(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と、前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源であって、
前記蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされており、
前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴とする真空アーク蒸発源。
【請求項２】
前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部との間に両磁極を配備可能な大きさに形成されて蒸発面の後背に配備されていることを特徴とする請求項１に記載の真空アーク蒸発源。
【請求項３】
前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し平行とした状態で配備されていることを特徴とする請求項２に記載の真空アーク蒸発源。
【請求項４】
前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し垂直とした状態で配備されていることを特徴とする請求項２に記載の真空アーク蒸発源。
【請求項５】
前記制御手段は、前記磁場発生源よりも給電部側となる位置に陽極を配備していることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の真空アーク蒸発源。
【請求項６】
前記制御手段は、前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の真空アーク蒸発源。
【請求項７】
前記制御手段は、前記磁場発生源よりも蒸発源の給電部側となる位置に配備された陽極と、該陽極及び前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構とを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の真空アーク蒸発源。
【請求項８】
前記蒸発源は、軸孔を有して軸方向に長尺な筒状に形成され、該蒸発源の外周面が前記蒸発面とされ、前記制御手段の磁場発生源は、前記軸孔を長手方向に移動可能な大きさに形成されて軸孔内に配備されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の真空アーク蒸発源。
【請求項９】
前記蒸発源は、長尺な板状に形成され、一方の平板面を蒸発面とし、他方の平板面と対向する位置に前記制御手段の磁場発生源を配備していることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の真空アーク蒸発源。
【請求項１０】
前記アーク放電の電流値が２００Ａ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の真空アーク蒸発源。
【請求項１１】
チャンバーと、該チャンバー内に収容されてアーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源と、該真空アーク蒸発源の蒸発源にアーク放電を発生させる起放電装置と、皮膜形成面を有するワークとを配備して構成される真空アーク蒸着装置において、
前記真空アーク蒸発源の蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされていて、
前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークイオンプレーティング装置（ＡＩＰ装置）等、真空アーク放電を利用したコーティング装置に採用される真空アーク蒸発源及び該真空アーク蒸発源を用いた真空アーク蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）等の真空アーク蒸着法は、真空雰囲気において、蒸発源（ターゲット）を陰極とし、陽極との間に真空アーク放電を発生させ、蒸発源の表面である蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させると同時にイオン化し、負のバイアス電圧を印加したワーク表面にイオンを堆積させることによりワークに皮膜を形成する薄膜コーティング方法である。
【０００３】
