CN1806063B - 偏转磁场型真空电弧蒸镀装置 - Google Patents

Abstract

偏转磁场型真空电弧蒸镀装置具有蒸镀单元(UN1、UN2)，这些单元包含蒸发源(3、3')和附设磁场形成线圈(400、42、42')的弯曲过滤槽(4、4')。槽(4、4')形成朝向被成膜件托架(2)的公共槽端部(40)，在各槽的相反侧端部(41、41')设置蒸发源(3、3')。槽端部(40)设置共用线圈(400)，同时各槽还设置又一个线圈(42、42')。对各线圈装配设置状态调整装置(电动机m1、m2和驱动装置PC；电动机M1、M2和驱动装置PC1；电动机M1'、M2'和驱动装置PC1')。这种蒸镀装置生产率良好地在被成膜件上形成所希望结构的优质薄膜。

Description

偏转磁场型真空电弧蒸镀装置

技术领域

本发明涉及能用于在例如汽车部件、机械部件、工具、模具等物件上形成使耐磨损性、滑动性、抗蚀性等中的至少一项得到改善用的薄膜的真空电弧蒸镀装置。

背景技术

真空电弧蒸镀装置在减压氛围下，使阳极与阴极之间产生真空电弧放电，利用该放电产生包含使阴极材料蒸发并离子化的阴极材料的等离子体，使该离子化阴极材料飞往被成膜件，在该件上形成薄膜。一般将阳极与阴极之间产生真空电弧放电并利用该电弧放电使阴极材料离子化的部分称为蒸发源或真空电弧蒸发源。真空电弧蒸镀装置与等离子体CVD(化学蒸镀)装置相比，在成膜速度高、膜生产率方面优越。

作为这种真空电弧蒸镀装置，已公知偏转磁场型的真空电弧蒸镀装置。偏转磁场型真空电弧蒸镀装置除包含所述蒸发源外，还包含弯曲过滤槽，该槽用永久磁铁和磁场形成用线圈形成偏转磁场，使受蒸发源离子化的阴极材料飞往支撑被成膜件的托架。

真空电弧蒸镀法中，阳极因电弧放电而蒸发时，往往产生称为宏粒子或飞沫的粗大粒子。该粗大粒子飞往被成膜件并附着时，该件上形成的膜的表面平滑性降低，或膜对该件的粘着性降低。

所述形成偏转磁场的弯曲过滤槽，能利用偏转磁场有选择地使作为载电粒子的离子化阴极材料沿槽偏转，并导向被成膜件；反之，由于电方面中性或纵然带电也由于质量非常大而磁场不能使其偏转的粗大粒子则碰撞弯曲槽的内壁，从而抑制其飞往被成膜件并附着。由此，能在被成膜件上形成优质薄膜。

作为具有这种过滤槽的真空电弧蒸镀装置，还提出在大面积上生产率良好地形成薄膜的装置和形成复合膜的装置。例如，日本国专利公开2001-59165号公报通过在截面形状为矩形等的一个过滤槽中排列多个蒸发源，大面积形成表面平滑性高、膜厚均匀性高的膜。

日本国专利公开平9-217141号公报揭示在成膜容器壁的不同位置连接设置包含分别由不同材料组成的阴极的蒸发源的二条过滤槽，使来自各蒸发源的超微粒子飞到被成膜件，形成超微粒子扩散膜(复合膜)。进一步说明：该公报揭示的例子中，作为一个蒸发源，采用具有包含钛的阴极的蒸发源，同时作为另一蒸发源采用具有由镍组成的阴极的蒸发源，并且对这些蒸发源脉冲状交替施加电弧放电用电压，从而在氮气氛围中形成由氮化钛组成的硬质超微粒子和由镍组成金属超微粒子两者构成的超微粒子扩散膜。

此外，作为具有过滤槽的真空电弧蒸镀装置，日本国专利公开2002-294433号公报揭示了在成膜过程中重复翻转流过磁场形成线圈的电流的方向，以便抑制磁场形成用线圈建立的磁场中的等离子体漂移，使被成膜件表面形成的膜的厚度分布均匀性劣化，即流过磁场线圈的电流方向总相同时，磁场中的等离子漂移使被成膜件上形成的膜厚峰值往一定方向偏移造成的膜厚分布均匀性降低。

这里，观察一下一般在被成膜件上形成的薄膜的结构：除全部由相同材料组成的薄膜、上文所述那样扩散多种微粒子的复合膜外，还有基底层和层叠在其上的期望层组成的薄膜、2种以上的元素组成的化合物膜、在规定材料的薄膜中添加其它元素的薄膜等。

为了用真空电弧蒸镀装置生产率良好地形成含有基底层的薄膜，化合物膜、添加其它元素的薄膜等，与形成所述超微粒子扩散膜时相同，也必须采用包含分别由不同材料组成的阴极的多个蒸发源。

这时，可考虑将上述专利公开2001-59165号公报揭示的设在一条过滤槽的多个蒸发源当作这些多种蒸发源，但由于来自各蒸发源的离子化阴极材料的飞行轨迹在同一过滤槽内不同，实际上难以对一条过滤槽分别在不同位置排列多种蒸发源并且在配置于规定位置的被成膜件上形成上述薄膜。

因此，如专利公开平9-217141号公报所揭示，为了在配置于规定位置的被成膜件上形成上述薄膜，必须将适应蒸发源种类数的过滤槽分别连接在成膜容器壁的不同位置。

然而，即便是这样，例如要形成化合物膜时，多种离子化阴极材料从不同位置飞到位置固定的被成膜件，结果常形成这些多种材料组成的叠层结构膜，而不是化合物膜。不仅形成化合物膜时，而且形成含基底层的薄膜和添加其它元素的薄膜时，也由于多种离子化阴极材料从不同位置飞到位置固定的被成膜件，所形成薄膜各部分的质量和厚度容易不均匀。将适应蒸发源数的过滤槽分别连接在成膜容器壁的不同位置时，也妨碍真空电弧蒸镀装置的小型化。

