(57)【要約】【課題】基材の表面における成膜領域を適切に制御して、良質な薄膜を成膜することができる真空アーク蒸着装置および真空アーク蒸着法を提供する。【解決手段】カーボン材料によって形成された陰極にアーク放電を行ってカーボン材料を蒸発させることによりビーム状のプラズマを発生させ、基材表面にカーボン材料を蒸着させて成膜する真空アーク蒸着装置であって、基材に向けて突出する少なくとも１つの突起部を備えた陰極と、陰極の近傍に配置されて陰極の周囲に磁界を生じさせる磁界発生手段と、磁界発生手段を移動させて陰極の周囲に動磁場を形成する動磁場形成手段とを備えており、陰極の周囲に形成された動磁場によりビーム状のプラズマを基材表面に走査させて成膜するように構成されている真空アーク蒸着装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン材料によって形成された陰極にアーク放電を行ってカーボン材料を蒸発させることによりビーム状のプラズマを発生させ、基材表面にカーボン材料を蒸着させて成膜する真空アーク蒸着装置であって、
前記基材に向けて突出する少なくとも１つの突起部を備えた陰極と、
前記陰極の近傍に配置されて、前記陰極の周囲に磁界を生じさせる磁界発生手段と、
前記磁界発生手段を移動させて前記陰極の周囲に動磁場を形成する動磁場形成手段とを備えており、
前記陰極の周囲に形成された動磁場により前記ビーム状のプラズマを前記基材表面に走査させて、成膜するよう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。
【請求項２】
前記動磁場形成手段が、前記磁界発生手段を前記陰極の周囲で回転させる回転機構により動磁場を形成する動磁場形成手段であることを特徴とする請求項１に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項３】
前記回転機構による前記磁界発生手段の回転中心が、前記陰極の突起部の中心軸と一致し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着装置。
【請求項４】
前記動磁場形成手段が、前記磁界発生手段を直線的に移動させる移動機構により動磁場を形成する動磁場形成手段であることを特徴とする請求項１に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項５】
前記磁界発生手段が、前記陰極の突起部の周囲、前記陰極と前記基材の間および前記陰極の背面の何れかに配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項６】
前記陰極が、台座部と、前記台座部に取り付けられた前記突起部とを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項７】
前記陰極の前記突起部は、中心軸に垂直な断面の形状が、円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状であり、中実状又は環状の柱状をなしていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項８】
前記陰極が、ガラス状炭素から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項９】
前記アーク放電が行われた後に前記陰極の前記突起部の外周面に形成される放電痕の形状が、スパイラル状であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項１０】
前記磁界発生手段が、前記陰極の突起部の軸方向に２１Ｇａｕｓｓ以上、前記突起部の径方向に１０Ｇａｕｓｓ以上の磁場強度の磁界を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置。
【請求項１１】
陰極にアーク放電を行ってカーボン材料を蒸発させることによりビーム状のプラズマを発生させて、基材の表面にカーボン材料を蒸着させて成膜する真空アーク蒸着法であって、
前記陰極として、前記基材に向けて突出した少なくとも１つの突起部を有する陰極を用い、
前記陰極の近傍に配置された磁界発生手段により前記陰極の周囲に磁界を生じさせると共に、前記磁界発生手段を移動させて前記陰極の周囲に動磁場を形成し、前記ビーム状のプラズマを前記基材表面に走査させることにより前記基材の表面に薄膜を成膜することを特徴とする真空アーク蒸着法。
【請求項１２】
前記磁界発生手段を前記陰極の周囲で回転させることにより動磁場を形成することを特徴とする請求項１１に記載の真空アーク蒸着法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空アーク蒸着装置および真空アーク蒸着法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク放電を用いて基材表面に薄膜を形成する真空アーク蒸着法には、通常、真空アーク蒸着装置が用いられている。図２４は、従来の真空アーク蒸着装置を示す概略図である。
