JP2019116652A - 高透磁率カバー付き成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陰極アークプラズマの磁気輸送型成膜装置（ＦＡＤ装置）において、安価に成膜速度を向上させること。【解決手段】ＦＡＤ装置において、プラズマを磁気輸送するためのダクトの屈曲部に設けられたコイルの外側の一部又は全体を高透磁率カバーで覆うことで、ダクトの内部の磁場を閉じ込め、安価な手法でプラズマの輸送効率を向上させる。この結果、成膜時間の短縮等による生産性向上を図ることができる他、実質的にドロップレットを低減することも可能になる。高透磁率カバーをパンチングメタルで構成すると、通気が良いのでコイルの冷却性が確保される。ソース部に設けられた蒸発源の外周部、及び／又は、処理部に配置された被成膜基材の背面部も高透磁率カバーで覆うことにより、フィルタ部と連続的な磁場を形成しやすくなり、成膜速度が更に向上する。【選択図】図８

Description

本発明は、陰極アークプラズマの磁気輸送において、プラズマの輸送効率を上げることで成膜速度を向上させる、成膜装置に関する。

薄膜を物品上に形成する装置として、陰極アークプラズマの屈曲磁気輸送型成膜装置（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ａｒｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＦＡＤ装置）が知られている。ＦＡＤ装置は、アーク放電によりアークプラズマを生成し、コイルを備えたダクトを通して、磁場にプラズマが巻きつく性質を利用してアークプラズマを輸送し、被成膜基材に蒸着させる装置である。ＦＡＤ装置においては、成膜速度の向上、及び、放電に伴う副生成物である陰極材料粒子（ドロップレット）の低減、を実現することが重要であり、その実現のために、これまでに様々な方式が提案されている。

特開２００１−３１６０号公報（特許文献１）には、コイルを備えた屈曲したダクト（フィルタ部）を通過させることによりドロップレットを低減させたプラズマを用いた第１の成膜工程と、フィルタ部を通さない、ドロップレットを含むプラズマを用いた第２の成膜工程とを併用することで、ドロップレットの低減と成膜速度の向上を両立させることを目指した発明が記載されている。しかし、この方法ではドロップレットの低減が十分ではない。

特開２０１２−１２６４１号公報（特許文献２）には、真空チャンバ内のメンテナンスを容易にするため、ダクトの外側にコイルを配置するのではなく、広いプラズマ輸送室を設け、当該プラズマ輸送室の内部にコイルを配置したＦＡＤ装置の発明が記載されている。しかし、メンテナンスを容易にするために、コイルの直径とピッチを大きくとると、磁力線がプラズマ進行路から漏れ出して、プラズマ輸送効率が低下する。その対策について、特許文献２には一切記載されていない。

ＦＡＤ装置は、窒化セラミックス膜（ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＶＮ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ等）や硬質炭素膜（ＤＬＣ）の形成に利用されている。特に、ＤＬＣの成膜に利用されるＦＡＤ装置は、屈曲したダクトを有するフィルタ部を直線的に接続することでメンテナンス性を改善したものが多い。この場合、フィルタ部のコイルは部分的に独立した構造となり、この隙間をドロップレットの捕集用に利用するものが多い。

特開２００９−２３５５００号公報（特許文献３）には、フィルタ部として、２段階に屈曲したダクトを有し、メンテナンス性を良くするため、当該ダクトにおいて２つの屈曲部が直線的に接続されたＦＡＤ装置の発明が開示されている。ダクトは、プラズマ輸送用の磁場を形成するためのコイルと、更に、主に屈曲部における当該磁場の不均一を解消するための可動補助コイルを備える。この可動補助コイルは、ダクトの、２つの屈曲部の間の範囲を移動させて位置調整することができる。しかし、この装置では、可動コイルを最適位置に調整するのに手間を要し、安価ではなく、メンテナンスも容易ではない。

特開２００２−８８９３号公報（特許文献４）には、コイルを備えたＴ字形状のダクトを有し、コイルが形成するプラズマ輸送用の磁場により、アークプラズマを屈曲させて処理部へ流入させるとともに、ドロップレットを直進させて除去するＦＡＤ装置の発明が開示されている。この発明のＦＡＤ装置は、プラズマの輸送効率を向上させるための補助磁場発生器を有しているが、補助磁場発生器が作り出す磁場が最適となるように、補助磁場発生器の位置等を調整するためには、設計上の手間を要し、安価でもない。

