JP4000764B2 - 真空アーク蒸発装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車部品、機械部品、工具、金型、レンズ、ガラス、半導体基板等の基体の表面に薄膜を形成することに用いられる真空アーク蒸発装置に関し、より具体的には、真空アーク蒸発源で生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して、当該プラズマから粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタを備える真空アーク蒸発装置において、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合に、真空アーク蒸発源におけるアーク放電の維持が困難になることを防止する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源を用いて、この真空アーク蒸発源で発生させたプラズマ中のイオン（この明細書では正イオンを意味する）を負バイアス電圧等によって基体に引き込んで基体の表面に薄膜を形成する手法は、真空アーク蒸着法またはアーク式イオンプレーティング法と呼ばれており、成膜速度が大きい、膜の密着性が高い等の特長を有している。
【０００３】
成膜速度が大きいのは、真空アーク放電を利用して陰極から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、上記プラズマ中のイオンを、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】
しかし、真空アーク蒸発源の陰極から蒸発させる陰極物質には、成膜に好ましい微小粒子の他に、例えば直径が数μｍ〜数十μｍ程度という粗大粒子（これはドロップレットまたはマクロパーティクルとも呼ばれる）が含まれており、この粗大粒子が基体に飛来して付着してしまい、これが原因で膜表面の平滑性や基体に対する膜の密着性が低下するという問題がある。
【０００５】
この粗大粒子の問題を解決する一手段として、図１１に示すように、上記のような真空アーク蒸発源２０と、それで生成したプラズマ３８を磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタ５０とを組み合わせた真空アーク蒸発装置１０ａが提案されている。
【０００６】
真空アーク蒸発源２０は、この例では、陰極ホルダ２４に取り付けられた陰極３０と、この陰極３０の蒸発面３２よりも前方（この明細書では陰極物質３４の蒸発方向を言う）に配置された円筒状または円環状の陽極３６とを有していて、両者３０、３６間の真空アーク放電によって陰極３０を蒸発させて陰極物質（即ち、陰極３０を構成する物質。以下同じ）３４を含むプラズマ３８を生成するものである。
【０００７】
陰極３０は、成膜しようとする膜の種類に応じた所望の材料（例えばチタン等の金属、ＴiＡl 等の合金、炭素（グラファイト）等）から成る。陽極３６は、通常は銅から成る。陰極ホルダ２４は、非磁性の金属から成る。
【０００８】
この例では陽極３６は電気的に接地されており、この陽極３６と陰極３０との間には、アーク電源４４から、陰極３０を負極側にして、例えば数十Ｖ〜１００Ｖ程度のアーク放電電圧が印加される。４０はトリガ電極、４２は絶縁物である。
【０００９】
陰極ホルダ２４は、この例では、絶縁物２６を介して、磁気フィルタ５０を構成する輸送管５２の一端の蓋をする支持板２８に取り付けられている。この陰極ホルダ２４の背面部には、磁界によって、アークスポット（アーク放電の陰極点）を陰極３０の蒸発面３２内に拘束する磁石（例えば永久磁石）２２が設けられている。
【００１０】
磁気フィルタ５０は、この例では、湾曲した輸送管５２と、この輸送管５２に沿って湾曲した磁場を形成する磁気コイル５４と、この磁気コイル５４を励磁する直流電源５６とを備えている。磁気コイル５４は、図示例のような複数のトロイダルコイルでも良いし、輸送管５２の外周部に沿って巻かれたソレノイドコイルでも良い。この磁気コイル５４が発生する磁力線５８の一部を図１１中に概略的に示すが、輸送管５２の内面にほぼ沿っている。この磁力線５８の、陰極３００および陽極３６付近の様子は図１２に示す。
【００１１】
輸送管５２を湾曲させる角度αは、真空アーク蒸発源２０の陰極３０の蒸発面３２から、成膜室６０内の基体６４が直線的に見通せない程度にするのが好ましい。より具体的には、例えば９０度程度にするのが好ましい。
【００１２】
なお、磁気コイル５４の近くの部材、例えば輸送管５２、支持板２８および成膜室６０等は、磁気コイル５４が作る磁力線５８（磁場）を乱さないために、非磁性体で構成している。
【００１３】
上記のような真空アーク蒸発源２０および磁気フィルタ５０を備える真空アーク蒸発装置１０ａを、この例では、成膜しようとする基体６４を保持するホルダ６２を収納した成膜室６０に、輸送管５２の他端（真空アーク蒸発源２０とは反対側の端）が基体６４に向くように接続しており、これによって膜形成装置を構成している。このような膜形成装置は、真空アーク蒸着装置またはアーク式イオンプレーティング装置とも呼ばれる。輸送管５２内は、成膜室６０と共に、図示しない真空排気装置によって真空排気される。
【００１４】