【０００３】
図２４に示すように、従来の真空アーク蒸着装置は、真空チャンバー３１と、焼結構造のカーボン材料からなる陰極３２と、電源３４、３７と、バッキングプレート３６を備えており、真空チャンバー３１内の陰極３２と対向した位置に基材３３が配置されている。なお、真空チャンバー３１にはチャンバー内を真空排気する排気系が設けられている。
【０００４】
この真空アーク蒸着装置では、上記した排気系によって所定の真空度まで真空排気され、電源３７により陰極３２に負の電圧を印加することにより、陽極を兼ねる真空チャンバー３１と陰極３２との間にアーク放電を生じさせる。これにより、陰極３２の放電位置にアークスポットが形成されてカーボン材料が蒸発し、真空チャンバー３１内にプラズマが発生する。そして、蒸発したカーボン材料が陰極３２と対向した基材３３の表面に蒸着することにより、基材３３上に薄膜が成膜される。
【０００５】
この真空アーク蒸着装置の陰極には、従来より、円盤状に成形されたカーボン材料が用いられていたが、このような円盤状の陰極の場合、アーク放電中に陰極の半径方向に大きな熱応力の歪み（熱歪み）が生じて割れることがあった。
【０００６】
このような熱歪みによる陰極割れを防止するために、近年では、図２４に示すように、カーボン材料からなる小さな径の柱状の突起部を台座部から突出させた陰極３２が用いられている。このように小さな径の柱状の突起部からプラズマを発生させることにより、陰極３２の半径方向における熱歪みが大きくなることが抑制されて、陰極割れの発生が防止される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０１５２８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の真空アーク蒸着装置を用いた成膜方法においては、膜厚分布形状、半値全幅、最大膜厚位置などについて成膜領域を適切に制御することが難しく、さらなる改善が求められていた。
【０００９】
そこで、本発明は、基材の表面における成膜領域を適切に制御して、良質な薄膜を成膜することができる真空アーク蒸着装置および真空アーク蒸着法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記した課題の解決について種々の実験と検討を行い、陰極の近傍に磁界を発生させて成膜を行った場合、成膜された薄膜の膜質が改善されることを見出した。
【００１１】
即ち、図１に示すように、陰極４０に突起部４０ｂを形成すると共に、陰極４０の近傍（バッキングプレート７の背面）にリング状の磁石６０（磁界発生手段）を配置して磁界を発生させた場合、陰極４０の周囲に静磁場が形成されて、陰極４０から放射されたプラズマ９が強い指向性でビーム状に形成されることが分かった。
【００１２】
そして、このとき、アーク放電中の陰極４０では、アークスポットを形成する放電位置が突起部４０ｂの先端から台座部４０ａ側に向けて突起部４０ｂの外周面をスパイラル状に移動するため、放射されたビーム状のプラズマ９がこの放電位置の移動に合わせて回転しながら基材１１、１２を照射することになり、基材１１、１２の表面において均質な成膜領域が形成されて良質の薄膜を成膜できることが分かった。
【００１３】
しかし、本発明者が図１に示す真空アーク蒸着装置におけるビーム状のプラズマ９の回転状況をさらに観察したところ、単に、陰極４０近傍に磁石６０を配置して静磁場を形成するのみでは、ビーム状のプラズマ９が、スパイラル状に移動するアークスポットに合わせて回転してしまうため、基材１１、１２の表面に成膜される薄膜の成膜領域を精密に制御することが困難であることが分かった。
【００１４】
具体的には、図１に示すような静磁場の下で回転するビーム状のプラズマは、例えば、図２に示すように、Ａ位置からＢ位置、次いでＣ位置というように飛ぶように移動して、それぞれの位置Ａ〜Ｅにおける照射時間も異なっている、即ち、回転方向に沿ってランダムに移動しているため、薄膜の成膜領域を精密に制御することが難しい。
【００１５】
本発明者は、上記のようなビーム状のプラズマのランダムな移動を防止することができれば、基材表面における薄膜の成膜領域を精密に制御して、より良質な薄膜を成膜できると考え、さらに、種々の実験と検討を行った。その結果、単に磁石を陰極近傍に配置するのではなく、例えば、磁石を回転させて陰極の周囲に動磁場を形成させることにより、ビーム状のプラズマの移動を適切に制御できることを見出した。
【００１６】
即ち、ビーム状のプラズマは磁石から発生する磁界に沿って輸送されるという特性を有しているため、磁石を回転させることにより陰極の周囲に磁界の向きが変化する動磁場を形成した場合、磁界の向きの変化に応じてビーム状のプラズマの輸送方向が変化して、磁石の回転に合わせてスムーズにプラズマが移動し、図３に示すように基材の表面が均一にスキャン（走査）されるようにビーム状のプラズマを基材表面に照射することができる。この結果、薄膜の成膜領域を精密に制御できる。