該真空アーク蒸着法においては、アーク放電により蒸発面にアークスポットと呼ばれる溶融領域が発生する。アークスポットは、一般に蒸発面上を数１０ｍ／ｓで無軌道に移動する。また、該アークスポットにて皮膜形成材料が蒸発、イオン化されると共に、電気的に中性な溶滴であるドロップレット（マクロパーティクル）が発生し放出される。該ドロップレットは、形成皮膜の表面粗度を悪化させるものであり、皮膜形成においては好ましくないとされることが多い。
【０００４】
従来、上述の如きドロップレットの発生の抑制や蒸発源の消耗の均一化を図ることを目的として、アークスポットの位置を制御する方法や装置が提案されている。
例えば特許文献１においては、円筒形の蒸発源の中心孔に磁場発生源としての永久磁石が配置され、該永久磁石は、磁力線の角度が蒸発源外周の蒸発面に形成される略長円状の放電領域にアークスポットを閉じ込め可能に設定されている真空アーク蒸発源について開示されている。
【０００５】
該真空アーク蒸発源においては、磁場発生源によって形成された放電領域内にアークスポットの位置が制御されることにより、ドロップレットの発生を制御すると共に、蒸発源の消耗の均一化が図られている。
また、特許文献１においては、磁場発生源によってアークスポットの移動を制御すべく、端面に磁極を有する一対の永久磁石を蒸発源の中心孔に同磁極を対向させて配備した他の真空アーク蒸発源の構成についても開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１９３２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記真空アーク蒸発源において、磁場発生源によるアークスポットの閉じ込め効果を十分に得るためには、蒸発面での磁場を７ｍＴ以上に設定する必要があることを本願発明者らは確認している。
しかしながら、７ｍＴの強さを有する磁場は、皮膜組成の観点からみるとやや大きなものであって、イオン化された皮膜形成材料やプロセスガスのイオン化率が磁場の影響によって過度に上昇し、従来可能であった皮膜組成を得ることができない問題があった。例えば蒸発源としてクロムＣｒ、プロセスガスとして窒素Ｎ2を採用する場合、磁場を殆ど生じさせない状態で真空アーク蒸着を行うと、Ｃｒ＋Ｃｒ2Ｎ混合相、Ｃｒ2Ｎ単相、Ｃｒ2Ｎ〜ＣｒＮ混合相、ＣｒＮ単相等の広範な皮膜組成を得ることができる。一方、７ｍＴ程度の強さを有する磁場を発生させた状態で真空アーク蒸着を行うと、Ｃｒ＋ＣｒＮ混合相若しくはＣｒＮ単相の皮膜組成しか得ることができないことを本願発明者らは実験等により知見している。
【０００７】
また、上記他の真空アーク蒸発源においては、一対の永久磁石を用いるため、さらに強い磁場（１０〜１５ｍＴ）を形成することとなってやはり皮膜組成の観点からは好ましくない。また、該他の真空アーク蒸発源においては、この様な強い磁場よってアークスポットの移動領域が著しく制限されるため、アーク放電の電圧値が通常時より上昇する問題がある。かかる強磁場雰囲気においては、アークスポットが低電圧な領域に向けて移動しようとするため、アーク放電の均一性が損なわれてしまう問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、磁場の大きさを低減した場合にもアークスポットの位置を制御可能であって、且つ、該磁場の影響下においても、磁場の存在しない場合と同様の皮膜組成を構成可能な真空アーク蒸発源及び該真空アーク蒸発源を用いた真空アーク蒸着装置を提供するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、アーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と、前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源であって、前記蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされており、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴としている。
【００１０】
蒸発面の起放電部に発生したアークスポットは、蒸発源を含む回路内のジュール熱の発生を最小にすべく、即ち、該蒸発源でのジュール熱の発生を最小にすべく給電部に向けて移動する（最小ジュール熱の法則）。
これに対し、起放電部と給電部の間には磁場発生源によって蒸発面上に強磁場が形成されている。該強磁場にアークスポットが移動すると、該アークスポットは移動を拘束されるため、放電電圧が上昇してジュール熱の上昇を招くこととなる。
【００１１】
