JP3421811B2 - 真空放電蒸着に用いる基板被覆方法およびその装置 - Google Patents

真空放電蒸着に用いる基板被覆方法およびその装置

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JP3421811B2
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ピー．ウェルティ リチャード
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ヴェイパー テクノロジイズ，インコーポレイテッド
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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
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、真空アーク蒸着に用
いる基板被覆に関し、特に円筒状金属製の陰極や、円筒
状陰極の表面に螺旋状の軌跡を描くアーク動作を付勢し
かつアークの移動速度をコントロールする磁場を用いた
改良された方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】真空アーク蒸着は過去１０年間もしくは
それ以上に金属、合金及び金属化合コーティングの被覆
用として広く産業界で行われてきた。被覆される陰極の
構成物質は高電流で蒸発し、真空室における低電圧アー
クプラズマの放電は例えば圧力１０-4Torrもしくはそれ
以下で放射されていた。被覆基板は陰極の蒸発表面に臨
む真空室に例えば１０〜５０ｃｍの距離をおいて配置さ
れる。典型的なアーク電流の範囲は２５〜５００アンペ
アで、電圧は１５〜５０ボルトの範囲である。アークプ
ラズマの放電は、アークによる陰極物質の蒸発及びイオ
ン化によって生成される金属蒸発プラズマを通して、真
空室における２つの電子間で電流に作用される。陰極、
もしくは負電子は作用中に少なくとも部分的に消滅する
電気的に絶縁された構造を有している。陽極、もしくは
正電子はおそらく真空室内で電気的に絶縁された構造
で、或はそれ自体を金属真空室とすることができ、作用
中消滅することはない。アークは機械的接触手段である
高電圧スパーク又はレーザ発光によって陰極の蒸発表面
に投射される。アークプラズマ放電の結果、陰極表面に
１つ又はそれ以上の可動ア−クスポットが高度に局部化
されるが、陽極では広い範囲にわたって分散される。ア
ークスポットで１０6〜１０8Ａ／ｃｍ2といった非常に
高い電流密度は結果として陰極物質の局部加熱、蒸発及
びイオン化を招く。各アークスポットは陰極表面に対し
てほぼ垂直方向に金属蒸気プラズマの噴流を放射し、陰
極と陽極との間の範囲に広がる発光体プラムを形成し、
被覆基板が被覆される。金属蒸気は基板表面に蓄積され
厚い層を形成する。反応ガスは蒸発進行中に真空室内に
導入され、基板表面の金属化合層を形成する。アーク電
流が７０〜１００アンペア以下では、物質によっては単
一のアークスポットが存在するに過ぎない。それ以上の
アーク電流では、多数のアークスポットが存在し、それ
ぞれは全アーク電流の等しい成分を運ぶ。供給磁場がな
いと、アークスポットは目標表面の周りを急速かつほぼ
不規則に移動する傾向があり、目標表面に顕微鏡観察で
へこみ状のような形状の痕跡を残す。アークの微視的な
移動はへこみ側からへこみ側へ不規則なジャンプである
が、アーク噴流の電流と陰極表面に所在するにがしかの
磁場との間を相互作用する電磁力は、アークスポットの
巨視レベルでの動作に支配的な影響をもつ。外部供給さ
れた磁場はその磁束や噴流の双方に垂直方向でアーク噴
流に力を発生させる。磁場がないと、仮に電流が陰極を
通して不釣合に流れた場合、自己磁場と共にアーク噴流