真空アーク蒸発源２０によって生成されたプラズマ３８は、磁気フィルタ５０中をその磁場に沿って輸送されて磁気フィルタ５０の他端部から導出され、成膜室６０内の基体６４の近傍に導かれる。その際、プラズマ３８中に含まれている粗大粒子は、電荷を持たないものは磁場の影響を受けずに直進して輸送管５２の内壁に衝突するので、磁気フィルタ５０からは導出されず、基体６４に到達しない。また、電荷を持つ場合でも、磁場中での螺旋運動の半径（ラーマー半径）が質量に比例して極端に大きくなるため、輸送管５２の内壁や当該内壁に突設したフィン（図示省略）等に衝突して消滅（付着）する。その結果、磁気フィルタ５０からは、粗大粒子を殆ど含まないプラズマ３８が導出され、それが基体６４の近傍に導かれる。従って、粗大粒子が基体６４に付着することを防止することができる。
【００１５】
このとき、基体６４に負バイアス電圧を印加する等して、基体６４の電位をプラズマ３８の電位よりも低く設定しておくことによって、当該電位差によって、前述したようにプラズマ３８中のイオンを基体６４に引き込んで衝突させることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記真空アーク蒸発装置１０ａにおいては、磁気フィルタ５０の磁気コイル５４が発生する磁場強度（磁束密度）を高くする方が、磁気フィルタ５０によるプラズマ３８の輸送効率が向上するので、磁気フィルタ５０から導出されるプラズマ３８の量が多くなり、ひいては基体６４に対する成膜速度が向上する。
【００１７】
ところが、上記磁場強度を高くすると、それに伴って真空アーク蒸発源２０の陰極３０および陽極３６付近の磁場強度も高くなり、アーク放電によって陰極３０から放出された電子３７が、図１２に示すように、磁気コイル５４が発生する磁力線５８に強く捕捉されて陽極３６の内側の空間を素通りしてしまい、陽極３６に到達しにくくなる。磁気コイル５４による磁場強度を高くするほど、当該磁気コイル５４が発生する多くの磁力線５８は陽極３６の内側空間を通り抜けるようになるので、電子３７は陽極３６に入射せずに素通りしやすくなる。このように陰極３０から放出された電子３７が陽極３６に到達しにくくなると、陰極３０と陽極３６との間のアーク放電の維持が困難になる。即ち、両者３０、３６間で初期放電が生じにくくなると共に、その後の放電維持も困難になる。
【００１８】
このように、従来の真空アーク蒸発装置１０ａでは、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高めようとすると、真空アーク蒸発源２０でのアーク放電の維持が困難になり、プラズマ３８の輸送効率向上と真空アーク蒸発源２０でのアーク放電維持とを両立させることが困難であるという課題がある。
【００１９】
特に、陰極３０が炭素または炭素を主成分とする材料から成る場合には、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めたときのアーク放電維持は一層困難になる。これは、炭素またはそれを主成分とする材料は元々アーク放電が難しいことに加えて、陰極３０からの電子３７が上述のように陽極３６に到達しにくくなってアーク放電を更に困難にするからである。
【００２０】
なお、陰極３０が、アーク放電維持の難しい炭素またはそれを主成分とする材料から成る場合は、あるいはその他の材料の場合でも、輸送管５２内に例えば不活性ガスや反応性ガス等のガスを導入して陰極３０付近のガス圧を敢えて高くすることによって、アーク放電維持を容易にするという方法が考えられるけれども、そのようにすると別の問題が生じる。即ち、アーク放電で生じたガスイオンがプラズマ３８中に多量に含まれるようになり、それが成膜に悪影響を及ぼすようになる。例えば、当該ガスイオンが基体６４に多量に入射して、基体６４の表面に形成される薄膜の膜質が変化したり、膜中の内部応力が増大したり、基体６４が不必要に加熱されたりする。
【００２１】
そこでこの発明は、真空アーク蒸発源と磁気フィルタとを組み合わせた真空アーク蒸発装置において、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持を可能にすることを主たる目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空アーク蒸発装置の一つは、前記真空アーク蒸発源の陽極を前記輸送管内に当該輸送管とは別に設けており、かつ前記輸送管内に、前記真空アーク蒸発源の陰極の蒸発面よりも前方であってしかも前記陽極に近接させて、磁性部材を設けたことを特徴としている。
【００２３】
このような磁性部材を設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線（換言すれば磁束。以下同じ）の内で、真空アーク蒸発源の陰極から陽極付近の磁力線の状態を、アーク放電の維持に都合の良い状態に制御することができる。具体的には、上記のような磁性部材を輸送管内にしかも陽極に近接させて設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線の一部が当該磁性部材に引き寄せられるようになるので、陰極から陽極またはその近傍にかけての領域を通る磁力線が増加する。この作用は、磁気フィルタの磁場強度を高めたときにも得られる。
【００２４】
