(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺のターゲット材料と、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置したコイル形状に形成されるとともに、基板方向から見て右巻きコイル形状の場合に基板とは反対側の端部にアーク電源の正極を接続し、基板方向から見て左巻きコイル形状の場合に基板側の端部にアーク電源の正極を接続するアーク電極とを有する蒸着源を用い、減圧雰囲気下でターゲット材料の外周面にプラズマを発生させるとともにこの発生したプラズマを基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記長尺のターゲット材料に前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのべース電極を取り付け、その後、前記べース電極に負電圧を、アーク電極に正電圧を印加しつつ前記トリガー電極に正電圧を印加することにより、このトリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせ、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料の外周面とコイル形状のアーク電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電の開始と同時にアーク電極を流れる電流により発生した磁力によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向して誘導し、該基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
長尺のターゲット材料と、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置したコイル形状に形成されるとともに、基板方向から見て右巻きコイル形状の場合に基板とは反対側の端部にアーク電源の正極を接続し、基板方向から見て左巻きコイル形状の場合に基板側の端部にアーク電源の正極を接続するアーク電極とを有する蒸着源を用い、減圧雰囲気下でターゲット材料の外周面にプラズマを発生させるとともにこの発生したプラズマを基板の面上に照射してプラズマ化されたターゲット材料を基板に対して注入する注入方法であって、
前記長尺のターゲット材料に前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのべース電極を取り付け、その後、前記べース電極に負電圧を、アーク電極に正電圧を印加しつつ前記トリガー電極に正電圧を印加することにより、このトリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせ、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料の外周面とコイル形状のアーク電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電の開始と同時にアーク電極を流れる電流により発生した磁力によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向して誘導し、前記プラズマに対して負電圧に印加された基板に対して前記プラズマ化されたターゲット材料を注入することを特徴とする注入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して薄膜形成等の蒸着時やプラズマ化されたターゲット材料を注入するときに用いる薄膜形成方法及び注入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体のターゲット材料から、プラズマを発生させて基板上に蒸着による薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法としては、例えば特許第２８５７７４３号がある。図４を用いて説明する。
【０００３】
この発明は円柱状の導電性物質からなる固体ターゲット材料４３の一端面にカソード電極４０を接続するとともに、このカソード電極４０の外周側面とターゲット材料４３の前記一端側の外周側面とを覆うように、且つターゲット材料４３の他端側を露出させて絶縁部材４２を配している。そして、ターゲット材料４３の前記一端側を覆った側の絶縁部材４２の外周に、絶縁部材４２の端面４２ａとトリガー電極４１の端面４１ａが一致するようにしてトリガー電極４１を設置する。前記ターゲット材料４３はトリガー電極４１を設置した設置部位よりも先端部分が露出され、アーク放電を起こすことが可能な露出部分４３ａとして使用される。
【０００４】
更に、ターゲット材料４３と絶縁部材４２及びトリガー電極４１の周囲には空間を介して、これらを取り囲むようにした円筒状のアーク電極４４（アノード電極ともいう）が設置されている。
【０００５】
アーク電極４４と前記ターゲット材料４３の一端面に接続したカソード電極４０との間には、減圧雰囲気下でアーク電源５１により設定された電圧が定常的にかかって放電待機状態となっている。その状態において、カソード電極４０に対しトリガー電極４１を正の電圧とするように、トリガー電極４１とターゲット材料４３の一端面に接続したカソード電極４０との間にトリガー電源５２により瞬間的に高電圧をかけることで、トリガー電極４１とターゲット材料４３との間にトリガー放電を起こさせる。
【０００６】