したがって、最小ジュール熱の法則に従って移動するアークスポットは、給電部に向けて移動しようとするものの、強磁場に入り込むとジュール熱の上昇を招くため、強磁場を避けて移動することとなる。即ち、アークスポットの給電部に向けての移動は強磁場によって跳ね返され、結果的にアークスポットは給電部からみて強磁場以遠の領域内を移動することとなるのである。
【００１２】
したがって、本発明に係る真空アーク蒸発源によれば、磁場発生源を適正位置に配備することにより、蒸発面上でのアークスポットの位置を適正なものとすることができる。
また、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成する。
ところで、強磁場下等での放電により高電圧となったアーク放電の場合、該アーク放電によってプラズマ雰囲気に投入されるエネルギーが上昇し、これによってプラズマ活性度及びイオン化率が上昇することとなる。また、弱磁場にて放出された電子は陽極に向けて略直線上に移動するが、強磁場にて放出された電子は、該強磁場を形成する磁力線に巻き付く作用を奏しながら陽極に向かうため、蒸発源から陽極までの移動距離が長くなり、これに伴って前記電子がプラズマ雰囲気内の原子やイオンに衝突する回数が増大してイオン化率が上昇することとなる。また、該電子は原子を伴ってプラズマ雰囲気内を移動するため、該原子の衝突回数も増大することとなり、これによってもイオン化率が上昇する。
【００１３】
これに対し、本願発明のアークスポットは、上述の如く強磁場を避けて上記弱磁場を移動するため、低電圧のアーク放電とすることができ、これにより、イオン化した皮膜形成材料や電子、蒸発面上の雰囲気を形成するプロセスガスによって構成されるプラズマを低活性に維持することが可能となり、該低活性としたプラズマにおいて形成可能とされる皮膜組成を構成することができる。即ち、アークスポット位置での磁場の大きさを低減してプラズマを低活性とすることにより、蒸発物質とプロセスガスの単相のみでなく、これらの複数種の混合相を形成することが可能となるのである。
【００１４】
また、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることが好ましい。
これによれば、平行となる磁場に到達したアークスポットは、該磁場からの作用力（ローレンツ力）を受け、蒸発面上を平行な磁場に対し垂直となる方向に移動することとなる。このためアークスポットは、強磁場内に入り込んだ場合にも、前記平行な磁場を超えて給電部に向けて移動することはなく、アークスポットの給電部への到達がより確実に規制され、ひいてはアークスポットの位置をより確実に規定することができる。
【００１５】
また、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部との間に両磁極を配備可能な大きさに形成されて蒸発面の後背に配備されていることが好ましい。
これによれば、上述の如き磁場を容易に形成することができる。
また、前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し平行とした状態で配備されていることが好ましい。あるいは、前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し垂直とした状態で配備されていることが好ましい。
【００１６】
この様に磁場発生源を配備することにより、蒸発面上に該蒸発面に平行となる磁場を容易に形成することができるのである。
また、前記制御手段は、前記磁場発生源よりも給電部側となる位置に陽極を配備していることが好ましい。
アークスポットは、磁場発生源により強磁場の手前で給電部への移動が一様に規制されるものの、基本的には給電部からみて強磁場以遠となる領域を広範囲に亘ってランダムに移動する。
【００１７】
これに対し、上述の如く陽極を配備することにより、アークスポットに陽極に向けて移動する作用が付与されることとなり、アークスポットはさらに給電部に向けて引きつけられる。この結果、アークスポットのランダムな移動が抑制されることとなり、磁場発生源によるアークスポットの移動制御をより確実なものとすることができる。
また、前記制御手段は、前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構を備えていることが好ましい。
【００１８】
これにより、磁場発生源が移動自在となるため、アークスポットは、磁場発生源による磁場の影響下に置かれた状態で蒸発面上を移動可能となる。これにより、アークスポットを磁場発生源による制御下に置いた状態で蒸発面上を広範に移動させることができ、蒸発面の局所的な溶融を避けて蒸発源の歩留りの向上を図ることができる。
