게는, 외주 자석(3)은 타깃(2)과 거의 동축(동심축상)이 되도록 배치된다.

[제2 발명]

이하, 본 발명의 제2 발명에 대해서, 도 6 내지 도 17에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태(제2 발명)]

도 6 및 도 7을 참조하여, 제2 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6은, 제2 발명의 제1 실시 형태에 따른 아크식 증발원(101a)(이하, 증발원(101a)이라고 함)을 구비한 성막 장치(106)를 나타내고 있다.

성막 장치(106)는 챔버(111)를 구비하고, 이 챔버(111) 내에는, 피처리물인 기재(107)를 지지하는 회전대(112)와, 기재(107)를 향하여 부착된 증발원(101a)이 배치되어 있다. 챔버(111)에는, 챔버(111) 내에 반응 가스를 도입하는 가스 도입구(113)와, 챔버(111) 내로부터 반응 가스를 배출하는 가스 배기구(114)가 설치되어 있다.

또한, 성막 장치(106)는, 증발원(101)의 타깃(102)(후술)에 부의 바이어스를 인가하는 아크 전원(115)과, 기재(107)에 부의 바이어스를 인가하는 바이어스 전원(116)을 구비한다. 아크 전원(115) 및 바이어스 전원(116)의 정극측은, 그라운드(118)에 접지되어 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 증발원(101a)은, 증발면이 기재(107)를 향하게 배치된 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(102)과, 타깃(102)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(108)을 구비하고 있다. 이하, 용어 「원판 형상」은, 소정의 높이를 갖는 원기둥 형상도 포함한다. 자계 형성 수단(108)은 외주 자석(103)과 배면 자석(104)으로 구성된다. 또한, 본 실시 형태의 경우에는, 챔버(111)가 애노드로서 작용한다. 이와 같은 구성에 의해, 증발원(101a)은 캐소드 방전형의 아크식 증발원으로서 기능한다.

도 6 및 도 7을 참조하여, 성막 장치(106)에 구비된 증발원(101a)의 구성에 대해서, 이하에 설명한다. 도 7은, 본 실시 형태에 의한 증발원(101a)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.

증발원(101a)은 상술한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(102)과, 타깃(102)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(108)으로 구성되어 있다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 타깃(102)의 증발면이 되는 기재(107) 측(백색 화살표로 나타내지는 기재 방향)을 향하는 면을 「앞면」, 그 반대측(기재와 반대 방향)을 향하는 면을 「배면」이라고 칭한다(도 6 및 도 7 참조).

타깃(102)은 기재(107) 상에 형성하려고 하는 박막에 따라서 선택된 재료로 구성되어 있다. 그 재료로서는, 예를 들어 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 티타늄 알루미늄(TiAl) 등의 금속 재료나, 탄소(C) 등의 이온화 가능한 재료가 있다.

자계 형성 수단(108)은 타깃(102)의 외주를 둘러싸도록 배치된 링 형상(환상 또는 도넛 형상)의 외주 자석(103)과, 타깃(102)의 배면측에 배치된 배면 자석(104)을 갖고 있다. 이들 외주 자석(103) 및 배면 자석(104)은 보자력이 높은 네오디뮴 자석에 의해 형성된 영구 자석에 의해 구성되어 있다.

외주 자석(103)은 상술한 바와 같이 링체이며, 축심 방향으로 소정의 두께를 갖고 있다. 외주 자석(103)의 두께는, 타깃(102)의 두께와 거의 동일하거나 약간 작다.

이러한 링 형상의 외주 자석(103)의 외관은, 서로 평행한 2개의 원 환상의 면(원환면)과, 당해 2개의 원환면을 축심 방향으로 연결하는 2개의 둘레면으로 이루어져 있다. 이 2개의 둘레면은, 원환면의 내주측에 형성되는 내주면과, 원환면의 외주측에 형성되는 외주면이다. 이들 내주면과 외주면의 폭이, 외주 자석(103)의 두께이다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 외주 자석(103)은 내주면이 N극이 되고, 외주면이 S극이 되게 자화되어 있다. 또한, 도면 중에서 외주 자석(103)의 S극으로부터 N극을 향하는 흑색 화살표가 도시되어 있지만, 이후, 이 화살표의 방향을 자화 방향이라고 칭한다. 본 실시 형태의 외주 자석(103)은 타깃(102)의 앞면과 평행한 방향으로 자화 방향이 따르도록, 즉 자화 방향이 타깃(102)을 향하게 배치되어 있다.

외주 자석(103)은 링 형상 또는 환상의 일체 형상을 갖고 있어도 된다. 또는, 외주 자석(103)은 자화 방향이 타깃(102)의 표면과 수평 방향이 되도록, 링 형상 또는 환상으로 배열된 원기둥 형상 또는 직육면체 형상의 자석에 의해 구성되어 있어도 된다.

외주 자석(103)은 타깃(102)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있고, 타깃(102)과 동심축 상에 배치되어 있다. 이때, 외주 자석(103)은 타깃(102)의 두께의 범위로부터 나오지 않도록 배치된다. 따라서, 외주 자석(103)의 직경 방향에서 본 투영이, 타깃(102)의 직경 방향에서 본 투영과 겹쳐 있다. 즉, 외주 자석(103)은 타깃(102)의 증발면과 평행한 방향으로 외주 자석(103)과 타깃(102)을 투영했을 때에 형성되는 각각의 그림자가 서로 겹침과 함께, 외주 자석(103)의 그림자가 타깃(102)의 그림자에 완전히 포함되게 배치되어 있다.

이와 같이, 외주 자석(103)의 앞면측의 원환면인 전단부가 타깃(102)의 앞면보다 배면측(후방)에 위치하도록, 또한, 외주 자석(103)의 후방면측의 원환면인 후단부가 타깃(102)의 배면보다 앞면측(전방)에 배치되도록, 외주 자석(103)이 증발원(101a)에 배치되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 외주 자석(103)은 그 전단부와 후단부의 중간 위치가, 타깃(102)의 앞면과 배면의 중간 위치와 일치하도록 배치되어 있다.

배면 자석(104)은 자심이 되는 비링 형상의 자기 코어(105)와, 자기 코어(105)를 사이에 끼우는 2개의 원판 형상의 원판 배면 자석(104A, 104B)으로 구성되어 있다. 원판 배면 자석(104A, 104B)도, 자기 코어(105)와 마찬가지로 비링 형상이다. 여기서, 용어 「비링 형상」은, 도넛과 같이 직경 방향 내부에 구멍이 뚫려 있는 환상이 아니고, 원판 형상이나 원기둥 형상 등의 중실 형상을 가리킨다. 즉, 「비링 형상」은, 표면으로부터 외측을 향하는 어떠한 법선도 서로 교차하지 않는 형상을 의미한다. 지금까지의 지식으로부터, 기재 방향으로 효율적으로 자력선을 연장시키기 위해서는, 배면의 자석은 두께를 가질 필요가 있는 것을 알고 있다. 그 때문에 본 실시 형태에서는, 두께를 증가시키기 위해서 2매의 자석인 원판 배면 자석(104A, 104B)이 이격하여 배치됨과 함께, 그 사이는 자성체인 자기 코어(105)로 매립되어 있어, 자력의 저하가 방지되어 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 원판 배면 자석(104A, 104B)은, 한쪽의 원판면이 N극이 되고, 다른 쪽의 원판면이 S극이 되게 자화되어 있다. 원판 배면 자석(104A, 104B)은, 원판 배면 자석(104A)의 S극측의 면과 원판 배면 자석(104B)의 N극측의 면 사이에 자기 코어(105)를 끼우고 있고, 서로의 자화 방향을 동일한 방향을 향하게 하고 있다.

이렇게 구성된 배면 자석(104)은 그 자화 방향이 타깃(102)의 축심을 따르도록, 또한 당해 자화 방향이 타깃(102)의 증발면에 대하여 수직이 되도록, 타깃(102)의 배면측에 배치된다. 또한, 배면 자석(104)은 원판 배면 자석(104A)의 N극측이 타깃(102)을 향하도록 배치된다. 이때, 배면 자석(104)은 그 축심이 타깃(102)의 축심과 거의 일치하도록 배치된다.

증발원(101a)은, 상술한 바와 같이 외주 자석(103)과 배면 자석(104)을 타깃(102)에 대하여 배치함으로써 구성된다. 이때, 외주 자석(103)의 자화 방향은 타깃(102)의 앞면과 평행이 되는 방향, 즉 타깃(102)을 향하고 있다. 또한, 외주 자석(103)의 내주면측의 자극은 N극이며, 배면 자석(104)의 타깃(102) 측의 자극도 N극이므로, 외주 자석(103)의 직경 방향 내측의 자극과 배면 자석(104)의 타깃(102) 측의 자극은 서로 동일한 극성이다.