での電流の相互作用は入力電流に向かってアークスポッ
トを引き出し易い陰極を流れるアーク電流に依存する。
磁場でアークの動作方向が電流の法則に基づき予期され
るベクトルＪ×Ｂ方向に対向又は逆行するかを注目し、
電流が外部巡回で同方向になることを考察することは興
味深いことである。こうした現象は広く議論が報告され
てきており、アーク噴流における複雑でダイナミックな
影響を発生することも信じられる。アークスポットで目
標物質の蒸発について好ましくない影響の１つに、溶解
した目標物質の飛沫が生成されることであり、それは蒸
気噴流の拡張による反応力で目標から噴射される。飛沫
はサブミクロンから１０ミクロンの直径の範囲のマクロ
（巨視的）粒子と呼ばれる。マクロ粒子はそれらが基板
上に着地して被覆がしっかり付着すると、好ましくない
不規則性を形成する。さまざまな方法がマクロ粒子の生
成を減少させ、或は基板への付着を阻止するために提案
されてきた。従来より、基板上に被覆コーティングする
幾つかの技術が知られている。米国特許第2,972,695号
では磁気安定化真空アーク蒸着装置が開示されている。
米国特許第3,625,848号及び第3,836,451号では特に電極
形態を備え、そして蒸発率を増しかつ基板へのイオン化
を示唆するための磁場の利用を教示したアーク蒸着装置
が述べられている。米国特許第3,793,179号及び第3,78
3,21号には陰極の所要の蒸発表面からアークスポットを
移動させるいかなるときも活性化させた磁場の利用と同
じように、電極とシールドの特殊な形態が述べられてい
る。米国特許第4,724,058号、第4,673,477号及び第4,84
9,088号には閉じた環状トンネル形、即ち陰極表面の固
定位置で閉じた環状「競技トラック」のような放射軌道
にアークスポットを閉じ込める磁場を用いたアーク蒸着
装置が述べられている。この手段は二次元磁気スパッタ
リング技術として知られる磁場のように生成することが
要求される。目標表面の全体を均一に腐食するために
は、米国特許第4,673,477号及び第4,89,088号で開示さ
れた磁気手段の機械的移動によるか、或は米国特許第4,
724,058号で述べられた多重電磁の使用によって、アー
クを目標表面上に放射状軌跡で移動させる磁場生成手段
を移動させることが必要である。米国特許第4,609号、
第4,859,489号及び第5,037,522号には長いシリンダ又は
ロッド、即ち陰極の長さ方向に沿ってアークの動作を付
勢するアーク電流の自己磁場を使用させる形態での陰極
が述べられている。これらの先行技術では長さ方向で周
回するよう陰極の周りで回動するアークを付勢するため
に、陰極表面上に軸方向の磁場成分を生成する磁場手段
を開示又は示唆するものはなく、アークの速度を増大又
はコントロールするいかなる手段を教示したものもな
い。米国特許第5,037,522号では陰極上でアークの周回
方向が陰極の一方端から他方端へ電源接続を切り替える
ことによって変換可能であることが開示されている。米
国特許第4,492,845号には、蒸発表面が外部面であっ
て、直径及び長さがより大きくかつ長い円筒状陽極に臨
む環状陰極を用いるアーク蒸着装置が開示されている。
被覆される基板は蒸発表面に直面せず、環状陰極の内側
に配置される。同軸磁場では陽極から離れ被覆基板に向
かって後退する蒸発物質の粒子を迂回させることが述べ
られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の好適実施例
によれば、陰極領域で磁場を適用することによって、特
に実質長いロッド又は管のような円筒形状を有する陰極
上でアーク放電作動の速度と方向を制御する手段が提供
される。アーク挙動を制御することによって、陰極の腐
食をより様式化することが可能であり、先行技術で教示
された不規則アーク移動を可能とすることよりも更に基