特開２００１−３１６０号公報 特開２０１２−１２６４１号公報 特開２００９−２３５５００号公報 特開２００２−８８９３号公報

上で見たように、従来の技術は、ダクト内部の、プラズマ輸送用の磁場を最適に調整するための補助磁場発生用コイル等を新たに設けることで、プラズマの輸送効率を向上させるものであるから、当該コイル等の最適な位置や電流の設計等の手間がかかり、簡便かつ安価に利用できる技術ではない。
従って、本発明の課題は、陰極アークプラズマの磁気輸送の際に、プラズマの輸送効率を上げることで成膜速度を向上させる、簡便かつ安価な手段を備えた成膜装置を提供することである。本発明の更なる課題は、陰極アークプラズマの屈曲磁気輸送の際に、プラズマの輸送効率を上げることで、ドロップレットの飛来量を増やさずに成膜速度を向上させ、実質的にドロップレットを低減する、簡便かつ安価な手段を備えた成膜装置を提供することである。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、アーク放電によってプラズマを発生させる手段を有するソース部と、前記ソース部で発生させたプラズマを被成膜基材に向けて輸送するフィルタ部と、を備え、前記フィルタ部は、前記プラズマを輸送するダクトと、前記ダクトの内部にプラズマを輸送するための磁場を形成する磁場形成手段と、前記磁場形成手段の外側の全体又はその一部を覆う高透磁率材料からなる高透磁率カバーと、を有することを特徴とする高透磁率カバー付き成膜装置である。

本発明の第２の形態は、前記ダクトが屈曲部を有し、前記高透磁率カバーは、前記磁場形成手段のうち、前記屈曲部に設けられた磁場形成手段の外側の全体またはその一部を覆う高透磁率カバー付き成膜装置である。

本発明の第３の形態は、前記高透磁率カバーがパンチングメタルである高透磁率カバー付き成膜装置である。

本発明の第４の形態は、前記高透磁率カバーをフィルタ部だけでなく、前記ソース部に設けられた蒸発源の外周部にも有する高透磁率カバー付き成膜装置である。

本発明の第１の形態によれば、アーク放電によってプラズマを発生させる手段を有するソース部と、前記ソース部で発生させたプラズマを被成膜基材に向けて輸送するフィルタ部と、を備え、前記フィルタ部は、前記プラズマを輸送するダクトと、前記ダクトの内部にプラズマを輸送するための磁場を形成する磁場形成手段と、前記磁場形成手段の外側の全体又はその一部を覆う高透磁率材料からなる高透磁率カバーと、を有することを特徴とする高透磁率カバー付き成膜装置を提供することができる。

磁場形成手段の外側に設けられた高透磁率カバーが磁化することにより、ダクトの内部の磁場が長手方向に強まり、ダクト壁と交差する磁力線の本数が減少する。その結果、ダ
クト壁に衝突して失われるプラズマが減少するため、プラズマの輸送効率が向上して、成膜速度が大きくなる。それゆえ、成膜時間の短縮等による生産性向上を図ることができる。

磁場形成手段としては、環状のコイルや、環状に配置された複数の永久磁石などを利用することができる。

高透磁率カバーを構成する高透磁率材料としては、ＳＳ４００やＳ４５Ｃのような一般的な炭素鋼でも十分に効果があるが、電磁軟鉄などのより透磁率の高い材料を用いると更に効果的となる。これらの材料はいずれも、安価に入手可能である。

本発明の第２の形態によれば、前記ダクトが屈曲部を有し、前記高透磁率カバーは、前記磁場形成手段のうち、前記屈曲部に設けられた磁場形成手段の外側の全体またはその一部を覆う高透磁率カバー付き成膜装置を提供することができる。

屈曲部に設けられた磁場形成手段の外側の全体またはその一部を高透磁率カバーで覆うことにより、屈曲部のダクトの内部の磁場がプラズマ輸送方向に強まり、屈曲部のダクト壁と交差する磁力線の本数が減少する。その結果、ダクト壁に衝突して失われるプラズマが減少する。一方、ドロップレット（陰極材料粒子）の軌道に対する磁場変化の影響は極めて小さい。それゆえ、被成膜基材へのドロップレットの飛来量を変えずに、プラズマの輸送効率が向上することとなり、成膜において実質的にドロップレットの低減を図ることができる。

本発明の本形態は、ＦＡＤ装置のフィルタ部において、屈曲部の磁場形成手段の外側の一部、又は全体を高透磁率材料で覆うことでダクト内部の磁場を閉じ込め、ダクト壁に干渉していたプラズマを被成膜基材が設置されている処理室まで輸送することを可能にする。磁場は高透磁率カバーに対してほぼ垂直に入射し、その外側には漏れ出づらくなる。このため、屈曲部の磁場形成手段の外周を高透磁率材料で覆うと磁場が遮蔽され閉じ込められる。この結果、磁場はダクト壁に干渉しづらくなり、磁場に巻き付くプラズマもダクト壁と干渉（衝突）することが減り、プラズマの輸送効率が向上する。特に、コイルとコイルの隙間や、永久磁石と永久磁石の間の部分など、磁場が漏れ出やすい部分を高透磁率材料で覆うと効果的に輸送効率が向上する。
なお、例えばＴ字型ダクトなどは、ダクトの分岐部分があるため、高透磁率材料で完全に覆うことは出来ないが、上記の屈曲部に含めて考えることができる。

