JP2020111777A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陰極アーク放電によって少なくとも炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能な成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１は、真空チャンバ１０と、カーボン製のターゲット１７と、アーク電源１９と、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２と、を備える。第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に交互に電流が流入されると、ターゲット１７のターゲット放電面１７１からワークＷに向かって延びる磁力線を含む第１の磁場および第２の磁場を交互に形成される。第１の磁場はターゲット放電面１７１を通過しワークＷの幅方向の一端側に向かって傾斜して延びる磁力線を含み、第２の磁場はターゲット放電面１７１を通過しワークＷの幅方向の他端側に向かって傾斜して延びる磁力線を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置に関する。

従来、物理蒸着法（ＰＶＤ法）や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などによって、基材（ワーク）の表面に被膜を形成する成膜装置が知られている。ＰＶＤ法の一つである陰極アーク法を採用した成膜装置は、陽極として機能する真空チャンバと、真空チャンバ内に配置され陰極として機能するターゲットと、アーク電源と、を含む。アーク電源が、真空チャンバとターゲットとの間に所定の放電電圧を印加すると、真空チャンバ内にアーク放電が発生する。当該アーク放電によってターゲットから放出されたイオンは、真空チャンバ内の基材に蒸着し、被膜を形成する。

特許文献１には、基材上に炭素膜を形成するプラズマ装置が開示されている。当該技術では、真空チャンバ内に設けられた基材とカーボンターゲットとの間に、移動可能な一対の磁石が設けられており、当該磁石が形成する磁場によって炭素イオンの飛翔経路を変化させ、基材上に炭素イオンを蒸着させる。

特許第５９５４４４０号明細書

上記のように、陰極アーク法によって基材上に炭素膜を形成する場合、炭素を含むターゲットの放電面上では、炭素イオンを放出するアークスポットの動きが金属ターゲットと比較して非常に動きにくいという問題がある。一例として、カーボンターゲット上でのアークスポットの移動速度は数ｍｍ／ｓｅｃ以下であり、金属ターゲット上でのアークスポットの移動速度は数ｍ／ｓｅｃ程度である。アーク放電による熱を受けて、金属の温度が上昇するとその抵抗値は上がるため、アークスポットは周囲のより低温な領域に移動しやすい。一方、カーボンの温度が上昇するとその抵抗値は下がるため、アークスポットは移動しにくく、その場にとどまりやすい。このようにカーボンターゲットを使用した場合、アークスポットが動きにくいためターゲットの放電面において炭素イオンが放出される領域が限定される結果、基材の一部に炭素膜が偏在しやすく、均一な膜厚分布を得ることが困難であった。特許文献１に記載された技術では、ターゲットから飛翔した炭素イオンを磁石によって誘導しているが、上記のようなアークスポットの問題については言及されておらず、当該問題を解決するには至っていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、陰極アーク放電によって少なくとも炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る成膜装置は、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有する基材の表面に少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置であって、内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも１つのターゲットと、前記少なくとも１つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、少なくとも１つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第１の磁場および第２の磁場を交互に形成することが可能な磁場形成機構であって、当該磁場発生機構は、前記第１の磁場では前記ターゲット対向面を通過する磁力線が前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる一方、前記第２の磁場では前記ターゲット対向面を通過する磁力線が前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びるような前記第１の磁場および前記第２の磁場を交互に形成する、磁場発生機構と、を備える。

本構成によれば、ターゲット対向面から飛翔した電子が、磁場発生機構によって交互に形成される第１の磁場および第２の磁場によって、ターゲット対向面から基材の幅方向の両側に拡がるような電子線を形成する。ターゲット対向面から飛翔した炭素イオンは、この電子の動きを中和するように前記電子線に沿って移動する。このため、炭素イオンを基材の幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲットのターゲット対向面におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、基材上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。

上記の構成において、前記磁場発生機構は、前記少なくとも１つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第１の磁場を発生する第１コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第２の磁場を発生する第２コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに交互に電流を流すことで前記第１の磁場および前記第２の磁場を交互に発生させる電流供給部と、を有することが望ましい。