这方面，日本国专利申请2001-521066号公报揭示一种真空电弧蒸镀装置，该装置具有二条弯曲磁过滤槽，将朝向成膜容器膜托架上支撑的被成膜件的这些过滤槽的端部形成相互共用的端部，并且在相互分开的相反侧的槽端部分别设置蒸发源。根据这种真空电弧蒸镀装置，可使真空电弧蒸镀装置小型化。而且，源于任一蒸发源的离子化阴极材料都从一个部位，即该公共槽端部飞来。因此，形成含基底层的薄膜、化合物膜、添加其它元素的薄膜等中的任一种时，与将多条过滤槽分别连接在成膜容器不同部位时相比，可认为或许更能将薄膜形成期望状态。

然而，根据本发明人的研究，这种槽端部公共型真空电弧蒸镀装置中还存在应进一步解决的课题。

图6示出专利申请2001-521066号公报揭示的真空电弧蒸镀装置的原理性组成。如图6所示，在成膜容器91中的规定位置设置托架92，将被成膜件s支撑在该托架上。在成膜容器壁911的一个部位，即朝向该托架一个部位连接二条弯曲过滤槽93、94。

将这些过滤槽93、94形成得连接成膜容器91的部分90相互共用，从而朝向托架92的部分90也相互共用，并且在相互分开的相反侧的槽端部设置包含分别由不同材料组成的阴极的蒸发源95、96。在过滤槽93的周围设置形成磁场用的永久磁铁或线圈97，在过滤槽94的周围设置形成磁场用的永久磁铁或线圈98。又在公共槽端部90的周围设置这些槽共用的形成磁场用的永久磁铁或线圈99。

另一方面，来自一个蒸发源95的离子化阴极材料在磁铁97、99形成的偏转磁场中可从槽93经公共槽端部90飞行，来自另一蒸发源96的离子化阴极材料在磁铁98、99形成的偏转磁场中可从槽94经公共槽端部90飞行。

因此，理论上通过同时运转二个蒸发源，能在被成膜件s上形成不同材料组成的化合物膜，如果交替重复运转，则能形成不同材料组成的微粒子扩散型复合膜和叠层结构膜。又能使一蒸发源运转，在物件s上形成基底层后，使另一蒸发源运转，以代替该一蒸发源，从而在该基底层上形成期望膜，或一面用一蒸发源形成膜，一面用另一蒸发源对该膜添加其它元素。还能仅用任一蒸发源在物件s上形成相同材料组成的膜。

然而如图6所示，，实际尝试用该装置形成化合物膜和复合膜时，来自一蒸发源95的离子化阴极材料的通路950和来自另一蒸发源96的离子化阴极材料的通路960由于过滤槽93、94的二个偏转磁场相互影响，有时不是最终汇合并朝向托架上的物件s，而是二条通路相互往相反方向分开，或相互交叉后分开，因而难以在物件s上形成期望的化合物膜等。形成含基底膜的膜和添加其它元素的膜等时，也往往难以将各离子化阴极材料最终集中朝向托架上的物件s。

因此，本发明的课题为：提供一种能在被成膜件上生产率良好地形成期望结构的优质薄膜的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，该装置具有多个蒸镀单元，该蒸镀单元分别包含利用阳极与阴极之间的真空电弧放电使该阴极材料蒸发并且同时离子化的至少一个蒸发源、以及附设使由该蒸发源离子化的阴极材料飞往托架以便在该托架支撑的被成膜件上形成包含该阴极材料构成元素的膜的至少一个偏转磁场形成构件的弯曲过滤槽，形成该多个蒸镀单元各自的所述弯曲过滤槽，使其朝向所述托架的槽端部与其它弯曲过滤槽的朝向该托架的槽端部为公共槽端部，并且在该过滤槽相反侧的端部分别设置至少一个蒸发源，下文有时将这种装置称为“槽端部公共型的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置”。

发明内容

本发明人为了解决上述课题，反复专心研究，获得以下见识，从而完成本发明。

即，可通过对设在过滤槽的偏转磁场形成构件的设置状态利用例如该槽延伸方向上的该构件的位置的调整、该构件对该槽的设置角度的调整、这两种调整的组合进行调整，改变该偏转磁场形成构件在槽内形成的磁场的特性(磁力线方向等)，由此，能控制该槽内的离子化阴极材料的飞行方向。

于是，通过对槽端部共用型的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置的多条过滤槽中的至少一条，需要的话对多条或全部，调整对该过滤槽设置的全部或部分偏转磁场形成构件的设置状态，可使多个蒸镀单元的各蒸发源中产生的离子化阴极材料在该多个过滤槽的公共槽端部汇集，一起朝向托架上的被成膜件。这样，即使在形成对象膜是化合物膜的情况下，也能生优质且产率良好地在被成膜件上形成该膜。

本发明根据以上见识，提供一种偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，该偏转磁场型真空电弧蒸镀装置具有多个蒸镀单元，该蒸镀单元分别包含利用阳极与阴极之间的真空电弧放电使该阴极材料蒸发并且同时离子化的至少一个蒸发源、以及附设使由该蒸发源离子化的阴极材料飞往托架以便在该托架支撑的被成膜件上形成包含该阴极材料构成元素的膜的至少一个偏转磁场形成构件的弯曲过滤槽，形成该多个蒸镀单元各自的所述弯曲过滤槽，使其朝向所述托架的槽端部与其它弯曲过滤槽的朝向该托架的槽端部为公共槽端部，并且在该过滤槽相反侧的端部分别设置至少一个蒸发源，在这种偏转磁场型真空电弧蒸镀装置中

具有磁场形成构件调整装置，该装置调整对所述多个蒸镀单元的过滤槽中至少一条过滤槽设置的所述偏转磁场形成构件中的至少一个偏转磁场形成构件相对于该过滤槽的设置状态，以便控制磁场。

