JP2002212711A

JP2002212711A - 真空アーク蒸発源

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Publication number: JP2002212711A
Application number: JP2001008303A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hosokawa; 佳之細川; Yoshinori Kurokawa; 好徳黒川; Tadashi Kumakiri; 正熊切
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-16
Also published as: JP3993388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁力線を蒸発面に対してより平行にしてアー
クスポットの周回速度を効率的に増加させる。【解決手段】蒸発物質４の蒸発面４ａに平行な成分を
有する磁力線を発生する磁場発生源６を備えたアーク蒸
発源において、前記磁場発生源６は、前記蒸発面４ａの
略中央位置に配置された中央磁極部８と前記蒸発物質４
の外周を囲むように配置された外周磁極部９とを備え、
前記蒸発面４ａにおいて前記中央磁極部８と前記外周磁
極部９との間で放射状に延びる磁力線を発生するように
前記中央磁極部８と前記外周磁極部９とは異種磁極とさ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空アーク蒸発源
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空アーク蒸着法は、真空室内で蒸発物
質を陰極とするアーク放電により陰極材料を蒸発、イオ
ン化させ基板上に皮膜を堆積させる方法である。この蒸
着法は、切削工具、機械部品、電子部品、プリント回路
などの各分野での耐摩耗性被膜の形成に使用されてい
る。この方法では基板への入射粒子のエネルギーが高い
ため密度が高く強度耐久性に優れた膜を高速に成膜する
ことができる。しかし陰極から数μｍ以上の径を持つ溶
融粒子が発生し易く、これが基板表面へ付着することで
被膜の面粗度悪化や組成の不均一につながってしまう。

【０００３】したがって、より高質の皮膜を形成するた
めに、陰極からの溶融粒子の発生あるいは基板への付着
を低減することが求められている。溶融粒子の発生の原
因の一つとして、陰極の蒸発面におけるアークスポット
（陰極点）の位置が偏在することによる蒸発面の局所的
加熱が挙げられる。このような溶融粒子の発生を抑制す
るには、磁場によりアークスポットを移動させ、局所加
熱を防ぐ必要がある。アークスポット移動による溶融粒
子の発生抑制技術としては、特開平１１−２６９６３４
号公報に記載のものが公知である。この技術では、蒸発
源を同軸状に囲むリング状永久磁石を設け、蒸発面を通
過する磁力線の蒸発面に平行な成分とアーク電流との相
互作用によって、蒸発面上のアークスポットを高速で周
回転させ、局所加熱を防止し、溶融粒子の発生を抑制し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、溶融粒子の発
生を効果的に抑制しようとすれば、アークスポットの移
動速度をより大きくして、局所加熱を防ぐ必要がある。
アークスポットの移動速度は磁束密度の蒸発面に平行な
成分の大きさに比例するため、局所加熱を防ぐには、磁
場を強力にして蒸発面における平行な成分の大きさを強
くすることが求められる。しかし、平行成分を大きくす
るために、単に磁石を大きくすること等で対応すると、
装置が大きく複雑になるという問題がある。特に、前記
従来技術では、磁石によって発生する磁場は蒸発面に垂
直な成分の方が大きいため、単に磁場を強力にしても磁
力線の平行成分の効率的な増加、すなわちアークスポッ
ト周回運動の速度の効率的な増加は期待できない。

【０００５】かかる問題に鑑み、本発明の課題は、磁力
線を蒸発面に対してより平行にしてアークスポットの周
回速度を効率的に増加させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、次の技術的手段を採用した。すなわち、
本発明の特徴は、蒸発物質の蒸発面に平行な成分を有す
る磁力線を発生する磁場発生源を備えたアーク蒸発源に
おいて、前記磁場発生源は、前記蒸発面の略中央位置に
配置された中央磁極部と前記蒸発物質の外周を囲むよう
に配置された外周磁極部とを備え、蒸発面において前記
中央磁極部と前記外周磁極部との間で放射状に延びる磁
力線を発生するように前記中央磁極と前記外周磁極部と
は異種磁極とされている点にある。