本構成によれば、電流供給部が第１のコイルおよび第２のコイルに交互に電流を流すことで、第１の磁場および第２の磁場を形成することが可能となる。

上記の構成において、前記少なくとも１つターゲットは、前記ターゲット対向面が前記内部空間に露出するように前記真空チャンバの前記壁部に支持されており、前記複数のコイルは、前記真空チャンバの外側の位置でかつ前記真空チャンバの前記内部空間に前記第１の磁場および前記第２の磁場を形成することが可能な位置に配置されていることが望ましい。

本構成によれば、複数のコイルに対するアーク放電による熱負荷を減少させ、磁力の減磁を防止することができる。また、複数のコイルが真空チャンバの内部に配置される場合と比較して、複数のコイルを冷却する冷却機構を配置する必要が低減される。

上記の構成において、前記複数のコイルの前記第１コイルおよび前記第２コイルは、それぞれ前記幅方向と平行に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成されていることが望ましい。

本構成によれば、幅方向と平行に延びる中心線回りにそれぞれ巻かれた第１コイルおよび第２コイルによって第１の磁場および第２の磁場を安定して形成することができる。

上記の構成において、前記少なくとも１つのターゲットは、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置される複数のターゲットを含み、前記複数のコイルは、それぞれ前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成され、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに前記複数のターゲットの前記幅方向の両側の位置にそれぞれ配置される少なくとも３つのコイルを含むことが望ましい。

本構成によれば、少なくとも３以上のコイルによって複数のターゲットに第１の磁場と第２の磁場とを交互に形成し、基材の幅方向における広い範囲に炭素イオンを到達させることが可能となる。

上記の構成において、前記少なくとも３つのコイルは、前記複数のターゲットのうち互いに隣接するターゲットの間の位置に配置される、少なくとも１つの中間コイルを含み、前記中間コイルは、電流の供給を受けることで、隣接する一方のターゲットについて前記第１の磁場を形成するとともに隣接する他方のターゲットについて前記第２の磁場を形成することが望ましい。

本構成によれば、中間コイルが隣接する一方のターゲットおよび他方のターゲットに磁場を形成する機能を兼ね備えているため、磁場発生機構のうち基材の幅方向におけるサイズを縮小することができる。

上記の構成において、前記電流供給部は、前記複数のコイルに流す電流の大きさおよび前記複数のコイル間で前記電流の流入を切換えるための周波数を調整可能であることが望ましい。

本構成によれば、コイルに流れる電流の大きさおよび周波数を変化させることで、基材上の被膜の厚み、分布形状などの制御が可能となる。

上記の構成において、前記周波数をｆ（Ｈｚ）、前記移動機構による前記基材の移動速度をｖ（ｍ／ｓ）、前記ターゲット対向面から前記基材までの距離をＴＳ（ｍ）とすると、ｆ≧ｖ／ＴＳの関係が満たされていることが望ましい。

本構成によれば、ロールコーターのように基材の所定の部分がターゲット対向面に対向する位置を１回だけ通過する場合（ワンパス）であっても、均一な膜厚分布や膜厚の再現性を確保することができる。

上記の構成において、前記基材の幅方向における前記少なくとも一つのターゲットの幅が３０ｍｍ以下に設定されていることが望ましい。

本構成によれば、ターゲットの幅が小さく設定されることで、アークスポットの範囲を狭める一方、第１磁場および第２磁場によって炭素イオンの飛翔範囲を制御することが可能となり、膜厚の再現性を高めることができる。

本発明によれば、陰極アーク放電によって少なくとも炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能な成膜装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る成膜装置の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る成膜装置における、コイル印加装置の構成および誘導コイルによって磁場が形成される様子を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る成膜装置において、一対のコイルによって２つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。 本発明の第１変形実施形態に係る成膜装置における、コイル印加装置の構成および誘導コイルによって磁場が形成される様子を示す模式図である。 本発明の第２変形実施形態に係る成膜装置において、複数のコイルによって２つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。 本発明の第２変形実施形態に係る成膜装置において、複数のコイルによって２つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。 本発明の第３変形実施形態に係る成膜装置の模式的な断面図である。 従来の成膜装置の模式的な断面図である。 図７の成膜装置を上から見た平面図である。 図７の成膜装置において基材上に形成される炭素膜の最大膜厚部の軌跡を示す模式図である。 図７の成膜装置において基材上に炭素膜が形成される軌跡を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る成膜装置１について説明する。図１は、本実施形態に係る成膜装置１の模式的な断面図である。図２は、成膜装置１における、コイル印加装置２０の構成および誘導コイル１８によって磁場が形成される様子を示す模式図である。図３は、成膜装置１において、誘導コイル１８によって２つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。なお、各図に示される方向は、本実施形態に係る成膜装置１の構造、機能を説明するためのものであり、本発明に係る成膜装置を限定するものではない。