附图简述

图1是示出一例本发明偏转磁场型真空电弧蒸镀装置的概略组成的图。

图2是图1所示装置的二条过滤槽的公共端部的截面图。

图3(A)是示出一蒸发源的组成的图，图3(B)是示出另一蒸发源的组成的图。

图4是示出图1的装置的部分电路的框图。

图5是示出另一例偏转磁场型真空电弧蒸镀装置的概略组成的图。

图6是示出一例已有真空电弧蒸镀装置的原理性组成的图。

具体实施方式

本发明的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，基本上具有多个蒸镀单元，该蒸镀单元分别包含利用阳极与阴极之间的真空电弧放电使该阴极材料蒸发并且同时离子化的蒸发源，以及附设使由该蒸发源离子化的阴极材料飞往托架以便在该托架支撑的被成膜件上形成包含该阴极材料构成元素的膜的一个或二个以上的偏转磁场形成构件的弯曲过滤槽。

然后，形成该多个蒸镀单元各自的所述弯曲过滤槽，使其朝向所述托架的槽端部与其它弯曲过滤槽的朝向该托架的槽端部为公共槽端部，并且在该过滤槽相反侧的端部分别设置至少一个蒸发源。

此外，具有磁场形成构件调整装置，该装置调整对多个蒸镀单元的过滤槽中至少一条过滤槽设置的所述偏转磁场形成构件中的至少一个偏转磁场形成构件相对于该过滤槽的设置状态，以便控制磁场。

此偏转磁场形成构件可由永久磁铁组成，可为利用通电形成磁场的线圈，也可为该磁铁和线圈的组合。任一种组成，都将偏转磁场形成构件设在槽周围。

作为所述磁场形成构件调整装置，其典型例可举出调整由该调整装置调整设置状态的偏转磁场形成构件的在该构件形成磁场的过滤槽延伸方向上的位置和/或对该构件的设置角度的装置。

过滤槽不限于此，作为典型例，可举出截面为矩形的过滤槽。采用这种矩形截面槽时，作为所述调整装置的偏转磁场形成构件对槽的设置角度，可举出围绕实质上垂直该槽四个侧面中相互对置的一对侧面的轴线的偏转磁场形成构件的姿态角度和/或围绕实质上垂直该轴线的另一轴线(实质上垂直相互对置的一对侧面的轴线)的偏转磁场形成构件的姿态角度。

各过滤槽设置多个偏转磁场形成构件时，其中的一个可为与对其它过滤槽设置的多个偏转磁场形成构件的一个共用的构件。该共用偏转磁场形成构件例如可设在所述公共槽端部。

作为典型例，可举出的情况为：对所述多条过滤槽共用的朝向所述托架的槽端部设置该多条过滤槽共用的偏转磁场形成构件，同时还对该多条过滤槽各自的从其它过滤槽分开的部分分别设置偏转磁场形成构件。

形成任一种情况形成任一种情况该真空电弧蒸镀装置都能用磁场形成构件调整装置调整其关联的偏转磁场形成构件对过滤槽的设置状态，由此，控制该磁场形成构件在槽内形成的磁场的特性(磁力线方向等)，从而能控制来自对该槽设置所蒸发源的离子化阴极材料的飞行方向，使该离子化阴极材料从公共槽端部飞往托架上的被成膜件。

其它一个或二个以上过滤槽也使离子化阴极材料飞行时，利用调整磁场形成构件设置状态，使具有可调整设置状态的该磁场形成构件的过滤槽的离子化阴极材料流与该其它离子化阴极材料流汇合，可使这些离子化阴极材料流一起朝向被成膜件。

要使来自多个过滤槽的离子化阴极材料流汇合并一起流向托架上的被成膜件时，仅调整一条槽的一个磁场形成构件设置状态不充分的情况下，也可对该一条槽的其它磁场形成构件设置调整装置，并调整其设置状态。还可对其它一条或二条以上的槽各自的一个或二个以上磁场形成构件分别设置调整装置，并调整该磁场形成构件对槽的设置状态。即使在不使来自多条槽的离子化阴极材料流汇合的情况下难以在各个过滤槽中使离子化阴极材料流从公共槽端部流向被成膜件时，也可对这种过滤槽各自的一个或二个以上偏转磁场形成构件装设置状态调整装置。

例如，如上文所述，对多条过滤槽中公共的朝向所述托架的槽端部设置该多条过滤槽共用的偏转磁场形成构件，同时还对该多条过滤槽各自的从其它过滤槽分开的部分分别设置磁场形成构件的情况下，也可对偏转磁场形成构件分别设置磁场形成构件调整装置。

形成任一种情况形成任一种情况都通过调整一条或二条以上过滤槽各自的一个或二个以上磁场形成构件对槽的设置状态，使多个蒸镀单元的各蒸发源产生的离子化阴极材料流在该多条过滤槽的公共槽端部汇合，一起流向托架上的被成膜件，即使在形成对象膜是化合物膜等情况下，也能在被成膜件上以期望结构状态优质且生产率良好地形成该膜。

这种真空电弧蒸镀装置通过同时使用二个以上蒸发源，能在被成膜件上形成不同材料组成的化合物膜；如果交替重复使用，则能形成不同材料组成的微粒子扩散型复合膜和叠层结构膜。也能使用任一蒸发源在物件上形成基底层后，通过使用其它蒸发源，以代替该蒸发源，在该基底膜上形成期望膜，或一面用任一蒸发源形成膜，一面用其它蒸发源对该膜添加其它元素。还能仅用任一蒸镀单元的蒸发源，在物件上形成相同材料组成的膜。

为了抑制因偏转磁场形成构件建立的磁场中等离子体漂移使被成膜件表面形成的膜厚度分布均匀性劣化，例如可进行如下。即，对通过从磁场形成电源装置分别对所述偏转磁场形成构件中一个或二个以上的根据分别进行通电而形成偏转磁场的磁场形成线圈，该磁场形成电源装置可为对至少一个磁场形成线圈能使该线圈的电流方向周期性翻转的电源装置。

为了能形成层叠不同材料组成的层的多层结构膜、在膜厚方向规定部位添加其它元素的其它元素添加膜，或为了根据需要阻止来自蒸发源的离子化阴极材料飞往被成膜件等，可进行如下。

即，对通过从磁场形成电源装置分别对所述偏转磁场形成构件中的一个或二个以上分别进行通电而形成偏转磁场的磁场形成线圈，该磁场形成电源装置可为能对该磁场形成线圈分别控制电流通断的电源装置。通过切断对磁场形成线圈的通电，能阻止离子化阴极材料飞往被成膜件。