本発明の本形態は、Ｔ字型、Ｌ字型、トーラス形屈曲型、２重３重屈曲型など、様々な形式のＦＡＤ装置における、任意の、１つ又は複数の屈曲部に適用することが可能である。

本発明の第３の形態によれば、前記高透磁率カバーがパンチングメタルである高透磁率カバー付き成膜装置を提供することができる。

磁場形成手段としてコイルを用いる場合に、フィルタ部のコイルの外側を覆う高透磁率カバーをパンチングメタルで構成すると、当該コイルの冷却性を確保できる。パンチングメタルの穴の形状は、通気性が確保されるならば何でもよく、円形、長円形、三角形、正方形、長方形、多角形、多角星形、細長スリット形など、任意の形状があり得るし、これらの形状を組み合わせて用いてもよい。穴の配列も、通気性が確保されるならば、規則的、不規則的のいずれでもよい。曲げ加工や穴の形成方法も任意である。パンチングメタルとしては、例えば、鋼板を用いると安価に入手可能で、製造若しくは加工も容易である。

本発明の本形態においては、ファンを追加設置することで、更に冷却効率を向上させることができる。

本発明の第４の形態によれば、前記高透磁率カバーをフィルタ部だけでなく、前記ソース部に設けられた蒸発源の外周部にも有する高透磁率カバー付き成膜装置を提供することができる。

フィルタ部の磁場形成手段の外側だけでなく、前記ソース部に設けられた蒸発源の外周部、及び／又は、処理部に配置された被成膜基材の背面部も高透磁率カバーで覆うことにより、フィルタ部と連続的な磁場を形成しやすくなり、成膜速度を更に向上させることができる。
特に金属ターゲットを用いた蒸発源の場合、放電特性が比較的安定していることから、連続的な磁場を形成しやすく、成膜速度を確実に向上させることができる。

図１は、コイルである磁場形成手段の外側に高透磁率カバーを設けることにより、ダクト内の磁場がどのように変化するかを示す断面説明図である。 図２は、環状に配置した複数の永久磁石である磁場形成手段の外側に高透磁率カバーを設けることにより、ダクト内の磁場がどのように変化するかを示す断面説明図である。 図３は、ダクトの屈曲部に設けられた磁場形成手段の外側に高透磁率カバーを設けることにより、屈曲部のダクト内の磁場がどのように変化するかを示す断面説明図である。 図４は、本発明に係る高透磁率カバーをパンチングメタルで構成する場合に、高透磁率カバーに設けられた孔の形状と配置の例を示す説明図である。 図５は、フィルタ部のダクトがＬ字形の屈曲部を有し、少なくともフィルタ部の曲がりの外側を覆う高透磁率カバーを有する、本発明の一形態の高透磁率カバー付き成膜装置の断面説明図である。 図６は、フィルタ部がダクトではなくプラズマ輸送室を有し、プラズマ輸送室の中に磁場形成手段を備え、磁場形成手段の外側の少なくとも一部が高透磁率カバーで覆われた、本発明の別の一形態の高透磁率カバー付き成膜装置の断面説明図である。 図７は、従来の成膜装置の断面説明図であり、図５で示される本発明の一形態から、高透磁率カバーを除いた成膜装置に対応するものである。 図８は、フィルタ部のダクトがＴ字形状をなし、少なくともフィルタ部のＴ字の分岐部分の外側の一部を覆う高透磁率カバーを有する、本発明の一形態の高透磁率カバー付き成膜装置の断面説明図である。 図９は、従来の成膜装置の断面説明図であり、図８で示される本発明の一形態から、高透磁率カバーを除いた成膜装置に対応するものである。

次に、本発明の高透磁率カバー付き成膜装置を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

高透磁率材料でできた高透磁率カバーが磁場中に置かれると、磁化して、高透磁率カバー自身が磁石のように振る舞い、新たな追加の磁場を作り出す。その結果、周囲の磁場が変化する。高透磁率カバーは自身の内部に磁力線を引き込み、近傍の磁場を強める。