成膜装置１は、陰極アーク放電によって基材上に炭素を含む被膜（炭素膜、カーボンコーティング）を形成する。本実施形態では、成膜装置１は、ロールコーター方式を採用するものであって、帯状のワークＷ（基材）上に炭素膜を形成する。成膜装置１は、真空チャンバ１０と、巻き取りロール１１と、アイドラロール１２と、成膜ロール１３と、アイドラロール１４と、巻き出しロール１５と、蒸発源１６と、アーク電源１９と、磁場発生機構２と、を備える。

真空チャンバ１０は、内部空間を囲む壁部を有し、不図示の真空ポンプによって前記内部空間が真空状態とされる。巻き取りロール１１は、真空チャンバ１０に回転可能に支持されており、帯状のワークＷを保持する。巻き取りロール１１は、不図示の駆動部によって回転駆動される。アイドラロール１２、成膜ロール１３およびアイドラロール１４は、巻き取りロール１１の下方において真空チャンバ１０に回転可能に保持されており、ワークＷの移動面を形成する。巻き出しロール１５は、巻き取りロール１１の右方において真空チャンバ１０に回転可能に支持されている。巻き出しロール１５には、ワークＷのロール体が装着される。巻き取りロール１１が回転駆動されることで、図１の矢印に示すように、巻き出しロール１５から引き出されたワークＷが、アイドラロール１４、成膜ロール１３、アイドラロール１２および巻き取りロール１１上を順に移動する。

すなわち、本実施形態におけるワークＷは、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有している。図１においてワークＷの幅方向は、図２における前後方向（図２の紙面と直交する方向）に一致する。ワークＷの長さ方向は、図１の矢印で示すようにワークＷの移動方向と一致する。また、巻き取りロール１１、アイドラロール１２、成膜ロール１３、アイドラロール１４および巻き出しロール１５は、本発明の移動機構を構成する。巻き取りロール１１、アイドラロール１２、成膜ロール１３、アイドラロール１４および巻き出しロール１５は、真空チャンバ１０の内部においてワークＷを保持するとともに、ワークＷが前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するようにワークＷを移動させる。なお、図２、図３では、ワークＷの移動方向が矢印ＤＷで示されている。

蒸発源１６は、カーボン製のターゲット１７（第１のターゲット）を含む。本実施形態では、ターゲット１７は、薄板形状を有している。なお、ターゲット１７は、円盤形状、円柱形状、直方体形状などでもよい。ターゲット１７は、アーク放電によって溶解されるターゲット放電面１７１（図２）を有する。そして、ターゲット１７は、ワークＷが前記移動面上の所定の位置でターゲット放電面１７１に対向するように真空チャンバ１０に装着、固定されている。換言すれば、ターゲット１７は、ターゲット放電面１７１が真空チャンバ１０の内部空間に露出するように真空チャンバ１０の壁部に支持されている。なお、ワークＷの幅方向（図２、図３の前後方向）におけるターゲット１７の幅は３０ｍｍ以下に設定されることが望ましい。

アーク電源１９は、アーク放電を発生させるための電圧をターゲット１７と真空チャンバ１０との間に印加する。アーク電源１９は、ターゲット１７に接続される陰極（−）と、真空チャンバ１０に接続される陽極（＋）と、を含む。

磁場発生機構２は、真空チャンバ１０の外部に配置されており、誘導コイル１８と、コイル印加装置２０と、を備える。誘導コイル１８は、電流の供給を受けることで第１の磁場を発生する第１誘導コイル１８１と、電流の供給を受けることで第２の磁場を発生する第２誘導コイル１８２と、を有する。第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２は、ターゲット１７の前記幅方向の両側の位置に配置されている。また、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２は、真空チャンバ１０の外部であってターゲット１７から見てワークＷの反対側の位置に配置されている。換言すれば、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２は、真空チャンバ１０の外側の位置でかつ真空チャンバ１０の前記内部空間に前記第１の磁場および前記第２の磁場を形成することが可能な位置に配置されている。また、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２は、図２、図３に示すように、ワークＷの幅方向（前後方向）と平行に延びる中心線ＣＬ回りにそれぞれ電線が巻かれた形状を有する。なお、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２の前記中心線ＣＬと直交する断面形状は、円形であってもよいし、図１に示すように略矩形状であってもよい。