为了同样的目的，可对所述多个蒸镀单元中的至少一个蒸镀单元设置能在切断该蒸镀单元的所述过滤槽内的所述离子化阴极材料通路的关断位置与打开该通路的开通位置之间来回运作的切断构件。

真空电弧蒸镀装置中，使蒸发源的阳极与阴极之间产生电弧放电时，将电弧放电感生用触发电极配置成与阴极放电面对置，并且在阳极与阴极之间施加电压，同时还使该触发电极接触该放电面后，连续离开，使电弧放电产生，从而感生阳极与阴极之间的电弧放电。

然而，阴极材料常使真空电弧放电熄灭。电弧放电熄灭时，每次必须用电弧放电感生用触发电极在阳极与阴极之间感生真空电弧放电，重新启动成膜。

可是，触发电极在阳极与阴极之间感生真空电弧放电(“起燃”)时，该电弧放电不稳定，为此而在层膜中重复起燃时，膜的质量降低。

因此，寻求一种手段，即使在对被成膜件成膜的中途随真空电弧放电熄灭进行触发电极的真空电弧放电感生时，也不白白延长成膜开始至完成的时间，而且能形成质量良好的膜。

因此，例如可如下进行。

即，配备作为所述偏转磁场形成构件从磁场形成电源装置对所述多个蒸镀单元中至少有时同时使用的多个蒸镀单元分别通电从而形成偏转磁场的磁场形成线圈，同时还配备检测出所述蒸发源电弧放电燃灭的检测器。而且，该磁场形成电源装置在同时使用作为使用对象的所述多个蒸镀单元的情况下，检测出该同时使用的蒸镀单元的所述检测器中至少一个检测出电弧放电熄灭时，切断该同时使用的蒸镀单元的磁场形成线圈的通电，从该同时使用的蒸镀单元的全部所述检测器检测出电弧放电开始，经历该同时使用的蒸镀单元的全部蒸发源中电弧放电稳定所需的时间，则允许该磁场形成线圈通电。

根据同样理由，可如下进行。

所述多个蒸镀单元中的至少有时同时使用的多个蒸镀单元分别具有可在切断该蒸镀单元的所述过滤槽内的所述离子化阴极材料通路的关断位置与打开该通路的开通位置之间来回移动的切断构件、驱动成将该切断构件配置在该关断位置或开通位置的驱动装置、以及检测出所述蒸发源电弧放电燃灭的检测器。而且，由控制部控制各该蒸镀单元的切断构件的驱动装置的运作，该控制部控制所述驱动装置，该控制部在使对同时使用对象的所述多个蒸镀单元进行同时使用的情况下，该同时使用的蒸镀单元的所述检测器中至少一个检测出电弧放电熄灭时，将该同时使用的蒸镀单元的过滤槽的所述切断构件配置在所述关断位置，并且从该同时使用的蒸镀单元的全部所述检测器检测出电弧放电开始，经历该同时使用的蒸镀单元的全部蒸发源中电弧放电稳定所需时间，则将所述切断构件配置在所述开通位置。

作为检测出所述蒸发源的电弧放电燃灭的检测器，可示出检测出基于真空电弧放电的放电电流的电流检测器、检测出对阴极施加的电压的电压检测器的例子。在电流检测器的情况下，该检测器未检测出表示真空电弧放电燃灭的电流值时，真空电弧放电熄灭，而检测出表示真空电弧放电起燃的电流值，则可判断为真空电弧放电起燃。在电压检测器的情况下，该检测器未检测出表示真空电弧放电起燃的电压值时，真空电弧放电熄灭，而检测出表示真空电弧放电起燃的电压值，则可判断为真空电弧放电起燃。

所述“蒸发源中电弧放电稳定所需时间”因使用的阴极材料、真空电弧蒸镀装置具体结构等而不同，所以预先利用实验等决定。

为了控制膜结构和膜组成等，在所述蒸发源中所述阴极与阳极之间施加电压以产生电弧放电的电弧放电电源装置的至少一个可为施加脉冲电压的电源装置。该电源装置可为能控制该脉冲电压的大小、脉宽和占空比中的至少一项的电源装置。

所述多个蒸镀单元中的至少一个蒸镀单元具有多个所述蒸发源。

下面，参照附图说明偏转磁场型真空电弧蒸镀装置的实例。

图1是示出一例偏转磁场型真空电弧蒸镀装置A1的概略组成的图。图1所示的装置A1具有成膜容器1，在容器1内设置支撑被成膜件(这里为衬底形态的物件)S的托架2。托架2连接能在成膜时对该托架装载的被成膜件S施加偏压的电源PW1。

容器1连接排气装置EX，从而能将容器1内设定成希望的减压状态。在容器壁11的一处连接二个蒸镀单元UN1、UN2。

一蒸镀单元UN1具有弯曲过滤槽4和设在该槽中蒸发源3。过滤槽4的一端部40连接设在容器壁11的所述一处的矩形开口部110的周壁，并朝向托架2。将蒸发源3设在该槽4的另一端部41。槽4弯曲大致90度，截面形状为矩形(参考图2)。

槽4中，在成膜容器1方的端部40周围将磁场形成线圈400设置成环状，同时还在另一端部41附近将另一磁场形成线圈42设置成环状。将线圈400支持在框架401上，将线圈41支持在框架43上。可从电源PW3对线圈400通电，或从电源PW4对线圈42通电，从而在槽4内形成偏转磁场。

如图1和图2所示，将线圈框架401支持在第1定位构件f1上，使其垂直与槽4相互对置的侧面4a并可围绕与槽4的纵向中心轴α垂直相交的轴线β来回转动，而且可用构件f1支持的旋转电动机m1驱动成围绕轴线β来回转动。因此，线圈框架401支持的线圈400能进行围绕轴线β的姿态角度的调整。

将线圈框架401连同第1定位构件f1和电动机m1支持在第2定位构件f2上，使其与槽4的另一对相互对置的侧面4b垂直并可围绕与槽4的纵向中心轴线α垂直相交的轴线γ来回转动，而且可用构件f2支持的旋转电动机m2驱动成围绕轴线γ来回转动。因此，线圈400能进行围绕轴线γ的姿态角度的调整。

