JP2001058266A - アーク式蒸発源 - Google Patents
アーク式蒸発源Info
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- arc
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- evaporation
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/26—Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32055—Arc discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/32614—Consumable cathodes for arc discharge
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 陰極の有効利用および交換頻度の低減が可能
であり、かつ長時間に亘って成膜速度を一定に保つこと
のできるアーク式蒸発源を提供する。 【解決手段】 このアーク式蒸発源３０は、軸方向の長
さが直径よりも大きい円柱状の陰極３２と、陰極３２を
その軸に沿って前方に送り出す陰極送り機構４８と、陰
極３２の少なくとも側面を冷却水４０によって冷却する
陰極冷却機構３６と、陰極３２の蒸発面３３にほぼ垂直
ないし当該蒸発面３３において外に広がる磁力線５４を
発生させる磁気コイル５２とを備えている。
であり、かつ長時間に亘って成膜速度を一定に保つこと
のできるアーク式蒸発源を提供する。 【解決手段】 このアーク式蒸発源３０は、軸方向の長
さが直径よりも大きい円柱状の陰極３２と、陰極３２を
その軸に沿って前方に送り出す陰極送り機構４８と、陰
極３２の少なくとも側面を冷却水４０によって冷却する
陰極冷却機構３６と、陰極３２の蒸発面３３にほぼ垂直
ないし当該蒸発面３３において外に広がる磁力線５４を
発生させる磁気コイル５２とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば工具、機
械部品、金型、外装部品等の基体の表面に、陰極物質ま
たは当該陰極物質の窒化物、酸化物等から成る薄膜を形
成して、当該基体の耐摩耗性、摺動性、耐焼き付き性、
装飾性等を向上させること等に用いられるものであっ
て、アーク放電によって陰極を溶解させて陰極物質を蒸
発させるアーク式蒸発源に関する。
械部品、金型、外装部品等の基体の表面に、陰極物質ま
たは当該陰極物質の窒化物、酸化物等から成る薄膜を形
成して、当該基体の耐摩耗性、摺動性、耐焼き付き性、
装飾性等を向上させること等に用いられるものであっ
て、アーク放電によって陰極を溶解させて陰極物質を蒸
発させるアーク式蒸発源に関する。
【０００２】
【従来の技術】アーク式蒸発源で蒸発させる陰極物質に
は、陰極近傍に生じるアークプラズマによってイオン化
された陰極物質イオンがかなりの割合で含まれている。
この陰極物質イオンを電界によって基体に引き込んで基
体表面に薄膜を形成するアーク式イオンプレーティング
法またはアーク式イオンプレーティング装置は、成膜速
度が大きく生産性に優れている、薄膜の密着性が高い等
の利点を有しており、工具や金型等の表面に金属膜やセ
ラミックス膜を被覆する手段として広く用いられてい
る。
は、陰極近傍に生じるアークプラズマによってイオン化
された陰極物質イオンがかなりの割合で含まれている。
この陰極物質イオンを電界によって基体に引き込んで基
体表面に薄膜を形成するアーク式イオンプレーティング
法またはアーク式イオンプレーティング装置は、成膜速
度が大きく生産性に優れている、薄膜の密着性が高い等
の利点を有しており、工具や金型等の表面に金属膜やセ
ラミックス膜を被覆する手段として広く用いられてい
る。
【０００３】成膜速度が大きいのは、アーク放電を利用
して陰極を溶解させて、陰極物質を大量に蒸発させるこ
とができるからである。膜の密着性が高いのは、陰極物
質中に含まれている陰極物質イオンを、負バイアス電圧
等による電界によって基体に引き込んで衝突させること
ができるからである。
して陰極を溶解させて、陰極物質を大量に蒸発させるこ
とができるからである。膜の密着性が高いのは、陰極物
質中に含まれている陰極物質イオンを、負バイアス電圧
等による電界によって基体に引き込んで衝突させること
ができるからである。
【０００４】図２に、従来のアーク式蒸発源を備えるア
ーク式イオンプレーティング装置の一例を示す。
ーク式イオンプレーティング装置の一例を示す。
【０００５】図示しない真空排気装置によって真空排気
される真空容器２内に、成膜しようとする基体６を保持
するホルダ８が設けられている。このホルダ８およびそ
れに保持される基体６には、バイアス電源１０から、例
えば−数十Ｖ〜−数百Ｖ程度の負のバイアス電圧が印加
される。
される真空容器２内に、成膜しようとする基体６を保持
するホルダ８が設けられている。このホルダ８およびそ
れに保持される基体６には、バイアス電源１０から、例
えば−数十Ｖ〜−数百Ｖ程度の負のバイアス電圧が印加
される。
【０００６】真空容器２内には、不活性ガスや、後述す
る陰極物質１６と反応する反応性ガス等から成るガス４
が導入される。
る陰極物質１６と反応する反応性ガス等から成るガス４
が導入される。
【０００７】この真空容器２の壁面に、ホルダ８上の基
体６に向けて、従来のアーク式蒸発源１２が取り付けら
れている。
体６に向けて、従来のアーク式蒸発源１２が取り付けら
れている。
【０００８】アーク式蒸発源１２は、所望の材料から成
る円板状の陰極１４を備えている。この陰極１４は陰極
ホルダ１８に固定されている。通常は陰極ホルダ１８を
水冷式にして、陰極１４を冷却する構造を採用してい
る。陰極ホルダ１８の後方近傍には、陰極１４の蒸発面
１５におけるアークスポット制御用の永久磁石２０が設
けられている。陰極ホルダ１８は絶縁物２２を介して真
