BR112014031757B1

BR112014031757B1 - fonte de evaporação de arco

Info

Publication number: BR112014031757B1
Application number: BR112014031757-7A
Authority: BR
Inventors: Shinichi Tanifuji; Kenji Yamamoto
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.)
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2021-05-25
Also published as: TW201414866A; CA2871419C; IL235153A0; TWI491752B; WO2013191038A1; EP2865783B1; US20150122644A1; BR112014031757A2; JP2014001440A; KR20150008494A; JP5946337B2; MX2014015146A; EP2865783A1; US9818586B2; CA2871419A1; EP2865783A4; KR101629131B1

Abstract

FONTE DE EVAPORAÇÃO DE ARCO. A presente invenção refere-se a uma fonte de evaporação de arco equipada com um alvo, um ímã de guia de campo magnético em forma de anel e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro. O ímã de guia de campo magnético está alinhado em uma direção perpendicular à face de evaporação do alvo e tem uma polaridade que é a direção de magnetização que faceia para frente ou para trás. A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro estádisposta na traseira do ímã de guia de campo magnético, o qual é o lado do lado traseiro do alvo, e forma linhas de força magnética que correm na direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético. O alvo está disposto de modo que a face de evaporação fique posicionada na frente do ímã de guia de campo magnético.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a uma fonte de evaporação de arco de um dispositivo de deposição de filme que forma um filme fino, tal como um filme de cerâmica de, por exemplo, um nitreto ou um óxido; ou um filme de carbono amorfo utilizado para aperfeiçoar a resistência ao desgaste de uma peça de máquina ou similar.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] Convencionalmente, de modo a aperfeiçoar a resistência ao desgaste, a característica de deslizamento e a função de proteção de uma peça de máquina, uma ferramenta de corte, uma peça deslizante, etc., tem sido amplamente utilizado um método de deposição de vapor físico para revestir uma superfície de um substrato, a qual é a peça ou ferramenta, com um filme fino. Um método de deposição de íons de arco e um método de crepitação são amplamente conhecidos como exemplos do método de deposição de vapor físico. O método de deposição de íons de arco é uma tecnologia que utiliza uma fonte de evaporação de arco de descarga de catodo.

[003] Na fonte de evaporação de arco de descarga de catodo (daqui em diante, referida como fonte de evaporação de arco), a descarga de arco é gerada sobre uma superfície de um alvo sendo um catodo, e com isto uma substância que forma o alvo é instantaneamente fundida, evaporada, e ionizada. A fonte de evaporação de arco atrai a substância ionizada pela descarga de arco para o lado de substrato que serve como um objeto a ser processado, e forma um filme fino sobre a superfície do substrato. Na fonte de evaporação de arco, como a velocidade de evaporação do alvo é alta e a taxa de ionização da substância evaporada é alta, um revestimento denso pode ser formado aplicando uma polarização no substrato durante a formação de filme. Com isto, a fonte de evaporação de arco é industrialmente utilizada de modo a formar um revestimento resistente ao desgaste sobre a superfície da ferramenta de corte ou similar.

[004] Os átomos alvo, os quais são evaporados pela descarga de arco, são altamente ionizados em plasma de arco. Neste caso, o transporte de íons do alvo na direção do substrato é afetado pelo campo magnético entre o alvo e o substrato, e o percurso de íons estende ao longo das linhas de força magnética que estendem do alvo na direção do substrato.

[005] No entanto, na descarga de arco gerada entre um catodo (alvo) e um anodo, quando o alvo é evaporado ao redor de um ponto de descarga de elétrons (ponto de arco) no lado de catodo, o alvo fundido (macropartículas), o qual é fundido de uma área próxima do ponto de arco e é antes evaporado, pode ser descarregado. A adesão do alvo fundido no objeto a ser processado pode fazer com que a rugosidade de superfície do filme fino seja diminuída.

[006] Com relação a isto, se o ponto de arco mover em alta velocidade, a quantidade de macropartículas tende a ser reduzida. No entanto, a velocidade de movimento do ponto de arco é afetada pelo campo magnético aplicado na superfície do alvo.

[007] Para resolver tal problema, uma tecnologia de aplicar o campo magnético na superfície do alvo e controlar o movimento do ponto de arco foi sugerida como segue.

[008] PTL 1 descreve uma fonte de evaporação de arco que inclui um ímã periférico externo que circunda a periferia externa de um alvo e que tem uma direção de magnetização ao longo de uma direção perpendicular a uma superfície do alvo, e um ímã de lado traseiro que tem uma polaridade na mesma direção que aquela do ímã periférico externo e que tem uma direção de magnetização em uma direção perpendicular à superfície do alvo. Com esta fonte de evaporação de ar co, é esperado que retidão de linhas de força magnética possa ser aperfeiçoada.

[009] PTL 2 descreve um aparelho de evaporação de arco que forma um campo magnético paralelo sobre uma superfície de um alvo por um ímã em forma de anel disposto ao redor do alvo e uma bobina eletromagnética em um lado traseiro. Com este aparelho de evaporação de arco, é esperado que o arco possa ser induzido de acordo com qualquer pista do centro do alvo para uma porção de borda externa. LISTA DE CITAÇÕES

LITERATURA DE PATENTE

[0010] PTL 1: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa Número 2010-275625

[0011] PTL 2: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa (Tradução de um Pedido PCT) Número 2004-523658 SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA TÉCNICO

[0012] A fonte de evaporação de arco descrita em PTL 1 gera linhas de força magnética em uma direção da superfície do alvo na direção de um substrato por dois ímãs em forma de disco dispostos a um intervalo em um lado traseiro do alvo. Os dois ímãs em forma de disco podem gerar linhas de força magnética com alta retidão em uma porção central; no entanto, as linhas de força magnética emitidas de um lado de periferia externa da porção central divergem para fora com relação ao eixo geométrico dos ímãs em forma de disco. Este fenômeno inevitável é uma característica típica de um ímã. Para eficientemente induzir uma substância alvo ionizada na direção de um substrato, a fonte de evaporação de arco em PTL 1 deve ser adicionalmente aperfeiçoada.

[0013] Ainda, com o aparelho de evaporação de arco descrito em PTL 2, linhas de força magnética com alta retidão são geradas de uma posição central da bobina eletromagnética; no entanto, as linhas de força magnética emitidas de um lado de periferia externa da porção central da bobina eletromagnética divergem para fora com relação ao eixo geométrico da bobina eletromagnética.

[0014] Isto é, com as tecnologias descritas em PTL 1 e PTL 2, as linhas de força magnética com alta retidão do lado dianteiro do alvo na direção do substrato podem ser geradas somente na porção central do alvo em vista das características do ímã do eletroímã providos no lado traseiro do alvo. Devido a isto, com as tecnologias descritas em PTL 1 e PTL 2, as linhas de força magnética com alta retidão não podem ser formadas na face inteira do alvo. É difícil aumentar suficientemente a velocidade de deposição de filme.

[0015] Também, como PTL 1 e PTL 2, se o ímã periférico externo ou o ímã em forma de anel for disposto de modo que uma face de extremidade do ímã no lado de direção de substrato estiver próximo do substrato com relação à superfície do alvo, e se o ímã de lado traseiro ou a bobina eletromagnética que têm a mesma direção de magnetização que aquela do ímã periférico externo do ímã em forma de anel for disposto no lado traseiro do alvo (lado de direção oposta do substrato), as linhas de força magnética (campo magnético paralelo) sendo paralelas à superfície do alvo são formadas em uma porção sobre a superfície do alvo. Se tal campo magnético paralelo for formado sobre a superfície do alvo, a descarga de arco é aprisionada pelo campo magnético paralelo, e a descarga de arco torna-se estável. No entanto, a posição de descarga torna-se desigual sobre a superfície do alvo, e consequentemente um desgaste desigual do alvo pode ocorrer.