此外，线圈400、支持该线圈的框架401和电动机m1、m2等全部能用位置固定的来回驱动装置PC(参考图1)调整所述槽中心轴线γ方向(槽延伸方向)的位置。进一步地说，本例中可对图1的上下方向进行位置调整。电动机m1、m2和装置PC等构成线圈400用的线圈调整装置。

支持线圈42的线圈框架43也与对所述线圈框架401的转动机构的情况相同，支持在第1定位构件(省略示出)，使其垂直于槽4的相互对置的侧面4a并可围绕与槽4的纵向中心轴线α垂直相交的轴线β1来回转动，而且可用该第1定位构件支持的旋转电动机驱动成围绕该轴线β1来回转动。因此，线圈框架43支持的线圈42能调整围绕轴线β1的姿态角度。

此外，将线圈框架43连同所述未示出的第1定位构件和其支持的电动机M1支持在第2定位构件(省略示出)上，使其与槽4的另一对相互对置的侧面4b垂直并可围绕与槽4的纵向中心轴线α垂直相交的轴线γ1来回转动，而且可用该第2定位构件支持的旋转电动机M2驱动成围绕轴线γ1来回转动。因此，线圈42能进行围绕轴线γ1的姿态角度的调整。

线圈42、支持该线圈的框架43和电动机M1、M2等全部能能以位置固定的支点轴44为中心，在槽4的纵向(槽延伸方向)摆动，用来回驱动装置PC1调整该方向的位置。电动机M1、M2和装置PC1等构成线圈42用的线圈调整装置。

另一蒸镀单元UN2也具有弯曲过滤槽4’和设在该槽的蒸发源3’。过滤槽4’的一端部40形成与所述蒸镀单元UN1的过滤槽4的一端部40共用。因此，槽4’也连接容器壁开口部110的周壁，并朝向托架2。将蒸发源3’设在该槽4’的另一端部41’。槽4’在图中与槽4左右对称地弯曲大致90度，并且截面形状为矩形(参考图2)。槽4与槽4’相互合拢(换言之，相互分离)的部位设有防止蒸发源3、3’相互直接面对用的切断壁(隔板)4W。

槽4’除设置与槽4共用的所述磁场形成线圈400外，与槽4时相同，也在靠近蒸发源3’的另一端部41’附近周围将另一磁场形成线圈42’设置成环状。将线圈42’支持在框架43’上。可从电源PW3对线圈400通电，或从电源PW’对线圈42’通电，以在槽4’内形成偏转磁场。

线圈框架43’也与上述对线圈框架401的转动机构的情况相同，支持在第1定位构件(省略示出)，使其垂直于槽4’的相互对置的一对侧面并可围绕与槽4’的纵向中心轴线垂直相交的轴线β1’来回转动，而且可用该第1定位构件支持的旋转电动机M1’驱动成围绕该轴线β1’来回转动。因此，线圈框架43’支持的线圈42’能调整围绕轴线β1’的姿态角度。

将线圈框架43’连同所述未示出的第1定位构件和其支持的电动机M1’支持在第2定位构件(省略示出)上，使其与槽4’的另一对相互对置的侧面4b垂直并可围绕与槽4’的纵向中心轴线垂直相交的轴线γ1’来回转动，而且可用该第2定位构件支持的旋转电动机M2’驱动成围绕轴线γ1’来回转动。因此，线圈42’能进行围绕轴线γ1’的姿态角度的调整。

线圈42’、支持该线圈的框架43’和电动机M1’、M2’等全部能能以位置固定的支点轴44’为中心，在槽4’的纵向(槽延伸方向)摆动，用来回驱动装置PC1’调整该方向的位置。电动机M1’、M2’和装置PC1’等构成线圈42’用的线圈调整装置。

图3(A)是示出蒸发源3的组成的图，图3(B)是示出蒸发源3’的组成的图。如图3(A)(图3(B))所示，蒸发源3(3’)包含阴极31(31’)。将阴极31(31’)配置在槽内，支持在装于过滤槽4(4’)的端部41(41’)的壁板410(410’)的中央孔中动配合的导电阴极支持体32(32’)上。将阴极支持体32(32’)通过绝缘构件33(33’)固定在该壁板410(410’)上。

用根据要形成的膜选择的材料形成阴极31(31’)。在从壁板410(410’)到槽内侧的区域朝向阴极31(31’)设置圆筒状阳极34(34’)，棒状触发电极35(35’)从该阳极内侧朝向阴极31(31’)的端面(放电面)的中央部。将阳极34(34’)接地。

将触发电极35(35’)通过阳极34(34’)的远离阴极31(31’)方的开口部往阳极的外方延伸，并支持在支持杆351(351’)上。将支持杆351(351’)通过设在壁板410(410’)的“馈通装置”36(36’)连接壁板410(410’)外的来回直线驱动装置D(D’)。可由该装置D(D’)使触发电极35(35’)接触或脱离阳极31(31’)。馈通装置36(36’)可一面将壁板410(410’)内外密封地阻断，一面使杆351(351’)来回动作。

蒸发源3(3’)也具有电弧电源PW2(PM2’)，并且各电源用布线连接到阳极31(31’)等，以便在阳极31(31’)与阴极34(34’)之间施加电弧放电用电压，而且能在阳极31(31’)与触发电极35(35’)之间施加触发用电压，用于感生阳极31(31’)与阴极34(34’)之间的电弧放电。将触发电极35(35’)通过电阻R(R’)接地，使电弧电流不流通。在连接电弧电源PW2(PW2’)和阳极支持件32(32’)的布线的中途连接检测出基于真空电弧放电的放电电流的电流检测器5(5’)。后面将说明，可采用电压检测器50(50’)以代替该电流检测器。

图4示出装置A1的部分电路的框图。如该框图所示，控制部CONT连接电弧电源PW2和PW2’、线圈电源PW3、PW4和PW4’以及触发电极驱动装置D和D’。控制部CONT还连接电流检测器5、5’(或电压检测器50、50’)。后面将说明，控制部CONT控制电源通断，但对线圈电源PW3、PW4、PW4’也可构成独立于其它电源地控制通断，以控制对该电源所对应的磁场形成线圈的通电。任一种情况，都可以说由电源PW3、PW4、PW4’和控制部CONT构成对磁场形成线圈的磁场形成电源装置。