上記のような磁力線はアーク放電の維持に有効に作用するものであり、これが増加することによって、アーク放電によって陰極から放出された電子の内で、陽極またはその近傍を通る上記磁力線に捕捉されて陽極に到達するものが増加する。これによって、真空アーク蒸発源における初期放電およびその後の放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。
【００２５】
その結果、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になるので、プラズマの輸送効率向上とアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
【００２６】
前記磁性部材の電位は、真空アーク蒸発源の陽極と同電位でも良いし、浮遊電位でも良いし、陽極の電位と陰極の電位との間の中間電位でも良い。
【００２７】
前記磁性部材は、それと陰極の蒸発面との間に陽極が位置するように配置するのが好ましい。そのようにすれば、磁性部材が陰極の蒸発面と陽極との間を遮らないので、陰極から放出されて上記磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなる。磁性部材の電位が上記浮遊電位または中間電位の場合は特に、上記のように配置するのが好ましい。
【００２８】
前記磁性部材を、真空アーク蒸発源の陽極に取り付けて、当該陽極と同電位にしても良い。
【００２９】
真空アーク蒸発源の陽極を磁性体で構成して、当該陽極が前記磁性部材を兼ねるようにしても良い。
【００３０】
その他にも様々な実施の形態が採り得るので、それを以下に詳述する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。図２は、図１中の陰極、陽極および磁性部材を拡大して示す正面図である。図１１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。
【００３２】
この例の真空アーク蒸発装置１０ｃにおいては、真空アーク蒸発源２０の前述したような円筒状または円環状の陽極３６の外周部に、円筒状または円環状の磁性部材４６を取り付け、当該磁性部材４６を陽極３６と同電位（具体的にはこの例では接地電位）にしている。
【００３３】
陽極３６は、前述したように陰極３０の蒸発面３２よりも前方に配置されているので、その外周部に取り付けた磁性部材４６も、蒸発面３２よりも前方に位置していることになる。また、磁性部材４６を陽極３６の外周部に取り付けることによって、当該磁性部材４６と陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するようになる。
【００３４】
磁性部材４６は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、それらを含む合金、フェライト等の強磁性体から成る。より具体的には、磁性部材４６として、構造用炭素鋼（例えばＳＳ４００）、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼（いずれも磁性ステンレス鋼）、ＮiＦe 、ＣoＰt 等を用いることがで
きる。
【００３５】
このような磁性部材４６を設けることによって、前述した磁気フィルタ５０（より具体的にはその磁気コイル５４）が作る磁力線５８の内で、真空アーク蒸発源２０の陰極３０から陽極３６付近の磁力線５８の状態を、陰極３０と陽極３６間のアーク放電の維持に都合の良い状態に制御することができる。
【００３６】
具体的には、上記のような磁性部材４６を陽極３６の外周部に取り付けることによって、図３に示す例のように、磁気フィルタ５０の磁気コイル５４が作る磁力線５８の一部が当該磁性部材４６に引き寄せられるようになるので、真空アーク蒸発源２０の陽極３６またはその近傍に向かう磁力線５８が、より具体的には真空アーク蒸発源２０の陰極３０から陽極３６またはその近傍を通る磁力線５８が増加する。この作用は、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めたときにも得られる。
【００３７】
上記のような磁力線５８は、真空アーク蒸発源２０におけるアーク放電の維持に有効に作用するものであり、これが増加することによって、アーク放電によって陰極３０から放出された電子の内で、陽極３６またはその近傍を通る上記磁力線５８に捕捉されて陽極３６に到達するものが増加する。図３中に、そのような陽極３６に到達する電子３７を模式的に示す。これによって、真空アーク蒸発源２０における初期アーク放電およびその後のアーク放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。磁気フィルタ５０の磁場強度を高めたときもそうである。
【００３８】
その結果、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内に不活性ガス等の放電維持用のガス導入を行わなくても、真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の安定化および維持が可能になるので、磁気フィルタ５０におけるプラズマ３８の輸送効率向上と、真空アーク蒸発源２０におけるアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