【０００７】アークスポットを周回運動させるには、磁
力線が単に蒸発面と平行なだけでなく、磁力線が蒸発面
において放射状に延びている必要がある。放射状の磁力
線を形成し、かつその平行成分を大きくするために、本
発明では、外周磁極部に加えて中央磁極部を設けてい
る。中央磁極と外周磁極部は異種磁極であるので、これ
らの間には放射状の磁力線が発生し、しかもこの磁力線
は、従来技術と比べて蒸発面に対してより平行に近くな
る。この平行成分の大きい磁力線によって、アークスポ
ットは蒸発面を高速で周回移動し、局所加熱が防止さ
れ、溶融粒子の発生が抑制される。

【０００８】なお、本発明における磁石には、電磁石も
採用できるが、永久磁石であれば構成を簡易にすること
ができる。また、蒸発面に対する磁力線の向きを蒸発面
と略平行方向に近づけるために、前記中央磁極部及び／
又は外周磁極部は、前記蒸発面と同レベル又は蒸発面よ
り正面側に突出しているのが好ましい。また、前記中央
磁極部と外周磁極部は磁石だけで構成することもできる
が、前記中央磁極部及び／又は外周磁極部は、蒸発物質
正面側に位置する第１磁性体の背面側に磁石を設けて構
成するのが好ましい。

【０００９】かかる構成であれば、正面側に磁性体が存
在するので、この磁性体に磁力線ｇあ集中し、蒸発面付
近の磁束密度を高くすることでき、より強力な磁場とな
る。また中央磁極部や外周磁極部の蒸発物質正面側はア
ーク蒸着装置の運転時には高温になるので、高温となる
蒸発物質正面側に第１磁性体を設け、この磁性体の背面
側に磁石を設けることで、磁石の磁力劣化を防止でき
る。そして、蒸発面は、磁力線がより平行となる位置に
配置するのが好ましく、このためには、前記第１磁性体
の軸方向寸法の略中央位置が適当である。また、蒸発面
は、蒸発物質の消耗により背面側に後退するので、これ
を考慮すると、蒸発面は、前記略中央位置より正面側で
あるのが好ましい。すなわち、蒸発面は、前記第１磁性
体の軸方向寸法の略中央位置と前記第１磁性体の正面側
端部位置との間であるのが好ましい。

【００１０】第１磁性体の軸方向寸法は、磁石の位置等
の関係で大きくなる場合もあるが、磁性体が大きくなる
と磁力線が分散するので、磁力線を集中させて磁束密度
を高くするために、前記第１磁性体の前記蒸発物質と接
する面の軸方向寸法が、第１磁性体全体の軸方向寸法よ
り小さく形成されているのが好ましい。この構成であれ
ば、第１磁性体が大きくなっても、蒸発物質と接する面
の寸法を小さくすることで、磁力線が蒸発面付近に集中
し、磁束密度を高くすることができる。

【００１１】また、前記中央磁極部と前記外周磁極部と
を蒸発物質背面側でつなぐ磁気回路を構成するための第
２磁性体を設けておくと、磁力線は磁気回路内に多く位
置し、周囲へ発散する磁力線が少なくなり、磁場による
周囲への影響を抑えることができる。特に複数のアーク
蒸発源が設置されるアーク蒸着装置の場合には、隣接す
る蒸発源への磁場の影響を防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１〜図４は、本発明の第１実施形
態を示している。本発明の真空アーク蒸発源１が適用さ
れる真空アーク蒸着装置２は、内部にワークとしての基
板Ｗが設置される真空チャンバ３を有し、このチャンバ
３内に複数の真空アーク蒸発源１が設けられている。ま
た、この真空アーク蒸発源１は、陰極となる蒸発物質４
を備えている。なお、真空アーク蒸着装置２は、アーク
放電電流を供給するためのアーク電源５を備えている。

【００１３】アーク蒸発源１は、図２及び図３に示すよ
うに、陰極となる蒸発物質４の他、磁場発生源６を有し
ている。磁場発生源６は、蒸発物質４の蒸発面４ａ（図
２の上側面）の略中央位置に配置された中央磁極部８
と、蒸発物質４の外周を囲むように配置されたリング状
の外周磁極部９とを有している。なお、中央磁極部８と
外周磁極部９とは同軸状に配置され、前記蒸発物質４は
中央磁極部８側面と外周磁極部９内周面の間にドーナツ
状に設けられている。前記中央磁極部８は、中央第１磁
性体１１と中央永久磁石（ネオジ磁石）１２とを有して
いる。中央第１磁性体１１は、蒸発物質４の中央孔に嵌
合され、蒸発面４ａより正面側（基板Ｗ側：図２におい
て上側）にやや突出状に設けられている。中央永久磁石
１２は、中央第１磁性体１１の背面側に設けられ、蒸発
物質４の背面側に位置している。