空容器２に取り付けられている。なお、アーク起動用の
トリガ電極も通常は設けられているが、ここではその図
示を省略している（図１においても同様）。
る円板状の陰極１４を備えている。この陰極１４は陰極
ホルダ１８に固定されている。通常は陰極ホルダ１８を
水冷式にして、陰極１４を冷却する構造を採用してい
る。陰極ホルダ１８の後方近傍には、陰極１４の蒸発面
１５におけるアークスポット制御用の永久磁石２０が設
けられている。陰極ホルダ１８は絶縁物２２を介して真
空容器２に取り付けられている。なお、アーク起動用の
トリガ電極も通常は設けられているが、ここではその図
示を省略している（図１においても同様）。
【０００９】この例では、真空容器２が陽極を兼ねてお
り、それと陰極ホルダ１８ひいては陰極１４との間に、
陰極１４側を負極にして、アーク電源２４から、例えば
数十Ｖ程度のアーク放電電圧が印加される。
り、それと陰極ホルダ１８ひいては陰極１４との間に、
陰極１４側を負極にして、アーク電源２４から、例えば
数十Ｖ程度のアーク放電電圧が印加される。
【００１０】これによって、陰極１４の蒸発面１５と真
空容器２との間に真空アーク放電が生じて、蒸発面１５
が局所的に溶解してそこから陰極物質１６が蒸発する。
このとき、陰極１４の前方近傍には、アーク放電によっ
てプラズマが生成され、陰極物質１６の一部はイオン化
される。この陰極物質１６が基体６に到達して堆積し
て、基体６の表面に薄膜が形成される。その場合、真空
容器２内に反応性ガスを導入しておくと、それと陰極物
質１６とが反応して、基体６の表面に化合物薄膜が形成
される。
空容器２との間に真空アーク放電が生じて、蒸発面１５
が局所的に溶解してそこから陰極物質１６が蒸発する。
このとき、陰極１４の前方近傍には、アーク放電によっ
てプラズマが生成され、陰極物質１６の一部はイオン化
される。この陰極物質１６が基体６に到達して堆積し
て、基体６の表面に薄膜が形成される。その場合、真空
容器２内に反応性ガスを導入しておくと、それと陰極物
質１６とが反応して、基体６の表面に化合物薄膜が形成
される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記アーク式蒸発源１
２においては、陰極１４は、アーク放電によって消耗し
て次第に短く（薄く）なるので、所定の交換サイクルで
新品に交換する必要がある。
２においては、陰極１４は、アーク放電によって消耗し
て次第に短く（薄く）なるので、所定の交換サイクルで
新品に交換する必要がある。
【００１２】ところが、従来のアーク式蒸発源１２は、
軸方向の長さが直径よりも小さい（例えば直径６４ｍ
ｍ、長さ３０ｍｍ）円板状をしていて長さが短いため、
それを頻繁に交換しなければならず、交換の手間が多く
かかると共に、このアーク式蒸発源１２を用いた成膜装
置の休止頻度が高くなって生産性が低下する。
軸方向の長さが直径よりも小さい（例えば直径６４ｍ
ｍ、長さ３０ｍｍ）円板状をしていて長さが短いため、
それを頻繁に交換しなければならず、交換の手間が多く
かかると共に、このアーク式蒸発源１２を用いた成膜装
置の休止頻度が高くなって生産性が低下する。
【００１３】陰極１４をその軸方向に単に長くしても、
その蒸発面１５の冷却が不十分になり、粗大溶融部が
発生しやすくなる、永久磁石２０による蒸発面１５に
おける磁力線の状態が陰極１４の消耗に従って大きく変
化するので、蒸発面１５の消耗が片寄る、等の問題が生
じる。
その蒸発面１５の冷却が不十分になり、粗大溶融部が
発生しやすくなる、永久磁石２０による蒸発面１５に
おける磁力線の状態が陰極１４の消耗に従って大きく変
化するので、蒸発面１５の消耗が片寄る、等の問題が生
じる。
【００１４】また、上記陰極１４は、通常はそれを約５
０重量％程度使用すると寿命が尽きるので、無駄が多
い。特に、陰極１４がＣr 金属やＴiＡl 合金等の高価
な材料の場合には、コスト的な無駄も大きい。
０重量％程度使用すると寿命が尽きるので、無駄が多
い。特に、陰極１４がＣr 金属やＴiＡl 合金等の高価
な材料の場合には、コスト的な無駄も大きい。
【００１５】また、陰極１４の消耗に従って、その蒸発
面１５が後退する（即ち基体６から遠ざかる）ので、蒸
発面１５と基体６との間の距離が変化し、基体６への成
膜速度が変化する。従って、基体６の表面に形成する膜
厚の均一性等が悪化する。これが短時間で起こるように
なる。
面１５が後退する（即ち基体６から遠ざかる）ので、蒸
発面１５と基体６との間の距離が変化し、基体６への成
膜速度が変化する。従って、基体６の表面に形成する膜
厚の均一性等が悪化する。これが短時間で起こるように
なる。
【００１６】そこでこの発明は、陰極の有効利用および
交換頻度の低減が可能であり、かつ長時間に亘って成膜
速度を一定に保つことのできるアーク式蒸発源を提供す
ることを主たる目的とする。
交換頻度の低減が可能であり、かつ長時間に亘って成膜
速度を一定に保つことのできるアーク式蒸発源を提供す
ることを主たる目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明のアーク式蒸発
源は、軸方向の長さが直径よりも大きい円柱状の陰極
と、当該陰極をその軸に沿って前方に送り出す陰極送り
機構と、前記陰極の少なくとも側面を冷却水によって冷
却する陰極冷却機構と、前記陰極の先端の蒸発面にほぼ
垂直ないし当該蒸発面において外に広がる磁力線を発生
させる磁気コイルとを備えることを特徴としている。
源は、軸方向の長さが直径よりも大きい円柱状の陰極
と、当該陰極をその軸に沿って前方に送り出す陰極送り
機構と、前記陰極の少なくとも側面を冷却水によって冷
却する陰極冷却機構と、前記陰極の先端の蒸発面にほぼ
垂直ないし当該蒸発面において外に広がる磁力線を発生
させる磁気コイルとを備えることを特徴としている。
【００１８】このアーク式蒸発源によれば、磁気コイル
によって、陰極の蒸発面に上記のような磁力線を発生さ
せることによって、アークスポットの位置を陰極の蒸発