かかる効果に鑑みれば、前記制御手段は、前記磁場発生源よりも蒸発源の給電部側となる位置に配備された陽極と、該陽極及び前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構とを備えていることももちろん好ましい。
【００１９】
また、前記蒸発源は、軸孔を有して軸方向に長尺な筒状に形成され、該蒸発源の外周面が前記蒸発面とされ、前記制御手段の磁場発生源は、前記軸孔を長手方向に移動可能な大きさに形成されて軸孔内に配備されていることが好ましい。
これによれば、アークスポットによって溶融される領域が蒸発源の外周面に亘って形成されることとなるため、蒸発源の軸心に対して放射状にワークを配備することにより生産性を向上させることができる。
【００２０】
また、前記蒸発源は、長尺な板状に形成され、一方の平板面を蒸発面とし、他方の平板面と対向する位置に前記制御手段の磁場発生源を配備していることももちろん好ましい。
また、上述の如きアーク放電を得るには、該アーク放電の電流値が２００Ａ以上であることが好ましい。
これにより、強磁場でのアーク放電の電圧は急激に上昇することとなり、磁場発生源によるアークスポットの位置制御がより確実なものとなる。
【００２１】
さらに、本発明における課題解決のための他の技術的手段は、チャンバーと、該チャンバー内に収容されてアーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源と、該真空アーク蒸発源の蒸発源にアーク放電を発生させる起放電装置と、皮膜形成面を有するワークとを配備して構成される真空アーク蒸着装置において、前記真空アーク蒸発源の蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされていて、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、磁場の大きさを低減した場合にもアークスポットの位置を制御可能であって、且つ、該磁場の影響下においても、磁場の存在しない場合と同様の皮膜組成を構成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明していく。
本発明に係る真空アーク蒸発源１の第１の実施の形態は、図１に示す如く、アーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面２から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源３と、アーク放電により蒸発面２上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段４とを備えている。
【００２４】
該蒸発源３は、軸孔３ａを有して軸方向に長尺な筒状に形成され、該蒸発源３の外周面を蒸発面２としている。また、図１及び図２に示す如く、蒸発面２には、アーク放電の開始位置となる起放電部５が設けられている。該起放電部５は、蒸発面２上であれば何れの位置に設けられていても構わないが、図１に示す如く給電部側に寄った位置に設けることが好ましい。また、該蒸発源３の一方の端部は、給電部６となっている。
【００２５】
制御手段４は、蒸発源３にアーク電流を供給する電流供給源８と、蒸発面２にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成可能な磁場発生源９とを備えている。
電流供給源８は、アーク電源１０と、該アーク電源１０のマイナス側と蒸発源３とを接続する接続線１１とを備えている。これにより、蒸発源３は陰極とされるのである。
また、該接続線１１は、蒸発源３の給電部６に接続されている。
【００２６】
また、電流供給源８のアーク電源１０のプラス側には、揺動自在に支持された電極棒１２を有する起放電装置１３が接続されている。該電極棒１２の先端は、揺動によって蒸発面２の起放電部５に接触可能とされている。
図３及び図４に示す如く、磁場発生源９は、軸孔３ａに挿通可能な円柱状に形成された永久磁石によって構成されている。また、該磁場発生源９は、両磁極の中心を結ぶ直線を蒸発面２と平行とした状態で該蒸発面２の後背となる軸孔３ａ内に配備されている。また、図２に示す如く、該磁場発生源９は、蒸発源３の軸心に沿う長さｌが蒸発面２の起放電部５となる位置から給電部６までの距離Ｌよりも小さいものとされている。
【００２７】
また、図１及び図２に示す如く、磁場発生源９は、蒸発源３の軸孔３ａ内にて起放電部５の後背となる位置よりも給電部６となる一方の端部側に配備されている。これにより、蒸発面２には、蒸発面２の起放電部５と給電部６の間となる領域にアークスポットの移動を規制する強磁場が形成される。本実施の形態においては、強磁場とされる磁場の大きさは概ね７ｍＴ〜３０ｍＴ程度とし、弱磁場の磁場の大きさをそれ以下としている。