【００１４】この中央磁石１２は、両磁極が軸方向を向
くように配置され、図２では正面側がＳ極とされ、背面
側がＮ極とされている。したがって、中央磁極部８の蒸
発面４ａ付近、すなわち中央第１磁性体１１にはＳ極が
現れる。前記外周磁極部９は、外周第１磁性体１４と外
周永久磁石（ネオジ磁石）１５とを有している。外周第
１磁性体１４は、リング状であって蒸発物質４と同軸状
に配置され、蒸発面４ａより正面側にやや突出状に設け
られている。なお、前記中央第１磁性体１１とこの外周
第１磁性体１４の背面は蒸発物質４の背面と面一となっ
ている。

【００１５】外周永久磁石１５は、リング状であって外
周第１磁性体１４背面側に設けられ、蒸発物質４の背面
側に位置している。この外周磁石１５は、両磁極が軸方
向を向くように配置され、図２では、正面側がＮ極とさ
れ、背面側がＳ極とされている。したがって、外周磁極
部９の蒸発面４ａ付近、すなわち外周第１磁性体１４に
はＮ極が現れる。中央第１磁性体１１はＳ極であるの
で、外周第１磁性体１４の内周面（Ｎ極）と中央第１磁
性体２２の外周面（Ｓ極）との間には、蒸発面４ａと略
平行な磁力線Ｍが放射状に発生する（図２参照）。この
平行な磁力線は、図２の矢印Ａで示すように、蒸発面４
ａ上のアークスポットを高速で周回運動させる。

【００１６】また、各磁石１２，１５から出た磁力線は
第１磁性体１１，１４に集中するため、蒸発面（陰極表
面）４ａでの磁束密度が大きくなる。アークスポットの
回転速度は磁束密度の蒸発面４ａに平行な成分に比例す
るので、このように形成された磁場によりアークスポッ
トを高速に回転させることができる。したがって、陰極
表面の局所加熱を防ぎ、溶融粒子の発生を抑制すること
ができる。ここで、蒸発面４ａは、磁力線分布の最も適
した箇所に配置されるべきである。すなわち、蒸発面４
ａは磁力線が平行になる位置に配置するのが好ましい。
平行な磁力線は、各第１磁性体１１，１４の軸方向寸法
ｈ２の略中央位置に形成されるので、蒸発面４ａは、第
１磁性体１１，１４の軸方向寸法ｈ２の略中央位置に配
置するのが好ましい。言い換えると、第１磁性体１１，
１４の蒸発面４ａに対する突出寸法ｈ１は、ｈ２の略半
分であるのが好ましい。

【００１７】また、蒸発面４ａは蒸発物質４の消耗によ
り後退（図２において下方に消耗）するので、これを考
慮すると、蒸発面４ａは、第１磁性体１１，１４の軸方
向寸法ｈ２の略中央位置と第１磁性体１１，１４の上面
側端部との間に配置されているのが良い。言い換える
と、第１蒸発体１１，１４の蒸発面４ａに対する突出寸
法ｈ１は、０≦ｈ１≦（ｈ２／２）の範囲であるのが良
い。中央磁石１１と外周磁石１５の背面には、これら両
者を磁気的に接続する磁気回路を構成するための第２磁
性体１７が設けられている。この第２磁性体１７は、外
周磁極部９と同径の円盤形状に形成されている。第２磁
性体１７を設けることで、各磁石１１，１５の背面側磁
極からの磁力線の発散が抑えられ、チャンバ３内で隣接
する他の蒸発源１への磁場の影響が少なくなる。