面内に制限することができ、しかも当該蒸発面内でアー
クスポットが万遍無く移動するようになるので、蒸発面
を片寄ることなく一様に消耗させることができる。
によって、陰極の蒸発面に上記のような磁力線を発生さ
せることによって、アークスポットの位置を陰極の蒸発
面内に制限することができ、しかも当該蒸発面内でアー
クスポットが万遍無く移動するようになるので、蒸発面
を片寄ることなく一様に消耗させることができる。
【００１９】しかも、陰極の消耗に応じて、陰極送り機
構によって陰極を前方に送り出すことができるので、陰
極が消耗してもその蒸発面における磁力線の状態をほぼ
一定に保つことができる。これも、蒸発面を一様に消耗
させることに寄与する。
構によって陰極を前方に送り出すことができるので、陰
極が消耗してもその蒸発面における磁力線の状態をほぼ
一定に保つことができる。これも、蒸発面を一様に消耗
させることに寄与する。
【００２０】このアーク式蒸発源によれば、軸方向の長
さが直径よりも大きい（略言すれば軸方向に長い）円柱
状の陰極を、上記のような作用によって一様に消耗させ
ることができるので、陰極の大部分を有効に利用するこ
とができる。従って、陰極の有効利用および交換頻度の
低減が可能である。
さが直径よりも大きい（略言すれば軸方向に長い）円柱
状の陰極を、上記のような作用によって一様に消耗させ
ることができるので、陰極の大部分を有効に利用するこ
とができる。従って、陰極の有効利用および交換頻度の
低減が可能である。
【００２１】しかも、陰極の消耗に応じて、陰極送り機
構によって陰極を前方に送り出すことができるので、蒸
発面と基体との間の距離を一定に近づけることが可能に
なる。従って、長時間に亘って成膜速度を一定に保つこ
とができる。
構によって陰極を前方に送り出すことができるので、蒸
発面と基体との間の距離を一定に近づけることが可能に
なる。従って、長時間に亘って成膜速度を一定に保つこ
とができる。
【００２２】更に、陰極の少なくとも側面を冷却水によ
って冷却する陰極冷却機構を備えているので、軸方向に
長い円柱状の陰極であっても、しかもその消耗状況に影
響されることなく安定して、陰極の蒸発面を効果的に冷
却することができる。その結果、蒸発面の温度上昇を抑
制して、蒸発面から粗大粒子（これはドロップレットと
も呼ばれる）が発生することを防止することができるの
で、面粗度の良好な薄膜形成が可能になる。
って冷却する陰極冷却機構を備えているので、軸方向に
長い円柱状の陰極であっても、しかもその消耗状況に影
響されることなく安定して、陰極の蒸発面を効果的に冷
却することができる。その結果、蒸発面の温度上昇を抑
制して、蒸発面から粗大粒子（これはドロップレットと
も呼ばれる）が発生することを防止することができるの
で、面粗度の良好な薄膜形成が可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るアーク式
蒸発源の一例を示す断面図である。図２に示した従来例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては当該従来例との相違点を主に説明する。
蒸発源の一例を示す断面図である。図２に示した従来例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２４】このアーク式蒸発源３０は、例えばこの例
のように、前述したようなアーク式イオンプレーティン
グ装置を構成する真空容器２の壁面に、基体６に向けて
取り付けて使用される。２２は前述した絶縁物である。
のように、前述したようなアーク式イオンプレーティン
グ装置を構成する真空容器２の壁面に、基体６に向けて
取り付けて使用される。２２は前述した絶縁物である。
【００２５】このアーク式蒸発源３０は、軸方向の長さ
が直径よりも大きい円柱状の陰極３２と、この陰極３２
を、矢印Ａに示すように、当該陰極３２の軸に沿って前
方に（即ち基体６側に）送り出す陰極送り機構４８と、
陰極３２の少なくとも側面を冷却水４０によって冷却す
る陰極冷却機構３６と、陰極３２の先端の蒸発面３２に
ほぼ垂直ないし当該蒸発面３３において外に広がる磁力
線５４を発生させる磁気コイル５２とを備えている。
が直径よりも大きい円柱状の陰極３２と、この陰極３２
を、矢印Ａに示すように、当該陰極３２の軸に沿って前
方に（即ち基体６側に）送り出す陰極送り機構４８と、
陰極３２の少なくとも側面を冷却水４０によって冷却す
る陰極冷却機構３６と、陰極３２の先端の蒸発面３２に
ほぼ垂直ないし当該蒸発面３３において外に広がる磁力
線５４を発生させる磁気コイル５２とを備えている。
【００２６】なお、磁気コイル５２の近くの部材は、当
該磁気コイル５２が作る磁力線５４を乱さないために、
非磁性材から成る。
該磁気コイル５２が作る磁力線５４を乱さないために、
非磁性材から成る。
【００２７】陰極３２は、成膜しようとする膜の種類に
応じた所望の材料（例えば金属、合金、カーボン等）か
ら成る。より具体的には、例えばＴi 、Ｃr 等の金属、
ＴiＡl 等の合金、カーボン（Ｃ）等から成る。
応じた所望の材料（例えば金属、合金、カーボン等）か
ら成る。より具体的には、例えばＴi 、Ｃr 等の金属、
ＴiＡl 等の合金、カーボン（Ｃ）等から成る。
【００２８】陰極３２は、この例では支持軸４６の先端
部に支持されており、この支持軸４６を介して、陰極送
り機構４８によって前方に送り出される。陰極送り機構
４８は、特定の構造のものに限定されない。手動式でも
動力式でも良い。例えば、支持軸４６の一部をボールね
じとし、それに螺合するボールナットにハンドルを付け
た手動式の機構でも良い。
部に支持されており、この支持軸４６を介して、陰極送
り機構４８によって前方に送り出される。陰極送り機構
４８は、特定の構造のものに限定されない。手動式でも
動力式でも良い。例えば、支持軸４６の一部をボールね
じとし、それに螺合するボールナットにハンドルを付け
た手動式の機構でも良い。