【００３９】
その結果、磁気フィルタ５０において粗大粒子を除去しつつ、プラズマ３８を高効率で輸送して基体６４上に高速で成膜することができるようになると共に、ガス導入に伴う成膜への前述したような悪影響を無くすることができる。しかもこれらを、上記のような磁性部材４６を設けるという非常に簡単な構成によって実現することができるので、装置が大がかりにならずに済む。
【００４０】
陰極３０が炭素から成る、あるいは炭素を主成分とする材料から成る場合は、前述したように従来はアーク放電維持が一層難しいという問題があったけれども、この発明によれば陰極３０がそのような炭素系材料の場合にも、ガス導入を行わなくても、強磁場でのアーク放電の維持が可能になるので、効果は一層顕著になる。
【００４１】
磁性部材４６の電位は、陽極３６と同電位でも良いし、浮遊電位でも良いし、陽極３６の電位と陰極３０の電位との間の中間電位でも良い。磁性部材４６は、その電位ではなく、それに磁力線５８を引き寄せることによって陽極３６に磁力線５８を向かわせる作用が重要だからである。他の実施例においても同様である。
【００４２】
磁性部材４６の電位を陽極３６と同電位にするには、図１の例のように磁性部材４６を陽極３６に取り付けるのが簡単であるが、両者を別に配置して電気的に接続しても良い。磁性部材４６を陽極３６と同電位にすると、両者間の電気絶縁を行わなくても良いので、絶縁が楽になる。
【００４３】
図５は、磁性部材４６の電位を浮遊電位にする場合の例である。浮遊電位にする場合は、磁性部材４６を陽極３６の外周近傍に陽極３６から離して配置すれば良い。または、磁性部材４６と陽極３６との間に絶縁物を介在させても良い。磁性部材４６を浮遊電位にすると、磁性部材４６にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材４６の加熱が少なくて済み、磁性部材４６の冷却が楽になる。
【００４４】
磁性部材４６は、上記例のように陽極３６よりも外側（陽極３６の半径方向の外側）、または陽極３６よりも下流側（陰極物質３４の進行方向側）に配置するのが好ましい。換言すれば、磁性部材４６は、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように配置するのが好ましい。そのようにすれば、磁性部材４６が陰極３０の蒸発面３２と陽極３６との間を遮らないので、陰極３０から放出されて前述したような磁力線５８に捕捉された電子３７（図３参照）が陽極３６に到達しやすくなる。磁性部材４６の電位が上記浮遊電位または中間電位の場合は特に、上記のように配置するのが好ましい。もっとも、磁性部材４６が陽極３６と同電位の場合は、磁性部材４６を電気的には陽極の一部であると見ることができるので、磁性部材４６を敢えて上記のように配置しなくても良い。
【００４５】
なお、真空アーク蒸発源２０には、従来から図４に示す例のように、陰極３０の外周に、磁性材料から成る環状のアークスポット拘束板４８を設ける場合がある。このアークスポット拘束板４８は、より具体的には、陰極３０の蒸発面３２とほぼ同じ平面上に、当該蒸発面３２の周囲を取り囲むように配置されている。このアークスポット拘束板４８は、磁性体なので、磁石２２から出る磁束を整えて、アークスポットの動きを陰極３０の蒸発面３２に限定する作用をする。
【００４６】
このようなアークスポット拘束板４８と上記磁性部材４６とを併用しても良い。他の例においても同様である。但し、アークスポット拘束板４８と磁性部材４６とは、上記のように設けている場所も作用効果も全く別であり、両者は別のものであるので、磁性部材４６を設けずにアークスポット拘束板４８を設けても、磁性部材４６が奏する前述したような作用効果をアークスポット拘束板４８が奏することはできない。即ち、アークスポット拘束板４８は、上記磁性部材４６と違って、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも陽極３６の近傍には設けられていないので、このようなアークスポット拘束板４８では、陽極３６に向かう磁力線５８を増やして強磁場時のアーク放電の維持を可能にする、という作用効果を奏することはできない。
【００４７】
陰極３０の蒸発面３２と、陽極３６および磁性部材４６との間の距離Ｌ1 およびＬ2 （図５参照）は、あまり小さいとアーク放電の広がりが小さくなり、あまり大きいとアーク放電の維持が困難になるので、例えば３０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度にするのが好ましく、その内でも５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度にするのがより好ましい。
【００４８】
この発明の他の実施の形態を説明すると、陽極３６と別に上記のような磁性部材４６を設ける代わりに、図６に示す例のように、真空アーク蒸発源２０の陽極３６を磁性体（より具体的には前述したような強磁性体。以下同じ）で構成して、当該陽極３６が前記磁性部材を兼ねるようにしても良い。
【００４９】
そのようにすれば、陽極３６自身が、磁気コイル５４が作る磁力線５８を陽極３６に引き寄せる作用をするので、陽極３６に向かう磁力線５８を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、上記例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００５０】