이와 같이, 외주 자석(103)과 배면 자석(104)이 타깃(102)과 동일한 극성을 향함으로써, 외주 자석(103)에 의해 형성되는 자계와 배면 자석(104)에 의해 형성되는 자계를 조합할 수 있다. 이에 의해, 타깃(102)의 증발면을 통과하는 자력선의 방향을 증발면에 대하여 대략 수직으로 할 수 있고, 또한 자력선을 기재(107)의 방향으로 유도하는 것이 가능해진다는 효과가 얻어진다.

또한, 상술한 바와 같이, 외주 자석(103)과 배면 자석(104)은 동일한 자극을 타깃(102)을 향하게 하고 있으면 좋으므로, 외주 자석(103)과 배면 자석(104)이 서로 S극을 타깃(102)을 향하게 하도록 증발원(101a)이 구성되어 있어도 된다.

이어서, 증발원(101a)을 사용한 성막 장치(106)에 있어서의 성막 방법을 설명한다.

우선, 챔버(111)가 진공화에 의해 진공이 된 후, 아르곤 가스(Ar) 등의 불활성 가스가 가스 도입구(113)로부터 도입되고, 타깃(102) 및 기재(107) 상의 산화물 등의 불순물이 스퍼터에 의해 제거된다. 불순물의 제거 후, 챔버(111) 내가 다시 진공으로 되어, 진공이 된 챔버(111) 내에 가스 도입구(113)로부터 반응 가스가 도입된다.

이 상태에서 챔버(111)에 설치된 타깃(102) 상에서 아크 방전을 발생시키면, 타깃(102)을 구성하는 물질이 플라즈마화하여 반응 가스와 반응한다. 이에 의해, 회전대(112)에 놓인 기재(107) 상에 질화막, 산화막, 탄화막, 탄질화막 또는 비정질 탄소막 등을 형성할 수 있다.

또한, 반응 가스로서는, 질소 가스(N₂)나 산소 가스(O₂) 또는 메탄(CH₄) 등의 탄화수소가스를 용도에 맞춰서 선택하면 되고, 챔버(111) 내의 반응 가스의 압력은 1 내지 7㎩ 정도로 하면 된다. 또한, 성막시, 타깃(102)은 100 내지 200A의 아크 전류를 흘림으로써 방전시킴과 함께, 10 내지 30V의 마이너스 전압을 아크 전원(115)에 의해 인가하면 된다. 또한, 기재(107)에는 10 내지 200V의 마이너스 전압을 바이어스 전원(116)에 의해 인가하면 된다.

또한, 타깃(102)의 앞면에 있어서의 자장이 100가우스 이상이 되도록, 외주 자석(103) 및 배면 자석(104)을 구성하고, 또한 배치하면 바람직하다. 이에 의해, 성막을 확실하게 행할 수 있다. 타깃(102)의 앞면에 있어서의 자장이 150가우스이면, 보다 바람직하다.

또한, 본 실시 형태의 증발원(101a)을 사용하여 성막을 행하는 경우에 있어서의 자력선의 분포 상황은, 후술하는 실시예에서 상세하게 설명한다.

[제2 실시 형태(제2 발명)]

도 8을 참조하여, 제2 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 8은, 본 실시 형태에 의한 성막 장치(106)에서 사용되는 아크식 증발원(101b)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태에 있어서의 아크식 증발원(101b)은, 제2 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 아크식 증발원(101a)과 마찬가지로, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(102)과, 타깃(102)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(108)으로 구성되어 있다. 자계 형성 수단(108)은 제1 실시 형태와 마찬가지로, 타깃(102)의 외주를 둘러싸도록 배치된 링 형상(환상)의 외주 자석(103)과, 타깃(102)의 배면측에 배치된 배면 자석(104)을 갖고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 증발원(101b)은, 제1 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 아크식 증발원(101a)과 마찬가지의 구성을 갖고 있지만, 외주 자석(103)의 배치만이 상이하다.

이하에, 본 실시 형태에 있어서의 증발원(101b)의 외주 자석(103)의 배치에 대해서 설명한다.

도 8을 참조하여, 타깃(102)에 대한 외주 자석(103)의 위치에 주목하면, 외주 자석(103)이 타깃(102)에 대하여 배면 자석(104) 측(배면측)으로 위치를 어긋나게 해서 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 외주 자석(103)의 위치가 어긋남으로써, 외주 자석(103)의 직경 방향에서 본 투영의 앞면측이, 타깃(102)의 직경 방향에서 본 투영의 배면측과 겹친다. 즉, 외주 자석(103)은 타깃(102)의 증발면과 평행한 방향으로 외주 자석(103)과 타깃(102)을 투영했을 때에 형성되는 각각의 그림자가 서로 부분적으로 겹침과 함께, 외주 자석(103)의 그림자의 앞면측이 타깃(102)의 그림자의 배면측에 겹치도록 배치된다.

이때, 도 8의 외주 자석(103)에 있어서 흑색 화살표가 표시된 외주 자석(103)의 두께 방향의 중앙 위치, 즉 외주 자석(103)의 전단부와 후단부의 중간 위치는, 타깃(102)의 두께 방향을 따른 폭의 범위 내에서, 타깃(102)의 배면보다도 앞면측(전방)에 배치되어 있다.

즉, 본 실시 형태에 있어서의 외주 자석(103)은 전단부가 타깃(102)의 배면보다도 전방에 배치되도록, 또한 후단부가 타깃(102)의 배면보다도 후방에 배치되도록, 증발원(101b)에 구비되어 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 본 실시 형태에 있어서의 외주 자석(103)은 전단부와 후단부의 중간 위치가, 타깃(102)의 앞면과 배면의 중간 위치보다도 후방면측(후방)이 되도록 배치되고, 증발원(101b)에 구비되어 있다.

이와 같이, 외주 자석(103)을 타깃(102)에 대하여 배면 자석(104) 측으로 어긋나게 해서 배치하면, 제1 실시 형태에 있어서의 효과 외에, 타깃(102)의 소비에 의해 증발면의 위치가 변화된 경우에도 증발면에서의 자장의 균일성을 양호하게 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

제2 발명의 제2 실시 형태는, 이상에서 나타낸 외주 자석(103)의 배치 이외는 제1 실시 형태와 거의 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.

또한, 제2 발명의 제2 실시 형태의 증발원(101b)을 사용하여 성막을 행하는 경우에 있어서의 자력선의 분포 상황은, 후술하는 실시예에서 상세하게 설명한다.

[제3 실시 형태(제2 발명)]

도 9를 참조하여, 제2 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 9는, 본 실시 형태에 의한 성막 장치(106)에서 사용되는 아크식 증발원(101c)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태에 있어서의 아크식 증발원(101c)은, 제2 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 아크식 증발원(101a)과 비교하여, 자장 발생 기구로서의 전자 코일(109)을 갖는 점에 있어서 상이하다.

다른 구성, 예를 들어 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(102), 타깃(102)의 외주를 둘러싸도록 배치된 링 형상의 외주 자석(103), 타깃(102)의 배면측에 배치된 배면 자석(104) 등은, 제1 실시 형태와 대략 마찬가지이다.

그로 인해, 여기서는 증발원(101c)의 전자 코일(109)의 구성 및 배치에 대해서 설명한다.

전자 코일(109)은 배면 자석(104)과 동일한 방향의 자장을 발생하는 링 형상의 솔레노이드이다. 예를 들어 전자 코일(109)은 수백회 정도(예를 들어 410회)의 권취수를 갖고, 타깃(102)의 직경보다도 약간 큰 직경의 코일이 되도록 권회되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2000A·T 내지 5000A·T 정도의 전류로, 전자 코일(109)이 자장을 발생시킨다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 이 전자 코일(109)은 타깃(102)의 앞면측에 설치되어 있고, 직경 방향에서 본 전자 코일(109)의 투영은, 타깃(102)의 투영과 겹치지 않는다. 이때, 전자 코일(109)은 타깃(102)과 동심축 상에 배열하도록 배치된다. 이렇게 배치된 타깃(102) 및 전자 코일(109)을 배면 자석(104) 측에서 및 기재(107) 측에서 보면, 원 환상의 전자 코일(109)의 내측에, 원형의 타깃(102)이 거의 동심으로 삽입되어 있다.