【００２８】
但し、本発明の強磁場とは、アークスポットを規制可能な磁場であればよい。この下限値はアノードの配置や磁場形状によって変わり、例えば５０Ｇ（５ｍＴ）で十分な場合もある。通常の真空アーク蒸着装置においては、経験的に７ｍＴの大きさを有する磁場であれば、アークスポットの動きを規制することができる。
さらには、上述の如く磁場発生源９を配備することにより、蒸発面２の起放電部５と給電部６の間となる領域に蒸発面２に対し平行な磁場が形成されている。本実施の形態においては、磁場発生源９の大きさを調整することにより、該平行な磁場の蒸発面上での磁力は７０Ｇ（７ｍＴ）以上に設定されている。
【００２９】
本実施の形態は以上の構成からなる。
本実施の形態の真空アーク蒸発源１を用いて真空アーク蒸着を行う場合、先ず、チャンバー（図示省略）内に真空アーク蒸発源１の蒸発源３と制御手段４の磁場発生源９とを収容し、制御手段４の電流供給源８のアーク電源１０のプラス側をチャンバーに接続する。
そして、真空雰囲気としたチャンバー内に窒素Ｎ2等からなるプロセスガスを導入した低圧力雰囲気下において、起放電装置１３の電極棒１２を揺動させ、該電極棒１２の先端を蒸発源３の蒸発面２の起放電部５に接触させる。これにより、チャンバーを陽極とすると共に蒸発源３を陰極としてアーク放電が生じ、蒸発面２にアークスポットが発生する。そして、該アークスポットにおいて皮膜形成材料が蒸発してイオン化し、該イオンがワーク（図示省略）の表面に堆積することにより、該ワークがコーティングされる。本実施の形態においては、アーク放電の電流値を２００Ａ以上（例えば１０００Ａ）としている。
【００３０】
ここで、蒸発面２の起放電部５に発生したアークスポットは、蒸発源３を含む回路内のジュール熱の発生を最小にすべく、即ち、該蒸発源でのジュール熱の発生を最小にすべく給電部に向けて移動する（最小ジュール熱の法則）。
これに対し、起放電部５と給電部６の間には磁場発生源９によって蒸発面上に強磁場が形成されている。該強磁場にアークスポットが移動すると、該アークスポットは移動を拘束されるため、放電電圧が上昇してジュール熱の上昇を招くこととなる。
【００３１】
したがって、最小ジュール熱の法則に従って移動するアークスポットは、蒸発面２上を給電部６に向けて移動しようとするものの、強磁場に入り込むとジュール熱の上昇を招くため、強磁場を避けて移動することとなる。即ち、アークスポットの給電部６に向けての移動は強磁場によって跳ね返され、結果的に、アークスポットは蒸発面５の内給電部６からみて強磁場以遠の領域内を移動することとなるのである。
【００３２】
また、該磁場発生源９は、蒸発源３の給電部６からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成しており、該弱磁場である領域をアークスポットは移動する。
ところで、強磁場下等での放電によりアーク放電が高電圧となった場合、該アーク放電によってプラズマ雰囲気に投入されるエネルギーが上昇し、これによってプラズマ活性度及びイオン化率が上昇することとなる。また、弱磁場にて放出された電子は陽極に向けて略直線上に移動するが、強磁場にて放出された電子は、該強磁場を形成する磁力線に巻き付く作用を奏しながら陽極に向かうため、蒸発源から陽極までの移動距離が長くなり、これに伴って前記電子がプラズマ雰囲気内の原子やイオンに衝突する回数が増大してイオン化率が上昇することとなる。また、該電子は原子を伴ってプラズマ雰囲気内を移動するため、該原子の衝突回数も増大することとなり、これによってもイオン化率が上昇する。
【００３３】
これに対し、本実施の形態においては、アークスポットが強磁場を避けて上記弱磁場を移動するため低電圧のアーク放電となり、これにより、イオン化した皮膜形成材料や電子、蒸発面上の雰囲気を形成するプロセスガスによって構成されるプラズマが低活性に維持され、該低活性としたプラズマにおいて形成可能とされる皮膜組成が構成されるのである。
【００３４】
また、磁場発生源９が両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面２と平行とした状態で配備されていることにより、前記蒸発面２に平行となる方向を向いた磁場が蒸発面２上の起放電部５と給電部６の間となる領域に形成される。