陽極３６とは別に磁性部材４６を設けると、それぞれの目的に都合の良い材質を選択することができる等の利点がある。例えば、陽極３６には導電率および熱伝導率の高い銅を用い、磁性部材４６には安価で透磁率の高い構造用炭素鋼等を用いることができる。陽極３６を強磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせると、部品点数が減り構成をより簡素化することができる等の利点がある。後述する他の例においても同様である。
【００５１】
上記磁性部材４６は、荷電粒子の流入や陰極表面からの輻射熱等によって温度が上昇するので、当該磁性部材４６に、それを冷却水等の冷媒によって冷却する冷却機構を設けるのが好ましい。そのようにすることによって、磁性部材４６の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる。例えば、磁性部材４６の外周部に、冷却水が流される冷却パイプを沿わせておけば良い。後述する他の例においても同様である。
【００５２】
図６に示した例のように、陽極３６を磁性体で構成してそれが磁性部材を兼ねる場合は、当該陽極３６に上記のような冷却機構を設けるのが好ましい。そのようにすることによって、陽極３６の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる。後述する他の例においても同様である。
【００５３】
真空アーク蒸発源２０は、複数の陰極３０を有していても良い。その場合は、例えば、複数個の陰極３０に対して共通の前述したような陽極３６および磁性部材４６を設けても良い。図７は、陰極３０が２個の場合の例を示す。陽極３６および磁性部材４６の平面形状は、図示例のように長円形でも良いし、楕円形等でも良い。陽極３６を磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせる場合も同様である。
【００５４】
上記例はいずれも、真空アーク蒸発源２０の陽極３６は陰極３０の前方を取り囲む形状をしており、この陽極３６の外周部または外周近傍に、陰極３０の前方を取り囲む形状の磁性部材４６を配置したものである。あるいは、そのような形状の陽極３６を磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせたものである。陰極３０の前方を取り囲む形状の例として、平面形状が円形、長円形、楕円形、四角形等をした筒状、環状（板に穴をあけたものも含む）等が挙げられる。
【００５５】
陽極３６をこのような形状にするのは、陰極３０の蒸発面３２からの陰極物質３４の蒸発およびプラズマ３８の導出に際して陽極３６が陰に（邪魔に）なりにくく好ましいからである。陽極３６がこのような形状の場合は特に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くすると、図１２に示したように、磁気コイル５４が発生する磁力線５８は陽極３６の内側空間を通り抜けるようになり、それに伴って陰極３０から放出された電子３７が陽極３６に入射せずに素通りしやすくなるので、上記のような磁性部材４６を設けたり、あるいは陽極３６を磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせたりすることによる前記効果は顕著になる。
【００５６】
もっとも、真空アーク蒸発源２０の陽極３６は、例えば図８に示す例のように、陰極３０の蒸発面３２の正面を避けて当該蒸発面３２に沿って（例えば平行に）配置された複数本（図示例では２本）の棒状をしていても良い。このような場合も、陽極３６が陰極３０の前方を取り囲む上記例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くすると、陰極３０から放出された電子が陽極３６に入射せずに素通りしやすくなる。
【００５７】
このような場合も、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも各陽極３６の近傍に磁性部材４６をそれぞれ設ければ良い。例えば図８に示す例のように、磁性部材４６を、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように、各陽極３６の近傍にそれぞれ配置すれば良い。あるいは、磁性部材４６を設ける代わりに、各陽極３６を磁性体（強磁性体）で構成して磁性部材を兼ねさせても良い。
【００５８】
この例の場合も、磁性部材４６が、あるいは磁性体で構成した陽極３６自身が、磁気フィルタ５０の磁気コイル５４が作る磁力線５８を陽極３６またはその近傍に引き寄せる作用をするので、陽極３６に向かう磁力線５８を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、上記例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００５９】