図１は、フィルタ部のダクト３１ａの、筒状のダクト壁３２ａに巻きつくように配置されたコイル６ａの外側に、高透磁率カバー５を設けることにより、ダクト３１ａの内部の
磁場がどのように変化するかを一般的に示す断面説明図である。図（１Ａ）は、高透磁率カバー５が存在しない場合の、隣接する２つのコイル６ａによる磁力線６２を示す。図（１Ｂ）は、高透磁率カバー５がある場合に、矢印５１の方向に高透磁率カバーが磁化し、磁力線６２で表される追加の磁場を生じることを示す。図（１Ｃ）には、高透磁率カバーがある場合の実際の磁場が、磁力線６２で示されている。実際の磁場は、図（１Ａ）の磁場と図（１Ｂ）の磁場を重ね合わせたものである。高透磁率カバー５を設けることにより、隣接する２つのコイル６ａの間の部分で、ダクト壁３２ａと交差する磁力線の数が減少し、また、ダクト３１ａの内部の磁場が強められている。

プラズマはダクト３１ａの内部を、磁力線６２に巻きつくように進行する。高透磁率カバー５を設けない場合には、磁力線６２がダクト壁３２ａと交差しているから、プラズマは図（１Ａ）の矢印７が示す方向に進行してダクト壁３２ａに衝突し、処理室まで到達することができない。一方、高透磁率カバー５を設けた場合には、プラズマは図（１Ｃ）の矢印７が示す方向に進行するから、ダクト壁３２ａに衝突することなく処理室まで到達できるプラズマが増える。したがって高透磁率カバー５を設けることにより、プラズマの輸送効率を向上させることができる。

図２は、図１と同様な図であるが、磁場形成手段がコイルではなく、複数個の永久磁石６１を環状に配置した永久磁石磁場形成手段６ｂを用いる場合の断面説明図である。図（２Ａ）は、高透磁率カバー５が存在しない場合の、隣接する２つの永久磁石磁場形成手段６ｂによる磁力線６２を示す。図（２Ｂ）は、高透磁率カバー５がある場合に、矢印５１の方向に高透磁率カバー５が磁化し、磁力線６２で表される追加の磁場を生じることを示す。図（２Ｃ）には、高透磁率カバー５がある場合の実際の磁場が、磁力線６２で示されている。実際の磁場は、図（２Ａ）の磁場と図（２Ｂ）の磁場を重ね合わせたものである。高透磁率カバー５を設けることにより、隣接する２つの永久磁石磁場形成手段６ｂの間の部分で、ダクト壁３２ａと交差する磁力線の数が減少し、また、ダクト３１ａの内部の磁場が強められている。

高透磁率カバー５を設けない場合には、磁力線６２がダクト壁３２ａと交差しているから、プラズマは図（２Ａ）の矢印７が示す方向に進行してダクト壁３２ａに衝突し、処理室まで到達することができない。一方、高透磁率カバー５を設けた場合には、プラズマは図（２Ｃ）の矢印７が示す方向に進行するから、ダクト壁３２ａに衝突することなく処理室まで到達できるプラズマが増える。したがって高透磁率カバー５を設けることにより、プラズマの輸送効率を向上させることができる。

このように、磁場形成手段６がコイル６ａと永久磁石磁場形成手段６ｂのいずれであっても、高透磁率カバー５を設けることにより、プラズマの輸送効率を向上させることができる。

図３は、図１及び図２と同様な図であるが、ダクト３１ａが直線状ではなく、屈曲部３０を有する場合に、屈曲部３０の曲がりの外側に高透磁率カバー５ａを設けることによる効果を示す断面説明図である。図（３Ａ）は、高透磁率カバー５ａが存在しない場合の、隣接する２つの磁場形成手段６による磁力線６２を示す。図（３Ｂ）は、高透磁率カバー５ａがある場合に、矢印５１の方向に高透磁率カバー５ａが磁化し、磁力線６２で表される追加の磁場を生じることを示す。図（３Ｃ）には、高透磁率カバー５ａを、屈曲部３０の曲がりの外側で磁場形成手段６を覆うように設けた場合の実際の磁場が、磁力線６２で示されている。実際の磁場は、図（３Ａ）の磁場と図（３Ｂ）の磁場を重ね合わせたものである。高透磁率カバー５ａを設けることにより、隣接する２つの磁場形成手段６の間の部分で、ダクト壁３２と交差する磁力線の数、それも特に、曲がりの外側のダクト壁３２ｂと交差する磁力線の数が減少し、また、ダクト３１ａの内部の磁場が強められている。

高透磁率カバー５ａを設けない場合には、磁力線６２がダクト壁３２ｂと交差しているから、プラズマは図（３Ａ）の矢印７が示す方向に進行してダクト壁３２ａに衝突し、処理室まで到達することができない。一方、高透磁率カバー５ａを設けた場合には、プラズマは図（３Ｃ）の矢印７が示す方向に進行するから、ダクト壁３２ｂに衝突することなく処理室まで到達できるプラズマが増える。したがって高透磁率カバー５ａを設けることにより、プラズマの輸送効率を向上させることができる。