このトリガー放電は、絶縁部材４２の端面４２ａに沿った沿面放電として起こり、あるいはターゲット材料４３の露出部４３ａのうちで前記絶縁部材４２の端面４２ａに近い部位（基端部側）と絶縁部材４２の端面４２ａとの間で起こり、このトリガー放電によりターゲット材料４３の外周側面にアークスポット４５の発生とともにプラズマが発生し、この発生したアークスポット４５（カソードスポットともいう）をきっかけとして放電待機状態が破れ、ターゲット材料４３とアークスポット４５とアーク電極４４との間にアーク放電を起こさせ、そしてアークスポット４５によって連続的にアーク放電を起こさせて、ターゲット材料４３の外周面からアークスポット４５の発生とともにプラズマを発生させる。
【０００７】
ターゲット材料４３の前記外周側面のアークスポット４５からは、プラズマ及び電気的に中性な液滴等からなる物質が円筒状のアーク電極４４の内周面に向かう様々な方向に放出されるが、ターゲット材料４３に流れる電流により発生したターゲット材料４３の周囲の磁場により、前記プラズマのみが飛散方向をターゲット材料４３の軸線方向へ曲げられる（偏向される）。そして、ターゲット材料４３の軸線の先端方向に設置された基板４８には、前記磁場により曲げられたプラズマのみが照射され、そしてこの基板４８上に堆積によって薄膜が形成される。一方、電気的に中性な液滴は重く、磁場の影響をほとんど受けないので、アーク電極４４の内周面に付着する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来例は、トリガー放電によるアークスポット４５を発生させ、このアークスポット４５によってアーク放電を連続的に起こさせる。即ち、ターゲット材料４３表面に発生したアークスポット４５からプラズマが発生し、このプラズマがターゲット材料４３を流れる電流により発生した磁場でターゲット材料４３の軸方向に偏向させられ、基板４８に照射される。アーク放電が発生している間、アークスポット４５はターゲット材料４３の外周側面に一様に分布するのではなく、最もアーク放電の起こりやすい位置周辺に集中して分布しやすい。従って、ターゲット材料４３の外周側面である露出部４３ａで、アークスポット４５の分布がターゲット材料４３の軸線に対して円周方向で均一でないと、照射されるプラズマに偏りが生じ、この結果を基板４８上で見ると、位置によって（即ち、ターゲット材料４３の軸線と交叉する基板４８上の点を中心にして、その周方向あるいは径方向の位置によって）、プラズマが多く照射される部分と余り照射されない部分がランダムに発生し、膜厚のバラツキが生じてしまう（以下、プラズマの偏りと記す）という不具合があった。
【０００９】
前述の従来例では、アークスポット４５から噴射したプラズマの偏りは、アークスポット４５の円周方向の分布に依存する。プラズマの偏りが存在すると、このプラズマによって基板４８上に形成される膜の厚さに偏りができたり、あるいはプラズマ化されたターゲット材料を基板４８に対して注入する場合に、注入の量に偏りが生じてしまう。例えば、実際に基板４８上に薄膜を形成する場合、直径１００ｍｍの基板４８上では、基板４８の中心が最も厚い膜となり、全体的には周辺に行くに従って徐々に薄くなる傾向（即ち、径方向の偏り）があり、また周辺側でも中心の厚さに対してあまり薄くなっていない部分と極めて薄い部分と偏り（即ち、周方向での偏り）があることが明らかになった。そして、最も厚い膜厚に対する膜厚の変化は２０％以上となってバラツキ幅が大きく、膜形成で機能上求められるバラツキ幅（１０％以内）を大きく越えるものであった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、基板となる試料にプラズマを均一照射できる薄膜形成方法及びプラズマ化されたターゲット材料の基板に対する注入方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の薄膜形成方法は、長尺のターゲット材料と、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置したコイル形状に形成されるとともに、基板方向から見て右巻きコイル形状の場合に基板とは反対側の端部にアーク電源の正極を接続し、基板方向から見て左巻きコイル形状の場合に基板側の端部にアーク電源の正極を接続するアーク電極とを有する蒸着源を用い、減圧雰囲気下でターゲット材料の外周面にプラズマを発生させるとともにこの発生したプラズマを基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記長尺のターゲット材料に前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのべース電極を取り付け、その後、前記べース電極に負電圧を、アーク電極に正電圧を印加しつつ前記トリガー電極に正電圧を印加することにより、このトリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせ、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料の外周面とコイル形状のアーク電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電の開始と同時にアーク電極を流れる電流により発生した磁力によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向して誘導し、該基板上に薄膜を形成する構成とした。（請求項１）
【００１３】