【００２９】前述したアーク電源２４からの陰極３２へ
の給電は、この例では支持軸４６を経由して行われる。
の給電は、この例では支持軸４６を経由して行われる。
【００３０】陰極冷却機構３６は、この例では、上記陰
極３２をその蒸発面３３を外に出した状態で収納する陰
極収納容器３８を備えており、その中に冷却水４０が流
される。この冷却水４０によって、この例では、陰極３
２の側面および底面（蒸発面３３と反対側の面）を冷却
することができる。陰極３２および支持軸４６が陰極収
納容器３８を貫通する部分には、冷却水４０の漏れ防止
用にパッキン４２および４４が設けられている。陰極収
納容器３８は、この例ではフランジ３９および絶縁物５
６を介して、後述するコイル収納容器５０に取り付けら
れている。
極３２をその蒸発面３３を外に出した状態で収納する陰
極収納容器３８を備えており、その中に冷却水４０が流
される。この冷却水４０によって、この例では、陰極３
２の側面および底面（蒸発面３３と反対側の面）を冷却
することができる。陰極３２および支持軸４６が陰極収
納容器３８を貫通する部分には、冷却水４０の漏れ防止
用にパッキン４２および４４が設けられている。陰極収
納容器３８は、この例ではフランジ３９および絶縁物５
６を介して、後述するコイル収納容器５０に取り付けら
れている。
【００３１】磁気コイル５２は、陰極３２の周囲に巻か
れている。この磁気コイル５２は、図示しない直流電源
によって励磁される。図１中の磁力線５４は、この磁気
コイル５２が発生する磁力線の一例を示す。磁気コイル
５２は、この例では、コイル収納容器５０内に収納され
ている。コイル収納容器５０は、この例では、上記絶縁
物２２を介して、上記真空容器２に取り付けられてい
る。
れている。この磁気コイル５２は、図示しない直流電源
によって励磁される。図１中の磁力線５４は、この磁気
コイル５２が発生する磁力線の一例を示す。磁気コイル
５２は、この例では、コイル収納容器５０内に収納され
ている。コイル収納容器５０は、この例では、上記絶縁
物２２を介して、上記真空容器２に取り付けられてい
る。
【００３２】コイル収納容器５０と接地された真空容器
２との間に、この例では、抵抗器７０を設けている。こ
の抵抗器７０は、アーク放電が陰極３２とコイル収納容
器５０との間で起こることを防止して、アークを広げ
る、即ち陰極３２とそれからある程度離れた所の真空容
器２との間でアーク放電を起こさせる働きをする。
２との間に、この例では、抵抗器７０を設けている。こ
の抵抗器７０は、アーク放電が陰極３２とコイル収納容
器５０との間で起こることを防止して、アークを広げ
る、即ち陰極３２とそれからある程度離れた所の真空容
器２との間でアーク放電を起こさせる働きをする。
【００３３】更にこの例では、陰極３２を構成する物質
と反応して化合物を作る反応性ガス６２を陰極３２の蒸
発面３３付近に吹き付けるガス吹付け機構５８を備えて
いる。
と反応して化合物を作る反応性ガス６２を陰極３２の蒸
発面３３付近に吹き付けるガス吹付け機構５８を備えて
いる。
【００３４】ガス吹付け機構５８は、この例では、上記
反応性ガス６２を供給するガス源６０と、この反応性ガ
ス６２を導くものであって上記コイル収納容器５０内を
通るように設けられたガス流路６４と、このガス流路６
４につながっていて、コイル収納容器５０内に陰極３２
の蒸発面３３付近の周りを囲むように設けられたリング
状部６６と、このリング状部６６にほぼ均等に分散配置
された複数のガス吹出し口６８とを備えている。反応性
ガス６２は、例えば、窒素、炭素、酸素等を含むガスで
ある。より具体例を挙げれば、窒素ガスである。
反応性ガス６２を供給するガス源６０と、この反応性ガ
ス６２を導くものであって上記コイル収納容器５０内を
通るように設けられたガス流路６４と、このガス流路６
４につながっていて、コイル収納容器５０内に陰極３２
の蒸発面３３付近の周りを囲むように設けられたリング
状部６６と、このリング状部６６にほぼ均等に分散配置
された複数のガス吹出し口６８とを備えている。反応性
ガス６２は、例えば、窒素、炭素、酸素等を含むガスで
ある。より具体例を挙げれば、窒素ガスである。
【００３５】このアーク式蒸発源３０も、陰極３２の蒸
発面３３と真空容器２との間にアーク放電を生じさせ
て、このアーク放電によって蒸発面３３を局所的に溶解
させて、蒸発面３３から一部イオン化された陰極物質３
４を蒸発させることができる。それによって、蒸発面３
３の前方に配置した基体６の表面に、陰極物質３４から
成る薄膜、または陰極物質３４と反応性ガス（例えば反
応性ガス６２）とが反応してできる化合物から成る薄膜
を形成することができる。
発面３３と真空容器２との間にアーク放電を生じさせ
て、このアーク放電によって蒸発面３３を局所的に溶解
させて、蒸発面３３から一部イオン化された陰極物質３
４を蒸発させることができる。それによって、蒸発面３
３の前方に配置した基体６の表面に、陰極物質３４から
成る薄膜、または陰極物質３４と反応性ガス（例えば反
応性ガス６２）とが反応してできる化合物から成る薄膜
を形成することができる。
【００３６】しかもこのアーク式蒸発源３０によれば、
軸方向の長さが直径よりも大きい（略言すれば軸方向に
長い）円柱状の陰極３２を備えており、しかも陰極３２
を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、当該陰
極３２を前方に送り出す陰極送り機構４８と、当該陰極
３２の少なくとも側面を冷却する陰極冷却機構３６と、
当該陰極３２の蒸発面３３に上記のような磁力線５４を
発生させる磁気コイル５２とを備えているので、陰極３
２の有効利用および交換頻度の低減が可能であり、かつ
長時間に亘って成膜速度を一定に保つことができる。
軸方向の長さが直径よりも大きい（略言すれば軸方向に
長い）円柱状の陰極３２を備えており、しかも陰極３２
を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、当該陰