[0016] À luz dos problemas acima descritos, um objeto da presente invenção é prover uma fonte de evaporação de arco que possa gerar linhas de força magnética com alta retidão que estendem de uma superfície de um alvo na direção de um substrato, em uma ampla regi- ão da superfície do alvo; e possa restringir um desgaste desigual do alvo.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0017] Para atingir o objetivo acima descrito, a presente invenção emprega o seguinte meio técnico.

[0018] Uma fonte de evaporação de arco de acordo com a presente invenção inclui um alvo, um ímã de guia de campo magnético em forma de anel, e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro. O ímã de guia de campo magnético tem uma polaridade com uma direção de magnetização que estende ao longo de uma direção perpendicular a uma face de evaporação do alvo e faceando a frente ou a traseira. A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro está disposta no lado de um lado traseiro do alvo, o lado sendo a traseira do ímã de guia de campo magnético, e forma linhas de força magnética ao longo da direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético. O alvo está disposto de modo que a face de evaporação fique localizada na frente com relação ao ímã de guia de campo magnético.

[0019] Então, a direção de magnetização da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode de preferência facear a frente se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear a frente, e a direção de magnetização da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode de preferência facear a traseira se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear a traseira.

[0020] Neste caso, na projeção do ímã de guia de campo magnético e do alvo na direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético, o alvo pode de preferência estar disposto de modo que o alvo seja projetado em um lado interno de diâmetro com relação a uma posição intermediária entre uma face periférica interna e uma face pe- riférica externa em uma direção radial do ímã de guia de campo magnético.

[0021] Também, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode de preferência formar linhas de força magnética que passam através de uma parte de túnel ou uma parte de duto formada pela face periférica interna do ímã de guia de campo magnético em forma de anel, ao longo da direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético. O alvo pode de preferência estar disposto em uma posição de modo que as linhas de força magnética que passam através da face de evaporação tornam-se paralelas ao eixo geométrico do ímã de guia de campo magnético em forma de anel ou inclinadas na direção do eixo geométrico.

[0022] Neste caso, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode de preferência incluir um ímã de lado traseiro em forma de anel que tem polaridades em uma face periférica interna e uma face periférica externa, uma direção de magnetização do ímã de lado traseiro pelas polaridades da face periférica interna e da face periférica externa pode de preferência facear uma direção de lado interno de diâmetro de anel se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear a frente, e a direção de magnetização do ímã de lado traseiro pelas polaridades da face periférica interna e da face periférica externa pode de preferência facear uma direção de lado externo de diâmetro de anel se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear a traseira.

[0023] Além disso, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode de preferência incluir uma pluralidade dos ímãs de lado traseiro em forma de anel e a pluralidade de ímãs de lado traseiro em forma de anel pode de preferência ter polaridades com a mesma direção de magnetização e podem de preferência estar coaxialmente dispostos.

[0024] Ainda, um material magnético que penetra através de cada ímã de lado traseiro pode de preferência ser provido em um lado interno de diâmetro da pluralidade de ímãs de lado traseiro em forma de anel, e uma periferia externa do material magnético pode de preferência contatar a face periférica interna de cada ímã de lado traseiro.

[0025] Neste caso, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode de preferência incluir um primeiro ímã em forma de disco e um segundo ímã em forma de disco que têm formas de disco e dispostos a um intervalo, o primeiro ímã em forma de disco e o segundo ímã em forma de disco podem cada um de preferência ter polaridades nas faces em forma de disco com uma direção magnetização de uma das faces em forma de disco para a outra face em forma de disco e podem estar de preferência dispostos para ter a mesma direção de magnetização, a direção de magnetização pelo primeiro ímã em forma de disco e o segundo ímã em forma de disco pode de preferência facear a frente se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear a frente, e a direção de magnetização pelo primeiro ímã em forma de disco e o segundo ímã em forma de disco pode de preferência facear a traseira se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear a traseira.

[0026] Também, um material magnético pode de preferência ser provido entre o primeiro ímã em forma de disco e o segundo ímã em forma de disco, o material magnético contatando cada ímã em forma de disco.

[0027] Aqui, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro pode ser uma bobina eletromagnética de núcleo de ar, e a bobina eletromagnética pode de preferência ter uma polaridade na mesma direção que a direção da polaridade do ímã de guia de campo magnético.

[0028] Também, um material magnético pode de preferência estar disposto dentro da porção de núcleo de ar da bobina eletromagnética. EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0029] Com a fonte de evaporação de arco da presente invenção, as linhas de força magnética com alta retidão que estendem da superfície do alvo na direção de substrato podem ser geradas em uma ampla região da superfície do alvo, e o desgaste desigual do alvo pode ser restringido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0030] A Figura 1(a) é uma vista lateral que mostra uma breve configuração de um dispositivo de deposição de filme que inclui uma fonte de evaporação de arco de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção, e Figura 1(b) é uma vista plana que mostra uma breve configuração do dispositivo de deposição de filme.

[0031] A Figura 2(a) é uma ilustração que mostra uma configuração básica da fonte de evaporação de arco da primeira modalidade da presente invenção, e Figura 2(b) é uma vista em projeção quando um ímã de guia de campo magnético e um alvo são projetados ao longo de uma direção perpendicular a uma face evaporação do alvo.

[0032] A Figura 3 é uma ilustração esquemática que mostra uma configuração específica da fonte de evaporação de arco de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[0033] A Figura 4 é uma ilustração que mostra uma distribuição de linhas de força magnética da fonte de evaporação de arco de acordo com a primeira modalidade.

[0034] A Figura 5 é uma ilustração esquemática que mostra uma configuração específica de uma fonte de evaporação de arco de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

[0035] A Figura 6 é uma ilustração que mostra uma distribuição de linhas de força magnética da fonte de evaporação de arco de acordo com a segunda modalidade.

[0036] A Figura 7 é uma ilustração esquemática que mostra uma configuração específica de uma fonte de evaporação de arco de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção.

[0037] A Figura 8 é uma ilustração que mostra uma distribuição de linhas de força magnética da fonte de evaporação de arco de acordo com a terceira modalidade.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[0038] As modalidades da presente invenção estão abaixo descritas com base nos desenhos.

PRIMEIRA MODALIDADE

[0039] Uma primeira modalidade da presente invenção está descrita com referência às Figuras 1 a 4. A Figura 1(a) até a Figura 1(b) mostram um dispositivo de deposição de filme 6 que inclui uma fonte de evaporação de arco 1 (daqui em diante, referida como fonte de evaporação 1) de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. A Figura 1(a) é uma vista lateral que mostra uma breve configuração do dispositivo de deposição de filme 6, e a Figura 1(b) é uma vista plana que mostra a breve configuração do dispositivo de deposição de filme 6.

[0040] O dispositivo de deposição de filme 6 inclui uma câmara 11. Uma base rotativa 12 que suporta um substrato 7 sendo um objeto a ser processado, e a fonte de evaporação 1 disposta para facear o substrato 7 estão providas dentro da câmara 11. A câmara 11 tem uma porta de introdução de gás 13 para introduzir um gás reagente dentro da câmara 11, e uma porta de descarga de gás 14 para descarregar o gás reagente da câmara 11.

[0041] Além disso, o dispositivo de deposição de filme 6 inclui um suprimento de energia de arco 15 que aplica uma polarização negativa a um alvo 2 da fonte de evaporação 1 (posteriormente descrita em detalhes), e um suprimento de energia de polarização 16 que aplica uma polarização negativa no substrato 7. Os lados de catodo de ambos os suprimentos de energia 15 e 16 estão aterrados em um terra 18.

[0042] Como mostrado na Figura 1(a) e na Figura 1(b), a fonte de evaporação 1 inclui o alvo em forma de disco 2 (daqui em diante, "forma de disco" incluindo uma forma colunar que tem uma altura predeterminada) que tem uma espessura predeterminada e disposto de modo que uma sua face de evaporação faceie o substrato 7, e um meio de formação de campo magnético 8 (formado de um ímã de guia de campo magnético 3 e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4). Nesta modalidade, a câmara 11 atua como um anodo. Com esta configuração a fonte de evaporação 1 funciona como uma fonte de evaporação de arco de descarga de catodo.