また、本発明のプラズマ化されたターゲット材料の基板に対する注入方法は、長尺のターゲット材料と、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置したコイル形状に形成されるとともに、基板方向から見て右巻きコイル形状の場合に基板とは反対側の端部にアーク電源の正極を接続し、基板方向から見て左巻きコイル形状の場合に基板側の端部にアーク電源の正極を接続するアーク電極とを有する蒸着源を用い、減圧雰囲気下でターゲット材料の外周面にプラズマを発生させるとともにこの発生したプラズマを基板の面上に照射してプラズマ化されたターゲット材料を基板に対して注入する注入方法であって、前記長尺のターゲット材料に前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのべース電極を取り付け、その後、前記べース電極に負電圧を、アーク電極に正電圧を印加しつつ前記トリガー電極に正電圧を印加することにより、このトリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせ、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料の外周面とコイル形状のアーク電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電の開始と同時にアーク電極を流れる電流により発生した磁力によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向して誘導し、前記プラズマに対して負電圧に印加された基板に対して前記プラズマ化されたターゲット材料を注入することとした。（請求項２）
【００１４】
請求項１又は２記載の蒸着源によれば、アーク電極をコイル形状の螺旋体にし、基板方向から見て右巻きコイル形状の場合に基板とは反対側の端部にアーク電源の正極を接続し、基板方向から見て左巻きコイル形状の場合に基板側の端部にアーク電源の正極を接続する構成としているので、アーク放電と同時にコイル形状のアーク電極及びターゲット材料に発生する磁場により、ターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に偏向し、かつプラズマの偏りを矯正して基板に均一に照射できるようになる。
【００１５】
上記蒸着源を形成するコイル形状の螺旋体からなるアーク電極は、強力な磁場を形成している。形成される磁場は、アンペールの右ネジの法則に従い、基板方向から見て右巻きのコイル形状アーク電極では、基板とは逆側のアーク電極の端にアーク電源からの回路を接続することで、基板方向に磁場を形成する。また基板から見て左巻きのコイル形状アーク電極では、基板側のアーク電極の端にアーク電源からの回路を接続することで、基板方向に磁場を形成する。
【００１６】
この際、コイル形状の螺旋体は、巻き数が多いほど強い磁場を形成することが可能であり、３巻き以上で効果が出はじめる。コイル形状のアーク電極の線形（構成線材の断面形状）は、一般的にコイルとして用いられる円形や楕円形や半円形、また四角形などの多角形が用いられる。更にターゲット材料に面した部分（内面）を平面にすることでアーク放電が行われる面積が増加し、ターゲット材料とコイル形状のアーク電極との間で効率よくアーク放電を起こすことができる。
【００１７】
コイル形状のアーク電極の内径は、アーク電極とターゲット材料との間隔により決まる。この間隔は５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることが望ましい。５ｍｍ未満ではターゲット材料とアーク電極が近づきすぎているため、ターゲット材料より発生したプラズマの殆どがコイル形状アーク電極の内面に付着してしまい、基板方向に効率よく偏向させて照射することが難しい。また５０ｍｍを越える場合、ターゲット材料とアーク電極の距離が遠すぎるため、アーク放電が起こりにくくなり、好ましくない。
【００１８】
コイル形状アーク電極に用いる線材の材質は、基本的に導電体であればよい。但し、真空容器中で減圧下で使用することを考慮すると、例えばステンレス、Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金、炭素系材料のような、真空中で揮発成分が少ない材料であることが望ましい。
【００１９】
本発明の薄膜形成方法によれば、上記蒸着源を用いて基板上に成膜を行う際、アーク放電の開始と同時にコイル形状のアーク電極を流れる電流により発生した磁力等によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマは基板方向に強制的に偏向されて誘導され、そして強制的に偏向、誘導されたプラズマは基板方向に均一に照射されることとなって基板上に均一な膜厚の成膜処理が可能となる。
【００２０】
本発明の注入方法によれば、上記蒸着源を用いて、プラズマ化されたターゲット材料を基板に注入する際、アーク放電の開始と同時にコイル形状のアーク電極を流れる電流により発生した磁力等によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向する一方で、上記基板に高圧パルス電源を接続し、該基板方向に照射されたプラズマに対して負のパルス電圧を基板に印加するとプラズマ化されたターゲット材料の成分（イオン成分）が選択的に基板に注入される。
【００２１】