【００１７】
そして、このような動磁場は、上記した磁石を回転させるだけではなく、磁石を上下方向などに直線的に移動させた場合でも形成することができ、ビーム状のプラズマを上下方向に移動させることにより、均一にスキャンできることが分かった。
【００１８】
なお、上記における磁界発生手段としては、永久磁石、コイル等を用いることができる。
【００１９】
請求項１〜請求項４に記載の発明は、上記の知見に基づく発明である。即ち、請求項１に記載の発明は、
カーボン材料によって形成された陰極にアーク放電を行ってカーボン材料を蒸発させることによりビーム状のプラズマを発生させ、基材表面にカーボン材料を蒸着させて成膜する真空アーク蒸着装置であって、
前記基材に向けて突出する少なくとも１つの突起部を備えた陰極と、
前記陰極の近傍に配置されて、前記陰極の周囲に磁界を生じさせる磁界発生手段と、
前記磁界発生手段を移動させて前記陰極の周囲に動磁場を形成する動磁場形成手段とを備えており、
前記陰極の周囲に形成された動磁場により前記ビーム状のプラズマを前記基材表面に走査させて、成膜するよう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である。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、
前記動磁場形成手段が、前記磁界発生手段を前記陰極の周囲で回転させる回転機構により動磁場を形成する動磁場形成手段であることを特徴とする請求項１に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明は、
前記回転機構による前記磁界発生手段の回転中心が、前記陰極の突起部の中心軸と一致し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着装置である。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、
前記動磁場形成手段が、前記磁界発生手段を直線的に移動させる移動機構により動磁場を形成する動磁場形成手段であることを特徴とする請求項１に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、
前記磁界発生手段が、前記陰極の突起部の周囲、前記陰極と前記基材の間および前記陰極の背面の何れかに配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００２４】
これらの位置に磁界発生手段を配置し、動磁場形成手段により陰極の周囲に適切な動磁場を形成することにより、基材表面にビーム状のプラズマを適切にスキャンさせることができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、
前記陰極が、台座部と、前記台座部に取り付けられた前記突起部とを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００２６】
陰極が、台座部と、この台座部に取り付けられた突起部とを備えていることにより、現有の設備を改造することなく、薄膜の膜質の改善を図ることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、
前記陰極の前記突起部は、中心軸に垂直な断面の形状が、円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状であり、中実状又は環状の柱状をなしていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００２８】
突起部は、中実の柱状だけでなく、パイプ等の環状の柱状（筒状）を含む概念であり、ここで、「柱状」とは、例えば、中心軸に垂直な断面が円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状をなす形状をいう。そして、「環状」には、円環状、楕円環状、多角環状、および角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角環状が含まれる。よって、陰極部材は、円柱状の他、例えば、楕円柱状、多角柱状、又は角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角柱状とすることもできるし、円筒状、楕円筒状、多角筒状、又は角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角筒状とすることもできる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、
前記陰極が、ガラス状炭素から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００３０】