[0043] Uma configuração da fonte de evaporação 1 incluída no dispositivo de deposição de filme 6 está abaixo descrita com referência à Figura 1(a) a Figura 1(b), e Figura 2(a). A Figura 2(a) é uma ilustração que mostra uma configuração básica da fonte de evaporação 1 de acordo com esta modalidade.

[0044] A fonte de evaporação 1 inclui o alvo em forma de disco 2 que tem uma espessura predeterminada, e o meio de formação de campo magnético 8 disposto próximo do alvo 2.

[0045] Na descrição seguinte, uma face sendo a face de evaporação do alvo 2 e que faceia o lado de substrato 7 (direção de substrato) é denominada "lado dianteiro (lado dianteiro de alvo)", e a face que faceia o lado oposto (direção oposta ao substrato) é denominada "lado traseiro (lado de alvo)" (ver Figura 2(a)).

[0046] O alvo 2 é formado de um material selecionado de acordo com um filme fino a ser formado sobre o substrato 7. O material pode ser, por exemplo, um material metálico, tal como cromo (Cr), titânio (Ti), ou titânio alumínio (TiAl); ou um material que possa ser ionizado, tal como o carbono (C).

[0047] O meio de formação de campo magnético 8 inclui o ímã de guia de campo magnético 3 sendo em forma de anel (forma anular ou forma de rosquinha) e disposto no lado do lado traseiro com relação à face de evaporação do alvo 2, e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4 sendo em forma de anel (forma anular ou forma de rosquinha) ou em forma colunar e disposto no lado do lado traseiro do alvo 2 coaxialmente com o ímã de guia de campo magnético 3. O ímã de guia de campo magnético 3 e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4 estão cada um formados de, por exemplo, um ímã permanente feito de um ímã de neodímio que tem uma alta força coerciva.

[0048] Isto é, a fonte de evaporação 1 está formada dispondo o alvo 2, o ímã de guia de campo magnético 3, e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4 de modo que os eixos geométricos mútuos sejam substancialmente alinhados uns com os outros.

[0049] O ímã de guia de campo magnético 3 tem um corpo de anel como acima descrito, e tem um diâmetro interno (dimensão interna) sendo ligeiramente maior do que (aproximadamente 1 a 2 vezes) o diâmetro (dimensão) do alvo 2, e uma altura (espessura) predeterminada ao longo da direção axial. A altura (espessura) do ímã de guia de campo magnético 3 é substancialmente a mesma que ou ligeiramente menor do que a altura (espessura) do alvo 2 ao longo da direção axial.

[0050] A aparência do ímã de guia de campo magnético 3 em forma de anel é formada de duas faces de forma anular (faces anulares) sendo paralelas uma à outra e faceando o lado dianteiro ou o lado traseiro do alvo 2, e duas faces periféricas que conectam as duas faces anulares na direção axial. As duas faces periféricas são uma face periférica interna 31 formada no lado de periferia interna (lado interno de diâmetro) das faces anulares, e uma face periférica externa 32 formada no lado de periferia externa (lado externo de diâmetro) das faces anulares. As larguras da face periférica interna 31 e da face periférica externa 32 são, em outras palavras, uma espessura (espessura na direção radial) do ímã de guia de campo magnético 3.

[0051] Agora, a disposição do alvo 2 com relação ao ímã de guia de campo magnético 3 está adicionalmente descrita com referência à Figura 2(b). A Figura 2(b) é uma vista em projeção quando o alvo 2 e o ímã de guia de campo magnético 3 são projetados ao longo de uma direção perpendicular à face de evaporação do alvo 2. A Figura 2(b) pode também ser denominada vista de projeção quando o alvo 2 e o ímã de guia de campo magnético 3 são vistos do lado do substrato 7.

[0052] No diagrama de projeção da Figura 2(b), as formas do alvo 2 e do ímã de guia de campo magnético 3 são formadas de modo que a forma projetada da face periférica interna 31 no lado interno de diâmetro do ímã de guia de campo magnético 3 é similar à forma projetada do alvo 2. Também, o alvo 2 está disposto para ser projetado no lado interno de diâmetro com relação a uma posição intermediária 33 entre a face periférica interna 31 e a face periférica externa 32 na direção radial do ímã de guia de campo magnético 3 no diagrama de projeção da Figura 2(b).

[0053] O diagrama de projeção mostrado na Figura 2(b) representa a disposição do alvo 2 e do ímã de guia de campo magnético 3 em vista frontal quando o alvo 2 é visto do lado dianteiro. Isto é, quando visto do lado dianteiro, o alvo 2 está localizado no lado interno de diâmetro com relação à posição intermediária 33 entre a face periférica interna 31 e a face periférica externa 32 na direção radial do ímã de guia de campo magnético 3.

[0054] Como mostrado na Figura 2(a), o ímã de guia de campo magnético 3 está configurado de modo que uma face anular dianteira (face de extremidade dianteira) que faceia o lado de substrato 7 serve como o polo N e uma face anular traseira (face de extremidade trasei- ra) que faceia o lado oposto serve como o polo S. No desenho, setas do polo magnético (polo S) da face anular na traseira do ímã de guia de campo magnético 3 na direção do polo magnético (polo N) da face anular na frente estão mostradas. Daqui em diante, uma direção das setas do polo S para o polo N é denominada direção de magnetização. O ímã de guia de campo magnético 3 desta modalidade está disposto de modo que a direção de magnetização estenda ao longo de uma direção perpendicular ao lado dianteiro (face de evaporação) do alvo 2 e faceia a frente.

[0055] Agora, a Figura 2(b) é referenciada novamente. A Figura 2(b) pode também ser denominada um diagrama de projeção do ímã de guia de campo magnético 3 e do alvo 2 na direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3. Com isto, pode também ser dito que o alvo 2 está disposto no lado interno de diâmetro com relação à posição intermediária 33 entre a face periférica interna 31 e a face periférica externa 32 na direção radial do ímã de guia de campo magnético 3, na projeção do ímã de guia de campo magnético 3 e do alvo 2 na direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3.

[0056] Como acima descrito, o ímã de guia de campo magnético 3 pode ter uma forma integral em forma de anel ou forma anular. No entanto, uma pluralidade de ímãs de forma colunar ou forma de paralelepípedo retangular pode estar disposta em uma forma de anel ou forma anular para formar o ímã de guia de campo magnético 3 de modo que as direções de magnetização destes ímãs estendam ao longo da direção perpendicular ao lado dianteiro do alvo 2 e faceiem a frente.

[0057] O ímã de guia de campo magnético 3 está disposto para estar localizado na traseira com relação à face de evaporação do alvo 2, isto é, no lado do lado traseiro. Com esta disposição, o ímã de guia de campo magnético 3 está coaxial com o alvo 2. Neste tempo, como a face anular na frente do ímã de guia de campo magnético 3 está localizada na traseira com relação à face de evaporação do alvo 2, pode ser dito que o alvo 2 está disposto na frente com relação à face anular na frente do ímã de guia de campo magnético 3.

[0058] Por exemplo, na Figura 2(a) até a Figura 2(b), o alvo 2 está disposto de modo que a sua face de evaporação esteja localizada na frente com relação à face de extremidade dianteira do ímã de guia de campo magnético 3. Como acima descrito, nesta modalidade, o alvo 2 está disposto de modo que a projeção do alvo 2 vista na direção radial está localizada em uma posição na frente com relação à projeção do ímã de guia de campo magnético 3 visto na direção radial. Assim, o alvo 2 está provido na fonte de evaporação 1.

[0059] A seguir uma configuração específica da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4 está descrita com referência à Figura 2(a) e Figura 3. A Figura 3 é uma ilustração que mostra uma configuração de uma fonte de evaporação 1a, a qual é um exemplo específico da fonte de evaporação 1 de acordo com esta modalidade.