コイル印加装置２０（電流供給部）は、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に交互に電流を流すことで前記第１の磁場および前記第２の磁場を交互に発生させる。図２を参照して、コイル印加装置２０は、制御部２０１と、定電流直流電源２０２と、リレーユニット２０３と、を有する。定電流直流電源２０２は、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に所定の電流を流入させる。リレーユニット２０３は、定電流直流電源２０２による電流の流入先を第１誘導コイル１８１と第２誘導コイル１８２との間で切換える。制御部２０１は、所定の指令信号を受けて、定電流直流電源２０２から第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に流れる電流の大きさを調整するための電流設定信号ＳＳを定電流直流電源２０２に入力する。また、制御部２０１は、所定の指令信号を受けて、リレーユニット２０３の切換周波数を調整するための切換信号ＳＣをリレーユニット２０３に入力する。前記電流の大きさおよび周波数に関する指令信号は、成膜装置１の不図示の操作パネルから入力される。このように、本実施形態では、コイル印加装置２０は、誘導コイル１８（複数のコイル）に流す電流の大きさと、誘導コイル１８の第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２（複数のコイル）間で前記電流の流入を切換えるための周波数（周期）と、を調整可能である。このように第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に流れる電流の大きさおよび周波数を変化させることで、ワークＷ上の被膜の厚み、分布形状の制御、最適化が可能となる。

磁場発生機構２は、ターゲット１７のターゲット放電面１７１からワークＷに向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第１の磁場（図３の実線の磁場）および第２の磁場（図３の破線の磁場）を交互に形成することが可能とされている。磁場発生機構２が形成する前記第１の磁場は、ターゲット放電面１７１を通過するとともにワークＷに近づくに連れてワークＷの幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含んでいる。一方、磁場発生機構２が形成する前記第２の磁場は、ターゲット放電面１７１を通過するとともにワークＷに近づくに連れてワークＷの幅方向の他端側に近づくような磁力線を含んでいる。なお、第１の磁場に含まれターゲット放電面１７１を通過するすべての磁力線が、ワークＷに近づくに連れてワークＷの幅方向の一端側に近づくように延びていることが好ましく、同様に、第２の磁場に含まれターゲット放電面１７１を通過するすべての磁力線が、ワークＷに近づくに連れてワークＷの幅方向の他端側に近づくように延びていることが望ましい。

＜カーボンターゲットの課題＞
図８は、従来の成膜装置の模式的な断面図である。図９は、図７の成膜装置を上から見た平面図である。図１０は、図７の成膜装置において基材上に形成される炭素膜の最大膜厚部の軌跡を示す模式図である。図１１は、図７の成膜装置において基材上に炭素膜が形成される軌跡を示す模式図である。図８乃至図１１に示される成膜装置では、真空チャンバ内において成膜ロール５１によって搬送されるワークＷの表面に炭素膜が形成される。アーク電源の陰極は、カーボン製のターゲット５２に接続され、陽極は不図示の真空チャンバに接続される。

図８および図９に示すように、陰極アーク放電によって、カソードとして機能するターゲット５２の放電面５２１では、カーボンの特性によってアークスポットの移動速度が金属製のターゲットと比較して極めて小さい。一例として、カーボンターゲット上でのアークスポットの移動速度は、数ｍｍ／ｓ以下であり、金属ターゲット上でのアークスポットの移動速度は数ｍ／ｓ程度である。金属の温度が上昇するとその抵抗値は上がるため、アークスポットは周囲のより低温な領域に移動しやすい。一方、カーボンの温度が上昇するとその抵抗値は下がるため、アークスポットは移動しにくく、その場にとどまりやすい。このようにアークスポットが移動しにくいカーボンターゲットを使用した場合、炭素イオンの飛翔経路が限定されるため、ワークＷ上の幅方向の一部に炭素膜が偏在しやすい。この結果、ワークＷの幅方向における膜厚分布の形状は、図１１の複数の破線に示すように刻々と変化する。したがって、ワークＷの移動に伴って、ワークＷ上に形成される炭素膜の最大膜厚部が、図１０に示すように波状に分布する。この結果、ワークＷ上の炭素膜の膜厚分布が不均一になりやすい。特に、ワークＷ上に炭素膜を形成する成膜領域が限定されるロールコーター方式では、均一なカーボン膜の形成が一層困難となる。このため、カーボンターゲット上のアークスポットをより速く移動させ、ワークＷの幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることが望まれていた。