焼結構造のカーボン材料を用いて真空アーク蒸着を行うと、粒径の大きな粒子（マクロパーティクル）が発生して、基材に蒸着することにより、基材表面を傷付けたり、成膜後の薄膜の表面粗度を悪化させたりする恐れがある。焼結構造のカーボン材料には必ず粒界が存在しており、アーク放電の際、この粒界に沿ってカーボン材料が割れることによってマクロパーティクルが発生する。これに対して、ガラス状炭素は、構造的にガラス状であり、粒界が存在しないため、このガラス状炭素から構成された陰極を用いて、真空アーク蒸着を行うことにより、基材表面を傷付けたり、成膜後の薄膜の表面粗度を悪化させたりすることが無くなり、ガラス状炭素を陰極として用いる意義は、極めて大きい。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、
前記アーク放電が行われた後に前記陰極の前記突起部の外周面に形成される放電痕の形状が、スパイラル状であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００３２】
陰極周囲に形成された磁界によりアークスポットは、突起部の外周面（側面）をスパイラル状に移動する。従って、放電痕の形状がスパイラル状となる。スパイラル状となることによって、突起部以外にアークスポットが移動することが無く、スパイラル状に移動させることの意義は、極めて大きい。
【００３３】
請求項１０に記載の発明は、
前記磁界発生手段が、前記陰極の突起部の軸方向に２１Ｇａｕｓｓ以上、前記突起部の径方向に１０Ｇａｕｓｓ以上の磁場強度の磁界を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の真空アーク蒸着装置である。
【００３４】
磁界発生手段としては、ビーム状のプラズマを適切に制御できる程度の磁界を適切に発生させるという観点から、陰極の突起部の軸方向Ｂｚに沿って２１Ｇａｕｓｓ以上、突起部の径方向Ｂｒに沿って１０Ｇａｕｓｓ以上の磁場強度の磁界を発生させる磁場発生手段を用いることが好ましい。
【００３５】
次に、前記した請求項１および請求項２は方法の面から、以下のように捉えることができる。即ち、請求項１１に記載の発明は、
陰極にアーク放電を行ってカーボン材料を蒸発させることによりビーム状のプラズマを発生させて、基材の表面にカーボン材料を蒸着させて成膜する真空アーク蒸着法であって、
前記陰極として、前記基材に向けて突出した少なくとも１つの突起部を有する陰極を用い、
前記陰極の近傍に配置された磁界発生手段により前記陰極の周囲に磁界を生じさせると共に、前記磁界発生手段を移動させて前記陰極の周囲に動磁場を形成し、前記ビーム状のプラズマを前記基材表面に走査させることにより前記基材の表面に薄膜を成膜することを特徴とする真空アーク蒸着法である。
【００３６】
また、請求項１２に記載の発明は、
前記磁界発生手段を前記陰極の周囲で回転させることにより動磁場を形成することを特徴とする請求項１１に記載の真空アーク蒸着法である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、基材の表面における成膜領域を適切に制御して、良質な薄膜を成膜することができる真空アーク蒸着装置および真空アーク蒸着法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に先立って検討した真空アーク蒸着装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す真空アーク蒸着装置におけるビーム状プラズマの回転状況を示す図である。
【図３】本発明に係る真空アーク蒸着装置におけるビーム状プラズマの回転状況を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る真空アーク蒸着装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る真空アーク蒸着装置におけるアーク式蒸発源を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る真空アーク蒸着装置におけるアーク式蒸発源の変形例を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態における回転機構を模式的に示す図である。
【図８】図７の回転機構における磁石の配置を説明する図である。
【図９】本発明の他の実施の形態における回転磁石の配置の変形例を示す図である。
【図１０】動磁場形成手段の他の例を模式的に示す図である。
【図１１】動磁場形成手段の他の例を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における磁界の向きを説明する図である。
【図１３】本発明に係る真空アーク蒸着装置の他の構成の一例を示す概略図である。