[0060] Como indicado por uma seta na Figura 2(a), a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4 gera um polo magnético com a mesma direção de magnetização que a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3. Também, como mostrado na Figura 3, a fonte de evaporação 1a, a qual é um exemplo específico da fonte de evaporação 1, inclui os acima descritos alvo 2 e meio de formação de campo magnético 8a. O meio de formação de campo magnético 8a inclui o ímã de guia de campo magnético 3, e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a, a qual é uma configuração específica da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4.

[0061] A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a é um ímã em forma de anel que tem substancialmente o mesmo diâ- metro que o diâmetro do ímã de guia de campo magnético 3. Na fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a, um primeiro ímã de lado traseiro 5a e um segundo ímã de lado traseiro 5b cada um tendo substancialmente o mesmo diâmetro interno (dimensão interna) e diâmetro externo (dimensão externa) que aqueles do ímã de guia de campo magnético 3 estão coaxialmente dispostos. Com isto, o primeiro ímã de lado traseiro 5a e um segundo ímã de lado traseiro 5b cada um tem um diâmetro interno sendo ligeiramente maior do que (aproximadamente 1 a 2 vezes) o diâmetro do alvo 2, e uma altura (espessura) predeterminada ao longo da direção axial.

[0062] As aparências do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b em forma de anel também têm duas faces de forma anular (face de extremidade dianteira e face de extremidade traseira) sendo paralelas umas às outras e duas faces periféricas (face periférica interna e face periférica externa) que conectam as duas faces anulares ao longo da direção axial, similarmente ao ímã de guia de campo magnético 3. A largura da face periférica interna e da face periférica externa é a altura (espessura) de cada um do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b ao longo da direção axial do ímã de guia de campo magnético 3.

[0063] Como mostrado na Figura 3, o primeiro ímã de lado traseiro 5a e o segundo ímã de lado traseiro 5b estão cada um configurados para ter a direção de magnetização de modo que uma face periférica interna no lado interno de diâmetro serve como o polo N e uma face periférica externa no lado externo de diâmetro oposto serve como o polo S. No desenho, setas indicativas da direção magnética das faces periféricas externas (polos S) na direção das faces periféricas internas (polos N) do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b estão mostradas. O primeiro ímã de lado traseiro 5a e o segundo ímã de lado traseiro 5b desta modalidade estão dispostos de modo que as direções de magnetização que faceiam a direção de lado interno de diâmetro do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b desta modalidade tornam-se paralelas ao lado dianteiro do alvo 2.

[0064] Como acima descrito, quando o primeiro ímã de lado traseiro 5a e o segundo ímã de lado traseiro 5b que têm a mesma direção de magnetização estão dispostos em paralelo, as linhas de força magnética geradas da face de lado interno do primeiro ímã de lado traseiro 5a repelem as linhas de força magnética geradas da face periférica interna do segundo ímã de lado traseiro 5b. Com esta repelência, muitas linhas de força magnética que estendem na direção da direção axial do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b em forma de anel podem ser geradas. Também, referindo às linhas de força magnética geradas na direção da direção axial do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b, as linhas de força magnética geradas da face periférica interna do primeiro ímã de lado traseiro 5a repelem as linhas de força magnética geradas da face periférica interna do segundo ímã de lado traseiro 5b. Com isto, linhas de força magnética com alta retidão ao longo da direção axial do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser geradas.

[0065] A direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3 e a direção de magnetização do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b com tal configuração são perpendiculares uma à outra enquanto que a face de extremidade dianteira do ímã de guia de campo magnético 3 e as respectivas faces periféricas do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b têm a mesma polaridade.

[0066] Como acima descrito, como a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3 e a direção de magnetização do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b são perpendiculares uma à outra, o campo magnético formado pelo ímã de guia de campo magnético 3 e o campo magnético formado pelo primeiro ímã de lado traseiro 5a e pelo segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser combinados. A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4 tem a direção de magnetização faceando a frente, como a direção de magnetização que a faceia a frente do ímã de guia de campo magnético 3 mostrado na Figura 3.

[0067] Com as configurações acima descritas do ímã de guia de campo magnético 3 e do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b e com a configuração na qual o alvo 2 está disposto na frente do ímã de guia de campo magnético 3, as linhas de força magnética que passam através de uma parte de túnel ou uma parte de duto formada pela face periférica interna do ímã de guia de campo magnético 3 em forma de anel, ao longo da direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3 podem ser formadas. Consequentemente, as linhas de força magnética que passam através da face de evaporação do alvo 2 tornam-se paralelas ao eixo geométrico do ímã de guia de campo magnético 3 em forma de anel ou incli-nadas na direção do eixo geométrico. Isto é efeitos vantajosos podem ser obtidos de modo que a direção das linhas de força magnética que passam através da face de evaporação do alvo 2 pode ser substancialmente perpendicular à face de evaporação, e as linhas de força magnética com alta retidão que estendem da face de evaporação do alvo 2 na direção do substrato 7 podem ser geradas em uma ampla região da face de evaporação.

[0068] A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a inclui um único material magnético 9a no lado interno de diâmetro do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b além do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b com as configurações acima descritas.

[0069] O material magnético 9a é um material magnético sólido não em forma de anel, e serve como um núcleo magnético do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b. O material magnético 9a está provido para penetrar através do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b. O material magnético 9A tem uma forma de disco ou uma forma de coluna e tem o mesmo diâmetro que os diâmetros internos do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b. Neste caso, "forma não de anel" representa uma forma sólida tal como uma forma de disco ou uma forma colunar, mas não representa uma forma anular que tem um furo em uma porção interna na direção radial como uma forma de rosquinha.

[0070] Em outras palavras, pode ser dito que o primeiro ímã de lado traseiro 5a e o segundo ímã de lado traseiro 5b estão dispostos para circundar e estar proximamente presos (proximamente em contato) com a periferia externa do único material magnético 9a. Com esta disposição, a face de extremidade dianteira do primeiro ímã de lado traseiro 5a está substancialmente em nível com a face de extremidade dianteira do material magnético 9a, e a face de extremidade traseira do segundo ímã de lado traseiro 5b está substancialmente em nível com a face de extremidade dianteira do material magnético 9a.

[0071] Como as faces periféricas internas do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b estão proximamente presas no material magnético 9a, as linhas de força magnética geradas das faces de extremidade do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser induzidas na direção axial do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b. Uma ação repulsiva de forças magnéticas próximo dos eixos geométricos do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b pode ser aumentada. Consequentemente, as linhas de força magnética com alta retidão ao longo da direção axial do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser geradas. Muitas linhas de força magnética com alta retidão podem ser geradas em uma ampla região da face de evaporação do alvo 2 disposto na frente do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b.

[0072] Resumindo, a configuração da fonte de evaporação 1a, do alvo 2, do ímã de guia de campo magnético 3, do primeiro ímã de lado traseiro 5a, do segundo ímã de lado traseiro 5b, e do material magnético 9a está coaxialmente disposta de modo que os respectivos eixos geométricos fiquem alinhados uns com os outros.

[0073] Como mostrado na Figura 3, como as faces periféricas internas do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b estão proximamente presas na face lateral do material magnético 9a e assim a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a é formada, as linhas de força magnética emitidas das faces periféricas internas do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser linearmente induzidas na direção axial do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b. Com isto, no material magnético 9a, a ação repulsiva das linhas de força magnética pode ser aumentada em uma posição próxima do eixo geométrico do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b. Consequentemente, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a pode gerar muitas linhas de força magnética com alta retidão de uma posição próxima do eixo geométrico da face de extremidade dianteira do material magnético 9a na direção do alvo 2.

[0074] Ainda, como a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a gera o polo magnético com a mesma direção de mag- netização que a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3, entre as linhas de força magnética da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a, as linhas de força magnética as quais começam a divergir do substrato 7 repelem as linhas de força magnética do ímã de guia de campo magnético 3 e então estendem na direção do substrato 7 novamente. Consequentemente, muitas linhas de força magnética com alta retidão podem ser geradas em uma ampla região da face de evaporação do alvo 2.