このプラズマ化されたターゲット材料の成分は、コイル形状のアーク電極及びターゲット材料に発生した磁場によりプラズマが基板方向に強制的に偏向、誘導されて均一に基板に照射するようにした状態で得られるので、基板に注入した後にも、該基板に対し均一に、分布ムラがほとんどない状態となる。この際パルスの幅が５〜１００μｓｅｃの負電圧印加を５〜１００μ秒の未負荷時間（インターバル）を経て繰り返し印加することが望ましく、上記蒸着源からプラズマが照射されている間、基板に上記負のパルス電圧をかけ続けることが望ましい。また、その電圧は０．５ｋＶ以上が望ましい。負のパルス電圧１パルスの付加時間は５μｓｅｃ未満ではプラズマ化されたターゲット材料成分（プラズマ中のイオン）を引きつけて注入するのに十分な時間ではなく、また、１００μｓｅｃを越える場合では照射されるプラズマに対してアーク放電を起こしやすくなり、注入効果が得られにくくなる。
【００２２】
また、インターバルは５μｓｅｃ未満では、負の電圧を連続して負荷し続けるのと似通った現象となり、照射されたプラズマに対し基板表面からアーク放電を起こしやすくなり、また、インターバルが１００μｓｅｃを越える場合では未注入時間が長く、十分な注入効果が得られない。また、負のパルス電圧は０．５ｋＶ未満では基板に注入されたプラズマ化されたターゲット材料（プラズマイオン）の侵入深さが数〜十数オングストローム程度以下と非常に浅くなり、注入効果が顕著に現れにくいため望ましくなく、負のパルス電圧が高くなれば基板に対するプラズマ化されたターゲット材料の注入深さは深くなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の蒸着源を備え、薄膜形成方法及び注入方法の実施に用いる装置を示す概略構成図である。
【００２４】
プラズマを発生させるターゲット材料１は純度９９．９％のＣｒを用い、直径４ｍｍ、長さ４０ｍｍの長尺な円柱形状をしている。ターゲット材料１の外周周囲には、絶縁部材としての厚さ０．５ｍｍの管状のＺｒＯ２焼結体即ち絶縁管５が耐熱性接着剤（例えば、セラミクス粉末混入の接着剤であるアルミナボンド（例えば商品名アロンセラミクス、東亜合成（株）製））により接着され、その外周側にはターゲット材料１の外周側面にトリガー放電を起こさせるためのトリガー電極３（ＳＵＳ３０４製）が前記耐熱性接着剤により接着されている。更にその周囲には、ターゲット材料１、絶縁管５及びトリガー電極３の全体を取り囲むような空間を介してコイル形状で疎巻きにした螺旋体からなるアーク電極４が配置されている。
【００２５】
アーク放電用のアーク電源６は、正極の接続端子６ａがアーク電極４における後述の基板１２とは反対側の端部に、負極の接続端子６ｂがべース電極としてターゲット材料１に取り付けられて接続されている。また、トリガー電源７は、正極の接続端子７ａがトリガー電極３における後述の基板１２とは反対側の端面に、負極の接続端子７ｂがべース電極としてターゲット材料１に取り付けられて接続されている。なお、負極の接続端子６ｂと負極の接続端子７ｂとは、それぞれべース電極としてターゲット材料１に別々に取り付けて接続しているが、これに限られず、接続端子６ｂ，７ｂは１本の接続線で結線してもよい。あるいは、ターゲット材料１の端部に対して前記負極の接続端子６ｂ，７ｂをそれぞれ取り付けるか、または１本の接続線で取り付けるためのべース電極となる導電部材を更に取り付けてもよい。また、接続端子６ｂ，７ｂを溶着によって形成した溶着部としてもよい。
【００２６】
本実施の形態で使用したコイル状アーク電極４はＳＵＳ３１６Ｌ製で線材の断面形状が３ｍｍ角、コイルの内径が２５ｍｍ、巻き数１０、自由長６０ｍｍのものを使用した。従って、コイル状の隣り合う線材の間は空いていて、疎巻き状態となっている。ターゲット材料１の外周側表面８は、基板１２に対向する側において絶縁管５から長さ１５ｍｍで露出している。アーク電極４の開口部の前方には、その開口端側に薄膜形成面１２ａを向けて直径１１５ｍｍの基板１２が取り付けられた円盤状の試料ホルダー１４が配置されている。基板１２とターゲット材料１とは１２０ｍｍ離れている。この試料ホルダー１４の中心は、ターゲット材料１の長尺の軸心と一致しており、この試料ホルダー１４の中心と、基板１２の中心が一致して取り付けられるようになっている。
【００２７】
アーク電源６は図示しないコンデンサーを有し、８８００μＦの電気量を充電しておくことができる容量であり、電圧は０〜１００Ｖの範囲で任意に設定できる。トリガー電源７は、図示しないコンピューターからのパルス信号により５μｓｅｃの長さで、ターゲット材料１とトリガー電極３の間に０〜５ｋＶの範囲で任意に設定された電圧をパルス状で与えることができる。上記ターゲット材料１、絶縁管５、トリガー電極３、アーク電極４、アーク電源６及びトリガー電源７とを相互に関連づけして配置されて、蒸着源１１が構成されている。
【００２８】
図１で示した構造の蒸着源１１を真空容器２０中に配置し、真空ポンプにて１×１０−４Ｐａ以下の真空度まで減圧し、この減圧雰囲気下でアーク電源６を９０Ｖの電圧で作動させ、ターゲット材料１とアーク電極４の間に９０Ｖの電圧をかける。減圧下なので、ターゲット材料１とアーク電極４の間に電圧をかけても放電は起こらず待機状態となる。そこに図示しないコンピューターによりトリガー電源７へパルス信号を送り、トリガー電源７を作動させターゲット材料１に対しトリガー電極３側に正電圧を印加するようにして、ターゲット材料１とトリガー電極３の間に３ｋＶの電圧を５μｓｅｃ与える。ターゲット材料１とトリガー電極３間には絶縁管５があるので、電気的には導通しないが、接触してるために絶縁管５である絶縁セラミクス焼結体の表面を伝って瞬間的にターゲット材料１表面に電気が流れ、トリガー放電が起こる。トリガー放電が起こると、その電気的エネルギーによりターゲット材料１の側表面（外周面）８上にアークスポット（局所溶融エリアともいう）とともにプラズマが発生し、プラズマ化されたターゲット材料１がターゲット材料１の外周側表面８とアーク電極４間の空間に飛び出して導電体の役割を担い、ターゲット材料１の外周側表面８とアーク電極４間でアーク放電１０を起こさせる。なお、アーク放電１０はアーク電源６に接続されたコンデンサーにたまった電気量を放出し終わると終了し、その所要時間は、本実施の形態では約２００μｓｅｃである。