【図１４】本発明に係る真空アーク蒸着装置の他の構成の一例を示す概略図である。
【図１５】アーク放電が行われた後の突起部を示す写真である。
【図１６】比較例１における真空アーク蒸着装置の構成を示す概略図である。
【図１７】成膜前の基材表面の状況を示す図である。
【図１８】比較例１における成膜後の基材表面の状況を示す図である。
【図１９】実施例１における成膜後の基材表面の状況を示す図である。
【図２０】実施例２における成膜後の基材表面の状況を示す図である。
【図２１】実施例３における成膜後の基材表面の状況を示す図である。
【図２２】実施例４における成膜後の基材表面の状況を示す図である。
【図２３】実施例５と比較例２の膜厚分布測定結果を示す図である。
【図２４】従来の真空アーク蒸着装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。
【００４０】
図４は本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置の構成を模式的に示す図である。
【００４１】
図４に示すように、本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置は、従来の真空アーク蒸着装置と同様に、真空チャンバー１と、陰極４０と、電源１４、１８と、バッキングプレート７を備えており、陰極４０に対向するように保持台１０に保持された基材１１、１２が真空チャンバー１に収容されている。なお、図４中の１ａは真空チャンバー１を真空排気する排気系、２はアーク電流フィールドスルー、１３はトリガー機構、１５は抵抗、１６は保持台１０の回転軸である。
【００４２】
次に、図５は本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置おけるアーク式蒸発源を示す図であり、バッキングプレート７の上に陰極４０が配置されている。陰極４０は、ガラス状炭素により形成されており、図５に示すように、円盤状の台座部４０ａと、台座部４０ａから基材１１、１２に向けて突出する突起部４０ｂを備えている。
【００４３】
ガラス状炭素には粒界がないため、このような陰極４０を用いた場合、アーク放電中にマクロパーティクルが発生することが防止されて、基材表面に成膜される薄膜における膜質の低下を防止することができる。なお、台座部４０ａと突起部４０ｂがガラス状炭素により形成されている図５に示す陰極４０に替えて、図６に示すような、焼結構造のカーボン材料（焼結体グラファイト）の台座部４０ａにガラス状炭素からなる突起部４０ｂが取り付けられた陰極４０を用いてもよい。
【００４４】
本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置は、図４に示すように、陰極４０の近傍に回転する磁石６が配置されており、この磁石６が回転することにより陰極４０の付近に回転動磁場を形成して、ビーム状のプラズマ９を磁石６の回転に合わせてスムーズに輸送させる点が従来の真空アーク蒸着装置と異なる。
【００４５】
即ち、本実施の形態においては、磁界発生手段として使用される磁石６が陰極４０の背面に配置されており、動磁場形成手段として磁石６の回転中心を陰極４０の突起部４０ｂの中心軸に一致させて回転させる回転機構を備えている。
【００４６】
図７は本実施の形態における回転機構を模式的に示す図であり、図４のＡ−Ａ断面における図を示している。そして、図８は図７の回転機構における磁石の配置を説明する図であり、（ａ）は図７中の回転板４の拡大図、（ｂ）は図７のＢ−Ｂ断面における回転板４の断面図である。
【００４７】
図７に示すように、この回転機構は、一対のアクリル製の回転板４、２０にベルト５を架け渡して構成されている。一方の回転板４には磁石６が取り付けられており、他方の回転板２０の回転軸２１にはモーター（図示省略）が接続されている。モーターの回転数をコントローラー（図示せず）により調整して回転軸２１を回転させることにより回転板２０が回転し、さらに、ベルト５を介して回転板４が回転する。そして、回転板４の回転に合わせて磁石６が、陰極の突起部の延長線を中心軸として回転する。なお、本実施の形態においては、図８（ｂ）に示すように、計４個の磁石６が回転板４を両側から挟んで配置されている。
【００４８】
本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置を用いた薄膜の成膜は以下のように行われる。なお、以下においては、真空アーク蒸着装置として、図４に示す真空アーク蒸着装置を用いている。
【００４９】
先ず、突起部４０ｂを有する陰極４０をバッキングプレート７に取り付けると共に、陰極４０と対向するように真空チャンバー１内の保持台１０に基材１１、１２を保持させる。
【００５０】
次に、真空ポンプ（図示省略）などを用いて排気系１ａから真空チャンバー１内のガスを排気すると共に、アーク電流フィールドスルー２を介して電源１８から陰極４０に負の電圧を印加する。一方、保持台１０に保持された基材１１、１２に電源１４からバイアス電圧を印加すると共に、保持台１０の回転軸１６を回転させる。