[0075] Como acima descrito, a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3 e as respectivas direções de magnetização do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b são somente requeridas serem perpendiculares umas às outras enquanto as respectivas faces periféricas internas do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b têm a mesma polaridade. Portanto, a polaridade do ímã de guia de campo magnético 3 e as polaridades do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser opostas àquelas da configuração acima descrita mostrada na Figura 3, e a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3 e as respectivas direções de magnetização do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b podem ser invertidas.

[0076] A seguir, um método de deposição de filme no dispositivo de deposição de filme 6 utilizando a fonte de evaporação 1a está descrito.

[0077] Primeiro, a câmara 11 é evacuada e um vácuo é gerado, então um gás inerte tal como o gás argônio (Ar) é introduzido através da porta de introdução de gás 13, e impurezas tais como um óxido sobre o substrato 7 do alvo 2 são removidas por crepitação. Após as impurezas serem removidas, a câmara 11 é evacuada novamente, e o gás reagente é introduzido na câmara de vácuo 11 através da porta de introdução de gás 13.

[0078] Neste estado, se uma descarga de arco for gerada sobre o alvo 2 disposto dentro da câmara 11, a substância que forma o alvo 2 torna-se um plasma e reage com o gás reagente. Consequentemente, um filme de nitreto, um filme de óxido, um filme de carbureto, um filme de carbonitreto, um filme de carbono amorfo, etc., pode ser depositado sobre o substrato 7 colocado sobre a base rotativa 12.

[0079] O gás reagente pode ser selecionado do gás nitrogênio (N2), gás oxigênio (O2) e gás de hidrocarboneto tal como o metano (CH4). A pressão do gás reagente dentro da câmara 11 pode estar na faixa de aproximadamente 1 a 10 Pa. Também, durante a deposição de filme, o alvo 2 pode ser descarregado aplicando uma corrente de arco na faixa de 100 a 200 A, e uma voltagem negativa na faixa de 10 a 30 V pode de preferência ser aplicada pelo suprimento de energia de arco 15. Ainda, uma voltagem negativa na faixa de 10 a 200 V pode de preferência ser aplicada no substrato 7 pelo suprimento de energia de polarização 16.

[0080] Também, o ímã de guia de campo magnético 3 e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a podem estar de preferência configurados e dispostos de modo que a densidade de fluxo magnético no lado dianteiro do alvo 2 seja 50 gausses ou mais alta. Como acima descrito, ajustando o limite inferior da densidade de fluxo magnético no lado dianteiro do alvo 2, a deposição de filme pode ser confiavelmente executada. A densidade de fluxo magnético no lado dianteiro do alvo 2 pode ser mais de preferência 75 gausses ou mais alta, e ainda de preferência 100 gausses ou mais alta.

[0081] Além de ajustar o limite inferior da densidade de fluxo magnético, a densidade de fluxo magnético no lado dianteiro do alvo 2 pode ser de preferência 250 gausses ou mais baixa. Ajustando o limite superior da densidade de fluxo magnético no lado dianteiro do alvo 2, a deposição de filme pode ser ainda confiavelmente executada. A densidade de fluxo magnético no lado dianteiro do alvo 2 pode ser de preferência 225 gausses ou mais baixa, e ainda de preferência 200 gausses ou mais baixa.

[0082] Empregando a densidade de fluxo magnético acima descrita, um ponto de arco pode ser aprisionado sobre a superfície do alvo 2, e a deposição de filme pela descarga de arco pode ser estavelmen- te executada.

EXEMPLO 1

[0083] Uma distribuição de linhas de força magnética geradas na fonte de evaporação 1a de acordo com a primeira modalidade está descrita com referência à Figura 4. O diagrama de distribuição de linha de força magnética mostrado na Figura 4 indica uma distribuição de linha de força magnética da traseira da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a para a superfície do substrato 7. No diagrama de distribuição de linha de força magnética na Figura 4, a extremidade direita representa a posição da superfície do substrato 7.

[0084] Respectivas condições de experimento estão abaixo mostradas. Por exemplo, o alvo 2 tem dimensões de (100 mm Φ x 16 mm de espessura). O ímã de guia de campo magnético 3 tem dimensões de (diâmetro interno 150 mm, diâmetro externo 170 mm, altura 10 mm). A distância da face de extremidade dianteira do ímã de guia de campo magnético 3 para a face traseira do alvo 2 é 25 mm.

[0085] O primeiro ímã de lado traseiro 5a tem dimensões de (diâmetro interno 150 mm, diâmetro externo 170 mm, altura 20 mm). A distância da face de extremidade dianteira do primeiro ímã de lado traseiro 5a para a face traseira do alvo 2 é 100 mm. O segundo ímã de lado traseiro 5b tem dimensões de (diâmetro interno 150 mm, diâmetro externo 170 mm, altura 20 mm). A distância da face de extremidade dianteira do segundo ímã de lado traseiro 5b para a face traseira do alvo 2 é 130 mm. O intervalo entre o primeiro ímã de lado traseiro 5a e o segundo ímã de lado traseiro 5b é 10 mm.

[0086] O material magnético 9a tem dimensões de (150 mm Φ x 50 mm de altura). A intensidade de campo magnético na face de evaporação do alvo 2 é 50 gausses ou mais alta.

[0087] Referindo à Figura 4, muitas linhas de força magnética com alta retidão são emitidas do primeiro ímã de lado traseiro 5a e do segundo ímã de lado traseiro 5b na direção da direção de lado interno de diâmetro. A direção de avanço das linhas de força magnética é mudada substancialmente perpendicularmente em uma posição próxima do eixo geométrico do material magnético 9a para estender ao longo da direção axial, e as linhas de força magnética estendem na direção do alvo 2 as linhas de força magnética são combinadas com as linhas de força magnética emitidas do ímã de guia de campo magnético 3 e passam através da face de evaporação para o alvo 2. As linhas de força magnética com alta retidão estendem da face de evaporação do alvo 2 em uma ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2, e estendem na direção do substrato. Em outras palavras, as linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) estão presentes na ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2.

[0088] Um efeito vantajoso do ângulo das linhas de força magnética que passam através da face de evaporação do alvo 2 está descrito. Como acima descrito, durante a descarga de arco, um ponto de descarga termoiônico (ponto de arco) denominado ponto de catodo é formado na face de evaporação do alvo 2, o ponto de catodo é fortemente afetado pelo campo magnético da face de evaporação do alvo 2. Se as linhas de força magnética que passam através da face de evaporação do alvo 2 forem inclinadas com relação à linha normal à face de evaporação, um componente de força magnética horizontal é gerado na face de evaporação do alvo 2. Neste caso, quando é assumido que B é uma densidade de fluxo magnético das linhas de força magnética inclinadas, e um ângulo θ é um ângulo entre as linhas de força magnética e a face de evaporação do alvo, o componente de força magnética horizontal torna-se Bcosθ. Referindo a uma característica que o ponto de catodo move na direção oposta de jxB (j é a corrente de arco), uma força de F = -jx Bcosθ atua sobre o ponto de catodo.

[0089] Isto é, se o ângulo das linhas de força magnética for para fora (direção de periferia externa do alvo 2), o ponto de catodo recebe uma força na direção da direção de periferia externa do alvo 2 e move. Se o ponto de catodo receber uma força para fora e mover na direção da periferia externa, o ponto de catodo pode saltar da superfície do alvo, e uma anormalidade de descarga pode ser gerada. Em contraste, se o ângulo das linhas de força magnética for para dentro (direção de centro de alvo), o ponto de catodo recebe uma força na direção da direção de centro do alvo 2 e move. Portanto, para restringir a anormalidade de descarga de arco acima mencionada, é desejável formar um campo magnético no qual o ângulo das linhas de força magnética seja para dentro ao invés na direção de periferia externa em uma porção de periferia mais externa da face de evaporação do alvo 2.

[0090] Como acima descrito, a fonte de evaporação 1a descrita nesta modalidade forma linhas de força magnética com alta retidão que estendem na direção de substrato pelo ímã de guia de campo magnético 3 e pela fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a. O alvo está disposto em uma posição na qual as linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) passam através da ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2 entre as linhas de força magnética formadas.