이렇게 배치된 전자 코일(109)에 전류를 흘리고, 전자 코일(109)의 내측에 타깃(102) 측으로부터 기재(107) 측을 향하는 자장을 발생시킨다. 이때, 타깃(102)의 앞면을 통과한 자력선은, 전자 코일(109) 내를 통과할 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 전자 코일(109)을 설치하면, 제1 실시 형태에 있어서의 효과 외에, 타깃(102)의 증발면을 통과한 자력선의 확산을 억제하여 기재(107)의 표면까지 높은 자력선 밀도를 유지할 수 있다는 효과도 얻어진다. 또한, 상술한 바와 같이, 타깃(102)과 기재(107) 사이에 전자 코일(109)을 설치하면, 타깃(102)으로부터 기재(107)로의 이온의 반송 효율을 향상시키는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 제3 실시 형태의 증발원(101c)을 사용하여 성막을 행하는 경우에 있어서의 자력선의 분포 상황은, 후술하는 실시예에서 상세하게 설명한다.

[실시예]

이상, 제2 발명의 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 아크식 증발원(101a 내지 101c)은 외주 자석(103)의 배치나, 전자 코일(109)의 유무 등이 각각 상이하므로, 발생하는 자력선의 분포도 각각 상이하다.

도 10 내지 도 13을 참조하면서, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 아크식 증발원(101a 내지 101c)이 발생하는 자력선의 분포에 대해서, 발명예 1 내지 발명예 3으로서 설명한다.

또한, 도 10의 (a), 도 11의 (a), 도 12의 (a), 도 13의 (a)에 도시되는 자력선 분포도는, 배면 자석(104)으로부터 기재(107)의 표면까지의 자력선 분포를 나타내고 있다. 이들 도 10의 (a) 내지 도 13의 (a)의 자력선 분포도에 있어서, 우측 단부는 기재(107) 표면의 위치를 나타내고 있다. 도 10의 (b), 도 11의 (b), 도 12의 (b), 도 13의 (b)에 도시되는 자력선 분포도는, 각각, 도 10의 (a) 내지 도 13의 (a)에 있어서의 타깃(102) 주변의 확대도이다.

이하에 설명하는 종래예 및 각 발명예에서의, 각종 실험 조건을 나타낸다. 예를 들어, 타깃(102)의 치수는, (직경 100㎜×두께 16㎜)이다. 원판 배면 자석(104A, 104B)의 치수는, 각각 (직경 100㎜×두께 4㎜)이다. 자기 코어(105)의 치수는, (직경 100㎜×두께 30㎜)이다. 외주 자석(103)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 10㎜)이다. 타깃(102)의 표면에서의 자계 강도는, 150가우스 이상이다.

[종래예(제2 발명)]

우선 이해를 깊게 하기 위해서, 도 10의 (a)(b)를 참조하여, 종래예, 즉 배면 자석(104)만이 사용되는 경우의 자력선 분포에 대하여 설명한다.

도 10의 (a)를 참조하면, 배면 자석(104)으로부터 나온 자력선은, 배면 자석(104)의 외주 방향으로 기울어지면서 발산하면서 기재(107)의 표면을 향하고 있다.

도 10의 (b)를 참조하면, 타깃(102)의 증발면을 통과하는 자력선은, 타깃(102)의 외주 방향으로 기울어지고, 타깃(102)의 배면으로부터 앞면을 향하여 확산되어 있다.

[발명예 1(제2 발명)]

도 11의 (a)(b)를 참조하여, 제2 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원(101a)가 사용되는 경우의 자력선 분포에 대하여 설명한다.

도 11의 (a)를 참조하면, 배면 자석(104)으로부터 나온 자력선은 외주 자석(103)의 위치에서 확산이 억제되고, 타깃(102)을 통과하는 자력선의 밀도는, 특히 타깃(102)의 중심 부근에 있어서 종래예보다도 높게 되어 있다.

도 11의 (b)를 참조하면, 타깃(102)의 증발면을 통과하는 자력선은, 타깃(102)의 증발면에 대하여 대략 수직(바꿔 말하면, 타깃 법선에 대하여 대략 평행)으로 되어 있다.

[발명예 2(제2 발명)]

도 12의 (a)(b)를 참조하여, 제2 발명의 제2 실시 형태에 의한 아크식 증발원(101b)이 사용된 경우의 자력선 분포에 대하여 설명한다.

도 12의 (a)를 참조하면, 배면 자석(104)으로부터 나온 자력선은, 외주 자석(103)의 위치에서 확산이 억제되어 있고, 타깃(102)을 통과하는 자력선의 밀도는, 특히 타깃(102)의 중심 부근에 있어서 종래예보다도 높게 되어 있다.

도 12의 (b)를 참조하면, 타깃(102)의 증발면을 통과하는 자력선은, 타깃(102)의 증발면에 대하여 대략 수직(바꿔 말하면, 타깃 법선에 대하여 거의 평행)으로 되어 있다. 또한, 타깃(102)의 두께 방향의 중앙으로부터 배면측에 대해서, 본 발명예를 종래예와 비교하면, 본 발명예에 있어서의 외주부에 있어서의 자력선 쪽이 타깃의 법선에 대하여 평행에 가깝다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래예와 비교하여 타깃(102) 내의 자력선 밀도가 보다 균일하게 되어 있다고 할 수 있다.

도 14의 (a)(b)는 본 발명예에 대한 변형예의 자력선 분포를 나타낸다. 도 14의 (a)(b)에 나타내는 아크식 증발원은, 제2 발명의 제2 실시 형태에 의한 도 12의 (a)(b)의 아크식 증발원(101b)과 마찬가지로, 타깃(102), 외주 자석(103) 및 배면 자석(104)을 구비하고 있다. 도 14의 (a)(b)의 아크식 증발원에 있어서는, 도 12의 (a)(b)의 아크식 증발원(101b)과는 달리, 외주 자석(103)이 타깃(102)의 배면보다도 후방에 배치되어 있다. 이때, 외주 자석(103)의 전단부는 타깃(102)의 배면보다도 5㎜ 내지 10㎜ 정도 후방에 위치하고 있다.

도 14의 (a)(b)의 자력선 분포도에서는, 도 12의 (a)(b)와 비교하여, 타깃(102)의 앞면(증발면)에 있어서의 자력선이, 증발면에 대하여 타깃(102)의 직경 방향 외측으로 보다 기울어져서 확산되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 아크 방전이 타깃(102)의 외주부로 치우쳐 버리므로 바람직하지 않다.

즉, 타깃(102)과, 외주 자석(103)과, 배면 자석(104)을 구비하는 아크식 증발원에 있어서, 외주 자석(103)의 배치가 타깃(102)의 배면보다도 후방에 배치되는 것은 바람직하지 않다고 할 수 있다.

도 15의 (a)(b)는 본 발명예에 대한 다른 변형예의 자력선 분포를 나타낸다. 도 15의 (a)(b)에 나타내는 아크식 증발원은, 제2 발명의 제2 실시 형태에 의한 도 12의 (a)(b)의 아크식 증발원(101b)과 마찬가지로, 타깃(102) 및 외주 자석(103)을 갖고 있지만, 영구 자석으로 구성된 배면 자석(104) 대신에 전자 코일(109)과 마찬가지의 구성을 갖는 링 형상 솔레노이드인 전자 코일(110)을 사용하고 있다. 도 15의 (a)(b)의 아크식 증발원에 있어서의 타깃(102)에 대한 외주 자석(103)의 위치는, 도 12의 (a)(b)의 아크식 증발원(101b)에 있어서의 외주 자석(103)의 위치와 거의 동일하다. 전자 코일(110)은 도 12의 (a)(b)에 있어서의 배면 자석(104)과 거의 동일 위치에서, 타깃(102)과 거의 동축 상에 배치되어 있다. 전자 코일(110)의 내경은 약 100㎜, 외경은 약 200㎜, 두께는 약 50㎜이다. 전자 코일(110)은 타깃(102)으로부터 약 64㎜ 후방에 배치되어 있다. 또한, 전자 코일(110)의 자력은, 타깃(102)의 앞면에 있어서의 자속 밀도가 배면 자석(104)을 사용한 경우와 거의 동일하게 되도록 조정되어 있다.

도 15의 (a)(b)의 자력선 분포도에서는, 도 12의 (a)(b)의 자력선 분포도와 거의 등가의 자장이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 영구 자석으로 구성된 배면 자석(104) 대신 전자 코일(110)이 사용되어도, 거의 등가의 자장을 형성할 수 있다고 할 수 있다.

[발명예 3(제2 발명)]

도 13의 (a)(b)를 참조하여, 제2 발명의 제3 실시 형태에 의한 아크식 증발원(101c)이 사용되는 경우의 자력선 분포에 대하여 설명한다.