板被覆を様式化できる。アークの速度を制御することに
よって、粗いコーティングのマクロ粒子を微細に生成可
能である。円筒表面上のアーク動作は円筒の周囲で動作
の円周成分と、そしてその長手方向（円筒軸に平行な）
に沿った動作の縦成分によるベクトル合成で述べること
ができる。同様に、この発明による磁場は円周方向及び
軸方向（縦方向）の磁場成分のベクトル合成で述べるこ
とができる。アーク噴流及び磁場（陰極表面に主に垂直
なアーク噴流における電流）に作用する力から、アーク
動作の円周成分は磁場の縦成分によって発生し、その逆
もいえる。従って、この発明の目的の１つは、陰極の円
筒軸に平行な軸方向の磁場成分を適用することによっ
て、円筒状陰極の円周でその標準アーク動作の成分を重
ね合わせることである。軸方向の磁場成分の影響下で
は、アークが螺旋状で網状に延びる放射軌跡を有する周
回のように陰極の周りを回転する。この発明の他の目的
は、例えば回転速度のように供給された軸磁場成分の強
さを変化させることによって円周方向の速さを制御する
ことである。磁場はアーク動作の速さを増加させ、トラ
ックに沿う各くぼみでアーク消費時間を減少させること
によってマクロ粒子の生成を減少させる。経験からマク
ロ粒子の個数及び大きさは幾つかの陰極物質にとって適
度な磁場（１〜５０ガウス）の少なくとも５０％を減少
させることができる。この発明の他の目的は、陰極表面
のアークスポット位置に所在する磁場の円周成分をコン
トロールしてアーク動作の縦成分の速度及び方向を制御
することである。この発明における円周磁場はアークス
ポットに陰極を通して流れるアーク電流に依存する自己
磁場、そしてアーク電流が単独で供給される陰極を通し
て可変制御電流に依存する追加された円周磁場の合計か
らなっている。仮にアーク電源が、米国特許第4,859,48
9号で開示されたように、この発明の軸方向及び円周方
向の磁場を欠くロッド形陰極の一方端に接続されるなら
ば、アークスポットは電源接続端に対向する陰極の端部
で起され、そのアークスポットは電源接続される陰極の
端部に向かって基本的には直線であるが不規則なアーク
電流の自己磁場の影響下で陰極の長さのもとに周回する
だろう。従来技術では陰極の一方端から他方端へ電源接
続を切り替えることによって陰極に沿ったアークの周回
方向を変換することが知られている。しかし、この方法
ではアーク動作の縦方向速度をコントロールできない。
縦方向動作を生じさせる円周磁場成分がアーク電流に依
存することから、アーク電流を単独で変更することはで
きない。円周磁場成分の強さを制御しかつアークスポッ
トの縦方向速度を制御することは、この発明の２つの方
法のいずれか一方によって達成できる。第１の方法にお
いては、アーク電源が陰極の両端に同時に接続され、陰
極及び陽極間で一定の全アーク電流を維持する間に、陰
極の各端部に供給されるアーク電流の端数を制御する手
段を提供することである。陰極長さに沿ったアークスポ
ットの位置で網状円周磁場成分は陰極の２つの端部間で
アーク電流の分割要素になるだろう。仮にその電流の分
割が例えば半円弧アーク電流が陰極の各端部に付与され
ているように均衡しているならば、アークにとって陰極
の長さに沿う動作傾向はないが、この発明の軸方向磁場
成分に依存する独立した制御可能速度で円周の周りを回
転するだろう。仮に電流が陰極の各端部に不均一に送ら
れても、電流供給の不均一度を均整化した速度で、どち
らの陰極の端部がより大きな電流を受けても陰極の長さ
方向に沿って流れるだろう。こうして電流は予定速度で
陰極の周りを回転する力が与えられ、陰極の一方端から
他方端へ一定値を維持できる全アーク電流の独立した速
度でゆっくりと走査することができる。円周磁場成分の
強さを制御するこの発明の第２の方法では、アーク電源
の負極端子は陰極の両端部に同時に接続され、各端部に
流れるアーク電流を実質的に均等にするよう接続され、