真空电弧蒸镀装置A1可仅用任一方的蒸发源进行成膜，但该情况下，控制部CONT在电流检测器5(或5’)未检测出表示放电起燃的规定放电电流值时，判断为真空电弧放电熄灭，而电流检测器5(或5’)检测出表示放电起燃的规定放电电流值时，判断为真空电弧起燃。

此外，控制部CONT判断为真空电弧放电熄灭时，切断电源PW3、PW4(或PW3、PW4’)对磁场形成线圈400、42(或400、42’)的通电，同时还指示触发电极驱动装置D(或D’)，使其驱动触发电极35(或35’)，以感生真空电弧放电。

电流检测器5(或5’)检测出表示真空电弧放电起燃时，控制部CONT判断为真空电弧放电启动。而且，从真空电弧放电启动开始，经历预先设定的真空电弧放电稳定所需时间后，使全部磁场形成线圈400、42(或400、42’)通电。真空电弧放电稳定所需的时间因阴极材料而不同，所以可预先利用实验求出。

同时用蒸发源3、3’进行成膜时，控制部CONT在即使蒸发源3、3’的电流检测器5、5’中的一个没有检测出表示放电启动的规定放电电流值时，也判断为真空电弧放电熄灭，而检测器5、5’双方都检测出规定的放电电流值，则判断为真空电弧放电启动。

此情况下，控制部CONT判断为真空电弧放电熄灭时，切断全部电源PW3、PW4、PW4’对磁场形成线圈400、42、42’的通电，同时还指示触发电极驱动装置D和/或D’，对触发电极35(或35’)进行驱动，以感生真空电弧放电。

然后，电流检测器5、5’检测出表示真空电弧放电启动的规定放电电流值时，判断为真空电弧放电启动。而且从放电熄灭的全部蒸发源中真空电弧放电启动开始，经历预先设定的真空电弧放电稳定所需时间后，使全部磁场形成线圈400、42、42’通电。

真空电弧放电熄灭时，检测器5(5’)不能检测出放电电流，在真空电弧放电起燃期间则能检测出放电电流。控制部CONT采用根据这点形成真空电弧放电是启动还是熄灭的判断基准的电流值，在检测出该判断基准电流值以上的电流值时，判断为真空电弧放电启动，否则判断为真空电弧放电熄灭。

将电压检测器50、50’用作放电熄灭检测器时，与采用电流检测器5、5’时相同，也能同样控制蒸发源的运转。但是，用电压检测器时，真空电弧放电熄灭，则该电压检测器50(50’)检测出电源PW2(PW2’)的额定电压或其附近的电压，真空电弧放电燃灭期间检测出小于该电压的电压值。控制部CONT可采用根据这点形成真空电弧放电是启动还是熄灭的判断基准的电压值，在检测出该判断基准电流值以上的电压值时，判断为真空电弧放电启动，否则判断为真空电弧放电熄灭。

利用以上说明的图1所示的真空电弧蒸镀装置A1时，能在被成膜件S上形成包含阴极构成材料元素的薄膜如下。

首先，在托架2上设置被成膜件S。最初使对各磁场形成线圈400、42、42’的通电停止。接着，使排气装置EX运转，从容器1内及其连接的槽4、4’内排气。使它们减压到成膜压力为止。

此外根据需要，从电源PW1对托架2上的被成膜件S开始施加拉拢成膜用粒子用的偏压。为了成膜过程中形成均匀的薄膜，可通过用旋转驱动装置(省略示出)将托架2旋转，使被成膜件S旋转。

在这种状态下，使所用蒸发源3和/或3’的触发电极35(35’)接触阴极31(31’)，并连续离开。由此，在电极35(35’)与阴极31(31’)之间产生火花，这成为触发物，在阳极34(34’)与阴极31(31’)之间感生真空电弧放电。此电弧放电对阴极材料加热，使阴极材料蒸发，进而在阴极31(31’)的前方开始形成包含离子化阴极材料的等离子体。

控制部CONT根据这期间来自检测器5(5’)的信息，检测出使用的蒸发源的真空电弧放电启动后，经历该真空电弧放电稳定所需时间之后，指示与所用蒸发源对应的线圈电源(PW3和PW4)和/或电源(PW3和PW4’)，使其对线圈(400和42)和/或线圈(400和42’)通电。

因此，蒸发源3(3’)中产生的离子化阴极材料借助线圈(400和42)和/或线圈(400和42’)形成的偏转磁场从槽4和/或槽4’的相互分开的部分经公共槽端部40飞往托架2上的物件S。这时，往往电弧放电产生的阴极材料的粗大粒子质量大，所以不被偏转磁场引导到公共端部40的出口方，而碰撞槽的内表面。因此，在该物件上以抑制粗大粒子飞来的状态，仅形成优质薄膜。

成膜过程中，检测器5(5’)检测出真空电弧放电熄灭时，根据控制部CONT的指示，停止对线圈(400和42)和/或线圈(400和42’)的通电。然后，从检测器5(5’)因电弧起燃而检测出真空电弧放电开始，经历该真空电弧放电稳定所需时间，则再次对所述线圈通电。

因此，即使在成膜中途真空电弧放电重复熄灭，并且每次熄灭进行触发电极35(35’)的起燃，真空电弧放电也为稳定状态，即处在没有或大致没有真空电弧放电尚未稳定时往往产生的成膜方面欠佳或使质量下降的粒子等到达被成膜件S的状态下，重新启动成膜，从而能得到质量良好的膜。

从检测器5(5’)检测出真空电弧放电开始，经历该真空电弧放电稳定所需时间，则快速重新启动对所述线圈通电，所以不使从成膜开始至其完成的时间白白延长，能相应效率良好地成膜。