[0091] Com a fonte de evaporação 1a de acordo com esta modalidade, como as linhas de força magnética perpendiculares (componen- te perpendicular) estão presentes na ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2, o ponto de arco pode ser aprisionado sobre a face de evaporação do alvo 2, e um desgaste desigual da face de evaporação do alvo 2 pode ser restringido. Consequentemente, a deposição de filme pela descarga de arco pode ser estavelmente executada.

SEGUNDA MODALIDADE

[0092] Uma segunda modalidade da presente invenção está descrita com referência às Figuras 5 a 6.

[0093] A Figura 5 é uma ilustração que mostra uma breve configuração de uma fonte de evaporação de arco 1b (daqui em diante, referida como fonte de evaporação 1b) sendo uma configuração específica da fonte de evaporação de arco 1 incluída no dispositivo de deposição de filme 6 de acordo com esta modalidade. No dispositivo de deposição de filme 6 de acordo com esta modalidade, a configuração outra que a fonte de evaporação 1b é similar à configuração descrita na primeira modalidade. Com isto, a descrição do componente similar é omitida e o mesmo número de referência é aplicado ao componente similar.

[0094] A fonte de evaporação 1b de acordo com esta modalidade está formada de, similarmente à fonte de evaporação 1a de acordo com a primeira modalidade, um alvo em forma de disco 2 que tem uma espessura predeterminada, um meio de formação de campo magnético 8b disposto próximo do alvo 2. O meio de formação de campo magnético 8b inclui um ímã de guia de campo magnético 3 similar àquele da primeira modalidade e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b.

[0095] A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b está formada de um material magnético sólido não em forma de anel 9b que serve como um núcleo magnético, e um primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e um segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b sanduichando o material magnético 9b. O primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e um segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b são também não em forma de anel similarmente ao material magnético 9b. Com base em descobertas passadas, é sabido que o ímã de lado traseiro requer ter uma certa espessura para eficientemente estender as linhas de força magnética na direção do substrato. Nesta modalidade, o primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e o segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b sendo duas placas magnéticas estão dispostos em paralelo a um intervalo para assegurar a espessura, e o intervalo está cheio com o material magnético 9b para impedir que a força magnética diminua.

[0096] Como mostrado na Figura 5, o primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e o segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b são magnetizados de modo que uma das faces de disco de cada ímã de lado traseiro em forma de disco serve como o polo N e a outra face de disco serve como o polo S. O primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e o segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b sanduicham o material magnético 9b pela face de disco no lado de polo S do primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e a face de disco no lado de polo N do segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b, e as direções de magnetização são alinhadas na mesma direção na direção do alvo 2.

[0097] Um efeito vantajoso que é obtido quando os dois ímãs de lado traseiro em forma de disco 10a e 10b que têm a mesma direção de magnetização estão dispostos em paralelo a um intervalo e o material magnético 9b está disposto para ficar proximamente preso nos dois ímãs de lado traseiro em forma de disco 10a e 10b é como segue.

[0098] Como o primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e o segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b estão dispostos em paralelo a um intervalo, a retidão das linhas de força magnética geradas de cada ímã de lado traseiro em forma de disco é aumentada. Ainda, como o material magnético 9b está disposto entre o primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e o segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b, o material magnético 9b serve como uma guia magnética. Consequentemente, a retidão de linhas de força magnética geradas dos ímãs de lado traseiro em forma de disco pode ser adicionalmente aumentada.

[0099] Como acima descrito, dispondo a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b na qual os dois ímãs de lado traseiro em forma de disco sanduicham o material magnético 9b, no lado traseiro do alvo 2, muitas linhas de força magnética com alta retidão podem ser geradas em uma ampla região da face de evaporação do alvo 2.

[00100] A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b configurada como acima descrito está disposta no lado do lado traseiro do alvo 2 de modo que a direção de magnetização da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b estende ao longo do eixo geométrico do alvo 2 e é perpendicular à face de evaporação do alvo 2, e o lado de polo N do primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a faceia o alvo 2. Neste tempo, a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b está disposta de modo que o eixo geométrico da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b esteja substancialmente alinhado com o eixo geométrico do alvo 2.

[00101] Como mostrado na Figura 5, a fonte de evaporação 1b está configurada de modo que o alvo 2 esteja disposto na frente da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b configurada como acima descrito, isto é, na frente do ímã de guia de campo magnético 3, coaxialmente com a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b e o ímã de guia de campo magnético 3. Neste tempo, a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético 3 faceia uma direção perpendicular à face de evaporação do alvo 2, isto é, a direção de substrato. O polo magnético no lado de extremidade de face dianteira sendo a face anular do ímã de guia de campo magnético 3 é o polo N, e o polo magnético no lado do alvo 2 da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b é também o polo N. O polo magnético no lado de face de extremidade dianteira do ímã de guia de campo magnético 3 e o polo magnético no lado do alvo 2 da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b são da mesma pola-ridade.

[00102] Como acima descrito, como o ímã de guia de campo magnético 3 e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b têm a mesma polaridade faceando o alvo 2, o campo magnético formado pelo ímã de guia de campo magnético 3 e o campo magnético formado pela fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b podem ser combinados. Com isto, efeitos vantajosos podem ser obtidos tal como a direção das linhas de força magnética que passam através da face de evaporação do alvo 2 podem ser substancialmente perpendiculares à face de evaporação, e as linhas de força magnética podem ser linearmente induzidas na direção do substrato 7.

[00103] Como acima descrito, enquanto o ímã de guia de campo magnético 3 e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b tiverem o mesmo polo magnético faceando o alvo 2, a fonte de evaporação 1 pode estar configurada de modo que os polos S do ímã de guia de campo magnético 3 e da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b faceiem o alvo 2.

EXEMPLO 2

[00104] Uma distribuição de linhas de força magnética geradas na fonte de evaporação 1b de acordo com a segunda modalidade está descrita com referência à Figura 6. O diagrama de distribuição de linha de força magnética mostrado na Figura 6 indica uma distribuição de linha de força magnética da traseira da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b para a superfície do substrato 7. No diagrama de distribuição de linha de força magnética na Figura 6, a extremidade direita representa a posição da superfície do substrato 7.

[00105] Condições experimentais no EXEMPLO 2 abaixo descrito estão providas. Por exemplo, o alvo 2 tem dimensões de (100 mm Φ x 16 mm de espessura). O primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e o segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b cada um tem dimensões de (10 mm Φ x 4 mm de espessura). O material magnético 9b tem dimensões de (100 mm Φ x 30 mm de espessura). O ímã de guia de campo magnético 3 tem dimensões de (diâmetro interno de 150 mm, diâmetro externo de 170 mm e uma espessura de 10 mm). A densidade de fluxo magnético na superfície do alvo 2 é 50 gausses ou mais alta.

[00106] A distância da face de extremidade dianteira do ímã de guia de magnético 3 para a face traseira do alvo 2 é 25 mm. Também a distância da face de extremidade dianteira do primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a para a face traseira do alvo 2 é 100 mm.

[00107] Referindo-se à Figura 6, muitas linhas de força magnética com alta retidão são emitidas do primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco 10a e do segundo ímã de lado traseiro em forma de disco 10b da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b na direção da direção do alvo 2. As linhas de força magnética estendem na direção do alvo 2 de modo que a direção de avanço estende ao longo da direção axial do material magnético 9b. As linhas de força magnética são combinadas com as linhas de força magnética emitidas do ímã de guia de campo magnético 3, e passam através da face de evaporação do alvo 2. Similarmente à fonte de evaporação 1a de acordo com a primeira modalidade, as linhas de força magnética com alta retidão estendem da face de evaporação do alvo 2 em uma ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2, e estendem na direção do substrato. Em outras palavras, as linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) estão presentes na ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2.