そして円周磁場成分は陰極と陽極との間に流れるアーク
電流が独立している陰極表面上に生成される。この独立
した円周磁場成分は制御電流の大きさと極性を調整する
手段によって陰極の一方から他方へ制御電流を通すため
に陰極の２つの端部に追加電力電源を接続することで生
成できる。陰極を通過する制御電流がゼロのとき、その
網状円周磁場が陰極の両端部に供給されるアーク電流の
安定した方法に依存してゼロとなるから、そのアークは
陰極の長さ方向に沿って動作する傾向をもたない。陰極
に沿ってひとつの方向又は他方向に移動するアークを付
勢することは、円周磁場が正確な方向に陰極を通して制
御電流を通すことにより陰極表面に付与されることであ
る。制御電流電源が陰極−陽極回路の一部でないなら、
制御電流の大きさと極性の変更は一定値を維持するアー
ク電流に影響しない。縦方向アーク動作の制御方法は円
周磁場成分の強さをアーク電流から存続する磁場よりも
大きくする利点がある。このことは陰極表面に沿ってア
ーク速度を増大させ、マクロ粒子の生成を減少させ、そ
のアークが低いアーク電流であっても軸磁場成分の強さ
を維持することにおいて陰極長さに沿って移動できるこ
とを保証するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明による真空アー
ク放電装置は、真空室と、前記真空室内で所要の大気圧
を生成するために前記真空室に接続された真空ポンプ手
段と、前記真空室内に配置され、前記物質による蒸発可
能な表面を有し、前記蒸発表面が被覆基板が配置される
領域に直面する円筒状陰極と、前記円筒状陰極の蒸発表
面上に軸磁場成分を形成し、前記軸磁場成分が前記円筒
状陰極の縦軸に実質的に平行な磁束を有する第１磁場形
成手段と、前記円筒状陰極の蒸発表面の少なくとも一部
に円周磁場成分を形成し、前記円周磁場成分が蒸発表面
に実質的に平行で、かつ蒸発表面の所定位置で前記円筒
状陰極の縦軸に垂直な磁束を有する第２磁場形成手段
と、陽極手段と、アーク電流を供給するアーク電源手段
と、及び前記円筒状陰極と前記陽極手段との間にアーク
を発射するアーク投射手段と、からなっている。
【０００５】
【作用】円筒状の陰極から真空アーク蒸着に用いる基板
上に被覆層を設ける装置及び方法で、軸磁場が陰極表面
に螺旋状で放射軌跡を描くアークの動作を付勢し、陰極
の端部間に入力電流の配分を変化させることによって、
その陰極に沿うアークの速度及び方向を制御する。即
ち、アークの方向及び速度を軸磁場成分及び円周磁場成
分のベクトル結合によって決定して、アークを円筒状陰
極の蒸発表面上で螺旋状に移動させる。被覆中に共存す
るスパッタ化した飛沫の数と大きさを減少させて、陰極
腐食及び被覆厚さの均一化を改善により達成し、基板上
に物質の層を被覆する。
【０００６】
【実施例】図２は、陽極として提供される真空室２の内
部に装着されたロッド形状の陰極１を示している。陰極
１はアーク電源３の負極（−）に接続され、真空室２は
アーク電源３の陽極（＋）に接続されている。アークは
アーク電源３の接続部に対向した陰極１の端部に位置す
るストライカ１１によって間欠的に射出される。螺旋状
の電磁コイル４は陰極１の同軸上に配置され、陰極軸に
実質的に平行な磁束で電磁場を生成し、コイル電源６に
よって付与された電流の大きさを均整にする。表面被覆
される１つ又はそれ以上の基板１５は電磁コイル４を取
り囲む領域で陰極１を取り囲み、陰極１の蒸発表面に直
面して配置される。基板１５は一様な被覆を達成する必
要があれば被覆中に慣用的に回転及び／又は変換させる
ことができる。供給磁場の影響を受けてアークスポット
７及び代表的な放射状軌跡８が描かれる。アークスポッ
ト７は再発射前にアーク電源３への接続に向かって陰極
１の長さの全長又は部分を周回する。絶縁器１２は陰極
１の所要の蒸発表面からアークスポット７が移動するの
を阻止する。