極３２を前方に送り出す陰極送り機構４８と、当該陰極
３２の少なくとも側面を冷却する陰極冷却機構３６と、
当該陰極３２の蒸発面３３に上記のような磁力線５４を
発生させる磁気コイル５２とを備えているので、陰極３
２の有効利用および交換頻度の低減が可能であり、かつ
長時間に亘って成膜速度を一定に保つことができる。
【００３７】これを詳述すると、このアーク式蒸発源３
０によれば、磁気コイル５２によって、陰極３２の蒸発
面３３に上記のような磁力線５４を発生させることによ
って、アーク放電のアークスポットの位置を陰極３２の
蒸発面３３内に制限することができ、しかも当該蒸発面
３３内でアークスポットが万遍無く移動するようになる
ので、陰極使用の最初から最後まで、蒸発面３３を片寄
ることなく一様に消耗させることができる。
０によれば、磁気コイル５２によって、陰極３２の蒸発
面３３に上記のような磁力線５４を発生させることによ
って、アーク放電のアークスポットの位置を陰極３２の
蒸発面３３内に制限することができ、しかも当該蒸発面
３３内でアークスポットが万遍無く移動するようになる
ので、陰極使用の最初から最後まで、蒸発面３３を片寄
ることなく一様に消耗させることができる。
【００３８】しかも、陰極３２の消耗に応じて、陰極送
り機構４８によって陰極３２を前方に送り出すことがで
きるので、陰極３２が消耗してもその蒸発面３３におけ
る磁力線５４の状態を、当初と同じ状態にほぼ一定に保
つことができる。これも、蒸発面３３を一様に消耗させ
ることに寄与する。
り機構４８によって陰極３２を前方に送り出すことがで
きるので、陰極３２が消耗してもその蒸発面３３におけ
る磁力線５４の状態を、当初と同じ状態にほぼ一定に保
つことができる。これも、蒸発面３３を一様に消耗させ
ることに寄与する。
【００３９】このアーク式蒸発源３０によれば、軸方向
に長い円柱状の陰極３２を、上記のような作用によって
一様に消耗させることができるので、陰極の大部分を、
従来例よりも大きな割合で、有効に利用することができ
る。例えば、後述する実施例のように、陰極３２の約８
０重量％程度まで有効に利用することができる。従っ
て、陰極３２の有効利用および交換頻度の低減が可能で
ある。
に長い円柱状の陰極３２を、上記のような作用によって
一様に消耗させることができるので、陰極の大部分を、
従来例よりも大きな割合で、有効に利用することができ
る。例えば、後述する実施例のように、陰極３２の約８
０重量％程度まで有効に利用することができる。従っ
て、陰極３２の有効利用および交換頻度の低減が可能で
ある。
【００４０】その結果、陰極３２の交換頻度を少なくす
ることができるので、陰極交換の手間を省くことができ
る。また、このアーク式蒸発源３０を用いた成膜装置の
休止頻度が少なくなるので、生産性も向上する。更に、
陰極３２の無駄が少なくなるので、陰極に要するコスト
を低減することができる。特に、陰極３２がＣr 金属や
ＴiＡl 合金等の高価な材料の場合は、陰極に要するコ
ストの低減効果は大きい。
ることができるので、陰極交換の手間を省くことができ
る。また、このアーク式蒸発源３０を用いた成膜装置の
休止頻度が少なくなるので、生産性も向上する。更に、
陰極３２の無駄が少なくなるので、陰極に要するコスト
を低減することができる。特に、陰極３２がＣr 金属や
ＴiＡl 合金等の高価な材料の場合は、陰極に要するコ
ストの低減効果は大きい。
【００４１】しかも、陰極３２の消耗に応じて、陰極送
り機構４８によって陰極３２を前方に送り出すことがで
きるので、蒸発面３３と基体６との間の距離を一定に近
づけることが可能になる。従って、長時間に亘って成膜
速度を一定に保つことができる。その結果、成膜速度の
再現性が向上すると共に、基体６に形成する膜厚の均一
性も向上する。
り機構４８によって陰極３２を前方に送り出すことがで
きるので、蒸発面３３と基体６との間の距離を一定に近
づけることが可能になる。従って、長時間に亘って成膜
速度を一定に保つことができる。その結果、成膜速度の
再現性が向上すると共に、基体６に形成する膜厚の均一
性も向上する。
【００４２】更に、陰極３２の少なくとも側面を冷却水
４０によって冷却する陰極冷却機構３６を備えているの
で、軸方向に長い円柱状の陰極３２であっても、しかも
その消耗状況に影響されることなく安定して、陰極３２
の蒸発面３３を効果的に冷却することができる。その結
果、蒸発面３３の温度上昇を抑制して、蒸発面３３から
粗大粒子（ドロップレット）が発生することを防止する
ことができるので、面粗度の良好な（即ち、膜表面がき
め細かくて平滑性の良好な）薄膜を基体６の表面に形成
することが可能になる。
４０によって冷却する陰極冷却機構３６を備えているの
で、軸方向に長い円柱状の陰極３２であっても、しかも
その消耗状況に影響されることなく安定して、陰極３２
の蒸発面３３を効果的に冷却することができる。その結
果、蒸発面３３の温度上昇を抑制して、蒸発面３３から
粗大粒子（ドロップレット）が発生することを防止する
ことができるので、面粗度の良好な（即ち、膜表面がき
め細かくて平滑性の良好な）薄膜を基体６の表面に形成
することが可能になる。
【００４３】更にこの例のように、上記のようなガス吹
付け機構５８を設けておくことによって、陰極３２の蒸
発面３３付近に反応性ガス６２を吹き付けながらアーク
放電を生じさせることができる。その結果、反応性ガス
６２と陰極３２を構成する物質とが化合して元の陰極物
質よりも融点の高い化合物が蒸発面３３に形成されるこ
と等によって、蒸発面３３にアーク放電の陰極点（アー
クスポット）が多数できてアーク電流が多くの陰極点に
分散される。それによって、個々の陰極点から蒸発する
陰極物質３４は細かなものとなるので、粗大粒子の発生
を一層効果的に抑制することができる。従って、面粗度
の一層良好な薄膜形成が可能になる。
付け機構５８を設けておくことによって、陰極３２の蒸
発面３３付近に反応性ガス６２を吹き付けながらアーク
放電を生じさせることができる。その結果、反応性ガス