도 13의 (a)를 참조하면, 배면 자석(104)으로부터 나온 자력선은, 외주 자석(103)의 위치에서 확산이 억제되어 있고, 타깃(102)을 통과하는 자력선의 밀도는, 특히 타깃(102)의 중심 부근에 있어서 종래예보다도 높게 되어 있다. 타깃(102)의 증발면을 통과하여 확산되고 있던 자력선은, 전자 코일(109)의 위치에서 확산이 억제되어, 다시 타깃 법선에 대하여 대략 평행하게 된다.

도 13의 (b)를 참조하면, 타깃(102)의 증발면을 통과하는 자력선은, 타깃(102)의 증발면에 대하여 대략 수직, 또는 타깃(102)의 중심 방향을 향하여 기울어져 있다. 이에 의해, 타깃(102)의 두께 방향의 중앙으로부터 배면측에 있어서, 발명예 3에 있어서의 자력선은, 종래예 및 발명예 1, 2와 비교하여, 가장 타깃 법선에 대하여 평행에 가깝게 되어 있다고 할 수 있다.

도 16의 (a)(b)는 본 발명예에 대한 변형예의 자력선 분포를 나타낸다. 도 16의 (a)(b)에 나타내는 아크식 증발원은, 제2 발명의 제3 실시 형태에 의한 도 13의 (a)(b)의 아크식 증발원(101c)과 마찬가지로, 타깃(102), 외주 자석(103), 배면 자석(104) 및 전자 코일(109)을 구비하고 있다. 도 16의 (a)(b)의 아크식 증발원에서는, 도 13의 (a)(b)의 아크식 증발원(101c)과는 달리, 외주 자석(103)이 타깃(102)의 배면보다도 후방에 배치되어 있다. 이때, 외주 자석(103)의 전단부는, 타깃(102)의 배면보다도 5㎜ 내지 10㎜ 정도 후방에 위치하고 있다.

도 16의 (a)(b)의 자력선 분포도에서는, 도 13의 (a)(b)의 자력선 분포도와 거의 등가의 자장이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 본 변형예에 있어서, 외주 자석(103)이 타깃(102)의 배면보다도 5㎜ 내지 10㎜ 정도 후방에 배치되어 있어도, 도 13의 (a)(b)의 자력선 분포도와 거의 등가의 자장을 형성할 수 있다고 할 수 있다. 즉, 본 변형예의 구성에 있어서, 도 13의 (a)(b)의 자력선 분포도와 거의 등가의 자장을 형성하기 위해서는, 외주 자석(103)의 전단부와 타깃(102)의 배면의 간격에 있어서, 각 구성 부재의 크기나 발하는 자력선 밀도에 따른 허용 범위가 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 허용 범위는, 타깃(102)의 두께의 2배 정도이다.

도 17의 (a)(b)에, 본 발명예에 대한 다른 변형예의 자력선 분포를 나타낸다. 도 17의 (a)(b)에 나타내는 아크식 증발원은, 제2 발명의 제3 실시 형태에 의한 도 13의 (a)(b)의 아크식 증발원(101c)과 마찬가지로, 타깃(102)과, 외주 자석(103)과, 전자 코일(109)을 구비하지만, 영구 자석으로 구성된 배면 자석(104) 대신 전자 코일(110)을 사용하고 있다. 도 12의 (a)(b)의 아크식 증발원에서는, 타깃(102)에 대한 외주 자석(103)의 위치는, 도 13의 (a)(b)의 아크식 증발원(101c)에 있어서의 위치와 거의 동일하다. 전자 코일(110)은 도 15의 (a)(b)에 있어서의 전자 코일(110)과 거의 동일한 구성을 가짐과 함께, 도 13의 (a)(b)의 배면 자석(104)과 거의 동일 위치에서 타깃(102)과 거의 동축 상에 배치되어 있다. 도 17의 (a)(b)에 있어서 전자 코일(110)은 타깃(102)으로부터 약 64㎜ 후방에 배치되어 있다.

도 17의 (a)(b)의 자력선 분포도에서는, 도 13의 (a)(b)의 자력선 분포도와 거의 등가의 자장이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 영구 자석으로 구성된 배면 자석(104) 대신 전자 코일(110)이 사용된 경우에도, 거의 등가의 자장을 형성할 수 있다고 할 수 있다.

[제3 발명]

이하, 본 발명의 제3 발명에 대해서, 도 18 내지 도 25에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태(제3 발명)]

도 18 내지 도 21을 참조하여, 제3 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 18은, 제3 발명의 제1 실시 형태에 의한 아크식 증발원(201a)(이하, 증발원(201a)이라고 함)을 구비한 성막 장치(206)를 나타내고 있다.

성막 장치(206)는 챔버(211)를 구비하고, 이 챔버(211) 내에는, 피처리물인 기재(207)를 지지하는 회전대(212)와, 기재(207)를 향하여 부착된 증발원(201a)이 배치되어 있다. 챔버(211)에는, 챔버(211) 내에 반응 가스를 도입하는 가스 도입구(213)와, 챔버(211) 내로부터 반응 가스를 배출하는 가스 배기구(214)가 설치되어 있다.

또한, 성막 장치(206)는 증발원(201a)의 타깃(202)(후술)에 부의 바이어스를 인가하는 아크 전원(215)과, 기재(207)에 부의 바이어스를 인가하는 바이어스 전원(216)을 구비한다. 아크 전원(215) 및 바이어스 전원(216)의 정극측은, 그라운드(218)에 접지되어 있다.

도 18에 도시하는 바와 같이, 증발원(201a)은 증발면이 기재(207)를 향하게 배치된 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(202)과, 타깃(202)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(208a)을 구비하고 있다. 이하, 용어 「원판 형상」은, 소정의 높이를 갖는 원기둥 형상도 포함한다. 자계 형성 수단(208a)은 외주 자석(203)과 배면 자석(204a)으로 구성된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 챔버(211)가 애노드로서 작용한다. 이와 같은 구성에 의해, 증발원(201a)은 캐소드 방전형의 아크식 증발원으로서 기능한다.

도 18 및 도 19를 참조하여, 성막 장치(206)에 구비된 증발원(201a)의 구성에 대해서, 이하에 설명한다. 도 19는, 본 실시 형태에 의한 증발원(201a)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.

증발원(201a)은 상술한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(202)과, 타깃(202)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(208a)으로 구성되어 있다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 타깃(202)의 증발면이며 기재(207) 측(백색 화살표로 나타내지는 기재 방향)을 향하는 면을 「앞면(타깃의 앞면)」이라고 칭하고, 그 반대측을 향하는 면을 「배면(타깃 배면)」이라고 칭한다(도 18 및 도 19 참조).

타깃(202)은 기재(207) 상에 형성하려고 하는 박막에 따라서 선택된 재료로 구성되어 있다. 그 재료로서는, 예를 들어 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 티타늄 알루미늄(TiAl) 등의 금속 재료나 탄소(C) 등의 이온화 가능한 재료가 있다.

자계 형성 수단(208a)은 타깃(202)의 외주를 둘러싸도록 배치된 링 형상(환상 또는 도넛 형상)의 외주 자석(203)과, 타깃(202)의 배면측에서 외주 자석(203)과 동축 상에 배치된 링 형상(환상 또는 도넛 형상)의 배면 자석(204a)을 갖고 있다. 이들 외주 자석(203) 및 배면 자석(204a)은 보자력이 높은 네오디뮴 자석에 의해 형성된 영구 자석에 의해 구성되어 있다.

즉, 증발원(201a)은 타깃(202)과, 외주 자석(203)과, 배면 자석(204a)을 서로의 축심을 거의 일치시키도록 배치함으로써 구성된다.

외주 자석(203)은 상술한 바와 같이 링체이며, 타깃(202)의 직경보다도 약간(1 내지 2배 정도) 큰 내경과, 축심 방향을 따른 소정의 두께를 갖고 있다. 외주 자석(203)의 두께는, 타깃(202)의 축심 방향을 따른 두께와 거의 동일하거나, 약간 작다.

이러한 링 형상의 외주 자석(203)의 외관은, 서로 평행한 2개의 원 환상의 면(원환면)과, 당해 2개의 원환면을 축심 방향으로 연결하는 2개의 둘레면으로 이루어져 있다. 이 2개의 둘레면은, 원환면의 내주측에 형성되는 내주면과, 원환면의 외주측에 형성되는 외주면이다. 이들 내주면과 외주면의 폭이, 외주 자석(203)의 두께(축심 방향 두께)이다.