【０００７】電磁コイル４はアーク回路から電気的に絶
縁することもでき、もしくはドットライン９によって指
示するような接続で陽極の部分とすることもできる。電
磁コイル４はこれが真空室２から電気的に断絶されかつ
真空室２に断続されたアーク電源３の陽極端子に接続さ
れるアーク放電用陽極として繰返し供給できる。電磁コ
イル４のコイルピッチ及びコンダクタの直径は陰極１か
ら蒸発した物質の封鎖が最小限に留まるように選択して
製作される。例えば、コイルは約２インチのピッチ（コ
イル間隙）でコンダクタの直径の１／４インチで製作さ
れ、磁場強さの使用範囲は５０〜５００アンペアの領域
のコイル電流で得られる。電磁コイル４は水冷を容易に
する小さな直径の管で簡便に構成することができる。ス
トライカ１１は陰極１に強磁場で陰極１の端部でアーク
のトラップを阻止するために、端部よりもかなり内側で
繰返し接触させることができる。
【０００８】図３において、電磁コイル４は軸磁場を生
成するためにアーク電流が電磁コイル４を通して流れる
ようアーク電源３に連なっている。この構成は電磁コイ
ル４を励磁する電源の必要性をなくすが、電磁コイル４
のピッチの選択ということを除けば供給磁場の強さの単
独調整の可能性を犠牲にするものである
【０００９】図４は、アーク電流がロッド形状の陰極１
の両端部に供給されるこの発明の実施例装置を示す。螺
旋形電磁コイル４は陰極１と同軸上に配置されかつコイ
ル電源６によって励磁される。電磁コイル４は電気的に
絶縁することができ又は点線９により示される真空室２
に接続可能である。電磁コイル４は独立陽極として繰返
し接続することができる。全アーク電流が実質一定に維
持される間、陰極の各端部に入力される電流を変化させ
る制御手段が配置され、陰極１の各端部における電流を
全アーク電流の０〜１００％の間で変化させることがで
きる。このことはアーク電源３に補足設定値信号を供給
する制御装置１４と共に、陰極１の各端部に接続された
アーク電源３を使用することで達成できる。２つの補足
電流出力端を有する単一のアーク電源３は繰返し用いる
ことができる。
【００１０】図４の構成において、陰極１の端部のいず
れかに向かって引き出される傾向のあるアークは、陰極
１におけるアーク電流の自己磁場に依存し、全電流入力
のより大きな部分を受ける。陰極１に沿う任意方向にア
ークが移動する速度は陰極１各端部に流れる電流間の不
均一度によって決定される。従って、アークスポットは
振動様式において陰極１の２つの端部間で電流配分の変
化によって陰極１に沿って前後に走査することができ
る。また陰極１は均一に腐食でき、アークを先行技術で
開示された繰返し再射出よりもかなり連続的に陰極表面
に維持できる。センサ１０は、陰極１の蒸発可能な表面
の一方端にアークスポットが到達したときに信号を出す
ために、電流配分を変換できる任意の時間で、陰極１の
全表面に沿ってアークスポットの自動走査が可能な陰極
１の蒸発表面の各端部に簡便に配置することができる。
【００１１】電磁コイル４は、軸磁場を生成するために
電磁コイル４を通してアーク電流を流すようアーク電源
３に連なって接続できる。電磁コイル４はアーク電源３
の陽極端子と陽極との間に接続され、また全アーク電流
が一定であるから、電磁コイル４に入る電流は陰極１の
２つの端部での電流変化によって影響されない。この構
成は電磁コイル４を励磁する電源の必要性をなくすが、
電磁コイル４のピッチの選択ということを除けば供給磁
場の強さの単独調整の可能性を犠牲にするものである。
【００１２】図５は、この発明の実施例を示し、螺旋形
の電磁コイル４が被覆される基板１５が電磁コイル４の
内側領域に配置できるような十分な大きさの直径を有す
るものである。この構成は電磁コイル４によって陰極１
から蒸発物質のいかなる封鎖をも回避することができ
る。電磁コイル４は同じ理由のために真空室２の外側に
配置できる。電磁コイル４、アーク電源３及び陽極間の