６２と陰極３２を構成する物質とが化合して元の陰極物
質よりも融点の高い化合物が蒸発面３３に形成されるこ
と等によって、蒸発面３３にアーク放電の陰極点（アー
クスポット）が多数できてアーク電流が多くの陰極点に
分散される。それによって、個々の陰極点から蒸発する
陰極物質３４は細かなものとなるので、粗大粒子の発生
を一層効果的に抑制することができる。従って、面粗度
の一層良好な薄膜形成が可能になる。
【００４４】
【実施例】直径６４ｍｍ、軸方向の長さ１５０ｍｍのＣ
r 製の陰極３２を有する上記構造のアーク式蒸発源３０
を、図２に示したようなアーク式イオンプレーティング
装置に取り付けて、成膜処理を行った。基体６には高速
度工具鋼を用いた。即ち、真空容器２内を真空ポンプで
５×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで真空排気した後、ガス吹付
け機構５８から反応性ガス６２として窒素ガスを２００
ｓｃｃｍ流し、真空容器２内を約２０ｍＴｏｒｒに維持
し、アーク式蒸発源３０においてアーク放電を生じさせ
て約１５０Ａのアーク電流を維持しながら成膜処理を行
った。このとき、基体６には−２００Ｖのバイアス電圧
を印加した。これによって、１時間当たり２μｍ厚の成
膜を行うことができた。陰極３２は、手動の陰極送り機
構４８によって、基体６に対して３μｍ厚の成膜処理を
３回行うごとに、２ｍｍずつ送り出した。
r 製の陰極３２を有する上記構造のアーク式蒸発源３０
を、図２に示したようなアーク式イオンプレーティング
装置に取り付けて、成膜処理を行った。基体６には高速
度工具鋼を用いた。即ち、真空容器２内を真空ポンプで
５×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで真空排気した後、ガス吹付
け機構５８から反応性ガス６２として窒素ガスを２００
ｓｃｃｍ流し、真空容器２内を約２０ｍＴｏｒｒに維持
し、アーク式蒸発源３０においてアーク放電を生じさせ
て約１５０Ａのアーク電流を維持しながら成膜処理を行
った。このとき、基体６には−２００Ｖのバイアス電圧
を印加した。これによって、１時間当たり２μｍ厚の成
膜を行うことができた。陰極３２は、手動の陰極送り機
構４８によって、基体６に対して３μｍ厚の成膜処理を
３回行うごとに、２ｍｍずつ送り出した。
【００４５】その結果、陰極３２をその約８０重量％ま
で良好に使用することができた。また、直径６４ｍｍ、
軸方向の長さ３０ｍｍの円板状の固定された陰極１４を
有する従来構造のアーク式蒸発源１２に比べて、時間に
して約１０倍の運転が可能であった。しかもその間、成
膜速度をほぼ一定に維持することができた。
で良好に使用することができた。また、直径６４ｍｍ、
軸方向の長さ３０ｍｍの円板状の固定された陰極１４を
有する従来構造のアーク式蒸発源１２に比べて、時間に
して約１０倍の運転が可能であった。しかもその間、成
膜速度をほぼ一定に維持することができた。
【００４６】
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
るので、次のような効果を奏する。
【００４７】請求項１記載の発明によれば、軸方向の長
さが直径よりも大きい円柱状の陰極を備えており、しか
も陰極を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、
当該陰極を前方に送り出す陰極送り機構と、当該陰極の
少なくとも側面を冷却する陰極冷却機構と、当該陰極の
蒸発面に上記のような磁力線を発生させる磁気コイルと
を備えているので、陰極の有効利用および交換頻度の低
減が可能であり、かつ長時間に亘って成膜速度を一定に
保つことができる。
さが直径よりも大きい円柱状の陰極を備えており、しか
も陰極を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、
当該陰極を前方に送り出す陰極送り機構と、当該陰極の
少なくとも側面を冷却する陰極冷却機構と、当該陰極の
蒸発面に上記のような磁力線を発生させる磁気コイルと
を備えているので、陰極の有効利用および交換頻度の低
減が可能であり、かつ長時間に亘って成膜速度を一定に
保つことができる。
【００４８】その結果、陰極の交換頻度を少なくするこ
とができるので、陰極交換の手間を省くことができる。
また、このアーク式蒸発源を用いた成膜装置の休止頻度
が少なくなるので、生産性も向上する。更に、陰極の無
駄が少なくなるので、陰極に要するコストを低減するこ
とができる。しかも、長時間に亘って成膜速度を一定に
保つことができるので、成膜速度の再現性が向上すると
共に、基体に形成する膜厚の均一性も向上する。
とができるので、陰極交換の手間を省くことができる。
また、このアーク式蒸発源を用いた成膜装置の休止頻度
が少なくなるので、生産性も向上する。更に、陰極の無
駄が少なくなるので、陰極に要するコストを低減するこ
とができる。しかも、長時間に亘って成膜速度を一定に
保つことができるので、成膜速度の再現性が向上すると
共に、基体に形成する膜厚の均一性も向上する。
【００４９】更に、陰極の少なくとも側面を冷却水によ
って冷却する陰極冷却機構を備えているので、軸方向に
長い円柱状の陰極であっても、しかもその消耗状況に影
響されることなく安定して、陰極の蒸発面を効果的に冷
却することができる。その結果、蒸発面の温度上昇を抑
制して、蒸発面から粗大粒子が発生することを防止する
ことができるので、面粗度の良好な薄膜形成が可能にな
る。
って冷却する陰極冷却機構を備えているので、軸方向に
長い円柱状の陰極であっても、しかもその消耗状況に影
響されることなく安定して、陰極の蒸発面を効果的に冷
却することができる。その結果、蒸発面の温度上昇を抑
制して、蒸発面から粗大粒子が発生することを防止する
ことができるので、面粗度の良好な薄膜形成が可能にな
る。
【００５０】請求項２記載の発明によれば、上記のよう
なガス吹付け機構を更に備えているので、陰極の蒸発面