図４は、本発明に係る高透磁率カバー５をパンチングメタルで構成する場合に、高透磁率カバー５に設けられた孔５２の形状と配置の例を示す説明図である。孔５２の形状は、磁場形成手段６の冷却に必要な程度の通気性を確保できるのであれば、形も大きさも任意で良い。円形、長円形、三角形、正方形、長方形、多角形、多角星形、細長スリット形など、様々な形状があり得るし、これらの形状を複数、組み合わせて用いてもよい。穴の配列も、通気性が確保されるならば、規則的、不規則的のいずれでもよい。例えば、図（４Ａ）のように円形でも、図（４Ｂ）のように凹凸多角形であっても、図（４Ｃ）のように２つ以上の形状の孔５２が混在しても良く、図（４Ｄ）のように、スリット形状でもよい。曲げ加工や穴の形成方法も任意である。パンチングメタルとしては、例えば、鋼板を用いると安価に入手可能で、製造若しくは加工も容易である。

図５は、フィルタ部３のダクト３１ａがＬ字形の屈曲部３０を有し、少なくともフィルタ部３の曲がりの外側を覆う高透磁率カバー５ａを有する、本発明の一形態の高透磁率カバー付き成膜装置１の断面説明図である。
この装置１は、ソース部２と、フィルタ部３と、処理部４と、からなり、処理部４は排気管４３を有し、排気装置に接続された排気管４３を通して装置１の内部全体が真空排気される。ソース部２のソース部壁２１の内部と、フィルタ部のダクト３１ａの内部と、処理部４の処理部壁４２で囲われた処理室４４とは、互いに通気連通し、パッキン等の気密保持手段８１により気密に保たれる。

ソース部２の蒸発源２２はアーク電源２４により負電圧に保たれ、接地されたトリガ電極２３が一瞬触れることにより、アーク放電が開始されて、生成したアークプラズマが矢印７ａが示す方向に進行し、フィルタ部３へと向かう。アークプラズマと同時に、粗大な陰極材料粒子（ドロップレット）も生成され、フィルタ部３に向かって進行する。

フィルタ部３は、Ｌ字形状の屈曲部３０を有する筒状のダクト３１ａと、ダクト壁３２を外側から取り巻くように配置された環状の磁場形成手段６と、磁場形成手段６の外側に配置され、高透磁率材料ではない物質で構成されたフィルタ部外壁３３と、屈曲部３０の曲がりの外側に対応する、フィルタ部外壁３３ａの一部又は全部を覆う高透磁率カバー５ａと、屈曲部３０の曲がりの外側に対応する、ダクト壁３２ｂの内面に設置されたドロップレット捕集手段９２と、を有する。高透磁率カバー５ａを設けることにより、磁場が変わり、ダクト壁３２と交差する磁力線６２の数が減少し、又、ダクト３１ａの内部の磁場がプラズマ進行路の方向に沿って強められるので、ソース部２で発生したプラズマをフィルタ部３を通して処理室４４まで輸送する、プラズマ輸送効率が向上する。一方、ドロップレットは重い粒子からなるので、磁場の影響をほとんど受けずに、矢印９１が示す方向にほぼ直線的に運動し、大半がドロップレット捕集手段９２に捕捉され、わずかな割合が処理室４４に飛来する。その結果、ドロップレットの飛来数を変えずに、プラズマ輸送効率を向上させることができるから、成膜速度が上がり、実質的なドロップレットの低減も可能となる。

フィルタ部３から矢印７ｂが示す方向に進行して、処理部４の処理室４４に進入したプラズマは、処理室４４内に設置され、負のバイアス電圧を印加された被成膜基材４１の表
面に蒸着し、成膜がなされる。

図７は従来技術における成膜装置の断面説明図であり、フィルタ部３に高透磁率カバー５を有しない点でのみ、図５に示す本発明の一形態と異なる。図の符号の意味は図５と同様であるので、相違点に重点をおいて説明する。図７の従来技術では高透磁率カバー５を設けていないので、フィルタ部３の磁力線６２は、特に屈曲部３０の曲がりの外側の部分で、ダクト壁３２ｂと多く交差する。したがって、従来技術では、多くのプラズマがダクト壁３２ｂに衝突するため、プラズマ輸送効率が良くない。それに対して、図５に示す本発明の一形態では、上述の通り、高透磁率カバー５の効果で磁場が改善され、ドロップレットの飛来数を変えることなく、プラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

図５に示す本発明の一形態に話を戻すと、前記高透磁率カバー５ａに加えて、屈曲部３０の曲がりの内側に対応する、フィルタ部外壁３３ｂの一部又は全部を覆う高透磁率カバー５ｂを設けることにより、更に磁場を改善して、ドロップレットの飛来数を変えることなく、プラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。
又、ソース部２に含まれる、蒸発源２２と磁場形成手段６の外側を囲うように高透磁率カバー５ｅを設けることにより、及び／又は、処理部４において、処理部壁４２の外側で被成膜基材４１の背後に当たる部分の少なくとも一部又は全部を覆うように高透磁率カバー５ｆを設けることにより、フィルタ部３と連続的な磁場を形成しやすくなり、ドロップレットの飛来数を変えることなく、更にプラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