또한, 외주 자석(203)의 내주면의 형상은, 외주 자석(203)과 타깃(202)을 타깃(202) 앞면과 직교하는 방향을 따라서 투영했을 때에, 외주 자석(203)의 내주면의 투영 형상과, 타깃(202)의 투영 형상이 상사(相似)하도록 형성되어 있다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 외주 자석(203)은 기재(207) 측을 향하는 전방의 원환면(전단부면)이 N극이 되고, 그 반대측을 향하는 후방의 원환면(후단부면)이 S극이 되게 구성되어 있다. 도면 중, 외주 자석(203)의 후방의 원환면(S극)으로부터 전방의 원환면(N극)을 향하는 화살표가 도시되어 있지만, 이후, 이 화살표의 방향을 자화 방향이라고 칭한다. 본 실시 형태의 외주 자석(203)은 이 자화 방향이 타깃(202) 앞면과 직교하는 방향을 따름과 함께 전방을 향하게 배치되어 있다.

외주 자석(203)은 상술한 바와 같이, 링 형상 또는 환상의 일체 형상을 가지면 된다. 그러나, 외주 자석(203)은 자화 방향이 타깃(202) 앞면과 직교하는 방향을 따름과 함께 전방을 향하도록 링 형상 또는 환상으로 배열된 원기둥 형상 또는 직육면체 형상의 복수의 자석에 의해 구성되어도 된다.

외주 자석(203)은 타깃(202)의 외주를 둘러싸도록, 타깃(202)과 동심축 상에 배치되어 있다. 이때, 외주 자석(203)의 전방의 원환면은, 타깃(202)의 앞면과 동일 평면 상에 있어서 서로 동일 높이로 되어 있거나, 타깃(202)의 앞면보다도 전방에 배치되어 있다.

예를 들어, 도 19에 있어서, 타깃(202)은 그 앞면이 외주 자석(203)의 두께의 범위로부터 나오지 않도록 배치되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 외주 자석(203)의 직경 방향에서 본 투영이 타깃(202)의 직경 방향에서 본 투영과 겹치도록 배치되어 있다. 즉, 외주 자석(203)은 타깃(202)의 앞면(증발면)과 평행한 방향으로 외주 자석(203)과 타깃(202)을 투영했을 때에 형성되는 그림자가 서로 겹침과 함께, 외주 자석(203)의 그림자가 타깃(202)의 그림자에 완전히 포함되게 배치되어 있다.

이와 같이, 외주 자석(3)은 전단부면이 타깃(202)의 앞면과 동일 평면 상에 위치하거나, 또는 타깃(202)의 앞면보다도 전방에 위치하도록, 증발원(201a)에 배치되어 있다.

배면 자석(204a)은 외주 자석(203)과 거의 동일한 직경의 링체이며, 외주 자석(203)과 거의 동일한 내경 및 외경을 갖고 있다. 따라서, 배면 자석(204a)은 타깃(202)의 직경보다도 약간 큰(1 내지 2배 정도의) 내경과, 축심 방향을 따른 소정의 두께를 갖고 있다. 외주 자석(203)의 두께는, 타깃(202)의 두께보다도 약간 크고, 외주 자석(203)의 두께의 2배 정도이다.

이러한 링 형상의 배면 자석(204a)의 외관도, 외주 자석(203)과 마찬가지로, 서로 평행한 2개의 원 환상의 면(전단부면 및 후단부면)과, 당해 2개의 원환면을 축심 방향으로 연결하는 2개의 둘레면(내주면 및 외주면)으로 이루어져 있다. 이들 내주면과 외주면의 폭은, 즉 외주 자석(203)의 축심 방향을 따른 두께이다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 배면 자석(204a)은 내주면이 N극이 되고, 외주면이 S극이 되게 구성되어 있다. 도면 중, 배면 자석(204a)의 외주면(S극)으로부터 내주면(N극)을 향하여 자화 방향을 나타내는 흑색 화살표가 도시되어 있다. 본 실시 형태의 배면 자석(204a)은 그 자화 방향이 타깃(202)의 앞면과 평행하게 되고 또한 직경내 방향을 향하게 배치되어 있다.

이와 같은 구성의 외주 자석(203) 및 배면 자석(204a)에 있어서는, 외주 자석(203)의 전단부면과 배면 자석(204a)의 내주면이 동일한 극성을 가진 후에, 각각의 자화 방향이 서로 수직인 방향으로 되어 있다.

이와 같이, 외주 자석(203)과 배면 자석(204) 각각의 자화 방향이, 서로 수직인 방향으로 됨으로써, 외주 자석(203)에 의해 형성되는 자계와 배면 자석(204a)에 의해 형성되는 자계를 조합할 수 있다. 이에 의해, 타깃(202)의 증발면을 통과하는 자력선의 방향을 증발면에 대하여 대략 수직으로 할 수 있다. 또한, 타깃(202)의 표면으로부터 기재(207)를 향하여 신장되는 직진성이 높은 자력선을, 타깃(202)의 표면의 넓은 영역에 있어서 발생시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 상술한 바와 같이, 외주 자석(203)의 전단부면과 배면 자석(204a)의 내주면은 동일한 극성을 갖고 있으면 되고, 또한 외주 자석(203)의 자화 방향과 배면 자석(204a)의 자화 방향이 서로 수직인 방향으로 되어 있으면 된다. 따라서, 외주 자석(203)의 극성과 배면 자석(204a)의 극성을, 도 2에 도시한 상술한 구성과는 반대로 하여, 외주 자석(203)의 자화 방향과 배면 자석(204a)의 자화 방향을 각각 반전시켜도 된다.

이어서, 증발원(201a)을 사용한 성막 장치(206)에 있어서의 성막의 방법을 설명한다.

우선, 챔버(211)가 진공화에 의해 진공으로 된 후, 아르곤 가스(Ar) 등의 불활성 가스가 가스 도입구(213)로부터 도입되고, 타깃(202) 및 기재(207) 상의 산화물 등의 불순물이 스퍼터에 의해 제거된다. 불순물의 제거 후, 챔버(211) 내가 다시 진공으로 되어, 진공이 된 챔버(211) 내에 가스 도입구(213)로부터 반응 가스가 도입된다.

이 상태에서 챔버(211)에 설치된 타깃(202) 상에서 아크 방전을 발생시키면, 타깃(202)을 구성하는 물질이 플라즈마화하여 반응 가스와 반응한다. 이에 의해, 회전대(212)에 놓인 기재(207) 상에 질화막, 산화막, 탄화막, 탄질화막, 또는 비정질 탄소막 등을 형성할 수 있다.

또한, 반응 가스로서는, 질소 가스(N₂)나 산소 가스(O₂) 또는 메탄(CH₄) 등의 탄화수소가스를 용도에 맞춰서 선택하면 되고, 챔버(211) 내의 반응 가스의 압력은 1 내지 10㎩ 정도로 하면 된다. 또한, 성막시, 타깃(202)은 100 내지 200A의 아크 전류를 흘림으로써 방전시킴과 함께, 10 내지 30V의 마이너스 전압을 아크 전원(215)에 의해 인가하면 된다. 또한, 기재(207)에는 10 내지 200V의 마이너스 전압을 바이어스 전원(216)에 의해 인가하면 된다.

또한, 타깃(202)의 앞면에 있어서의 자장이 100가우스 이상이 되도록, 외주 자석(203) 및 배면 자석(204)을 구성하고, 또한 배치하면 바람직하다. 이에 의해, 성막을 확실하게 행할 수 있다. 타깃(202)의 앞면에 있어서의 자장이 150가우스이면, 보다 바람직하다.

[발명예 1(제3 발명)]

도 20을 참조하면서, 제1 실시 형태에 의한 증발원(201a)에서 발생하는 자력선의 분포에 대하여 설명한다. 또한, 도 20에서 나타나는 자력선 분포도는, 배면 자석(204a)의 후방으로부터 기재(207)의 표면까지의 자력선 분포를 나타내고 있다. 도 20의 자력선 분포도에 있어서, 우측 단부는 기재(207) 표면의 위치를 나타내고 있다.

이하에, 각종 실험 조건을 나타낸다. 예를 들어, 타깃(202)의 치수는, (직경 100㎜×두께 16㎜)이다. 외주 자석(203)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 10㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 외주 자석(203)까지의 거리는 5㎜이다. 배면 자석(204a)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 20㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 배면 자석(204a)까지의 거리는 40㎜이다. 타깃(202)의 표면에서의 자계 강도는, 150가우스 이상이다.