から粗大粒子が発生することを一層効果的に抑制するこ
とができる。従って、面粗度の一層良好な薄膜形成が可
能になる。
なガス吹付け機構を更に備えているので、陰極の蒸発面
から粗大粒子が発生することを一層効果的に抑制するこ
とができる。従って、面粗度の一層良好な薄膜形成が可
能になる。
【図１】この発明に係るアーク式蒸発源の一例を示す断
面図である。
面図である。
【図２】従来のアーク式蒸発源を備えるアーク式イオン
プレーティング装置の一例を示す断面図である。
プレーティング装置の一例を示す断面図である。
３０ アーク式蒸発源 ３２ 陰極 ３３ 蒸発面 ３４ 陰極物質 ３６ 陰極冷却機構 ４０ 冷却水 ４８ 陰極送り機構 ５２ 磁気コイル ５４ 磁力線 ５８ ガス吹付け機構 ６２ 反応性ガス
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年５月８日（２０００．５．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明のアーク式蒸発
源は、軸方向の長さが直径よりも大きい円柱状の陰極
と、当該陰極をその軸に沿って前方に送り出す陰極送り
機構と、前記陰極の少なくとも側面を冷却水によって冷
却する陰極冷却機構と、前記陰極の周囲に巻かれていて
前記陰極の先端の蒸発面にほぼ垂直ないし当該蒸発面に
おいて外に広がる磁力線を発生させる磁気コイルとを備
えることを特徴としている。
源は、軸方向の長さが直径よりも大きい円柱状の陰極
と、当該陰極をその軸に沿って前方に送り出す陰極送り
機構と、前記陰極の少なくとも側面を冷却水によって冷
却する陰極冷却機構と、前記陰極の周囲に巻かれていて
前記陰極の先端の蒸発面にほぼ垂直ないし当該蒸発面に
おいて外に広がる磁力線を発生させる磁気コイルとを備
えることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４７】請求項１記載の発明によれば、軸方向の長
さが直径よりも大きい円柱状の陰極を備えており、しか
も陰極を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、
当該陰極を前方に送り出す陰極送り機構と、当該陰極の
少なくとも側面を冷却する陰極冷却機構と、当該陰極の
周囲に巻かれていて当該陰極の蒸発面に上記のような磁
力線を発生させる磁気コイルとを備えているので、陰極
の有効利用および交換頻度の低減が可能であり、かつ長
時間に亘って成膜速度を一定に保つことができる。
さが直径よりも大きい円柱状の陰極を備えており、しか
も陰極を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、
当該陰極を前方に送り出す陰極送り機構と、当該陰極の
少なくとも側面を冷却する陰極冷却機構と、当該陰極の
周囲に巻かれていて当該陰極の蒸発面に上記のような磁
力線を発生させる磁気コイルとを備えているので、陰極
の有効利用および交換頻度の低減が可能であり、かつ長
時間に亘って成膜速度を一定に保つことができる。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年６月２８日（２０００．６．２
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明のアーク式蒸発
源は、軸方向の長さが直径よりも大きい円柱状の陰極
と、当該陰極の消耗に応じて当該陰極をその軸に沿って
前方に送り出す陰極送り機構と、前記陰極の少なくとも
側面を冷却水によって冷却する陰極冷却機構と、前記陰
極の周囲に巻かれていて前記陰極の先端の蒸発面にほぼ
垂直ないし当該蒸発面において外に広がる磁力線を発生
させる磁気コイルとを備えることを特徴としている。
源は、軸方向の長さが直径よりも大きい円柱状の陰極
と、当該陰極の消耗に応じて当該陰極をその軸に沿って
前方に送り出す陰極送り機構と、前記陰極の少なくとも
側面を冷却水によって冷却する陰極冷却機構と、前記陰
極の周囲に巻かれていて前記陰極の先端の蒸発面にほぼ
垂直ないし当該蒸発面において外に広がる磁力線を発生
させる磁気コイルとを備えることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４７】請求項１記載の発明によれば、軸方向の長
さが直径よりも大きい円柱状の陰極を備えており、しか
も陰極を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、
当該陰極の消耗に応じて当該陰極を前方に送り出す陰極
送り機構と、当該陰極の少なくとも側面を冷却する陰極
冷却機構と、当該陰極の周囲に巻かれていて当該陰極の
蒸発面に上記のような磁力線を発生させる磁気コイルと
を備えているので、陰極の有効利用および交換頻度の低
減が可能であり、かつ長時間に亘って成膜速度を一定に
保つことができる。
さが直径よりも大きい円柱状の陰極を備えており、しか
も陰極を単に軸方向に長い円柱状にしただけではなく、
当該陰極の消耗に応じて当該陰極を前方に送り出す陰極
送り機構と、当該陰極の少なくとも側面を冷却する陰極
冷却機構と、当該陰極の周囲に巻かれていて当該陰極の
蒸発面に上記のような磁力線を発生させる磁気コイルと
を備えているので、陰極の有効利用および交換頻度の低
減が可能であり、かつ長時間に亘って成膜速度を一定に
保つことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入澤 一彦 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (72)発明者 中村 信彦 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4E082 HA03 4K029 BC02 BD03 BD05 CA04 DA06 DB15 DD06
Claims (2)
- 【請求項１】 アーク放電によって陰極を溶解させて陰