【００２９】
このアーク放電１０が発生すると、上記コンデンサーにたまった電気量を放出し終わるまで、このアーク放電１０は連続的に発生し、この際に流れる電流はアーク電源６の正極から接続端子６ａを介してアーク電極４、及びアーク電極４とターゲット材料１間の空間及びターゲット材料１内を通り、べース電極としての接続端子６ｂを介してアーク電源６の負極へ流れる。アーク電極４を電流が流れる際、アンペールの右ネジの法則に従い磁場９を発生し、ターゲット材料１周囲はターゲット材料１の軸方向へ向いた磁場９に包まれる。
【００３０】
アーク放電１０によってアークスポットとともにターゲット材料１の外周側表面８から発生したプラズマは、ターゲット材料１内を流れる電流により発生する磁場及びアーク電極４を流れる電流により発生した磁場９によりターゲット材料１の軸方向にその進路を変え、アーク電極４の開口端の前方に配置された基板１２の薄膜形成面１２ａに向けて噴射される。その際、磁場９により、強制的に偏向され噴射したプラズマは拡散されながら濃度分布が均一になるように誘導され、磁場９を発生させない場合に比べて均一に成膜できる領域が広がった。
【００３１】
図２は、成膜するための基板１２を設置する円盤状の試料ホルダー１４上で、基板１２の中心からの距離と、基板１２上に成膜された膜厚の関係を示したものである。比較例として、従来技術に使用された中実な筒状のアーク電極を有する蒸着源を用いて成膜した膜厚の測定結果を記載してある。
【００３２】
測定は基板１２の中心、φ２５ｍｍの位置、φ５０ｍｍの位置を各４点で測定した。比較例の筒状のアーク電極は中実の筒状であること以外、内径２５ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ６０ｍｍと本実施の形態のアーク電極４と寸法が同じものを使用し、それ以外の構造及び成膜条件についても本実施の形態と同様である。図２において、丸または三角のマークを挟んで示した上下の短線の範囲は、膜厚のバラツキの範囲を示している。
【００３３】
本実施の形態では、各測定位置内の膜厚バラツキが５％以下で、且つ中心の平均膜厚とφ５０ｍｍの位置の平均膜厚との膜厚の差も５％以下と非常に均一な膜が得られていた。一方、比較例では各測定位置内の膜厚バラツキが周辺に行くに従って大きくなり、φ５０ｍｍの位置では５０％以上のバラツキがみられ、また平均膜厚とφ５０ｍｍの位置の平均膜厚との膜厚の差も非常に大きくなっていた。
【００３４】
本実施の形態では、ターゲット材料１に純度９９．９％のＣｒを用いたが、ターゲット材料１は導電性の物質であれば良く、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｅのような金属や、炭素、ＷＣのような炭化物なども用いることができる。純度９９．９％以上の清浄な膜を成膜するためには、９９．９％以上の純度のターゲット材料１を使用することが望ましいが、膜が高純度である必要がなければ、９９．９％以下の純度のターゲット材料を用いても、また合金材料を用いても本発明の効果を妨げることはない。
【００３５】
また、コイル状アーク電極４にはＳＵＳ３１６Ｌを使用したが、素材は導電体であれば良く、例えば鉄、ニッケル、銅、チタンなどの金属及びその合金、炭素電極などでも、本実施の形態と同様の効果を得ることが確認されている。
【００３６】
コイル状アーク電極４の巻き数は、本実施の形態では１０巻きとしたが、必要な磁場が形成されれば良く、３巻き以上で効果が確認され、巻き数が多いほど磁場の強さが大きくなり、効果が顕著に現れることが確認されている。なお、表１は実施の形態１に関連して、コイル状アーク電極４の巻き数と、基板１２上に成膜された膜厚のバラツキの関係を調査したデータである。
【００３７】
このデータでは、コイル形状のアーク電極は、先のアーク電極とは異なり、コイル状アーク電極の線材の断面形状は３ｍｍ角の正方形で、内径２１ｍｍ、自由長５０ｍｍとした。また膜厚の測定は、前記円盤状の試料ホルダー１４に取り付けたφ１００ｍｍの試料に、この試料の中心を交点として十字に開口するマスクをし、成膜部分とマスクで隠れた部分の膜厚の差に基づく段差を段差計を用いて中心からφ２５ｍｍ、φ５０ｍｍの位置で各４点づつ測定した。
【００３８】
【表１】
0004674991.tif 000002
【００３９】
表１によると、従来の中実の筒状のアーク電極及び巻き数が１と２であるコイル状アーク電極では、基板上の各測定点における膜厚のバラツキ［｛（最大膜厚−最小膜厚）／最大膜厚｝×１００］の値が２０％以上あり好ましくなかった。これに対し、巻き数が３になると膜厚のバラツキが１０％となって効果が現れはじめ、巻き数が５以上では膜厚のバラツキが５％となって、バラツキ低減に顕著な効果を奏することが明らかになった。
【００４０】
本実施の形態では、アーク放電１０を起こさせるきっかけとするために、ターゲット材料１の外周側表面８に絶縁管５を介してトリガー電極３を設置したが、トリガー放電１０の発生位置はターゲット材料１の周囲空間に露出している表面であればどの場所でも良いため、トリガー電極３の設置位置を限定するものではない。また、アーク放電１０を起こさせるきっかけはトリガー放電のみならず、ターゲット材料１から周囲空間に例えば蒸発などの手段により原子を飛散させれば良いので、例えば電子ビーム、エキシマレーザーなどの手段を用いてターゲット材料１に照射し、このターゲット材料１表面からの蒸気を発生させる手段によってもアーク放電１０を起こさせることが可能であることが確認されており、このような手段を用いても本発明の効果を同様に得ることができる。