このような問題を解決するために、本実施形態では、カーボンターゲット上のアークスポットを高速で移動させることに代えて、飛翔した炭素イオンの進行経路を幅方向の広い範囲に分布させることに着眼している。すなわち、アーク電源１９によってターゲット１７と真空チャンバ１０との間に所定の電圧が印加されアーク放電が開始されると、コイル印加装置２０が第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に交互に電流を流入させる。この結果、図３に示すように、ターゲット１７とワークＷとの間には、第１の磁場（破線）と第２の磁場（実線）とが交互に形成される。この結果、ターゲット１７のターゲット放電面１７１から飛翔した炭素イオンはワークＷの幅方向の広い範囲に到達することが可能となる。このため、炭素イオンをワークＷの幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲット１７のターゲット対向面１７１におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、ワークＷ上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜をワークＷ上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。

また、本実施形態では、誘導コイル１８がターゲット１７の両側に配置された第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２を含む。そして、コイル印加装置２０が第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に交互に電流を流すことで、ターゲット１７とワークＷとの間に、第１の磁場および第２の磁場を容易に形成することが可能となる。特に、ワークＷの幅方向と平行に延びる中心線ＣＬ回りにそれぞれ巻かれた第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２によって、図３に示すような磁場を安定して形成することができる。

また、本実施形態では、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２が真空チャンバ１０の外部に配置されているため、当該コイルがターゲット１７とワークＷとの間に介在することがない。このため、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に対するアーク放電による熱負荷を減少させ、磁力の減磁を防止することができる。また、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２が真空チャンバ１０の内部に配置される場合と比較して、これらのコイルを冷却する冷却機構を配置する必要が低減される。

なお、本実施形態では、リレーユニット２０３の切換周波数をｆ（Ｈｚ）、巻き取りロール１１によるワークＷの移動速度（巻き取り速度）をｖ（ｍ／ｓ）、ターゲット放電面１７１からワークＷまでの距離をＴＳ（ｍ）（図３）とすると、ｆ≧ｖ／ＴＳの関係が満たされている。このような関係が満たされている場合、ロールコーター方式（図１）のように、ワークＷの所定の部分がターゲット対向面１７１に対向する位置（成膜位置）を１回だけ通過する場合（ワンパス）であっても、均一な膜厚分布や膜厚の再現性を確保することができる。なお、ｆ≧５×ｖ／ＴＳの関係が満たされていることが更に望ましい。

また、本実施形態では、ワークＷの幅方向（前後方向）におけるターゲット１７の幅が３０ｍｍ以下に設定されている。このような構成によれば、ターゲット１７の幅が小さく設定されることで、アークスポットの範囲が限定されるため、当該アークスポットの位置に応じて第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に流入させる電流の大きさ、周波数を設定することができる。この結果、ワークＷ上のカーボンの膜厚の再現性を高めることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る成膜装置１について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明に係る成膜装置として、以下のような変形実施形態が可能である。

（１）図４は、本発明の第１変形実施形態に係る成膜装置における、コイル印加装置３０の構成および誘導コイル１８によって磁場が形成される様子を示す模式図である。本変形実施形態では、先の実施形態のコイル印加装置２０に代えて、成膜装置の磁場発生機構がコイル印加装置３０（電流供給部）を備える。コイル印加装置３０は、制御部３０１と、定電流交流電源３０２と、ダイオード３０３と、を有する。