電気的接続は図２〜４のどのような形態でも可能であ
る。この場合、真空室２は勿論非磁気物質で構成されな
ければならない。
【００１３】図６は、陰極１が凹状シリンダの形状を有
するこの発明の実施例を示している。螺旋状の電磁コイ
ル４は、これを通る電流が円筒状陰極１の内側でその壁
面に平行な軸磁場を形成するよう、陰極１の外側で同軸
上に配置される。アークは円筒状陰極１の内部表面１６
に射出される。アークスポット７は円筒状陰極１の内部
表面の周りで螺旋状で放射軌跡８に追従する。絶縁器１
２は陰極１の所要の蒸発表面からアークスポット７が逃
げるのを阻止する。アークスポット７は円筒状陰極１の
中央に向かって金属蒸発プラズマを放射する。１つ以上
の基板１５は円筒状陰極１の蒸発表面（内部壁）に直面
する被覆表面で陰極１の内部に配置される。基板１５は
円筒状陰極１の縦軸に沿って位置変更でき、もしくは均
一な被覆を達成することが望まれるならば蒸発進行中に
回転させることができる。電磁コイル４、アーク電源３
及び陽極１３間の接続は図２〜４で示されたいかなる形
態でも可能である。この場合かなりの長さの円筒状陰極
１は、円筒状陰極１の縦軸上に陽極構造１３を付設する
ことが望ましい。アーク電流はまた同様な理由で図４で
述べられた同じ形態の陰極１の両端に供給できる。
【００１４】図７はこの発明の実施例を示し、アーク電
源３の負極端子が、陰極の各端部に供給される電流が実
質同じであるよう、平行に陰極１の両端部に接続されて
いる。制御電源１６の出力端子は、制御電流が一方から
他方へ陰極を通過するよう、全陰極表面上に円周磁場成
分が生成されるよう、陰極１の端部に対向して接続され
る。電磁コイル４、アーク電源３及び陽極間の電気的接
続は図２〜４で示されたいかなる形態でも可能である。
制御電源は陰極−陽極回路の構成部分ではないから、制
御電流の大きさと方向の変化はアーク電流に影響を及ぼ
さない。
【００１５】ここで、図２、図３、図４及び図５と前述
の説明から、真空室２はそれ自体が被覆基板として構成
できることが理解されよう。この発明は例えば真空容器
の内側、又は排出管やチューブの内側の被覆に利用でき
る。
【００１６】以上各図と前述の説明から、均一な被覆達
成のために被覆進行中の基板を移動させる替わりにもし
くは付加することで、陰極をその縦軸に対して平行な方
向又は垂直な方向に移動させることもできることが更に
理解されよう。このことは例えば大きな基板の被覆を可
能にすることを意味する。この発明の磁場形成手段では
陰極に沿って移動もでき又は移動させないようにするこ
ともできる。
【００１７】この発明の実施例は前述されたものに制限
されない。例えば、この発明で磁場を形成する手段は螺
旋状の電磁コイルに代えて他の装置で構成できる。同じ
く、ここに用いられた専門用語はそれに限定することよ
りもむしろ説明の目的のためである。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の真空ア
ーク蒸着装置は、アークの方向及び速度を軸磁場成分及
び円周磁場成分のベクトル結合によって決定し、アーク
を円筒滋養陰極の蒸発表面上で螺旋状に移動させること
により、スパッタ化した飛沫を減少させ、陰極の腐食を
ならびに被覆の厚さの均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例の真空アーク蒸着装置の説明図であ
り、不規則に迂曲した通路において陰極に沿ったアーク
の進行を示している。
【図２】 この発明によるロッド状陰極を用いた真空ア
ーク蒸着装置の説明図であり、軸磁場成分が陰極に沿っ
て螺旋状で放射軌跡を描くアークスポットを発生させる
ために供給されることを示している。
【図３】 電磁コイルがアーク電源に連なって接続され
た図２の真空アーク蒸着装置の説明図であり、電磁コイ
ルを励磁する分離された１つの電源に必要な放射を示し