【００４１】
本実施の形態によれば、コイル形状のアーク電極４を用いない従来の蒸着源に比べ、均一なプラズマ照射範囲を拡大することができ、且つ磁場９を発生させるための専用装置のない簡素な構造でプラズマ照射の方向と分布を誘導する磁場９を発生させることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態の薄膜成形方法及び注入方法の実施に用いる装置を示す概略構成図である。
【００４３】
本実施の形態で用いる蒸着源１１は、図３に示すように、上記実施の形態１と同じものであり、同一番号を付してその説明を省略する。
【００４４】
実施の形態２では、円盤状の試料ホルダー１４に保持された基板１２に対し、直流高圧パルス電源１３の負極の接続端子が接続されるとともに、直流高圧パルス電源１３の正極の接続端子がアースされ、この接続によってプラズマに対し基板１２が負電圧に印加されるようになっている。即ち、基板１２には、試料ホルダー１４を介して直流高圧パルス電源１３が電気的につながれており、直流高圧パルス電源１３は図示しないコンピューターによりその動作を制御されるようになっている。そして、コンピューターにより、基板１２には０〜−３０ｋＶの負の電圧を５〜２００μｓｅｃの間で任意に設定された時間だけ電圧を与えることができ、且つ基板１２への電圧印加終了後５〜２００μｓｅｃの間で任意に設定された時間の間隔をインターバルとしてあけて、再度基板１２に設定された負の電圧を繰り返し、例えば１００回まで与えることができる構成になっている。そして、基板１２に対し、前記コンピューターにより直流高圧パルス電源１３の動作設定を−１０ｋＶの負の電圧、１パルスの付加時間を１２μｓｅｃで且つインターバルを１３μｓｅｃとする１回を反復するべく、その繰り返し回数を１００回に設定している。
【００４５】
上記実施の形態１と同様に構成し図３に示した蒸着源１１に、プラズマを発生させるターゲット材料１として純度９９．９％のＣｒ（直径４ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱形状）を設置した。コイル状アーク電極４はＳＵＳ３１６Ｌ製で線材の断面形状が３ｍｍ角、コイルの内径が２５ｍｍ、巻き数１０、自由長６０ｍｍのものを使用した。基板１２には、ＷＣを主成分とした長方形の超硬合金チップ（１０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を使用した。
【００４６】
図３で示した構造の蒸着源１１と基板１２を真空容器２０中に設置し、真空ポンプにて１×１０−４Ｐａ以下の真空度まで減圧した。次いで減圧雰囲気下で、アーク電源６を２５Ｖの電圧としてターゲット材料１に印加して放電の待機状態とする。そこに図示しないコンピューターによりトリガー電源７へパルス信号を送ることによって、トリガー電源７を作動させ、ターゲット材料１とトリガー電極３の間に３ｋＶの電圧を５μｓｅｃ与えることによりトリガー放電を起こさせる。このトリガー放電をきっかけとしてターゲット材料１の外周側表面８とコイル状のアーク電極４間の放電待機状態が破られて、前記外周側表面８とアーク電極４との間でアーク放電１０を起こす。このアーク放電１０によってターゲット材料１の外周側表面８に発生したアークスポットからの蒸発で飛散した物質中のプラズマ化されたターゲット材料は、実施の形態１と同様に、ターゲット材料１内を流れる電流で発生する磁場及びアーク電極４内を流れる電流により発生した磁場９により、ターゲット材料１の軸方向に進路を向けて基板１２側に噴射される。
【００４７】
アーク放電１０はアーク電源６に接続された図示しないコンデンサーにたまった電気量を放出し終わると終了し、その所要時間はコンデンサーの容量により定まる約２００μｓｅｃである。アーク放電１０が起こると同時に図示しないコンピューターにより上記直流高圧パルス電源１３に設定していた動作設定に基づいて該直流高圧パルス電源１３を動作させ、基板１２に上記付加時間１２μｓｅｃ、インターバル１３μｓｅｃを１回としたパルス状の負の電圧を与えて上記噴射されたプラズマ中のＣｒ（クロムイオン）を基板１２表面（薄膜形成面１２ａ）に注入する。このトリガー放電の発生からプラズマ中のＣｒを基板１２表面に注入する一連の動作を１秒間隔で１０００回繰り返し、ターゲット材料のプラズマ化されたＣｒを注入する。その後アーク電源６の動作電圧を９０Ｖとし、直流高圧パルス電源１３の動作を停止させ、基板１２への電圧を印加せずに８０００回のプラズマ照射を行うことによって、Ｃｒを注入した基板１２上に、更にＣｒの薄膜を成膜した。
【００４８】
上記注入作業と成膜作業を行ったサンプルを試験番号１〜３として３個製作した。比較のために図４で示した従来例の蒸着源でも注入作業と成膜作業を行ったサンプルを３個製作した（試験番号１〜３とした）。
【００４９】
本実施の形態のように注入操作と成膜作業を行うことによって、各サンプル毎に繰り返して同じ性能の注入と成膜が得られるかどうかが判断できる。Ｃｒを注入した基板と該表面に形成した膜との密着強度は注入効果によって大きく向上するため、注入効果のバラツキは膜の密着強度に敏感に現れる。そこで、密着強度を調べるため、上記両サンプルについて膜に対する引っかき強度の調査を行った。そのサンプルのひっかき強度の評価結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