定電流交流電源３０２は、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に所定の電流を流入させる。ダイオード３０３は、定電流交流電源３０２から出力される交流電流を第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に交互に供給するように機能する。制御部３０１は、所定の指令信号を受けて、定電流交流電源３０２から第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に流れる電流の大きさ、周波数を調整するための設定信号ＳＳを定電流交流電源３０２に入力する。このように、本変形実施形態においても、コイル印加装置３０は、誘導コイル１８（複数のコイル）に流す電流の大きさと、誘導コイル１８の第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２（複数のコイル）間で前記電流の流入を切換えるための周波数（周期）と、を調整可能である。このように第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に流れる電流の大きさおよび周波数を変化させることで、ワークＷ上の被膜の厚み、分布形状の制御、最適化が可能となる。

（２）図５および図６は、本発明の第２変形実施形態に係る成膜装置において、複数の誘導コイルによって各ターゲットに２つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。本変形実施形態では、成膜装置は、第３誘導コイル１８３と、第４誘導コイル１８４（中間コイル）と、第５誘導コイル１８５（中間コイル）と、第６誘導コイル１８６と、ターゲット１７２と、ターゲット１７３と、ターゲット１７４と、を備える。本変形実施形態では、先の実施形態と比較して、ワークＷの幅方向の大きさ（幅）が大きく設定されている。

本変形実施形態に係る成膜装置は、先の実施形態と同様のコイル印加装置２０（図２）を備え、定電流直流電源２０２およびリレーユニット２０３が、第３誘導コイル１８３、第４誘導コイル１８４、第５誘導コイル１８５および第６誘導コイル１８６に並列に接続されている。制御部２０１は、まず、第３誘導コイル１８３および第５誘導コイル１８５に同時に電流を流入させる。この結果、図５に示すように、第３誘導コイル１８３がターゲット１７２に第１の磁場を形成し、第５誘導コイル１８５がターゲット１７３に第２の磁場を形成し、第５誘導コイル１８５がターゲット１７４に第１の磁場を形成する。次に、制御部２０１は、第３誘導コイル１８３および第５誘導コイル１８５への電流の流入を切断するとともに第４誘導コイル１８４および第６誘導コイル１８６に同時に電流を流入させる。この結果、図６に示すように、第４誘導コイル１８４がターゲット１７２に第２の磁場を形成し、第４誘導コイル１８４がターゲット１７３に第１の磁場を形成する。また、第６誘導コイル１８６がターゲット１７４に第２の磁場を形成する。このように、本実施形態では、ワークＷの幅方向に互いに間隔をおいて配置される複数のターゲットが配置され、複数のコイルとして、それぞれ前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成され、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに前記複数のターゲットの前記幅方向の両側の位置にそれぞれ配置される少なくとも３つのコイルが含まれている。

なお、本変形実施形態の構成を第３誘導コイル１８３、第４誘導コイル１８４（中間コイル）、第５誘導コイル１８５、ターゲット１７２およびターゲット１７３に着目すると、ターゲット１７２（第１のターゲット）およびターゲット１７３（第２のターゲット）は、ワークＷの幅方向に互いに間隔をおいて配置される。また、第３誘導コイル１８３（第１コイル）、第４誘導コイル１８４（第２コイル）および第５誘導コイル１８５（第３コイル）は、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに、各ターゲットの前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りにそれぞれ電線が巻かれた構造を有している。

更に、制御部２０１（図２）が第３誘導コイル１８３および第５誘導コイル１８５に電流を流すと、第３誘導コイル１８３がターゲット１７２に前記第１の磁場を形成するとともに第５誘導コイル１８５がターゲット１７３に前記第２の磁場を形成した後、制御部２０１（図２）が第４誘導コイル１８４に電流を流すことで第４誘導コイル１８４がターゲット１７２に前記第２の磁場を形成するとともにターゲット１７３に前記第１の磁場を形成するように、第３誘導コイル１８３および第４誘導コイル１８４がターゲット１７２の前記幅方向の両側に配置されるとともに第４誘導コイル１８４および第５誘導コイル１８５がターゲット１７３の前記幅方向の両側に配置されている。すなわち、第４誘導コイル１８４（中間コイル）は、電流の供給を受けることで、隣接する一方のターゲットについて前記第１の磁場を形成するとともに隣接する他方のターゲットについて前記第２の磁場を形成する。