図９に示す例のように、真空アーク蒸発源２０の陽極として、１本以上（図示例では１本）の棒状の陽極３６を、陰極３０の蒸発面３２の正面に当該蒸発面３２に沿って（例えば平行に）配置しても良い。この場合は、必ずしも磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体で構成しなくても良い。
【００６０】
これは、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くして図１２に示したように磁気コイル５４が作る磁力線５８が蒸発面３２の正面をその垂直方向に通るようになっても、当該磁力線５８と交差するように上記陽極３６が存在することになるので、当該磁力線５８に捕捉された電子３７が陽極３６に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になるからである。従って、上記各例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００６１】
もっとも、図９の例の場合も、図８の例の場合と同様に、磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体（強磁性体）で構成することを併用しても良い。磁性部材４６を設ける場合は、それを、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも各陽極３６の近傍に設ければ良い。例えば図９に示す例のように、磁性部材４６を、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように、陽極３６の近傍に配置すれば良い。
【００６２】
上記のようにすれば、より多くの磁力線５８が陽極３６またはその近傍を通るようになって電子３７が陽極３６により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【００６３】
また、図１０に示す例のように、真空アーク蒸発源２０の陽極として、１本以上（図示例では１本）の棒状の陽極３６を、その一端面３５を陰極３０の蒸発面３２に向けて、当該蒸発面３２の正面に配置しても良い。この場合も、必ずしも磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体で構成しなくても良い。陽極３６は、必要に応じて、図１０に示すようなものよりも長くしても良い。
【００６４】
これは、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くして図１２に示したように磁気コイル５４が作る磁力線５８が蒸発面３２の正面をそのほぼ垂直方向に通るようになっても、図１０Ｂに示すように、当該磁力線５８に沿って上記陽極３６が存在することになるので、当該磁力線５８に捕捉された電子３７が陽極３６に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になるからである。従って、上記各例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００６５】
しかも、陽極３６を上記のように配置すると、蒸発面３２から放出された電子３７の磁場中でのラーマー半径は小さいので、電子３７は陽極３６に衝突してアーク放電がうまく維持されるのに対して、プラズマ３８中のイオンは、重くてそのラーマー半径は電子３７のそれよりも遙かに大きいので（例えば、磁場強度にもよるが、１ｃｍ以上にもなる）、陽極３６に衝突せずに下流側へ輸送される確率が高くなる。従って、図９の例に比べて、プラズマ３８の輸送効率が向上する。
【００６６】
もちろん、この図１０および上記図９のいずれの場合も、陽極３６や磁性部材４６がプラズマ３８の輸送を妨げる割合を小さくするためには、陽極３６や磁性部材４６を、安定なアーク放電維持を実現できる範囲で、適当に細くする方が好ましい。
【００６７】
この図１０の例の場合も、図９の例の場合と同様に、磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体（強磁性体）で構成することを併用しても良い。磁性部材４６を設ける場合は、それを、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも各陽極３６の近傍に設ければ良い。より具体的には、図１０に示す例のように、磁性部材４６を、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように、陽極３６の下流側の近傍に配置すれば良い。
【００６８】
上記のようにすれば、より多くの磁力線５８が陽極３６またはその近傍を通るようになって電子３７が陽極３６により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【００６９】
図８〜図１０に示した例の場合も、磁性部材４６の電位や、磁性部材４６を陽極３６に取り付けるか否か、磁性部材４６や陽極３６に冷却機構を設けるか否か、等については、これら以前の例の場合と同様である。また、陰極３０が炭素またはそれを主成分とする材料から成る場合に効果が一層顕著になることも同様である。
【００７０】
なお、磁気フィルタ５０においては、磁気コイル５４の代わりに、複数の永久磁石を用いて、輸送管５２に沿って湾曲した磁場を形成しても良い。その場合は直流電源５６は不要である。
【００７１】