0004674991.tif 000003
【００５１】
表２は、本実施の形態の試験番号１〜３のサンプル３個と、比較用の試験番号１〜３のサンプル３個において、それぞれの成膜面での各対応する点の５箇所での膜厚と、また各対応する点の５箇所でのひっかき強度の平均値を示している。
【００５２】
表２に示すとおり、成膜された基板１２の膜厚と、基板１２上に形成された膜が剥離するまでの強度を調べるひっかき強度を測定すると、膜厚、ひっかき強度共に本実施の形態で製作したサンプルの方がバラツキが少なく、良好であった。
【００５３】
本実施の形態では、ターゲット材料１に純度９９．９％のＣｒを用いたが、ターゲット材料１は導電性の物質であれば良く、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｅのような金属や、炭素、ＷＣのような炭化物などにも用いることができる。ターゲット材料を基板に注入した後に純度９９．９％以上の清浄な膜を成膜するためには９９．９％以上の純度のターゲット材料１を使用することが望ましいが、膜が高純度である必要がなければ９９．９％以下の純度のターゲット材料を用いても、本発明の効果を妨げることはない。
【００５４】
また、基板１２には超硬合金チップを用いたが、これは基板１２に使用できる材料を限定するものではなく、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ等の金属材料または合金、炭化ケイ素等のような導電性セラミックス材料、炭素系材料でも成膜処理を行うことができる。
【００５５】
本実施の形態は、上記実施の形態１と同じく構成した蒸着源１１を用い、均一な膜厚で、且つ均一な注入効果を持つ成膜を行うことが可能な薄膜形成方法である。
【００５６】
なお、上記した具体的実施の形態から次のような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）減圧雰囲気下でプラズマを発生させる長尺のターゲット材料と、このターゲット材料に絶縁部材を介して設置されたトリガー放電を起こさせるトリガー電極と、トリガー放電をきっかけとしてアーク放電を発生させるための長尺のターゲット材料周囲に空間を介して配置されたアーク電極を有する蒸着源において、上記アーク電極がターゲット材料を軸心とする疎巻きコイル形状の螺旋体からなるアーク電極であることを特徴とする蒸着源。
【００５７】
（２）上記アーク電極は、右巻きまたは左巻きのコイル形状からなることを特徴とする付記（１）記載の蒸着源。
【００５８】
（３）上記アーク電極は巻き数を３回以上としたことを特徴とする付記（１）記載の蒸着源。
【００５９】
（４）上記螺旋体の線材の横断面形状は円形、楕円形、半円形または四角形を含む多角形としたことを特徴とする付記（１）記載の蒸着源。
【００６０】
（５）上記アーク電極の内周面と上記ターゲット材料の外周面との間隔は５ｍｍ〜５０ｍｍとしたことを特徴とする付記（１）記載の蒸着源。
【００６１】
（６）上記アーク電極はステンレス、Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金、炭素系材料の導電体からなることを特徴とする付記（１）記載の蒸着源。
【００６２】
（７）長尺のターゲット材料と、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した疎巻きコイル形状のアーク電極とを有する蒸着源を用い、減圧雰囲気下でターゲット材料の外周面にプラズマを発生させるとともにこの発生したプラズマを基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記長尺のターゲット材料に前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのべース電極を取り付け、その後、前記べース電極に負電圧を、アーク電極に正電圧を印加しつつ前記トリガー電極に正電圧を印加することにより、このトリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせ、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料の外周面とコイル形状のアーク電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電の開始と同時にアーク電極を流れる電流により発生した磁力によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向して誘導し、該基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【００６３】
（８）長尺のターゲット材料と、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した疎巻きコイル形状のアーク電極とを有する蒸着源を用い、減圧雰囲気下でターゲット材料の外周面にプラズマを発生させるとともにこの発生したプラズマを基板の面上に照射してプラズマ化されたターゲット材料を基板に対して注入する注入方法であって、前記長尺のターゲット材料に前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのべース電極を取り付け、その後、前記べース電極に負電圧を、アーク電極に正電圧を印加しつつ前記トリガー電極に正電圧を印加することにより、このトリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせ、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料の外周面とコイル形状のアーク電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電の開始と同時にアーク電極を流れる電流により発生した磁力によって、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマを基板方向に強制的に偏向して誘導し、前記プラズマに対して負電圧に印加された基板に対して前記プラズマ化されたターゲット材料を注入することを特徴とする注入方法。