【００１８】なお、第２磁性体１７を有することによっ
て、磁場発生源６の径方向断面形状は、図２のようにＥ
字状となる。図３は、図２のような磁場発生源６におけ
る磁力線分布のシミレーション結果を示している。な
お、図３（ｂ）は、図３（ａ）中の磁場発生源６の構成
対応図である。図３（ａ）に示すように、磁石１２，１
５で発生した磁力線は、第１磁性体１１，１４に集中
し、蒸発面４ａで平行な磁場が形成されている。また、
図４は、蒸発物質４内の磁束密度分布の等高線図を示し
ている。なお、図４中、符号４ｂは中央第１磁性体１１
と接する面を、符号４ｂは外周第１磁性体１４と接する
面を示している。

【００１９】蒸発物質４内において磁束密度は０．０５
Ｔ以上となり、強い磁場を形成できている。なお、図４
において、ａ２〜ａ１４は等高線であり、ａ２は０．０
８２９Ｔ、ａ３は０．０９８２Ｔ、ａ４は０．１１３
Ｔ、ａ５は０．１２９Ｔ、ａ６は０．１４４Ｔ、ａ７は
０．１５９Ｔ、ａ８は０．１７５Ｔ、ａ９は０．１９０
Ｔ、ａ１０は０．２０５Ｔ、ａ１１は０．２２１Ｔ、ａ
１２は０．２３６Ｔ、ａ１３は０．２５１Ｔ、ａ１４は
０．２６６Ｔを示している。図５〜図７は、第２実施形
態に係るアーク蒸発源１を示している。この蒸発源１の
磁場発生源６は、第１実施形態の中央永久磁石１２が磁
性体に置き換えられている点で第１実施形態と相違す
る。

【００２０】ここでは、中央第１磁性体１１が第１磁性
体１７と接するように延長され、中央磁極部８を構成し
ている。この中央磁極部８は、第２磁性体１７を介して
外周永久磁石１５と接続されているので、中央磁極部８
には、Ｓ極が現れ、Ｎ極である外周磁極部９とは異種磁
極となる。中央磁石１２を磁性体に置き換えても、図６
の磁力線分布図及び図７の磁束密度等高線図に示すよう
に、第１実施形態とよく似た磁場分布を形成することが
できる。第１実施形態に比べて磁束密度はわずかに小さ
くなるが、蒸発面４ａに略平行な磁力線が形成されてい
る。

【００２１】なお、図７の磁束密度等高線は、ａ２が
０．０５３６Ｔ、ａ３が０．０６１２Ｔ、ａ４が０．０
６８９Ｔ、ａ５が０．０７６６Ｔ、ａ６が０．０８４２
Ｔ、ａ７が０．０９１９Ｔ、ａ８が０．９９６Ｔ、ａ９
が０．１０７Ｔ、ａ１０が０．１１５Ｔ、ａ１１が０．
１２３Ｔ、ａ１２が０．１３０Ｔ、ａ１３が０．１３８
Ｔ、ａ１４が０．１４６Ｔを示している。図８及び図９
は、第３実施形態に係るアーク蒸発源１を示している。
この蒸発源１の磁場発生源６は、蒸発物質４と接する部
分において第１磁性体１１，１４の軸方向厚みを薄くし
ている点で第１実施形態のものと相違する。

【００２２】すなわち、中央第１磁性体１１の外周面の
一部１１ａが蒸発物質４側に突出形成され、また、外周
第１磁性体１４の内周面の一部１４ａが蒸発物質４側に
突出形成されている。これら突出形成された部分１１
ａ，１４ａは磁力線集中部であり、中央第１磁性体１１
の外周面又は外周第１磁性体１４の内周面から出る磁力
線は、図９に示すように、薄い部分１１ａ，１４ａに集
中し、蒸発面４ａの磁束密度を高くすることができる。
図１０は、第４実施形態に係るアーク蒸発源１を示して
いる。この蒸発源１の磁場発生源６は、磁石の配置が第
１実施形態と相違する。この磁場発生源６では、中央磁
極部８は蒸発物質４背面側まで延びる中央磁性体１１か
らなり、外周磁極部９は蒸発物質４背面側まで延びる外
周磁性体１４からなる。

【００２３】蒸発物質４の背面側には、リング状の永久
磁石２０が設けられている。この磁石２０は、内周面と
外周面に磁極が現れるものであり、図１０では、外周側
がＮ極、内周側がＳ極とされている。両磁極はそれぞれ
中央磁性体１１及び外周磁性体１４と接しており、中央
磁極部８正面側にはＳ極が、外周磁極部９正面側にはＮ
極が現れる。各磁極から出た磁力線は磁性体１１，１４
に集中し、中央磁極部８の外周面と外周磁極部９の内周
面との間には蒸発面４ａと略平行な磁力線が現れる。