【００５１】
そして、上記したモーターを稼働させることにより、図７に示すように、回転板２０を回転させ、その回転をベルト５を介して回転板４に伝えて回転させる。これにより、陰極４０の背面に配置された磁石６を回転させることができ、陰極４０の付近に動磁場を形成させることができる。
【００５２】
この状態で、トリガー機構１３によって放電を開始させると、陽極としての真空チャンバー１と陰極４０の突起部４０ｂとの間にアーク放電が生じる。
【００５３】
このとき、上記の通り、回転する磁石６によって陰極４０の付近に動磁場が形成されているため、陰極４０のアークスポットから発生したビーム状のプラズマ９が磁石６の回転による動磁場の影響を受けて、磁石６の回転方向と同じ方向に輸送される。
【００５４】
これにより、陰極４０に対向して配置された基材１１、１２の表面には、磁石６の回転方向と同じ方向に一定の円周軌道を描いて等速回転するビーム状のプラズマ９が照射される（図３参照）。この結果、基材の表面に成膜される薄膜の領域を適切に制御して、基材表面に均質な薄膜を成膜することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態においては、磁石６は陰極４０の背面に配置させているが、ビーム状のプラズマを強制的に回転できるような動磁場を陰極４０の周囲に形成することができる位置であれば、磁石６の配置位置は特に限定されない。具体的には、例えば、図９（ａ）のように陰極４０の突起部４０ｂの周囲を回転するような位置に磁石６を配置してもよく、また、図９（ｂ）のように基材１１と突起部４０ｂとの間の空間において回転するような位置に磁石６を配置してもよい。
【００５６】
なお、動磁場形成手段は、上記したような磁石の回転中心を陰極の突起部の中心軸と一致させて回転させる回転機構に限定されず、例えば、図１０に示すようなリング状の磁石６ａを突起部４０ｂの中心軸とは異なる回転軸で偏心させて回転させてもよく、また、図１１に示すように、棒状の磁石６ｂを所定の方向（図１１では上下方向）に直線的に移動させてもよい。
【００５７】
また、磁界発生手段は、図１２に示すように、陰極の突起部４０ｂの軸方向Ｂｚに沿って２１Ｇａｕｓｓ以上、突起部４０ｂの径方向Ｂｒに沿って１０Ｇａｕｓｓ以上の磁場強度の磁界を発生させるような磁石を用いることが好ましい。これにより、ＢｚとＢｒの合成ベクトルＢの方向に適切な磁場強度の磁界を生じさせてビーム状のプラズマを適切に輸送させることができる
【００５８】
なお、本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置は、上記した図４に示した構成の真空アーク蒸着装置だけでなく、他の様々な構成の真空アーク蒸着装置に適用することができる。
【００５９】
例えば、図１３に示すように、陰極４０と対向するように１枚の基材１１を回転させずに保持する保持台１０ａを用いた場合であっても、基材１１の表面に成膜される薄膜の領域を適切に制御して、基材１１表面に均質な薄膜を成膜することができる。
【００６０】
また、図１４に示すように、陰極４０の突起部を基材に向かって送り出す送り出し機構８０を設けた真空アーク蒸着装置も好ましく用いることができる。この場合、アーク放電によって陰極４０が消耗すると、制御手段（図示せず）の制御によって陰極４０の未消耗部分の先端を消耗前の先端部と同じ位置まで送り出すことにより、安定したアーク放電を長時間持続させることができる。
【００６１】
そして、突起部は、中心軸に垂直な断面の形状が、円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状であり、中実状又は環状をなしていることが好ましい。
【００６２】
また、本実施の形態において、成膜される薄膜の種類としては、アモルファスカーボン薄膜、ダイヤモンドライクカーボン薄膜、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜、非晶質硬質炭素薄膜および硬質炭素薄膜などを挙げることができる。
【００６３】
また、本実施の形態において、使用される基材としては金属、セラミックス、樹脂、半導体などを挙げることができ、より具体的には、金属としてタングステンカーバイト、鋼、アルミニウムやコバルトクロム合金など、セラミックスとして酸化アルミニウム、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素や二酸化ケイ素など、樹脂としてポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートやポリ塩化ビニルなど、半導体としてケイ素、窒化ガリウムや酸化亜鉛などを挙げることができる。
【００６４】