このような構成によれば、ターゲット１７２およびターゲット１７３によってワークＷの幅方向において広範な範囲に炭素イオンを飛翔させることが可能となる。また、第４誘導コイル１８４がターゲット１７２およびターゲット１７３に磁場を形成する機能を兼ね備えることができるため、磁場発生機構のサイズを縮小することができる。なお、第４誘導コイル１８４、第５誘導コイル１８５、第６誘導コイル１８６、１７３およびターゲット１７４の関係についても同様であり、図５、図６のターゲットおよびコイルの数は、各図に示されるものに限定されない。

（３）図７は、本発明の第３変形実施形態に係る成膜装置１Ａの模式的な断面図である。先の実施形態では、図１に示されるロールコーター式の成膜装置１に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本変形実施形態に係る成膜装置１Ａは、真空チャンバ１０と、ターゲット１７を含む蒸発源１６と、第７誘導コイル１８７および第８誘導コイル１８８を含む誘導コイルと、回転テーブル４１と、テーブル駆動部４２と、サブターゲット４４を含むサブ蒸発源４３と、を備える。本変形実施形態では、成膜装置１Ａは、いわゆるバッチ式の成膜装置である。

真空チャンバ１０内に配置された回転テーブル４１は、テーブル駆動部４２によって矢印の方向に回転される。この結果、回転テーブル４１上に固定されたワークＷは、上下方向に延びる回転軸回りに回転する。この際のワークＷの幅方向は上下方向に一致し、ワークＷの長さ方向はワークＷの回転方向に一致する。

ターゲット１７は、先の実施形態と同様にカーボン製のターゲットである。一方、サブターゲット４４は、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属製のターゲットである。なお、ターゲット１７およびサブターゲット４４ともに、アーク電源１９（図１）と同様の電源の陰極に接続されており、アーク電源１９の陽極は真空チャンバ１０に接続されている。図７に示すような構成の場合、金属製のサブターゲット４４の表面上を移動するアークスポットの移動速度よりも、カーボン製のターゲット１７の表面上を移動するアークスポットの移動速度の方が小さくなる。この場合、従来のバッチ式の成膜装置では、ワークＷの表面上に形成される被膜中の炭素分布が偏在しやすかった。一方、本変形実施形態においても、第７誘導コイル１８７および第８誘導コイル１８８に交互に電流が流入されることで、第１の磁場および第２の磁場が形成され、先の実施形態と同様に、炭素イオンをワークＷの幅方向の広い範囲に到達させることが可能となる。この結果、金属層中の炭素の含有率が均一な被膜を形成することが可能となる。

（４）なお、図２に示されるロールコーター方式においても、ターゲット１７とは異なる位置に、図７のサブターゲット４４（サブ蒸発源４３）と同様の金属製のターゲット（陰極）が配置されてもよい。この場合も、金属層中の炭素の含有率が均一な被膜を形成することが可能となる。同様に、図７に示されるバッチ式の成膜装置１Ａにおいて、サブターゲット４４を備えず、単層のカーボン被膜がターゲット１７を含む蒸発源１６によって形成されてもよい。

続いて、具体的な実施例を例示する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。先の実施形態（図１、図２、図３）に示される構成において、以下の条件で実験を行った。
ターゲット１７：カーボン製ターゲット
ワークＷの搬送速度（移動速度）：ｖ＝３００（ｍｍ／ｓｅｃ）
ターゲット放電面１７１とワークＷ間距離ＴＳ＝１５０（ｍｍ）
第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２の電流切換周波数：ｆ＝ｖ／ＴＳ＝３００／１５０＝２（Ｈｚ）
上記の条件によって、帯状のワークＷの表面に均一なカーボン膜を形成することが可能となった。なお、ｆ≧１０（Ｈｚ）（＝５×ｖ／ＴＳ）に設定されることで、より均一なカーボン膜を形成することが可能となった。

なお、第１誘導コイル１８１および第２誘導コイル１８２に流入する電流値を大きくすると、印加される磁場が強くなるため、ワークＷ上の膜厚分布が鋭くなる（指向性が強くなる）。このため、電流値を大きくすることに伴って、電流切換周波数（磁場の切換周期）を大きくすることが望ましい。