真空电弧放电后再次重新启动真空电弧放电时，在上面说明的例子中，停止对磁场形成线圈通电，但如图5所示，也可与此同时或代之以适当关断分别设在过滤槽4、4’的切断构件SH、SH’。切断构件SH、SH’可选旋转驱动装置SHD、SHD’将离子化阴极材料通路关断的位置或从该位置后退的开通位置。

将控制部CONT构成能控制旋转驱动装置SHD、SHD’的运作，使其根据该控制部的指示把切断构件开通或关断。可做成在上述例子中，应切断对线圈42(42’)通电时，与其同时或代之以将切断构件SH(SH’)配置在关断位置，并且上述例子中，应启动对线圈42(42’)通电时，将切断构件SH(SH’)配置在开通位置。

真空电弧放电蒸镀装置A1中，又在对被成膜件S成膜前，预先调整磁场形成线圈400和/或42对槽4的设置状态，使来自蒸发源3的离子化阴极材料从公共槽端部40准确朝向托架上的物件S。即，可用电动机m1、m2和来回驱动装置PC中的一个或二个以上调整围绕磁场形成线圈400的轴线β的角度、围绕轴线γ的角度和槽端部40的延伸方向(图1中为上下方向)的位置中的一个或二项以上，同时还能用电动机M1、M2和来回驱动装置PC1中的一个或二个以上调整围绕磁场形成线圈42的轴线β1的角度、围绕轴线γ1的角度和槽延伸方向的位置中的一个或二项以上。

对来自蒸发源3’的离子化阴极材料也调整好磁场形成线圈400和/或42’对槽4’的设置状态，使该材料从公共槽端部40准确朝向托架上的物件S。即，可用电动机m1、m2和来回驱动装置PC中的一个或二个以上调整围绕磁场形成线圈400的轴线β的角度、围绕轴线γ的角度和槽端部40的延伸方向(图1中为上下方向)的位置中的一个或二项以上，同时还能用电动机M1’、M2’和来回驱动装置PC1’中的一个或二个以上调整围绕磁场形成线圈42’的轴线β1’的角度、围绕轴线γ1’的角度和槽延伸方向的位置中的一个或二项以上。

因此，用蒸发源3、3’两者形成例如化合物膜时，可通过上述那样调整线圈400、42、42’中一个或二个以上的线圈对与其对应的槽的设置状态，使来自蒸发源3、3’的离子化阴极材料从相互分开的槽4、4’朝向公共槽端部40，在该公共槽端部40汇合，从该处一起朝向托架上的物件S。由此，能在物件S上形成优质薄膜。

根据以上说明的真空电弧蒸镀装置A1，通过同时使用蒸发源3、3’，能在物件S上形成不同材料组成的化合物膜，并且如果交替重复使用，就能形成不同材料组成的微粒子扩散型复合膜和多层结构膜。也能用蒸发源3、3’中的一方在物件上形成基底层后，通过用另一蒸发源代替该蒸发源，在该基底层上形成期望膜。还能一面用任一蒸发源3(或3’)进行成膜，一面用另一蒸发源3’(或3)对该膜添加其它元素。又可仅用任一蒸发源在物件S上形成相同材料组成的膜。

而且，也能根据要形成的膜的质量和结构等，按照需要在规定的定时又切断对磁场形成线圈42或42’的通电，又再次重新启动，进而能与这样对线圈进行通电控制同时或代之以进行并应用将图5所示切断构件SH或SH’配置在按规定定时关断的位置，或配置在开通的位置等。

例如，可通过将碳阴极用作蒸发源3的阴极31，并且蒸发源3’的阴极31’采用钨(W)、铬(Cr)、钛(Ti)、铌(Nb)、铁(Fe)等金属阴极，形成添加该金属元素的DLC(金刚石状碳)膜。

也可通过利用公知方法在成膜容器1内另行产生等离子体，同时用蒸发源3和(或3’)形成膜。例如，可在成膜容器1内产生氮气等离子体，并且阴极31采用钛阴极，又采用碳阴极或铝阴极作为阴极31’，从而形成Ti CN膜或Ti AlN膜。

例如，可将碳阴极用作阴极31，阴极31’采用钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铌(Nb)、铁(Fe)等的金属阴极，在物件S上形成该金属基底层，并在该层上形成DLC膜。

进一步举出具体实例。即，将阴极31取为碳阳极，同时将阴极31’取为钨阴极，并且在图1中，将线圈42设置成从对槽中心轴线α维持垂直不变的铅直面围绕轴线γ1左旋地倾斜20度，将线圈42设置成从对槽中心轴线维持垂直不变的铅直面围绕轴线γ1’右旋地倾斜20度，线圈42、42’在槽延伸方向的位置固定不变，线圈400则维持水平姿态并调节上下方向位置，从而设定成来自二个阴极的离子化阴极材料都在公共槽端部40汇合，朝向物件S。此状态下，分别在磁场形成线圈42、42’和400中流通100A的电流，形成偏转磁场，同时用100A的真空电弧放电电流使各阴极蒸发，形成离子化。这时就能在托架2上的物件S形成添加钨的DLC膜。

此外，为了抑制所述磁场形成线圈形成的磁场中的等离子体漂移使被成膜件S表面上形成的膜厚分布均匀性劣化，控制部CONT的结构可取为：对线圈400、42、42’中的至少一个线圈能周期性翻转该线圈的电流方向。

可使所述控制部CONT中，将真空电弧放电用的电源PW2和/或PW2’的输出取为脉冲输出，并且能控制其脉冲电压的大小、脉宽和占空比中的至少一项。这时，还做成能从控制部CONT连接的键盘(参考图4)输入并设定脉冲电压的大小、脉宽和占空比中的至少一项。形成任一情况，都可以说由本情况的电源PW2、PW2’和控制部CONT构成各蒸发源用的电弧电源装置。

为了大面积形成表面平滑性高、厚度均匀性好的膜等，可根据需要在过滤槽4和/或4’分别设置多个蒸发源。这时，不限于此，最好对该过滤槽设置具有相同材料组成的阴极的多个蒸发源。

工业上的实用性

本发明的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，能用于优质且生产率良好地在例如汽车部件、机械部件、工具、模具等物件上形成使耐磨损性、滑动性、抗蚀性等中至少一项改进等用的薄膜。