【００２４】図１１は、第５実施形態に係るアーク蒸発
源１を示している。この蒸発源１の磁場発生源６も、磁
石の配置が第１実施形態と相違する。この磁場発生源６
では、中央永久磁石１２及び外周永久磁石１５が磁性体
１１，１４より正面側に配置されている。このような配
置であっても、蒸発面４ａと略平行な磁力線が得られ
る。上記第２〜５実施形態において説明を省略した点は
第１実施形態と同様である。

【００２５】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、放射状であって蒸発面
に対してより平行な磁力線が得られるので、アークスポ
ットをより高速で周回運動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空アーク蒸着装置の概略構成図である。

【図２】（ａ）は、第１実施形態に係るアーク蒸発源の
径方向断面図であり、（ｂ）は、同正面図である。

【図３】（ａ）は第１実施形態に係るアーク蒸発源の磁
力線分布図であり、（ｂ）は（ａ）中の磁場発生源の構
成対応図である。

【図４】第１実施形態に係るアーク蒸発源の蒸発物質内
の磁束密度等高線図である。

【図５】第２実施形態に係るアーク蒸発源の径方向断面
図である。

【図６】第２実施形態に係るアーク蒸発源の磁力線分布
図である。

【図７】第２実施形態に係るアーク蒸発源の蒸発物質内
の磁束密度等高線図である。

【図８】第３実施形態に係るアーク蒸発源の径方向断面
図である。

【図９】第３実施形態に係るアーク蒸発源の磁力線分布
図である。

【図１０】第４実施形態に係るアーク蒸発源の径方向断
面図である。

【図１１】第５実施形態に係るアーク蒸発源の径方向断
面図である。

【符号の説明】

１真空アーク蒸発源４蒸発物質６磁場発生源８中央磁極部９外周磁極部１１中央第１磁性体１２中央永久磁石１４外周第１磁性体１５外周永久磁石１７第２磁性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊切正兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内Ｆターム(参考） 4K029 CA03 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発物質（４）の蒸発面（４ａ）に平行
な成分を有する磁力線を発生する磁場発生源（６）を備
えたアーク蒸発源において、前記磁場発生源（６）は、前記蒸発面（４ａ）の略中央
位置に配置された中央磁極部（８）と前記蒸発物質
（４）の外周を囲むように配置された外周磁極部（９）
とを備え、前記蒸発面（４ａ）において前記中央磁極部（８）と前
記外周磁極部（９）との間で放射状に延びる磁力線を発
生するように前記中央磁極部（８）と前記外周磁極部
（９）とは異種磁極とされていることを特徴とする真空
アーク蒸発源。
【請求項２】前記中央磁極部（８）及び／又は外周磁
極部（９）は、前記蒸発面（４ａ）と同レベル又は蒸発
面（４ａ）より正面側に突出していることを特徴とする
請求項１記載の真空アーク蒸発源。
【請求項３】前記中央磁極部（８）及び／又は外周磁
極部（９）は、蒸発物質（４）正面側に位置する第１磁
性体（１１，１４）の背面側に磁石（１２，１５）を設
けて構成されていることを特徴とする請求項１又は２記
載の真空アーク蒸発源。
【請求項４】前記蒸発面（４ａ）は、前記第１磁性体
（１１，１４）の軸方向寸法（ｈ１）の略中央位置と前
記第１磁性体（１１，１４）の正面側端部位置との間に
配置されていることを特徴とする請求項３記載の真空ア
ーク蒸発源。
【請求項５】前記第１磁性体（１１，１４）の前記蒸
発物質（４）と接する面の軸方向寸法（ｈ３）が、第１
磁性体（１１，１４）全体の軸方向寸法（ｈ１）より小
さく形成されていることを特徴とする請求項３又は４記
載のアーク蒸発源。
【請求項６】前記中央磁極部（８）と前記外周磁極部
（９）とを蒸発物質（４）背面側でつなぐ磁気回路を構
成するための第２磁性体（１７）が設けられていること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアーク蒸
発源。