また、上記した通り、陰極の突起部はガラス状炭素から構成されていることが好ましいが、このガラス状炭素としては、グラッシーカーボン（ｇｌａｓｓｙ  ｃａｒｂｏｎ）、アモルファスカーボン、非晶質カーボン、非定形炭素、無定形炭素、非黒鉛化炭素およびガラス質炭素（ｖｉｔｒｅｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ）を挙げることができる。また、突起部は、ガラス状炭素以外に、熱分解性カーボン並びにパイロリティックカーボンであって熱ＣＶＤ法により作製される積層状炭素であってもよい。
【００６５】
そして、図１５に示すように、放電後の突起部の外周面にスパイラル状の放電痕が形成されるようにアークスポットの動きが制御されていることが好ましい。これにより、アークスポットが突起部以外に移動することが無くなる。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６７】
１．試験１
（１）実施例１〜４
本試験では、実施例１〜４として、図１１に示す真空アーク蒸着装置を用いて、回転機構によって磁石を反時計方向に６０ｒｐｍの速度で回転させて表１に示す磁場強度（Ｇａｕｓｓ）で動磁場を形成しながら、保持台に固定された基材（３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×ｔ３ｍｍのＳＵＳ３０４製）の表面にカーボン薄膜を４０秒間成膜した。また、その他の条件は下記の表１に示す通りに設定した。
【００６８】
なお、磁石６を回転させるモーターとしてはＰａｎａｓｏｎｉｃ社製Ｍ６１Ｘ６ＧＤ４Ｌ型を使用し、ギヤヘッドにＰａｎａｓｏｎｉｃ社製ＭＸ６Ｇ５ＢＡ型を使用した。そして、磁石の回転数の調整は、モーターへの電力供給を兼ねたコントローラー（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製ＵＳ型）により行った。
【００６９】
【表１】
2016030837.tif 000003
【００７０】
表１における突起部の軸方向Ｂｚと径方向Ｂｒの磁場強度は、陰極の突起部の先端における磁界をガウスメーター（Ｌａｋｅ  Ｓｈｏｒｅ社製４１０-ＳＣＴ型）を用いて測定した。
【００７１】
なお、本実施例においては、陰極として、図６に示すような、焼結体グラファイト（ＩＧ５１０  東洋炭素社製）からなる台座部４０ａと、ガラス状炭素（ＧＣ２０ＳＳ  東海ファインカーボン社製）からなる突起部４０ｂとを備えた陰極４０を用いており、台座部４０ａの寸法はφ６４ｍｍ×ｔ２０ｍｍであり、突起部４０ｂの寸法はφ３ｍｍ×Ｌ２０ｍｍである。
【００７２】
（２）比較例１
比較例１として、図１６に示す真空アーク蒸着装置を用いて、回転しないリング状磁石６０により形成された静磁場の下で基材の表面にカーボン薄膜を成膜した。なお、その他の条件は実施例１と同じに設定した。
【００７３】
（３）評価
（ａ）プラズマスキャン可否確認
実施例１〜４および比較例において、アーク放電中の真空チャンバー１内の状況を、装置に取り付けられたのぞき窓から目視により観察し、成膜中（４０秒間）のビーム状のプラズマの回転数と回転方向および回転状況を確認した。
【００７４】
（ｂ）成膜状況観察試験
成膜後の基材表面を目視により観察し、基材表面の全体に亘って均質な薄膜が形成された場合を「可」、ビーム状のプラズマが長時間滞在することにより膜厚が不均一な部分が生じた場合を「不可」と評価した。
【００７５】
プラズマスキャン可否確認および成膜状況観察試験の結果を表２に示す。また、成膜前の基材表面の写真を図１７、比較例１の製膜後の写真を図１８、実施例１〜４の成膜後の写真を図１９〜図２２に示す。
【００７６】
【表２】
2016030837.tif 000004
【００７７】
表２より、比較例１ではビーム状のプラズマが時計方向に回転し、回転状況も図２に示すようにランダムであったのに対して、実施例１〜４ではビーム状のプラズマが、磁石と同じ回転方向である反時計方向に一定の円周軌道を描いて等速回転しており、反時計方向に磁石を回転させて動磁場を形成することにより、ビーム状のプラズマを磁石の回転方向に一致させてスキャンさせることができることが確認できた。
【００７８】
また、実施例１〜４において、回転する磁石が、陰極の突起部に対して上方に位置する場合、ビーム状のプラズマは基材下方を照射しており、陰極の突起部に対して下方に位置する場合、ビーム状のプラズマは基材上方を照射していた。
【００７９】
また、陰極の突起部の軸方向Ｂｚに２１Ｇａｕｓｓ以上、突起部の径方向Ｂｒに１０Ｇａｕｓｓ以上の磁場強度の磁界を形成した実施例１〜４では、ビーム状のプラズマの回転数が磁石の回転数（６０ｒｐｍ×４０／６０ｓｅｃ．＝４０回転）と同じであり、より適切にビーム状のプラズマを制御できることが確認できた。
【００８０】
そして、表２および図１７〜図２２より、ビーム状のプラズマの回転状況を適切に制御できた実施例１〜４においては、陰極の突起部と対向した基材の中心から均一にカーボン材料が成膜されており、均質な薄膜が基材表面に成膜できることが確認できた。