なお、本形態においては、フィルタ部外壁３３ａの外側に高透磁率カバー５ａを設け、フィルタ部外壁３３ｂの外側に高透磁率カバー５ｂを設けているが、そうする替わりに、フィルタ部外壁３３ａそのものを高透磁率カバー５ａで構成し、及び／又は、フィルタ部外壁３３ｂそのものを高透磁率カバー５ｂで構成した変形例も、同様の作用効果を奏する。
この変形例において、フィルタ部のコイルの外側を覆う高透磁率カバーをパンチングメタルで構成すると、当該コイルの冷却性を確保できる。更にファンを追加設置することで、冷却効率を一層向上させることができる。

図６は、フィルタ部３がダクトではなくプラズマ輸送室３４を有し、プラズマ輸送室３４の中に磁場形成手段６を備え、磁場形成手段６の外側の少なくとも一部が高透磁率カバー５ｃで覆われた、本発明の別の一形態の高透磁率カバー付き成膜装置１の断面説明図である。
図の符号は図５と共通するものが大部分であるので、相違点に重点をおいて説明する。図６に示す、本発明の一形態においては、フィルタ部３にダクトは存在しないものの、筒状のダクトの内部に相当するものとしてプラズマ進行路３１を、ダクト壁に相当するものとしてプラズマ進行路境界３２を、それぞれ観念することができる。すなわち、プラズマ進行路境界３２とは、複数の環状の磁場形成手段６のすぐ内側を通過する筒状の面であり、プラズマ進行路３１とは、その筒状の面で囲われた空間領域のことである。

フィルタ部３のプラズマ輸送室３４の内部に高透磁率カバー５ｃを設けない場合には、磁場形成手段６がプラズマ進行路３１に形成する磁場による磁力線は、プラズマ進行路境界３２と多く交差するので、プラズマ輸送効率が悪くなる。一方、フィルタ部３のプラズマ輸送室３４の内部に高透磁率カバー５ｃが設けられている場合には、磁場が改善し、プラズマ進行路境界３２と交差する磁力線の本数が減るので、ドロップレットの飛来数を変えることなく、プラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

フィルタ部外壁３３ａの内面の、ソース部２の蒸発源２２と対面する部分には、ドロップレットを捕集するためのドロップレット捕集手段９２が設けられている。このドロップレット捕集手段９２に替えて、若しくは、ドロップレット捕集手段９２に加えて、フィルタ部３の高透磁率カバー５ｃの表面に、ドロップレットを捕集するためのドロップレット捕集手段９２ａを設けてもよい。

フィルタ部３の高透磁率カバー５ｃの一部は、プラズマ輸送室３４の外部に設けるてもよい。又、ソース部２の蒸発源２２の周囲を囲うように、ソース部壁２１の内側若しくは外側に高透磁率カバー５ｃを設け、及び／又は、処理部４の被成膜基材４１の背後の部分を少なくとも囲うように、処理室４４の内部若しくは外部に高透磁率カバー５ｃを設けることで、フィルタ部と連続した磁場を形成しやすくなり、ドロップレットの飛来数を変えることなく、更にプラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

上記の高透磁率カバー５ｃに加えて、又は、上記の高透磁率カバー５ｃに替えて、ソース部壁２１の外側、及び／又は、フィルタ部外壁の外側３３ａ、及び／又は、処理部壁４２の外側、の一部又は全部を高透磁率カバー５ｄで覆うことにより、従来技術の場合と比べて磁場を改善し、ドロップレットの飛来数を変えることなく、プラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

図８は、フィルタ部３のダクト３１ａがＴ字形をなし、少なくともフィルタ部３のＴ字の分岐部分の外側の一部を覆う高透磁率カバー５ａを有する、本発明の一形態の高透磁率カバー付き成膜装置１の断面説明図である。
この装置１は、ソース部２と、フィルタ部３と、処理部４と、からなり、フィルタ部３を除く部分の構造は、図５に示した本発明の一形態とほぼ共通であるので、フィルタ部３に重点を置いて説明する。本形態においては、ソース部２で生じたプラズマとドロップレットは、Ｔ字形状のダクト３１ａの、Ｔ字の横棒に対応する部分に沿って進行する。ここで、プラズマの大部分は、矢印７が示すように磁力線６２に沿って曲がり、ダクト３１ａのＴ字の縦棒部分を通って、矢印７ｂが示すように処理部４へと輸送される。一方、ドロップレットの大部分は、磁場の影響をほとんど受けることなく直線に近い軌道を描いて進み、矢印９１が示すようにダクト３１ａのＴ字の横棒部分を通って、ダクト壁３２ｂに設けられたドロップレット捕集手段９２に捕捉される。