これによれば、平行となる磁場に到達したアークスポットは、該磁場からの作用力（ローレンツ力）を受け、蒸発面上を平行な磁場に対し垂直となる方向に移動することとなる。本実施の形態においては、蒸発源が円筒状に形成されているため、前記平行となる磁場は蒸発源に周方向に形成されることとなり、これによってアークスポットは、該平行な磁場に拘束されて蒸発面上を周回することとなる。
【００３５】
即ち、アークスポットが強磁場内に入り込んだ場合にも、平行な磁場を超えて給電部に向けて移動することはなく、アークスポットの給電部への到達がより確実に規制され、ひいてはより確実にアークスポットの位置が規定されることとなるのである。
また、アーク放電の電流値を２００Ａ以上に設定することにより、アークスポットが蒸発面２上の強磁場となる領域まで移動した場合、アーク放電の電圧は急激に上昇することとなるため、アークスポットは該領域から離間する方向に移動する。これにより、磁場発生源９によるアークスポットの位置制御がより確実なものとなる。
【００３６】
本願発明者らは、本実施の形態の有効性を確認すべく、以下の実験を行っている。
〈実験ｉ〉
実施例として、外径１００ｍｍ、内径５０ｍｍ、高さ８００ｍｍとした円筒状の蒸発源３の軸孔３ａに直径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍのネオジム磁石を挿入したものを採用する。また、該実施例においては、磁極の中心を結ぶ直線と蒸発源３の軸心とは一致している。
【００３７】
また、比較例１として、実施例と同様の蒸発源３の軸孔３ａに実施例と同様のネオジム磁石を２つ挿入したものを採用する。
また、比較例２として、実施例と同様の蒸発源３に対し、軸孔３ａ内に挿通可能な四角柱状のネオジム磁石（高さ１００ｍｍ）を挿入したものを採用している。また、比較例２のネオジム磁石は、蒸発源３の軸心方向に二分してその一方をＮ極、他方をＳ極としている。
【００３８】
本実験においては、実施例、比較例１及び比較例２において、蒸発面２にアーク放電を発生させ、該アーク放電の放電位置（アークスポットの位置）での磁場の大きさを測定する。そして、各ネオジム磁石による磁場によってアークスポットの位置が制御されているときの該アークスポットの位置における磁場の大きさ比較する。
なお、各蒸発源３には１０００Ａの電流を供給することとし、低圧雰囲気のガス圧等、その他の条件については各例とも同一として実験を行っている。
【００３９】
また、実施例においては、アークスポットが給電部６からみて強磁場以遠に止まる状態をアークスポットの位置制御状態とする。比較例１においては、アークスポットが２つのネオジム磁石の間に止まる状態をアークスポットの位置制御状態とする。比較例２においては、アークスポットが蒸発面２の長尺方向に形成される長円上の領域内に止まる状態をアークスポットの位置制御状態とする。
【００４０】
かかる実験の結果、実施例において、アークスポットの位置が制御されたときの磁場の大きさは２ｍＴ〜５ｍＴ、比較例１における磁場の大きさは１０ｍＴ〜１５ｍＴ、比較例２における磁場の大きさは７ｍＴとなった。
この結果から、本実施の形態がアークスポットの位置を制御すべく蒸発面２に形成する磁場の大きさを可及的小さく保つという点において優れていることが確認された。
〈実験ｉｉ〉
本実験では、蒸発面に形成される磁場の大きさとワークに形成される皮膜の構成数について着目すべく、蒸発面上に形成される磁場の大きさが異なる実施例と比較例を用意して真空アーク蒸着を行った。
【００４１】
なお、実施例の蒸発面上での磁場の大きさは１.５〜２ｍＴであり、比較例での蒸発面上での磁場の大きさは７〜８ｍＴである。また、これら実施例、比較例共に、アーク電流を１００Ａとすると共に温度を６００℃とする一方、ワークに付与されるバイアス負荷及びプロセスガスである窒素の圧力を変化させ、各条件下でワークに形成された皮膜の組成を調べることとする。
【００４２】
図１２には実施例の結果を示すと共に、図１３には比較例の結果を示す。
これら図中において、○は、該○が位置する条件下でＣｒＮの被膜を得ることができたことを示し、□は、該□が位置する条件下でＣｒ2Ｎの被膜を得ることができたことを示している。
これらから明らかなように、実施例では皮膜としてＣｒ2Ｎを得ることができるものの、比較例では皮膜としてＣｒ2Ｎを得ることができない。
【００４３】
この結果、蒸発面に形成される磁場の大きさを小さくすることにより、多様な皮膜種を形成することができることが確認された。
かかる結果は、蒸発面上に形成される磁場の大きさを可及的小さく保つこととした本実施の形態が多様な皮膜種を形成することができる点において優れていることを示している。
【００４４】
図５は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第２の実施の形態を示している。