ている。
【図４】 この発明による真空アーク蒸着装置の説明図
であり、アーク電源からの電流がロッド状陰極の両端部
に供給され、そのロッド状陰極の２つの端部間に流れる
電流を様々に配分する手段が示され、陰極に沿って直線
的にアークスポットの走査を可能にするために、螺旋状
放射軌跡に沿って進行するようアークスポットの速度と
方向の制御を促進させる手段が示されている。
【図５】 この発明による真空アーク蒸着装置の説明図
であり、大きな直径の電磁コイルがロッド状陰極との間
で容積を有して被覆される基板の配置を可能にするため
に用いられている。
【図６】 この発明による真空アーク蒸着装置の説明図
であり、凹状の円筒状陰極が電磁コイル内に配置されか
つ被覆基板がその円筒状陰極と共に配置されている。
【図７】 この発明による真空アーク蒸着装置の説明図
であり、アーク電流が陰極の両端部に均等に供給され、
ひとつの独立した電源がアーク電流の単独での調整可能
な円周磁場成分を形成する陰極に制御電流を供給するこ
とを示している。
【符号の説明】
１・・陰極 ２・・真空室 ３・・アーク電源 ４・・電磁コイル ６・・コイル電源 ７・・アークスポット ８・・放射軌跡アーク １０・・センサ １１・・ストライカ １２・・絶縁器 １３・・陽極 １４・・制御回路 １５・・被覆基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−234562（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−63265（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−290867（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物質を蒸発させかつ基板上に前記物質の
    層を被覆する真空アーク放電装置が、 真空室と、 前記真空室内で所要の大気圧を生成するために前記真空
    室に接続された真空ポンプ手段と、 前記真空室内に配置され、前記物質による蒸発可能な表
    面を有し、前記蒸発表面が被覆基板が配置される領域に
    直面する円筒状陰極と、 前記円筒状陰極の蒸発表面上に軸磁場成分を形成し、前
    記軸磁場成分が前記円筒状陰極の縦軸に実質的に平行で
    ある前記蒸発表面のすべての上に磁束を有する第１磁場
    手段と、 前記円筒状陰極の蒸発表面の少なくとも一部に円周磁場
    成分を形成し、かつアーク電流と無関係に前記円周磁場
    成分を制御する手段を含み、前記円周磁場成分が前記蒸
    発表面に実質的に平行で、かつ前記蒸発表面の所定位置
    で前記円筒状陰極の縦軸に垂直な磁束を有する第２磁場
    手段と、 陽極手段と、前記 アーク電流を供給するアーク電源手段と、及び前記
    円筒状陰極と前記陽極手段との間にアークを発射するア
    ーク発射手段とからなり、 前記アークを前記円筒状陰極の蒸発表面上で螺旋状に移
    動させ、前記アークの方向及び速度を前記軸磁場成分及
    び前記円周磁場成分のベクトル結合によって決定するこ
    とを特徴とする真空アーク放電装置。
  2. 【請求項２】 前記第１磁場手段が前記円筒状陰極に同
    軸上で外側に配置された螺旋状の電磁コイルである請求
    項１記載の真空アーク放電装置。
  3. 【請求項３】 前記円筒状陰極が前記アーク電源手段の
    負極端子に接続され、前記螺旋状電磁コイルの一方端部
    が前記アーク電源手段の正極端子に接続され、かつ前記
    螺旋状電磁コイルの他方端部が前記陽極手段に接続され
    た請求項２記載の真空アーク放電装置。
  4. 【請求項４】 更に前記螺旋状電磁コイルに電気的に接
    続されたコイル電源手段を有する請求項２記載の真空ア
    ーク放電装置。