[00108] Como acima descrito, a fonte de evaporação 1b descrita nesta modalidade forma linhas de força magnética com alta retidão que estendem na direção de substrato pelo ímã de guia de campo magnético 3 e pela fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4b. O alvo 2 está disposto em uma posição na qual as linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) passam através da ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2 entre as linhas de força magnética formadas.

[00109] Com a fonte de evaporação 1b de acordo com esta modalidade, linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) estão presentes na ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2. Consequentemente, o ponto de arco pode ser aprisionado sobre a face de evaporação do alvo 2, um desgaste desigual da face de evaporação do alvo 2 pode ser restringido, e a deposição de filme pela descarga de arco pode ser estavelmente executada.

TERCEIRA MODALIDADE

[00110] Uma terceira modalidade da presente invenção está descrita com referência às Figuras 7 a 8.

[00111] A Figura 7 é uma ilustração que mostra uma breve configuração de uma fonte de evaporação de arco 1c (daqui em diante, referida como fonte de evaporação 1c) sendo uma configuração específica da fonte de evaporação de arco 1 incluída no dispositivo de deposição de filme 6 de acordo com esta modalidade. No dispositivo de deposição de filme 6 de acordo com esta modalidade, a configuração outra que a fonte de evaporação 1c é similar à configuração descrita na primeira modalidade. Com isto, a descrição do componente similar é omitida e o mesmo número de referência é aplicado ao componente similar.

[00112] A fonte de evaporação 1c de acordo com esta modalidade está formada de, similarmente à fonte de evaporação 1a de acordo com a primeira modalidade, um alvo em forma de disco 2 que tem uma espessura predeterminada, e um meio de formação de campo magnético 8c disposto próximo do alvo 2. O meio de formação de campo magnético 8c inclui um ímã de guia de campo magnético 3 similar àquele da primeira modalidade e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4c.

[00113] A fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4c inclui uma bobina eletromagnética de núcleo de ar 17 formada substancialmente coaxialmente enrolando um condutor em uma forma de anel (forma anular), e um único material magnético 9c inserido na porção de núcleo de ar, a qual é um furo formado no lado interno de diâmetro da bobina eletromagnética em forma de anel 17.

[00114] A bobina eletromagnética 17 é um solenoide formado em uma forma de anel. Por exemplo, o número de vezes de enrolamento é aproximadamente diversas centenas de vezes (por exemplo, 410 vezes). O enrolamento é provido de modo que a bobina tenha um maior diâmetro que o diâmetro do alvo 2. Nesta modalidade, um campo magnético é gerado com um número de amperes sendo aproximadamente 5000 A.T.

[00115] O material magnético 9c é um material magnético sólido não em forma de anel 9c, e serve como um núcleo de ímã da bobina eletromagnética 17. O material magnético 9c está provido na porção de núcleo de ar da bobina eletromagnética 17 para penetrar através da bobina eletromagnética 17, e tem uma forma de disco ou forma colunar tendo substancialmente o mesmo diâmetro que o diâmetro interno da bobina eletromagnética 17.

[00116] Em outras palavras, a bobina eletromagnética 17 está disposta para circundar a periferia externa do único material magnético 9c em um modo ajustadamente preso (modo de contato próximo). Com esta disposição, a face de extremidade dianteira da bobina eletromagnética 17 está substancialmente em nível com a face de extremidade dianteira do material magnético 9c, e a face de extremidade traseira da bobina eletromagnética 17 está substancialmente em nível com a face de extremidade traseira do material magnético 9c.

[00117] Um efeito vantajoso obtido dispondo a bobina eletromagnética 17 é como segue.

[00118] Como a bobina eletromagnética 17 pode gerar linhas de força magnética com alta retidão de uma área ao redor do eixo geométrico de bobina, dispondo o material magnético 9c na porção de núcleo de ar da bobina eletromagnética 17, a retidão das linhas de força magnética geradas da área ao redor do eixo geométrico de bobina pode ser aumentada. Com isto, dispondo a bobina eletromagnética 17 no lado traseiro do alvo 2, muitas linhas de força magnética com alta retidão podem ser geradas sobre a ampla região da face de evaporação do alvo 2.

[00119] Resumindo a configuração da fonte de evaporação 1c, o alvo 2, o ímã de guia de campo magnético 3, a bobina eletromagnética 17, e o material magnético 9c estão coaxialmente dispostos de modo que os respectivos eixos geométricos fiquem alinhados uns com os outros. Como mostrado na Figura 7, prendendo proximamente a face periférica interna da bobina eletromagnética 17 na face lateral do material magnético 9c, a densidade de linhas de força magnética geradas da bobina eletromagnética 17 pode ser aumentada em uma posição próxima do eixo geométrico da bobina eletromagnética 17. Consequentemente, muitas linhas de força magnética com alta retidão podem ser geradas de uma posição próxima do eixo geométrico da face de extremidade dianteira do material magnético 9c na direção do alvo 2.

EXEMPLO 3

[00120] Uma distribuição de linhas de força magnética geradas na fonte de evaporação 1c de acordo com a terceira modalidade está descrita com referência à Figura 8. O diagrama de distribuição de linha de força magnética mostrado na Figura 8 indica uma distribuição de linha de força magnética da traseira da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4c para a superfície do substrato 7. No diagrama de distribuição de linha de força magnética na Figura 8, a extremidade direita representa a posição da superfície do substrato 7.

[00121] Condições experimentais no EXEMPLO 3 abaixo descrito estão providas. Por exemplo, o ímã de guia de campo magnético 3 tem dimensões de (diâmetro interno de 150 mm, diâmetro externo de 170 mm e uma espessura de 10 mm). O alvo 2 tem dimensões de (100 mm Φ x 16 mm de espessura). A densidade de fluxo magnético na superfície do alvo 2 é 50 gausses ou mais alta. A bobina eletromagnética 17 é um solenoide formado em uma forma de anel que tem um diâmetro interno na porção de núcleo de ar de 100 mm Φ, um diâmetro externo de 170 mm, e uma espessura de 50 mm. Por exemplo, o número de vezes de enrolamento é 140 vezes. O material magnético 9c disposto na porção de núcleo de ar da bobina eletromagnética 17 tem dimensões de (100 mm Φ x 50 mm de espessura).

[00122] A distância da face de extremidade dianteira do ímã de guia de magnético 3 para a face traseira do alvo 2 é 25 mm. Também a distância da face de extremidade dianteira do material magnético 9c para a face traseira do alvo 2 é 100 mm.

[00123] Referindo-se à Figura 8, muitas linhas de força magnética com alta retidão são emitidas do material magnético 9c da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4c na direção do alvo 2. As linhas de força magnética estendem na direção do alvo 2 de modo que a direção de avanço estende ao longo da direção axial do material magnético 9c. As linhas de força magnética são combinadas com as linhas de força magnética emitidas do ímã de guia de campo magnético 3, e passam através da face de evaporação do alvo 2. Similarmente à fonte de evaporação 1a de acordo com a primeira modalidade, as linhas de força magnética com alta retidão estendem da face de evaporação do alvo 2 em uma ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2, e estendem na direção do substrato. Em outras palavras, linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) estão presentes na ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2.

[00124] Como acima descrito, a fonte de evaporação 1c descrita nesta modalidade forma as linhas de força magnética com alta retidão estendendo na direção do substrato pelo ímã de guia de campo magnético 3 e a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4c. O alvo 2 está disposto em uma posição na qual as linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) passam através da ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2 entre as linhas de força magnética formadas.

[00125] Com a fonte de evaporação 1c de acordo com esta modalidade, as linhas de força magnética perpendiculares (componente perpendicular) são geradas na ampla região sobre substancialmente a face inteira da face de evaporação do alvo 2. Consequentemente, o ponto de arco pode ser aprisionado sobre a face de evaporação do alvo 2, um desgaste desigual da face de evaporação do alvo 2 pode ser restringida, e a deposição de filme pela descarga de arco pode ser estavelmente executada.