도 20을 참조하면, 배면 자석(204a)으로부터 직경내 방향으로 나온 자력선은, 그 진행 방향을 배면 자석(204a)의 축심 방향을 따르도록 변화시키면서, 타깃(202)을 향하여 대략 수직으로 신장한다. 이들 자력선은, 외주 자석(203)으로부터 나온 자력선과 조합되어 타깃(202)의 증발면을 통과한다. 타깃(202)의 증발면 으로부터는, 기재 방향으로 신장되는 직진성이 높은 자력선이, 타깃(202)의 증발면의 넓은 영역에 있어서 발생하고 있다. 바꿔 말하면, 타깃(202)의 증발면의 넓은 영역에 있어서, 수직의 자력선(수직 성분)이 많이 발생하고 있다.

여기서, 도 20의 타깃(202)의 외주부에 있어서, 2개의 동그라미 표시 P로 둘러싼 부분의 자력선에 주목한다. 2개의 동그라미 표시 P에 있어서의 자력선은, 타깃(202)의 증발면으로부터 나오면, 타깃(202)의 직경 방향 외측, 즉, 외주 자석(203)을 향하여 만곡되어 있다. 이것은, 2개의 동그라미 표시 P로 둘러싼 타깃(202)의 외주부에 있어서는, 타깃(202)의 증발면과 수직으로 되는 자력선 성분이 거의 존재하지 않고 있다는 것을 나타내고 있다.

성막 장치(206)에 있어서 발생하는 캐소드 측의 전자 방출점(아크 스폿)은 타깃(202)의 증발면과 대략 평행한 자력 성분이 존재하는 장소, 즉, 타깃(202)의 증발면과 수직으로 되는 자력선 성분이 존재하지 않는 장소에 포착(trap) 되기 쉽다. 즉, 발명예 1에 의하면, 타깃(202)의 증발면 상을 고속으로 이동하는 아크 스폿이 타깃(202)의 외주부를 초과하여 타깃(202)의 증발면 이외로 이동해 버린다는 문제를 피할 수 있다. 이에 의해, 아크 스폿을 타깃(202)의 증발면 상에 머무르게 해 둘 수 있다.

[비교예(제3 발명)]

본 실시 형태에 의한 증발원(201a)의 특징 및 효과를 명확히 하기 위해서, 상기 발명예 1에 대한 비교예를 설명한다.

도 21은, 본 비교예에 의한 증발원에서 발생하는 자력선의 분포를 나타내고 있다. 본 비교예에 의한 증발원은, 제1 실시 형태에 의한 증발원(201a)과 마찬가지 타깃 및 외주 자석을 구비함과 함께, 증발원(201a)의 배면 자석(204a) 대신에 전자 코일로 이루어지는 배면 전자석(220)을 구비하고 있다. 본 비교예에 의한 증발원은, 특허문헌 4에 개시된 아크 증발 장치와 유사한 구성을 갖고 있다.

또한, 도 21에서 나타나는 자력선 분포도도, 배면 전자석(220)의 후방으로부터 기재의 표면까지의 자력선 분포를 나타내고 있다. 도 21의 자력선 분포도에 있어서, 우측 단부는 기재 표면의 위치를 나타내고 있다.

이하에, 각종 실험 조건을 나타낸다. 예를 들어, 타깃의 치수는, (직경 100㎜×두께 16㎜ 두께)이다. 외주 자석의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 10㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 외주 자석(203)까지의 거리는 5㎜이다. 배면 전자석(20)의 치수는, (내경 50㎜, 외경 100㎜, 두께 25㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 배면 전자석(20)까지의 거리는 45㎜이다. 타깃 표면에서의 자계 강도는, 150가우스 이상이다.

도 21을 참조하면, 전자 코일 직경 내에 있어서의 중앙부보다도 외주측으로부터 나온 자력선은, 전자 코일을 나온 직후부터 코일의 축심에 대하여 외측 방향으로 발산하고 있다. 이들 발산된 자력선은, 타깃 내에서 더욱 발산되어 타깃의 앞면에 도달하지 않고, 타깃의 측방을 향한다.

한편, 배면 전자석(220)의 중앙부로부터는, 직진성이 높은 자력선이 나오고 있고, 이들 자력선은 타깃의 앞면을 투과하고 있다. 그러나, 직진하는 자력선의 밀도는, 도 20에 도시한 발명예 1과 비교하여 매우 낮다.

또한, 본 비교예에 있어서의 타깃의 외주부에는, 상기 발명예 1을 설명하는 도 20에 도시한 동그라미 표시 P의 부분에 상당하는 자력선 분포는 존재하지 않는다. 즉, 본 비교예에서는, 아크 스폿을 타깃의 증발면 상에 머무르게 해 두는 것은 곤란하다고 할 수 있다.

[제2 실시 형태(제3 발명)]

도 22 및 도 23을 참조하여, 제3 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 22는, 제3 발명의 제2 실시 형태에 의한 아크식 증발원(201b)(이하, 증발원(201b)이라고 함)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에 의한 성막 장치(206)는 제3 발명의 제1 실시 형태에 의한 증발원(201a) 대신에 후술하는 증발원(201b)을 구비한다. 본 실시 형태에 의한 성막 장치(206)에 있어서, 증발원(201b) 이외의 구성은 제3 발명의 제1 실시 형태에서 설명한 구성과 마찬가지이며, 마찬가지 구성 요소에 대해서는 설명을 생략하고 동일한 참조 번호를 붙인다.

본 실시 형태에 있어서의 증발원(201b)은, 제3 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 증발원(201a)과 마찬가지로, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(202)과, 타깃(202)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(208b)으로 구성되어 있다. 자계 형성 수단(208b)은 제1 실시 형태와 마찬가지의 외주 자석(203)과 배면 자석(204a)을 구비하고, 또한, 배면 자석(204a)과 마찬가지의 구성을 가짐과 함께 외주 자석(203)과 거의 동일한 직경의 링체인 배면 자석(204b)(제2 배면 자석)을 구비하고 있다.

링 형상의 배면 자석(204b)은 배면 자석(204a)의 배면측에서, 배면 자석(204a) 및 외주 자석(203)과 동축 상에 배치되어 있다. 이에 의해, 배면 자석(204b)의 자화 방향은, 배면 자석(204a)의 자화 방향과 평행하고 또한 동일한 방향이 된다. 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b)은 서로 인접해 있지만, 그 간격은 임의라고는 할 수 없다. 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b) 사이에서 서로 척력이 작용하도록, 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b)을 접근시키면 된다.

도 22에 도시하는 바와 같이, 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b)을 동축 상에서 접근시키면, 배면 자석(204a)으로부터 나와서 배면 자석(204b)을 향하여 발산되는 자력선과, 반대로 배면 자석(204b)으로부터 나와서 배면 자석(204a)을 향하여 발산되는 자력선이, 서로 반발한다. 이 반발에 의해, 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b) 사이에 있어서의 자력선의 발산이 억제되어, 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b)의 직경 내에 있어서 직진성이 높은 자력선을 다수 발생시킬 수 있다.

[발명예 2(제3 발명)]

도 23을 참조하면서, 제3 발명의 제2 실시 형태에 의한 증발원(201b)에서 발생하는 자력선의 분포에 대하여 설명한다. 또한, 도 23에서 나타나는 자력선 분포도는, 배면 자석(204b)의 후방으로부터 기재(207)의 표면까지의 자력선 분포를 나타내고 있다. 도 23의 자력선 분포도에 있어서, 우측 단부는 기재(207) 표면의 위치를 나타내고 있다.

이하에, 각종 실험 조건을 나타낸다. 예를 들어, 타깃(202)의 치수는, (직경 100㎜×두께 16㎜)이다. 외주 자석(203)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 10㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 외주 자석(203)까지의 거리는 5㎜이다.

배면 자석(204a)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 20㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 배면 자석(204a)까지의 거리는 60㎜이다. 배면 자석(204b)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 20㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 배면 자석(204b)까지의 거리는 90㎜이다. 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b)의 간격은 10㎜이다.

또한, 타깃(202)의 표면에서의 자계 강도는, 150가우스 이상이다.

도 23을 참조하면, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)으로부터 직경 방향 내측을 향하여, 직진성이 높은 자력선이 다수 나와 있다. 이들 자력선은, 그 진행 방향을 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 축심 방향을 따르도록 변화시키면서, 타깃(202)을 향하여 대략 수직으로 신장된다. 이들 자력선은, 외주 자석(203)으로부터 나온 자력선과 조합되어 타깃(202)의 증발면을 통과한다. 타깃(202)의 증발면으로부터는, 기재 방향으로 신장되는 직진성이 높은 자력선이, 타깃(202)의 증발면의 넓은 영역에 있어서 발생하고 있다. 바꿔 말하면, 타깃(202)의 증발면의 넓은 영역에 있어서, 수직의 자력선(수직 성분)이 많이 발생하였다.