フィルタ部３は、Ｔ字形状を有する筒状のダクト３１ａと、ダクト壁３２を外側から取り巻くように配置された環状の磁場形成手段６と、磁場形成手段６の外側に配置され、高透磁率材料ではない物質で構成されたフィルタ部外壁３３と、Ｔ字の分岐部分の外側に対応する、フィルタ部外壁３３ａの一部又は全部を覆う高透磁率カバー５ａと、Ｔ字の横棒部分であってソース部２から遠い部分の、ダクト壁３２ｂの内面に設置されたドロップレット捕集手段９２と、を有する。高透磁率カバー５ａを設けることにより、磁場が変わり、ダクト壁３２と交差する磁力線６２の数が減少し、又、ダクト３１ａの内部の磁場がプラズマ進行路の方向に沿って強められるので、ソース部２で発生したプラズマをフィルタ部３を通して処理室４４まで輸送する、プラズマ輸送効率が向上する。一方、ドロップレットは重い粒子からなるので、磁場の影響をほとんど受けずに、矢印９１が示す方向にほぼ直線的に運動し、大半がドロップレット捕集手段９２に捕捉され、わずかな割合が処理室４４に飛来する。その結果、ドロップレットの飛来数を変えずに、プラズマ輸送効率を向上させることができるから、成膜速度が上がり、実質的なドロップレットの低減も可能となる。

図９は従来技術における成膜装置の断面説明図であり、フィルタ部３に高透磁率カバー５ａを有しない点でのみ、図８に示す本発明の一形態と異なる。図の符号の意味は図８と同様であるので、相違点に重点をおいて説明する。図９の従来技術では高透磁率カバー５
ａを設けていないので、フィルタ部３の磁力線６２は、特にＴ字の分岐部分における外側の部分で、ダクト壁３２ｂと多く交差する（矢印７を参照）。したがって、従来技術では、多くのプラズマがダクト壁３２ｂに衝突するため、プラズマ輸送効率が良くない。それに対して、図８に示す本発明の一形態では、上述の通り、高透磁率カバー５ａの効果で磁場が改善され、ドロップレットの飛来数を変えることなく、プラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

図８に示す本発明の一形態に話を戻すと、前記高透磁率カバー５ａに加えて、Ｔ字の分岐部分の曲がりの内側に対応する、フィルタ部外壁３３ｂの一部又は全部を覆う高透磁率カバー５ｂを設けることにより、更に磁場を改善して、ドロップレットの飛来数を変えることなく、プラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。
又、ソース部２に含まれる、蒸発源２２と磁場形成手段６の外側を囲うように高透磁率カバー５ｅを設けることにより、及び／又は、処理部４において、処理部壁４２の外側で被成膜基材４１の背後に当たる部分の少なくとも一部又は全部を覆うように高透磁率カバー５ｆを設けることにより、フィルタ部３と連続的な磁場を形成しやすくなり、ドロップレットの飛来数を変えることなく、更にプラズマ輸送効率を向上させ、成膜速度を上げることができる。

なお、本形態においては、フィルタ部外壁３３ａの外側に高透磁率カバー５ａを設け、フィルタ部外壁３３ｂの外側に高透磁率カバー５ｂを設けているが、そうする替わりに、フィルタ部外壁３３ａそのものを高透磁率カバー５ａで構成し、及び／又は、フィルタ部外壁３３ｂそのものを高透磁率カバー５ｂで構成した変形例も、同様の作用効果を奏する。
この変形例において、フィルタ部のコイルの外側を覆う高透磁率カバーをパンチングメタルで構成すると、当該コイルの冷却性を確保できる。更にファンを追加設置することで、冷却効率を一層向上させることができる。

＜実施例：図８に示す本発明の一形態の場合＞
図８に示す高透磁率カバー付き成膜装置１は、処理部４に処理室４４を有し、処理室４４には排気管４３が接続されていて、排気管４３を通して排気装置によって真空排気される。処理室４４の内部には被成膜基材４１がバイアス電源に接続した状態で設置されている。処理部壁４２は接地されており、陽極として動作するが、別途、陽極を設けてもよい。

真空アーク放電によるＤＬＣ成膜のプロセスの実施例を次に説明する。
本実施例では図８に示す通り、ダクト３１ａがＴ字型をなす、Ｔ型ＦＡＤシステムを有し、カーボンターゲットを用いてＤＬＣを成膜する装置１を用いて、フィルタ部３のＴ字の分岐部分の外側に高透磁率材料からなる高透磁率カバー５ａを増設した。上記Ｔ字の分岐部分の外側については、フィルタ部外壁３３ａは別に設けず、高透磁率カバー５ａそのものでフィルタ部外壁３３ａを構成した。