極物質を蒸発させるアーク式蒸発源において、軸方向の
長さが直径よりも大きい円柱状の陰極と、当該陰極をそ
の軸に沿って前方に送り出す陰極送り機構と、前記陰極
の少なくとも側面を冷却水によって冷却する陰極冷却機
構と、前記陰極の先端の蒸発面にほぼ垂直ないし当該蒸
発面において外に広がる磁力線を発生させる磁気コイル
とを備えることを特徴とするアーク式蒸発源。 - 【請求項２】 前記陰極を構成する物質と反応して化合
物を作る反応性ガスを前記陰極の蒸発面付近に吹き付け
るガス吹付け機構を更に備える請求項１記載のアーク式
蒸発源。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11231384A JP3104701B1 (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | アーク式蒸発源 |
| EP00307110A EP1081248A3 (en) | 1999-08-18 | 2000-08-18 | ARC type evaporation source |
| TW089116734A TW495555B (en) | 1999-08-18 | 2000-08-18 | Arc type evaporation source |
| KR10-2000-0047691A KR100386164B1 (ko) | 1999-08-18 | 2000-08-18 | 아크형 증착원 |
| CN00126009A CN1285419A (zh) | 1999-08-18 | 2000-08-18 | 电弧型蒸发源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11231384A JP3104701B1 (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | アーク式蒸発源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3104701B1 JP3104701B1 (ja) | 2000-10-30 |
| JP2001058266A true JP2001058266A (ja) | 2001-03-06 |
Family
ID=16922777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11231384A Expired - Lifetime JP3104701B1 (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | アーク式蒸発源 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1081248A3 (ja) |
| JP (1) | JP3104701B1 (ja) |
| KR (1) | KR100386164B1 (ja) |
| CN (1) | CN1285419A (ja) |
| TW (1) | TW495555B (ja) |
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| CN103317207A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-09-25 | 烟台大学 | 一种磁控电弧加工轴的装置及方法 |
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| JP2016130330A (ja) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 株式会社神戸製鋼所 | アーク成膜装置およびアーク成膜方法、ならびに固体蒸発材 |
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| US7857948B2 (en) | 2006-07-19 | 2010-12-28 | Oerlikon Trading Ag, Trubbach | Method for manufacturing poorly conductive layers |
| JP5063143B2 (ja) * | 2007-03-02 | 2012-10-31 | 株式会社リケン | アーク式蒸発源 |
| DE102010036332B4 (de) * | 2010-07-12 | 2012-02-23 | Dreistegen Gmbh | Verfahren zum Beschichten von Elektroden für die Elektrolyse mittels eines Lichtbogens |
| CN109587923B (zh) * | 2018-12-21 | 2020-11-06 | 西安航天动力研究所 | 一种等离子体炬用的水电气分流装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3625848A (en) * | 1968-12-26 | 1971-12-07 | Alvin A Snaper | Arc deposition process and apparatus |
| US5972185A (en) * | 1997-08-30 | 1999-10-26 | United Technologies Corporation | Cathodic arc vapor deposition apparatus (annular cathode) |
-
1999
- 1999-08-18 JP JP11231384A patent/JP3104701B1/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
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