Claims (13)

1.一种偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，具有

多个蒸镀单元，该蒸镀单元分别包含利用阳极与阴极之间的真空电弧放电使该阴极材料蒸发并且同时离子化的至少一个蒸发源，以及

附设使由该蒸发源离子化的阴极材料飞往托架、以便在该托架支撑的被成膜件上形成包含该阴极材料构成元素的膜的至少一个偏转磁场形成构件的弯曲过滤槽，形成该多个蒸镀单元各自的所述弯曲过滤槽、使其朝向所述托架的槽端部与其它弯曲过滤槽的朝向该托架的槽端部为公共槽端部，并且在该过滤槽相反侧的端部分别设置至少一个蒸发源，

具有磁场形成构件调整装置，该磁场形成构件调整装置调整对所述多个蒸镀单元的过滤槽中至少一条过滤槽设置的所述偏转磁场形成构件中的至少一个偏转磁场形成构件相对于该过滤槽的设置状态，以便控制磁场，

所述多个蒸镀单元中至少有时同时使用的多个蒸镀单元分别具有作为所述偏转磁场形成构件通过从磁场形成电源装置通电而形成偏转磁场的磁场形成线圈，同时还具有检测出所述蒸发源的电弧放电的燃灭的检测器，该磁场形成电源装置在对同时使用对象的所述多个蒸镀单元进行同时使用时，该同时使用的蒸镀单元的所述检测器中的至少一个检测出电弧放电熄灭时，切断对同时使用的蒸镀单元的磁场形成线圈的通电，并且从该同时使用的蒸镀单元的全部所述检测器检测出电弧放电开始，经历该同时使用的蒸镀单元的全部蒸发源中电弧放电稳定所需的时间，则允许对磁场形成线圈通电。

2.如权利要求1所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

对所述多条过滤槽共用的朝向所述托架的槽端部，设置该多条过滤槽共用的偏转磁场形成构件，同时还对该多条过滤槽各自的从其它过滤槽分开的部分，分别设置偏转磁场形成构件。

3.如权利要求1所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

对各所述偏转磁场形成构件，分别设置所述磁场形成构件调整装置。

4.如权利要求1所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述磁场形成构件调整装置，调整由该调整装置调整设置状态的偏转磁场形成构件在由该构件形成磁场的所述过滤槽延伸方向上的位置和/或对各槽的设置角度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述蒸镀单元分别具有在所述蒸发源中所述阴极与阳极之间施加电压以产生电弧放电的电弧放电电源装置，该电弧放电电源装置中的至少一个是施加脉冲电压并且可控制该脉冲电压的大小、脉宽和占空比中的至少一项的电源装置。

6.如权利要求1至4中任一项所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述多个蒸镀单元中的至少一个蒸镀单元具有多个所述蒸发源。

7.一种偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，具有

多个蒸镀单元，该蒸镀单元分别包含利用阳极与阴极之间的真空电弧放电使该阴极材料蒸发并且同时离子化的至少一个蒸发源，以及

附设使由该蒸发源离子化的阴极材料飞往托架、以便在该托架支撑的被成膜件上形成包含该阴极材料构成元素的膜的至少一个偏转磁场形成构件的弯曲过滤槽，形成该多个蒸镀单元各自的所述弯曲过滤槽、使其朝向所述托架的槽端部与其它弯曲过滤槽的朝向该托架的槽端部为公共槽端部，并且在该过滤槽相反侧的端部分别设置至少一个蒸发源，

具有磁场形成构件调整装置，该磁场形成构件调整装置调整对所述多个蒸镀单元的过滤槽中至少一条过滤槽设置的所述偏转磁场形成构件中的至少一个偏转磁场形成构件相对于该过滤槽的设置状态，以便控制磁场，

所述多个蒸镀单元中的至少有时同时使用的多个蒸镀单元分别具有可在切断该蒸镀单元的所述过滤槽内的所述离子化阴极材料通路的关断位置与打开该通路的开通位置之间来回移动的切断构件，驱动成将该切断构件配置在该关断位置或开通位置的驱动装置，以及检测出所述蒸发源电弧放电燃灭的检测器，由控制部控制各该蒸镀单元的切断构件的驱动装置的运作，该控制部控制所述驱动装置，使得对同时使用对象的所述多个蒸镀单元进行同时使用的情况下，该同时使用的蒸镀单元的所述检测器中至少一个检测出电弧放电熄灭时，将该同时使用的蒸镀单元的过滤槽的所述切断构件配置在所述关断位置，并且从该同时使用的蒸镀单元的全部所述检测器检测出电弧放电开始，经历该同时使用的蒸镀单元的全部蒸发源中电弧放电稳定所需时间，则将所述切断构件配置在所述开通位置。

8.如权利要求7所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

对所述多条过滤槽共用的朝向所述托架的槽端部，设置该多条过滤槽共用的偏转磁场形成构件，同时还对该多条过滤槽各自的从其它过滤槽分开的部分，分别设置偏转磁场形成构件。

9.如权利要求7所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

对各所述偏转磁场形成构件，分别设置所述磁场形成构件调整装置。

10.如权利要求7所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述磁场形成构件调整装置，调整由该调整装置调整设置状态的偏转磁场形成构件在由该构件形成磁场的所述过滤槽延伸方向上的位置和/或对各槽的设置角度。

11.如权利要求7所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述偏转磁场形成构件中的至少一个是通过磁场形成电源装置通电而形成偏转磁场的磁场形成线圈，该磁场形成电源装置是对至少一个磁场形成线圈能使该线圈的电流方向周期性翻转的电源装置。

12.如权利要求7至11中任一项所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述蒸镀单元分别具有在所述蒸发源中所述阴极与阳极之间施加电压以产生电弧放电的电弧放电电源装置，该电弧放电电源装置中的至少一个是施加脉冲电压并且可控制该脉冲电压的大小、脉宽和占空比中的至少一项的电源装置。

13.如权利要求7至11中任一项所述的偏转磁场型真空电弧蒸镀装置，其特征在于，

所述多个蒸镀单元中的至少一个蒸镀单元具有多个所述蒸发源。

Images