  5. 【請求項５】 前記電磁コイルが前記陽極手段に電気的
    に絶縁された請求項４記載の真空アーク放電装置。
  6. 【請求項６】 前記電磁コイルが前記陽極手段に電気的
    に接続された請求項４記載の真空アーク放電装置。
  7. 【請求項７】 前記電磁コイルが前記陽極手段を有する
    請求項４記載の真空アーク放電装置。
  8. 【請求項８】 前記第２磁場手段が、前記アーク電流が
    前記円筒状陰極の長さ方向で少なくともその一部上に前
    記円周磁場成分を生成するよう、前記アーク電源手段と
    前記円筒状陰極と間を電気的に接続する請求項１記載の
    真空アーク放電装置。
  9. 【請求項９】 前記アーク電源手段が、前記円筒状陰極
    の両端部に電気的に接続され、かつ前記装置が更に前記
    アーク電流の１０％〜９０％の範囲内で前記円筒状陰極
    の各端部に流れる前記アーク電源手段から供給されたア
    ーク電流成分を変更する電流制御手段を有する請求項８
    記載の真空アーク放電装置。
  10. 【請求項１０】更にアークスポットの所在を検出する前
    記円筒状陰極の前記蒸発表面の境界端に配置された電流
    検出手段を有し、前記電流制御手段が前記アークスポッ
    トの存在を示す前記電流検出手段からの信号に応答し、
    前記円筒状陰極の一方端から他方端へ振動によって移動
    する前記アークスポットを発生させるために、前記円筒
    状陰極の各端部に流れるアーク電流成分を変更する前記
    電流制御手段を制御する請求項９記載の真空アーク放電
    装置。
  11. 【請求項１１】前記アーク電源手段が分離された一対の
    アーク電源を有し、かつ前記電流制御手段が前記電流検
    出手段からの前記信号を受信するために接続され、前記
    電流制御手段が前記一対の分離したアーク電源の各々に
    補充電流の設定値信号を付与するための前記信号に応答
    する請求項１０記載の真空アーク放電装置。
  12. 【請求項１２】前記第２磁場手段が、制御電流を生成す
    るために前記円筒状陰極の両端部に接続された制御電流
    電源手段を有し、制御電流は前記円筒状陰極を一方端か
    ら他方端へ前記アーク電流に独立して流れ、前記制御電
    流が前記円筒状陰極の前記蒸発表面上に前記円周磁場成
    分を生成する請求項１記載の真空アーク放電装置。
  13. 【請求項１３】前記円筒状陰極の前記蒸発表面が外部表
    面を有し、かつ前記基板が前記円筒状陰極の外側で、前
    記第１磁場手段の外側に配置された請求項１記載の真空
    アーク放電装置。
  14. 【請求項１４】前記円筒状陰極の前記蒸発表面が外部表
    面を有し、かつ前記基板が前記円筒状陰極の外側で、前
    記第１磁場手段の内部に配置された請求項１記載の真空
    アーク放電装置。
  15. 【請求項１５】前記円筒状陰極が凹状シリンダを有し、
    前記円筒陰極の前記蒸発表面が内面を有し、 前記第１磁場手段が前記円筒状陰極の外側に配置され、 前記基板が蒸発表面に直面して前記円筒状陰極の内部に
    配置された請求項１記載の真空アーク放電装置。
  16. 【請求項１６】前記円筒状陰極が円形断面である請求項
    １記載の真空アーク放電装置。
  17. 【請求項１７】前記円筒状陰極が多角形断面である請求
    項１記載の真空アーク放電装置。
  18. 【請求項１８】前記蒸発表面が前記物質を含む置換可能
    な１つ以上の成分を有する請求項１記載の真空アーク放
    電装置。
  19. 【請求項１９】前記真空室の少なくとも一部が被覆基板
    を有する請求項１記載の真空アーク放電装置。
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