[00126] Com as acima descritas primeira até terceira modalidades, as linhas de força magnética que estendem para dentro ou substancialmente paralelas à linha normal à face de evaporação do alvo 2 podem ser formadas. Não somente uma descarga anormal pode ser restringida durante a descarga de arco de acordo com a direção das linhas de força magnética, mas também uma descarga mais estável do que a descarga no passado pode ser obtida. A estabilização de descarga pode prover a descarga de arco na face de evaporação inteira do alvo 2. Com isto, o rendimento de utilização do alvo 2 pode ser aumentado.

[00127] Também, de acordo com a primeira até terceira modalidades, muitas linhas de força magnética com alta retidão podem ser formadas da face de evaporação inteira do alvo 2 na direção do substrato 7. Consequentemente, durante a descarga de arco, a eficiência de transporte de partículas (íons) evaporadas do alvo 2 para uma peça a trabalhar pode ser aumentada, e a velocidade de deposição de filme pode ser aumentada.

[00128] As modalidades correntemente descritas são meramente exemplos em todos os pontos de vista, e não pretendem ter limitação. Especificamente, nas modalidades correntemente descritas, um assunto não especificamente descrito, por exemplo, valores facilmente esperados por pessoas versadas na técnica são empregados para condições de operação, condições de medição, vários parâmetros dimensões, um peso, e um volume de componentes, etc., sem se afastar da faixa normalmente implementada por aqueles versados na técnica.

[00129] Por exemplo, na descrição da fonte de evaporação de acordo com cada uma das respectivas modalidades, expressões tais como sendo paralelo, perpendicular, o mesmo, e expressões tais como coaxial são utilizadas para a forma e dimensão de cada componente. No entanto, o estado de ser paralelo, perpendicular, o mesmo, e coaxial não é determinado em um sentido matematicamente estrito. Um erro em uma faixa na qual o estado é esperado ser paralelo, perpendicular, o mesmo, e coaxial é, é claro, permitido em termos de pre-cisão de usinagem e precisão de montagem de uma peça de máquina normal.

[00130] Também, a forma do alvo 2 não está limitada à forma de disco, e pode ser uma forma poligonal tal como uma forma retangular. Ainda, as formas do ímã de guia de campo magnético 3 e da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro 4a não estão limitadas às formas anulares circulares, e podem ser uma forma anular poligonal tal como uma forma retangular.

[00131] Este pedido foi descrito em detalhes com referência a modalidades específicas. No entanto, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias modificações e correções podem ser adicionadas sem afastar do espírito e escopo da presente invenção.

[00132] Este pedido está baseado no Pedido de Patente Japonesa depositado em 20 de Junho de 2012 (Número 2012-139078), e o conteúdo do qual está por meio disto incorporado por referência.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[00133] Com a fonte de evaporação de arco da presente invenção, as linhas de força magnética com alta retidão que estendem da superfície do alvo na direção do substrato podem ser geradas na ampla região da superfície do alvo, e um desgaste desigual do alvo pode ser restringido. LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERÊNCIA1 , 1a, 1b, 1c fonte de evaporação de arco (fonte de evaporação)2 alvo3 ímã de guia de campo magnético4, 4a, 4b, 4c fonte de geração de campo magnético de lado traseiro5a primeiro ímã de lado traseiro5b segundo ímã de lado traseiro6 dispositivo de deposição de filme7 substrato8a, 8b, 8c meio de formação de campo magnético9a, 9b, 9c material magnético10a primeiro ímã de lado traseiro em forma de disco10b segundo ímã de lado traseiro em forma de disco11 câmara de vácuo12 base rotativa13 porta de introdução de gás14 porta de descarga de gás15 suprimento de energia de arco16 suprimento de energia de polarização17 bobina eletromagnética18 terra

Claims

1. Fonte de evaporação de arco (1) que compreende um alvo (2), um ímã de guia de campo magnético em forma de anel (3), e uma fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4),em que o ímã de guia de campo magnético (3) tem uma polaridade com uma direção de magnetização que se estende ao longo de uma direção perpendicular a uma face de evaporação do alvo (2) e faceando a frente ou a traseira,em que a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4) está disposta no lado de um lado traseiro do alvo (2), o lado sendo a traseira do ímã de guia de campo magnético (3), e forma linhas de força magnética ao longo da direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3), eem que, na projeção do ímã de guia de campo magnético (3) e do alvo (2) na direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3), o alvo (2) é disposto de modo que o alvo (2) seja projetado em um lado interno de diâmetro em relação a uma posição intermediária entre uma face periférica interna e uma face periférica externa em uma direção radial do ímã de guia de campo magnético (3),caracterizada pelo fato de que o alvo (2) está disposto de modo que a face de evaporação fique localizada na frente com relação ao ímã de guia de campo magnético (3).

2. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a direção de magnetização da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4) faceia a frente se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3) facear a frente, e a direção de magnetização da fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4) faceia a traseira se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3) facear a traseira.

3. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4) forma linhas de força magnética que passam através de uma parte de túnel ou uma parte de duto formada pela face periférica interna do ímã de guia de campo magnético em forma de anel (3), ao longo da direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3), eem que o alvo (2) está disposto em uma posição de modo que as linhas de força magnética que passam através da face de evaporação tornam-se paralelas ao eixo geométrico do ímã de guia de campo magnético em forma de anel (3) ou inclinadas na direção do eixo geométrico.

4. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4a) inclui um ímã de lado traseiro em forma de anel (5a, 5b) que tem polaridades em uma face periférica interna e uma face periférica externa, uma direção de magnetização do ímã de lado traseiro (5a, 5b) pelas polaridades da face periférica interna e da face periférica externa faceia uma direção de lado interno de diâmetro de anel se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3) facear a frente, e a direção de magnetização do ímã de lado traseiro (5a, 5b) pelas polaridades da face periférica interna e da face periférica externa faceia uma direção de lado externo de diâmetro de anel se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3) facear a traseira.

5. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4a) inclui uma pluralidade dos ímãs de lado traseiro em forma de anel (5a, 5b) e a pluralidade de ímãs de lado traseiro em forma de anel (5a, 5b) têm polaridades com a mesma direção de magnetização e estão coaxialmente dispostos.

6. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que um material magnético (9a) que penetra através de cada ímã de lado traseiro (5a, 5b) está provido em um lado interno de diâmetro da pluralidade de ímãs de lado traseiro em forma de anel (5a, 5b), e uma periferia externa do material magnético (9a) contata a face periférica interna de cada ímã de lado traseiro (5a, 5b).

7. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4b) inclui um primeiro ímã em forma de disco (10a) e um segundo ímã em forma de disco (10b) que têm formas de disco e dispostos a um intervalo, o primeiro ímã em forma de disco (10a) e o segundo ímã em forma de disco (10b) cada um têm polaridades nas faces em forma de disco com uma direção de magnetização de uma das faces em forma de disco para a outra face em forma de disco e estão dispostos para ter a mesma direção de magnetização, a direção de magnetização pelo primeiro ímã em forma de disco (10a) e o segundo ímã em forma de disco (10b) faceia a frente se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético facear (3) a frente, e a direção de magnetização pelo primeiro ímã em forma de disco (10a) e o segundo ímã em forma de disco (10b) faceia a traseira se a direção de magnetização do ímã de guia de campo magnético (3) facear a traseira.

8. Fonte de evaporação de arco de (1) acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que um material magnético (9b) está provido entre o primeiro ímã em forma de disco (10a) e o segundo ímã em forma de disco (10b), o material magnético (9b) contatando cada ímã em forma de disco (10a, 10b).

9. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de geração de campo magnético de lado traseiro (4c) é uma bobina eletromagnética de núcleo de ar (17), e a bobina eletromagnética (17) tem uma polaridade na mesma direção que a direção da polaridade do ímã de guia de campo magnético (3).

10. Fonte de evaporação de arco (1) de acordo com a rei-vindicação 9, caracterizada pelo fato de que um material magnético (9c) está disposto dentro da porção de núcleo de ar da bobina eletromagnética (17).