여기서, 발명예 1의 도 20과 본 발명예의 도 23을 비교한다. 도 20과 도 23에서는, 자력선 분포의 범위 및 형상은 거의 동일하다. 그러나, 도 23에 있어서, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 직경내 방향을 따라서 신장되는 자력선과, 양쪽 배면 자석으로부터 타깃(202)의 축심을 따라서 기재(207)로 신장되는 자력선의 직진성 및 밀도는, 배면 자석(204)이 설치된 도 20의 경우보다 높게 되어 있다.

또한, 도 23에 있어서도, 발명예 1의 도 20에 있어서의 동그라미 표시 P의 영역과 마찬가지로, 타깃(202)의 외주부에 있어서, 증발면과 수직으로 되는 자력선 성분이 거의 존재하지 않는 영역이 형성되어 있다. 따라서, 본 발명예에 의해서도, 아크 스폿이 타깃(202)의 외주부를 초과하여 타깃(202)의 증발면 밖으로 이동해 버린다는 문제를 피할 수 있어, 아크 스폿을 타깃(202)의 증발면 상에 머무르게 해 둘 수 있다.

[제3 실시 형태(제3 발명)]

도 24 및 도 25를 참조하여, 제3 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 24는, 제3 발명의 제3 실시 형태에 의한 아크식 증발원(201c)(이하, 증발원(201c)이라고 함)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에 의한 성막 장치(206)는 제3 발명의 제2 실시 형태에 의한 증발원(201b) 대신에 후술하는 증발원(201c)을 구비한다. 본 실시 형태의 성막 장치(206)에 있어서, 증발원(201c) 이외의 구성은 제3 발명의 제2 실시 형태에서 설명한 구성과 마찬가지이며, 마찬가지의 구성 요소에 대해서는 설명을 생략하고 동일한 참조 번호를 붙인이다.

본 실시 형태에 있어서의 증발원(201c)은 제3 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 증발원(201b)과 마찬가지로, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 타깃(202)과, 타깃(202)의 근방에 배치된 자계 형성 수단(208c)으로 구성되어 있다. 자계 형성 수단(208c)은 제3 발명의 제2 실시 형태와 마찬가지로, 외주 자석(203), 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)을 구비하고, 또한, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 직경 방향 내측에는 단일의 자성체(209)를 구비하고 있다.

자성체(209)는 비링 형상의 자기 코어이며, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 자심으로 되는 것이다. 자성체(209)는 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)을 관통하도록 설치되어 있고, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 내경과 동일한 직경을 갖는 원판 형상 또는 원기둥 형상을 갖고 있다. 여기서, 「비링 형상」은, 도넛 형상으로 직경 방향 내부에 구멍이 뚫려 있는 환상이 아니라, 원판 형상이나 원기둥 형상 등의 중실 형상을 가리킨다.

바꿔 말하면, 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b)은 하나의 자성체(209)의 외주를 밀착(밀접)해서 둘러싸도록 배치되어 있다. 이러한 배치에 있어서, 배면 자석(204a)의 전단부면은, 자성체(209)의 전단부면과 대략 동일 면이며, 배면 자석(204b)의 후단부면은, 자성체(209)의 후단부면과 대략 동일 면이다.

증발원(201c)의 구성을 정리하면, 타깃(202), 외주 자석(203), 배면 자석(204a), 배면 자석(204b) 및 자성체(209)는 각각의 축심이 서로 일치하도록 동축 상에 배치되어 있다고 할 수 있다.

도 24에 도시하는 바와 같이, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 내주면은, 자성체(209)의 측면과 밀착되어 있다. 이에 의해, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 단부면으로부터 나온 자력선을, 자성체(209)를 통하여 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 축심 방향으로 직선적으로 유도하는 것이 가능해진다.

따라서, 자성체(209)에 있어서, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)의 축심에 가까운 위치에서의 자력선의 반발 작용을 크게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 자성체(209)의 전단부면의 축심에 가까운 위치로부터, 직진성이 높은 자력선을 다수 발생시킬 수 있다.

[발명예 3(제3 발명)]

도 25를 참조하면서, 제3 발명의 제3 실시 형태에 의한 증발원(201c)에서 발생하는 자력선의 분포에 대하여 설명한다. 또한, 도 25에서 나타나는 자력선 분포도는, 배면 자석(204b)의 후방으로부터 기재(207)의 표면까지의 자력선 분포를 나타내고 있다. 도 25의 자력선 분포도에 있어서, 우측 단부는 기재(207) 표면의 위치를 나타내고 있다.

이하에, 각종 실험 조건을 나타낸다. 예를 들어, 타깃(202)의 치수는, (직경 100㎜×두께 16㎜)이다. 외주 자석(203)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 10㎜)이며, 외주 자석(203)의 타깃(202)의 표면으로부터의 거리는 5㎜이다.

배면 자석(204a)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 20㎜)이며, 타깃(2)의 표면으로부터 배면 자석(204a)까지의 거리는 60㎜이다. 배면 자석(204b)의 치수는, (내경 150㎜, 외경 170㎜, 두께 20㎜)이며, 타깃(202)의 표면으로부터 배면 자석(204b)까지의 거리는 90㎜이다. 배면 자석(204a)과 배면 자석(204b) 사이의 간격은 10㎜이다.

자성체(209)의 치수는, (직경 150㎜×높이 50㎜)이다.

또한, 타깃(202)의 표면에서의 자계 강도는, 150가우스 이상이다.

도 25를 참조하면, 배면 자석(204a) 및 배면 자석(204b)으로부터 직경 방향 내측을 향하여, 직진성이 높은 자력선이, 도 23에 나타내는 발명예 2의 경우보다도 다수 나와 있다. 이들 자력선은, 자성체(209)의 축심 가까이에서, 진행 방향을 당해 축심 방향을 따르도록 변화시키면서, 타깃(202)을 향하여 대략 수직으로 신장된다. 이들 자력선은, 외주 자석(203)으로부터 나온 자력선과 조합되어 타깃(202)의 증발면을 통과한다. 타깃(202)의 증발면으로부터는, 도 23에 나타내는 발명예 2보다도 직진성이 높은 자력선이, 타깃(202)의 증발면의 넓은 영역에 있어서 발생하여, 기재 방향으로 신장하고 있다. 바꿔 말하면, 타깃(202)의 증발면의 넓은 영역에서, 수직의 자력선(수직 성분)이 많이 발생하고 있다.

여기서, 발명예 2의 도 23과 본 발명예의 도 25를 비교한다. 도 23과 도 25에서는, 자력선 분포의 범위 및 형상은 거의 동일하다. 그러나, 도 25에 나타내는 자력선은, 도 23에 나타내는 자력선보다도, 자성체(209) 및 타깃(202)의 축심 부근에 집약되도록 집중되어 있다. 따라서, 자력선 전체의 직진성 및 밀도는, 도 23에 있어서보다도 도 25에 있어서 쪽이 높게 되어 있다.

또한, 도 25에 있어서도, 상술한 발명예 2의 도 23과 마찬가지로, 타깃(202)의 외주부에 있어서, 증발면과 수직으로 되는 자력선 성분이 거의 존재하지 않는 영역이 형성되어 있다. 따라서, 본 발명예에 의해서도, 아크 스폿이 타깃(202)의 외주부를 초과하여 타깃(202)의 증발면 밖으로 이동해 버린다는 문제를 피할 수 있어, 아크 스폿을 타깃(202)의 증발면 상에 머무르게 해 둘 수 있다.

또한, 상기한 타깃(202)은 원판 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 사각 형상등의 다각 형상을 가져도 된다. 또한, 외주 자석(203) 및 배면 자석(204a, 204b)은, 원 환상에 한정되지 않고, 예를 들어 사각형 등의 다각형의 환상이어도 된다.

그런데, 금회 개시된 본 발명의 각 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 각 실시 형태에서 명시적으로 개시 되어 있지 않은 사항, 예를 들어 동작 조건이나 측정 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니라, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값이 채용되어 있다.

예를 들어, 본 발명의 각 실시 형태에 있어서의 증발원의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 형상이나 치수에 대해서, 평행, 직교 및 동일하다는 표현, 또한, 동축과 같은 표현이 사용되고 있지만, 이들은 수학적인 엄밀함으로써 규정되어 있는 것은 아니다. 통상의 기계 부품의 공작 정밀도에 있어서, 평행, 직교, 동일 및 동축이라고 할 수 있는 범위의 오차는, 당연히 허용된다.