該実施の形態においては、磁場発生源９を両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面２と垂直とした状態で配備している。
これによっても、蒸発面上の起放電部５と給電部６との間となる領域に蒸発面２に平行となる磁場を形成することができるのである。
【００４５】
図６は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第３の実施の形態を示している。
該実施の形態において、制御手段４は、アークスポットを引き寄せる陽極１５を備えており、該陽極１５は、蒸発源３の軸孔３ａ内に配備した磁場発生源９よりも給電部側となる位置に配備されている。
アークスポットは、磁場発生源９により強磁場の手前で給電部６への移動が一様に規制されるものの、基本的には給電部９からみて強磁場以遠となる広範囲な領域をランダムに移動する。
【００４６】
これに対し、本実施の形態の如く陽極１５を配備することにより、アークスポットに陽極１５に向けて移動する作用が付与されることとなり、アークスポットはさらに給電部６に向けて引きつけられる。この結果、アークスポットのランダムな移動が抑制されることとなり、磁場発生源９によるアークスポットの移動制御がより確実なものなるのである。
また、アークスポットの上述の如き性質を利用することにより、図７に示す本発明に係る真空アーク蒸発源の第４の実施の形態の如く、給電部６である蒸発源３の一方の端部とは異なる他方の端部にもアーク電流を供給する供給線１６を接続し、接続線１１からのみでなく供給線１６からも蒸発源３に電流を供給することも可能である。
【００４７】
図８は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第５の実施の形態を示している。
本実施の形態において、制御手段４は、蒸発源３の軸孔３ａ内に配備された磁場発生源９を蒸発面２との距離を維持しつつ前記給電部６に近接離間可能に移動させる移動機構１７を備えている。これにより、磁場発生源９は、軸孔３ａ内を蒸発源３の軸心方向に移動自在となる。
【００４８】
本実施の形態によれば、磁場発生源９を移動させることによりアークスポットを磁場発生源９による磁場の影響下に置いた状態で蒸発面上を広範に移動させることができ、これによって、磁場発生源９の位置制御を介してアークスポットの位置制御が可能となる。これにより、蒸発源３の消耗の均質化が図られ、該蒸発源３の歩留りが向上する。
また、蒸発源３の軸心方向の長さと同程度の長さを有するワーク（図示省略）の表面を成膜する場合等においては、アークスポットの位置を適宜変更させながらワーク表面を成膜することにより、ワーク表面の膜厚分布の均一化が図られる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、図９に示す如く、磁場発生源９よりも給電部側に配備した陽極１５を該磁場発生源９に同期して蒸発源３の軸方向に移動可能に構成することも可能である。これによれば、陽極１５とアークスポットの相対間隔を略一定に保つことができ、これによってアーク放電が安定的に行われることとなるのである。
図１０は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第６の実施の形態を示している。
【００５０】
本実施の形態において、蒸発源３は、長尺な板状に形成され、一方の平板面を蒸発面２とし、他方の平板面と対向する位置に制御手段４の磁場発生源９を配備している。
これによっても、蒸発面２上に該蒸発面２に平行となる磁場を容易に形成することができ、磁場発生源９によるアークスポットの位置決め精度が向上する。
図１１は、図８に示した本発明に係る真空アーク蒸発源１の第５の実施の形態を用いた真空アーク蒸着装置２０を示している。
【００５１】
該真空アーク蒸着装置２０は、チャンバー２１を備え、該チャンバー２１の内方に、前記真空アーク蒸発源１の蒸発源３及び制御手段４の磁場発生源９と、該真空アーク蒸発源１の蒸発源３にアーク放電を発生させる起放電装置１３と、皮膜形成面を有するワークＷとを配備して構成されている。
チャンバー２１は、真空ポンプ（図示省略）に連結される連結路２２を有しており、該連結路２２から空気を排出することにより内部を真空雰囲気とすることが可能である。また、該チャンバー２１は、内部にプロセスガスを導入可能な導入路２３を有している。
【００５２】
なお、電流供給源８のアーク電源１０のプラス側にチャンバー２１が接続されているため、真空アーク放電時においては、蒸発源３が陰極となり、チャンバー２１が陽極となってこれらの間にアーク放電が発生する。