【００６４】
（９）上記べース電極は、トリガー電源及びアーク電源のそれぞれの負極の接続端子をそれぞれターゲット材料に接続してなることを特徴とする付記（７）記載の薄膜形成方法または付記（８）記載の注入方法。
【００６５】
（１０）上記べース電極は、トリガー電源とアーク電源との負極を接続しその接続端子をターゲット材料に接続してなることを特徴とする付記（７）記載の薄膜形成方法または付記（８）記載の注入方法。
【００６６】
（１１）上記アーク電極は、右巻きコイル形状の場合に基板とは反対側の端部にアーク電源の正極を接続し、左巻きコイル形状の場合に基板側の端部にアーク電源の正極を接続することを特徴とする付記（７）記載の薄膜形成方法または付記（８）記載の注入方法。
【００６７】
（１２）上記プラズマ化されたターゲット材料を基板に注入する際、プラズマに対して負電圧に印加された基板に対して上記プラズマ化されたターゲット材料を注入した後、基板に対する負電圧の印加を停止して上記プラズマ化されたターゲット材料を上記基板に照射することを特徴とする（８）記載の注入方法。
【００６８】
（１３）上記基板は、直流高圧パルス電源の負極を接続したことを特徴とする付記（８）記載の注入方法。
【００６９】
付記（１）、（２）の蒸着源によれば、基板に対して形成される薄膜の厚さにムラがなくなるような均一なプラズマ照射が可能となった。
【００７０】
付記（３）の蒸着源によれば、ターゲット材料のプラズマを偏向して噴射させ、均一な膜厚の薄膜を基板に形成できる強さの磁場を得ることができる。
【００７１】
付記（４）の蒸着源によれば、ターゲット材料とアーク電極の間でアーク放電を起こすことができる。特に、楕円形さらには半円形や四角形にしてターゲット材料に向かう各電極の面積を広くすることで、さらに効率よくアーク放電を起こすことが可能になる。
【００７２】
付記（５）の蒸着源によれば、プラズマ化されたターゲット材料を基板方向に効率よく偏向させて基板に照射することができる。
【００７３】
付記（６）の蒸着源によれば、減圧雰囲気下であっても、アーク電極からの揮発成分を少なくすることができる。
【００７４】
付記（７）の薄膜形成方法によれば、均一なプラズマ照射によって、基板に対して均一な膜厚となる成膜処理を行うことが可能となった。
【００７５】
付記（８）の注入方法によれば、均一なプラズマ照射によって、基板に対して均一な注入処理を行うことが可能となった。
【００７６】
付記（９）の薄膜形成方法または注入方法によれば、トリガー電極とターゲット材料との間でトリガー放電を起こさせると同時に、アーク電極とターゲット材料間でアーク放電を発生させることができる。
【００７７】
付記（１０）の薄膜形成方法または注入方法によれば、トリガー電源の負極およびアーク電源の負極とターゲット材料との接続を簡素化することができる。
【００７８】
付記（１１）の薄膜形成方法または注入方法によれば、プラズマ化されたターゲット材料を基板方向に噴射させることができる。
【００７９】
付記（１２）、（１３）の注入方法によれば、プラズマ化されたターゲット材料を深く注入できるとともに、均一で分布ムラがほとんどない状態で基板に対して照射することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の薄膜形成方法によれば、均一なプラズマ照射によって、基板に対して均一な膜厚となる成膜処理を行うことが可能となった。
【００８２】
本発明の請求項２の注入方法によれば、均一なプラズマ照射によって、基板に対して均一な注入処理を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の蒸着源を備え、薄膜形成方法及び注入方法の実施に用いる装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１で基板上に成膜した膜の膜厚と基板の中心からの距離との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２の蒸着源を備え、薄膜形成方法及び注入方法の実施に用いる装置を示す概略構成図である。
【図４】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１  ターゲット材料
３  トリガー電極
４  アーク電極
５  絶縁管
６  アーク電源
６ａ  正極の接続端子
６ｂ  負極の接続端子
７  トリガー電源
７ａ  正極の接続端子
７ｂ  負極の接続端子
８  ターゲット材料の外周側表面
９  磁場
１１  蒸着源
１２  基板
１３  直流高圧パルス電源
２０  真空容器
【図１】
0004674991.tif 000004
【図２】
0004674991.tif 000005
【図３】
0004674991.tif 000006
【図４】
0004674991.tif 000007