ソース部２の陰極の蒸発源２２としては焼結カーボン材料を取り付け、真空炉内を５．０×１０^-3Ｐａ以下まで真空排気する。その後、被成膜基材４１をＡｒイオンによりエッチングする。装置１は、図８に図示していない作業ガス導入手段を有している。次に再度１．０×１０^-3Ｐａ程度まで真空排気し、各コイル６ａに所定の電流を印加し、ダクト３１ａの内部に磁場を発生させる。被成膜基材４１には図示しない基材バイアス電源により１００Ｖの負の電圧を印加する。またダクト壁３２ｂ及び３２ｃに正の電圧を１５Ｖ程度印加することで、プラズマの輸送効率を向上させることが出来る。

次にアーク電源２４により陰極の蒸発源２２に５０Ｖ程度の負電圧を印加し、トリガ電
極２３を瞬間的に接触させてアーク放電を開始する。順次所定の電流値５０Ａに移行させると定常的に放電が維持され、処理室４４の内部に設置された被成膜基材４１が成膜される。

この状態で、フィルタ部３のＴ字の分岐部分の外側のフィルタ部外壁３３ａを構成する高透磁率カバー５ａの有無による各パラメータを調べた。
高透磁率カバー５ａは一般な鋼板のＳ４５Ｃのパンチングメタルで作成し、本実施例においてはフィルタ部３のＴ字の分岐部分の内側のフィルタ部外壁３３ｂは覆っていない。（すなわち、高透磁率カバー５ｂは設けていない。）
フィルタ部３のＴ字の分岐部分の外側を高透磁率カバー５ａで覆うことで、アーク放電時の被成膜基材４１に印加しているバイアス電流が約６００ｍＡから６５０ｍＡに向上し、成膜速度も概ね１０％弱程度向上した。これより、フィルタ部３に高透磁率材料からなるカバーを設置することで、成膜速度を向上できることが確認された。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更、別の実施例などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。

陰極アークプラズマの磁気輸送型成膜装置（ＦＡＤ装置）は、物品上に窒化セラミックス膜や硬質炭素膜（ＤＬＣ）を成膜するための手段として、産業界において広範に利用されている。本発明は、ＦＡＤ装置におけるフィルタ部の屈曲部の一部又は全体を、高透磁率カバーで覆うという簡便かつ安価な方法で、フィルタ部におけるプラズマ輸送効率を上げ、その結果、成膜速度を向上させ、実質的なドロップレットの低減を可能にする。したがって、成膜時間の短縮や成膜品質の向上による生産性向上を図ることができる。それゆえ、本発明の高透磁率カバー付き成膜装置は、産業上の幅広い利用可能性を有する。

１ 高透磁率カバー付き成膜装置
２ ソース部
３ フィルタ部
４ 処理部
５ 高透磁率カバー
６ 磁場形成手段
６ａ コイル
６ｂ 永久磁石磁場形成手段
７ 矢印
２１ ソース部壁
２２ 蒸発源
２３ トリガ電極
２４ アーク電源
３０ 屈曲部
３１ プラズマ進行路
３１ａ ダクト
３２ プラズマ進行路境界
３２ａ ダクト壁
３３ フィルタ部外壁
３４ プラズマ輸送室
４１ 被成膜基材
４２ 処理部壁
４３ 排気管
４４ 処理室
５１ 矢印
５２ 孔
６１ 永久磁石
６２ 磁力線
８１ 気密保持手段
９１ 矢印
９２ ドロップレット捕集手段

Claims (4)

1. アーク放電によってプラズマを発生させる手段を有するソース部と、
   前記ソース部で発生させたプラズマを被成膜基材に向けて輸送するフィルタ部と、を備え、
   前記フィルタ部は、前記プラズマを輸送するダクトと、
   前記ダクトの内部にプラズマを輸送するための磁場を形成する磁場形成手段と、
   前記磁場形成手段の外側の全体又はその一部を覆う高透磁率材料からなる高透磁率カバーと、を有することを特徴とする高透磁率カバー付き成膜装置。
2. 前記ダクトが屈曲部を有し、
   前記高透磁率カバーは、前記磁場形成手段のうち、前記屈曲部に設けられた磁場形成手段の外側の全体またはその一部を覆う請求項１に記載の高透磁率カバー付き成膜装置。
3. 前記高透磁率カバーがパンチングメタルである請求項１又は２に記載の高透磁率カバー付き成膜装置。
4. 前記高透磁率カバーをフィルタ部だけでなく、前記ソース部に設けられた蒸発源の外周部にも有する請求項１〜３のいずれかに記載の高透磁率カバー付き成膜装置。