真空アーク蒸発源３１の蒸発源３は、支持手段（図示省略）に支持されて前記チャンバー２１内にてその軸心方向を上下方向として配備されている。また、真空アーク蒸発源１の制御手段４の内、磁場発生源９はチャンバー２１内に配備される一方、電力供給源８のアーク電源１０はチャンバー２１の外方に配備されている。
【００５３】
また、蒸発源３の起放電部５は、蒸発源３の最上部に位置させた磁場発生源９よりも下方となる位置に設けられており、これによって、蒸発源３の上端となる給電部６からみて磁場発生源９によって蒸発面２に形成される強磁場以遠にアークスポットが発生することとなる。
また、蒸発源３の軸孔３ａ内に配備された磁場発生源９を移動させる移動機構１７は、磁場発生源９に連結されたロッド２５と、チャンバー２１の内外に亘って伸びてロッド２５を出退自在に収容するシリンダ２６と、該ロッド２５にシリンダ２６から出退させる動力を付与する動力本体２７とを備え、該動力本体２７がチャンバー２１外に配備されている。
【００５４】
起放電装置１３は、チャンバー２１内にて蒸発源３の側方に位置している。
また、チャンバー２１内には、蒸発源３の軸心を中心軸として回転可能なターンテーブル２９が配備されており、前記ワークＷは、蒸発源３の軸心に対し放射状に位置してターンテーブル２９の上面に載置されている。また、該ターンテーブル２９には、負のバイアス電圧が印加されている。
【００５５】
該真空アーク蒸着装置２０によれば、複数のワークＷを蒸発源３の取り囲んだ状態に配備することができ、生産性が向上すると共に蒸発源３の歩留りが向上する。また、皮膜形成材料が蒸発源３の軸心に対して放射状に放出され、該皮膜形成材料の放出方向にワークＷが位置しているので、該ワークＷによる皮膜形成材料の捕捉率の向上が図られ、処理コストの低減に寄与することとなる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、蒸発源３は、蒸発面２の後背に磁場発生源９を配備可能に構成されていれば、円柱状、角柱状、角筒状のものを採用する場合にも、本実施の形態と同様の効果が得られる。
また、磁場発生源９をコイルによって構成する場合にも、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図２】磁場発生源の周囲を示す要部拡大側面図である。
【図３】磁場発生源による磁場を示す要部拡大断面図である。
【図４】磁場発生源による磁場を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図７】第４の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図８】第５の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図９】第５の実施の形態の他の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図１０】第６の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。
【図１１】真空アーク蒸着装置を示す断面図である。
【図１２】実験ｉｉの実施例の実験結果を示す図である。
【図１３】実験ｉｉの比較例の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１      真空アーク蒸発源
２      蒸発面
３      蒸発源
４      制御手段
５      起放電部
６      給電部
８      電流供給源
９      磁場発生源
１３    起放電装置
１５    陽極
２０    真空アーク蒸着装置
【図１】
0004684141.tif 000002
【図２】
0004684141.tif 000003
【図３】
0004684141.tif 000004
【図４】
0004684141.tif 000005
【図５】
0004684141.tif 000006
【図６】
0004684141.tif 000007
【図７】
0004684141.tif 000008
【図８】
0004684141.tif 000009
【図９】
0004684141.tif 000010
【図１０】
0004684141.tif 000011
【図１１】
0004684141.tif 000012
【図１２】
0004684141.tif 000013
【図１３】
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