一例として、ＴＳ＝１５０（ｍｍ）の場合のターゲット放電面１７１上の磁力と膜厚の半値幅・膜厚分布の関係を評価した。磁力１０ｍＴ（ミリテスラ）の場合、半値幅約１９０ｍｍ、膜厚分布±８％の結果に対して、磁力２０ｍＴ（ミリテスラ）の場合、半値幅約１５０ｍｍ、膜厚分布±２１％の結果となった。すなわち、電流値を大きくし、磁場の強さ（磁力、磁束密度）が大きくなると、相対的に膜厚分布が悪化する。この場合、電流切換周波数を２．０（Ｈｚ）から２．５（Ｈｚ）に変更することで、膜厚分布が±８％に良化することが知見された。

１、１Ａ 成膜装置
２ 磁場発生機構
１０ 真空チャンバ
１１ 巻き取りロール（移動機構）
１２ アイドラロール
１３ 成膜ロール
１４ アイドラロール
１５ 巻き出しロール
１６ 蒸発源
１７、１７２、１７３、１７４ ターゲット
１７１ ターゲット放電面（ターゲット対向面）
１８ 誘導コイル（コイル）
１８１ 第１誘導コイル（第１コイル）
１８２ 第２誘導コイル（第２コイル）
１８３ 第３誘導コイル
１８４ 第４誘導コイル（中間コイル）
１８５ 第５誘導コイル（中間コイル）
１８６ 第６誘導コイル
１８７ 第７誘導コイル
１８８ 第８誘導コイル
１９ アーク電源
２０、３０ コイル印加装置（電流供給部）
２０１、３０１ 制御部
２０２ 定電流直流電源
２０３ リレーユニット
３０２ 定電流交流電源
３０３ ダイオード
４１ 回転テーブル
４２ テーブル駆動部
４３ サブ蒸発源
４４ サブターゲット
５１ 成膜ロール
５２ ターゲット
５２１ 放電面
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有する基材の表面に少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置であって、
   内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、
   前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、
   炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも１つのターゲットと、
   前記少なくとも１つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、
   少なくとも１つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第１の磁場および第２の磁場を交互に形成することが可能な磁場形成機構と、
   を備え、
   前記第１の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、
   前記第２の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含む、成膜装置。
2. 前記磁場発生機構は、
   前記少なくとも１つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第１の磁場を発生する第１コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第２の磁場を発生する第２コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、
   前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに交互に電流を流すことで前記第１の磁場および前記第２の磁場を交互に発生させる電流供給部と、
   を有する、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記少なくとも１つターゲットは、前記ターゲット対向面が前記内部空間に露出するように前記真空チャンバの前記壁部に支持されており、
   前記複数のコイルは、前記真空チャンバの外側の位置でかつ前記真空チャンバの前記内部空間に前記第１の磁場および前記第２の磁場を形成することが可能な位置に配置されている、請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記複数のコイルの前記第１コイルおよび前記第２コイルは、それぞれ前記幅方向と平行に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成されている、請求項２または３に記載の成膜装置。
5. 前記少なくとも１つのターゲットは、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置される複数のターゲットを含み、
   前記複数のコイルは、それぞれ前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成され、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに前記複数のターゲットの前記幅方向の両側の位置にそれぞれ配置される少なくとも３つのコイルを含む、請求項２または３に記載の成膜装置。
6. 前記少なくとも３つのコイルは、前記複数のターゲットのうち互いに隣接するターゲットの間の位置に配置される、少なくとも１つの中間コイルを含み、
   前記中間コイルは、電流の供給を受けることで、隣接する一方のターゲットについて前記第１の磁場を形成するとともに隣接する他方のターゲットについて前記第２の磁場を形成する、請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記電流供給部は、前記複数のコイルに流す電流の大きさおよび前記複数のコイル間で前記電流の流入を切換えるための周波数を調整可能である、請求項２乃至６の何れか１項に記載の成膜装置。
8. 前記周波数をｆ（Ｈｚ）、前記移動機構による前記基材の移動速度をｖ（ｍ／ｓ）、前記ターゲット対向面から前記基材までの距離をＴＳ（ｍ）とすると、ｆ≧ｖ／ＴＳの関係が満たされている、請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記基材の幅方向における前記少なくとも一つのターゲットの幅が３０ｍｍ以下に設定されている、請求項１乃至８の何れか１項に記載の成膜装置。