【００８１】
２．試験２
（１）実施例５および比較例２
本試験例では、図４に示す真空アーク蒸着装置（実施例５）と、図１に示す比較例の真空アーク蒸着装置（比較例２）とを用いて、各真空アーク蒸着装置に配置された２枚の基材（基材１１および基材１２）のそれぞれの表面にカーボン薄膜を成膜した。また、その他の条件は下記の表２に示す通りに設定した。
【００８２】
【表３】
2016030837.tif 000005
【００８３】
（２）評価
実施例５および比較例２において、成膜後の薄膜の膜厚を測定して半値全幅と最大膜厚位置を算出した。膜厚測定には、触針式の表面形状測定器Ｄｅｋｔａｋ１５０（Ｖｅｅｃｏ社製）を使用し、測定範囲を陰極材料中心を０ｍｍとして鉛直方向±１１０ｍｍ（例えば、図４のＹ＋、Ｙ−方向）、測定間隔を１０ｍｍに設定した。
【００８４】
また、規格化された膜厚を１とした最大膜厚位置を算出し、その半分の値（０．５）のときの陰極中心からの鉛直方向距離を半値全幅として算出した。算出結果を表４および図２３に示す。なお、図２３において、縦軸は陰極中心からの鉛直方向の距離を示し、横軸は規格化膜厚を示している。
【００８５】
【表４】
2016030837.tif 000006
【００８６】
表４より、実施例５においては、基材１１と基材１２の最大膜厚位置が同一であり、半値全幅が類似した値になっていることが確認され、さらに図２３（ａ）に示すように、それぞれの基材１１、１２において成膜された薄膜の形状（膜厚分布形状）が非常に似通ったものとなっていた。
【００８７】
一方、比較例２においては、基材１１と基材１２との間で半値全幅および最大膜厚位置が大きく異なっていることが確認された。また、図２３（ｂ）に示すように、それぞれの基材１１、１２の膜厚分布形状が大きく異なっていた。
【００８８】
以上の結果から、実施例５のように、磁石を回転させて動磁場を形成してビーム状のプラズマを強制的に回転させることによって、複数の基材を同時に成膜する場合であっても、成膜領域（膜厚分布形状、半値全幅、最大膜厚位置）を適切に制御することができ、均質な薄膜を成膜できることが確認できた。
【００８９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１、３１                真空チャンバー
１ａ                    排気系
２                      アーク電流フィールドスルー
３                      回転板押さえ金具
４、２０                回転板
５                      ベルト
６、６ａ、６ｂ、６０    磁石
７、３６                バッキングプレート
９                      プラズマ
１０、１０ａ            保持台
１１、１２、３３        基材
１３                    トリガー機構
１４、１８、３４、３７  電源
１５                    抵抗
１６                    基材回転軸
２１                    回転軸
３２、４０              陰極
４０ａ                  台座部
４０ｂ                  突起部
８０                    送り出し機構
【図１】
2016030837.tif 000007
【図２】
2016030837.tif 000008
【図３】
2016030837.tif 000009
【図４】
2016030837.tif 000010
【図５】
2016030837.tif 000011
【図６】
2016030837.tif 000012
【図７】
2016030837.tif 000013
【図８】
2016030837.tif 000014
【図９】
2016030837.tif 000015
【図１０】
2016030837.tif 000016
【図１１】
2016030837.tif 000017
【図１２】
2016030837.tif 000018
【図１３】
2016030837.tif 000019
【図１４】
2016030837.tif 000020
【図１６】
2016030837.tif 000021
【図２３】
2016030837.tif 000022
【図２４】
2016030837.tif 000023
【図１５】
2016030837.tif 000024
【図１７】
2016030837.tif 000025
【図１８】
2016030837.tif 000026
【図１９】
2016030837.tif 000027
【図２０】
2016030837.tif 000028
【図２１】
2016030837.tif 000029
【図２２】
2016030837.tif 000030