이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재한 한에 있어서 다양하게 변경해서 실시하는 것이 가능하다. 본 출원은 2011년 2월 23일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2011-037094호), 2011년 2월 23일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2011-037095호), 2011년 4월 25일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2011-097162호), 2011년 5월 26일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2011-118267호) 및 2011년 8월 22일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2011-180544호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명은 박막을 형성하는 성막 장치의 아크식 증발원으로서 이용할 수 있다.

1, 101, 201a 내지 201c : 증발원(아크식 증발원)
2, 102, 202 : 타깃
3, 103, 203 : 외주 자석
6, 106, 206 : 성막 장치
7, 107, 207 : 기재
8, 108, 208a 내지 208c : 자계 형성 수단
9, 109, 110 : 전자 코일
11, 111, 211 : 진공 챔버
12, 112, 212 : 회전대
13, 113, 213 : 가스 도입구
14, 114, 214 : 가스 배기구
15, 115, 215 : 아크 전원
16, 116, 216 : 바이어스 전원
18, 118, 218 : 접지
104, 204a, 204b : 배면 자석
104A : 제1 영구 자석(원판 배면 자석)
104B : 제2 영구 자석(원판 배면 자석)
105 : 자기 코어
220 : 배면 전자석

Claims (21)

1. 타깃의 외주측에 배치된 링 형상의 외주 자석 및 상기 타깃의 배면측에 설치된 배면 자석 중 적어도 어느 하나를 구비하고,
   상기 외주 자석 및 상기 배면 자석 중 어느 한쪽이, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖도록 설치됨으로써, 상기 타깃의 증발면을 통과하는 자력선의 방향이 상기 증발면에 대하여 대략 수직인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
2. 제1항에 있어서,
   상기 외주 자석과,
   링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,
   상기 외주 자석은, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖도록, 상기 타깃의 외주측을 둘러싸도록 설치되어 있고,
   상기 자장 발생 기구는, 상기 자장 발생 기구의 축심이 상기 타깃의 앞면과 대략 수직인 방향을 따르도록 상기 타깃의 전방측에 배치되고, 상기 타깃의 앞면과 대략 수직 방향이 되는 자장을 발생하는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외주 자석과,
   상기 배면 자석을 구비하고,
   상기 외주 자석은, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖도록, 상기 타깃의 외주측을 둘러싸도록 배치되어 있고,
   상기 배면 자석은, 자화 방향이 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따르도록 배치되어 있고,
   상기 외주 자석의 직경 방향 내측의 자극과, 상기 배면 자석의 상기 타깃측의 자극이 서로 동일한 극성인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
4. 제1항에 있어서,
   상기 외주 자석과,
   상기 배면 자석을 구비하고,
   상기 배면 자석이 링 형상이며,
   상기 외주 자석은, 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따름과 함께 전방 또는 후방을 향한 자화 방향이 되는 극성을 갖도록, 상기 타깃의 외주측을 둘러싸도록 배치되어 있고,
   상기 배면 자석은, 상기 타깃의 크기 이상의 내경을 갖고, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖도록 배치되어 있고,
   상기 외주 자석의 자화 방향이 전방을 향하는 경우에는, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 배면 자석의 직경 방향 내측을 향하고 있고,
   상기 외주 자석의 자화 방향이 후방을 향하는 경우에는, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 배면 자석의 직경 방향 외측을 향하는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
5. 링 형상의 외주 자석과,
   링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,
   상기 외주 자석의 자화 방향은, 직경 방향을 따르고 있고,
   상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이, 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 타깃의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있고,
   상기 자장 발생 기구는, 상기 자장 발생 기구의 축심이 상기 타깃의 앞면과 대략 수직인 방향을 따르도록 상기 타깃의 전방에 배치되어, 상기 타깃의 앞면과 대략 수직 방향이 되는 자장을 발생하는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
6. 제5항에 있어서,
   상기 외주 자석의 전단부 및 후단부 중 적어도 어느 하나가, 상기 타깃의 앞면보다 후방 또한 상기 타깃의 배면보다 전방이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
7. 링 형상의 외주 자석과,
   링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,
   상기 외주 자석의 자화 방향은, 직경 방향을 따르고 있고,
   상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이, 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 외주 자석의 전단부가 상기 타깃의 배면보다도 후방에 위치하도록 설치되어 있고,
   상기 자장 발생 기구는, 상기 자장 발생 기구의 축심이 상기 타깃의 앞면과 대략 수직인 방향을 따르도록 상기 타깃의 전방에 배치되어, 상기 타깃의 앞면과 대략 수직 방향이 되는 자장을 발생하는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 타깃이 원판 형상이며, 상기 외주 자석이 영구 자석인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
9. 링 형상의 외주 자석과,
   배면 자석을 구비하고,
   상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이, 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 타깃의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있고,
   상기 배면 자석은, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따르도록, 상기 타깃의 배면측에 배치되어 있고,
   상기 외주 자석의 직경 방향 내측의 자극과, 상기 배면 자석의 상기 타깃측의 자극이 서로 동일한 극성인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
10. 제9항에 있어서,
    상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 직경 방향에서 본 투영이, 상기 타깃의 직경 방향에서 본 투영과 겹치도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 전단부와 상기 외주 자석의 후단부의 중간 위치가, 상기 타깃의 앞면과 상기 타깃의 배면의 중간 위치보다도 후방이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배면 자석과 동일한 방향의 자장을 발생하는 링 형상의 자장 발생 기구를 더 구비하고,
    상기 자장 발생 기구는, 상기 타깃의 앞면을 통과한 자력선을 상기 자장 발생 기구의 내주면보다 직경 방향 내측으로 통과시키도록, 상기 타깃의 전방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타깃의 앞면에 있어서의 자장이, 100가우스 이상인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
14. 링 형상의 외주 자석과,
    배면 자석과,
    링 형상의 자장 발생 기구를 구비하고,
    상기 외주 자석은, 상기 외주 자석의 자화 방향이 타깃의 앞면과 평행한 방향을 따르도록, 상기 타깃의 배면보다도 후방에 배치되어 있고,
    상기 배면 자석은, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따르도록 배치되어 있고,
    상기 외주 자석의 직경 방향 내측의 자극과, 상기 배면 자석의 상기 타깃측의 자극이 서로 동일한 극성이며,
    상기 자장 발생 기구는, 상기 배면 자석과 동일한 방향의 자장을 발생하고, 상기 타깃의 앞면을 통과한 자력선을 상기 자장 발생 기구의 직경 방향 내측으로 통과시키도록, 상기 타깃의 전방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
15. 제5항 내지 제8항, 제12항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자장 발생 기구가 전자 코일로 형성되는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타깃이 원판 형상이며, 상기 배면 자석이 전자 코일로 형성되고, 또한 상기 외주 자석이 영구 자석인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
17. 링 형상의 외주 자석과,
    링 형상의 배면 자석을 구비하고,
    상기 외주 자석은, 타깃의 외주측을 둘러싸도록 배치되고, 상기 타깃의 앞면과 직교하는 방향을 따름과 함께 전방 또는 후방을 향한 자화 방향이 되는 극성을 갖고,
    상기 배면 자석은, 상기 타깃의 배면측에 배치되고, 상기 타깃의 크기 이상의 내경을 갖고, 상기 타깃의 앞면과 평행한 자화 방향이 되는 극성을 갖고,
    상기 외주 자석의 자화 방향이 전방을 향하는 경우에는, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 배면 자석의 직경 방향 내측을 향하고 있고,
    상기 외주 자석의 자화 방향이 후방을 향하는 경우에는, 상기 배면 자석의 자화 방향이 상기 배면 자석의 직경 방향 외측을 향하는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
18. 제17항에 있어서,
    상기 외주 자석의 전단부면이, 상기 타깃의 앞면과 동일 평면상, 또는 상기 타깃의 앞면보다도 전방이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 배면 자석이, 링 형상의 제1 배면 자석과, 상기 제1 배면 자석과 동일한 자화 방향이 되는 극성을 갖는 제2 배면 자석을 갖고,
    상기 제2 배면 자석이, 상기 타깃의 배면측에서, 상기 제1 배면 자석의 전방 또는 후방에, 상기 제1 배면 자석과 동축 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 배면 자석 및 상기 제2 배면 자석의 직경 방향 내측에는, 상기 제1 배면 자석 및 상기 제2 배면 자석을 관통하는 자성체가 설치되어 있고,
    상기 자성체의 외주면이, 상기 제1 배면 자석 및 상기 제2 배면 자석의 내주면과 접하고 있는 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.
21. 제9항 내지 제15항 및 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타깃이 원판 형상이며, 상기 배면 자석 및 상기 외주 자석이 영구 자석인 것을 특징으로 하는, 아크식 증발원.

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