また、磁気フィルタ５０の輸送管５２は、電気的に接地しても良いし、接地せずにバイアス電圧を印加するようにしても良い。
【００７２】
【実施例】
（実施例１）
図１に示したように磁性部材４６を陽極３６の外周部に固定した構造の真空アーク蒸発装置１０ｃを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。そのときの試験条件は以下に示すとおりであり、試験結果を表１に示す。
【００７３】
ＳＳ４００は、構造用炭素鋼の一種である。磁気コイル５４の電流は、４個のコイルで同電流とした。また、表中の成膜速度比は、図１３に示すように、磁気フィルタを有しないタイプの真空アーク蒸発装置１０ｂを用いたときの成膜速度との比である。比較に用いた距離Ｄは、磁気フィルタを用いない場合は図１３に示すように陰極３０の蒸発面３２から基体６４までの距離とし、磁気フィルタ５０を用いた場合は図１等に示すように磁気フィルタ５０の出口端から基体６４までの距離とし、共に３５０ｍｍとした。これらは、他の実施例および比較例においても同様である。
【００７４】
陰極３０：炭素材（直径６０ｍｍ×長さ３０ｍｍの円柱形）
アーク電流：８０Ａ
磁気コイル５４の電流：表中に示す
成膜室真空度：１×１０-3Ｐａ
陽極３６：銅材（直径８０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円筒形）、水冷式
磁性部材４６：ＳＳ４００材（直径８４ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２ｍｍの円環状）、陽極電位
輸送管５２へのガス導入：行わず
【００７５】
【表１】
【００７６】
この表１の結果から分かるように、磁気コイル５４の電流を１０Ａから１５０Ａまで大きくして磁気フィルタ５０における磁場強度を高めても、全ての磁気コイル電流で真空アーク蒸発源２０においてアーク放電維持が可能であった。しかもコイル電流１５０Ａのときに、磁気フィルタ５０を用いない場合の１／２という高い成膜速度が得られた。これは、強磁場によって、磁気フィルタ５０におけるプラズマ３８の輸送効率が高まったからである。
【００７７】
（比較例）
比較のために、図１１に示した従来の真空アーク蒸発装置１０ａを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。この真空アーク蒸発装置１０ａは磁性部材を有しておらず、それ以外は上記実施例１と同じ試験条件にした。その試験結果を表２に示す。
【００７８】
【表２】
【００７９】
この表２の結果から分かるように、磁気コイル５４の電流が１０Ａを超えると、真空アーク蒸発源２０においてアーク放電を維持することができなくなった。従ってこの比較例で得られる成膜速度比は最大で１／８であり、上記実施例１で得られた最大の成膜速度比（１／２）の１／４（２５％）しか得ることができなかった。
【００８０】
（実施例２）
図５に示したように磁性部材４６を陽極３６の外周近傍に配置した構造の真空アーク蒸発装置１０ｃを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。この実施例２では、磁性部材４６は、ＳＳ４００から成り直径８５ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２ｍｍの円環状をしており、陽極３６とは電気的には絶縁して当該磁性部材４６を浮遊電位にした。それ以外は上記実施例１と同じ試験条件にした。その試験結果を表３に示す。
【００８１】
【表３】
【００８２】
この表３の結果から分かるように、上記実施例１と同様の結果が得られた。
【００８３】
（実施例３）
図６に示したように陽極３６を磁性体で構成して当該陽極３６が磁性部材を兼ねている真空アーク蒸発装置１０ｃを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。この実施例３では、陽極３６はＳＳ４００から成り直径８５ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２ｍｍの円環状をしており、水冷式とした。それ以外は上記実施例１と同じ試験条件にした。その結果を表４に示す。
【００８４】
【表４】
【００８５】
この表４の結果から分かるように、上記実施例１とほぼ同じ結果が得られた。即ち、磁気コイル５４の電流を１０Ａから１５０Ａまで大きくして磁気フィルタ５０における磁場強度を高めても、全ての磁気コイル電流で真空アーク蒸発源２０においてアーク放電維持が可能であった。しかもコイル電流１５０Ａのときに、磁気フィルタ５０を用いない場合の１／３という高い成膜速度が得られた。
【００８６】
【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。
【００８７】
請求項１記載の発明によれば、上記のような磁性部材を輸送管内にしかも陽極に近接させて設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線の一部が当該磁性部材に引き寄せられるようになるので、真空アーク蒸発源の陰極から陽極またはその近傍にかけての領域を通る磁力線が増加する。その結果、アーク放電によって陰極から放出された電子の内で、陽極またはその近傍を通る上記磁力線に捕捉されて陽極に到達するものが増加し、それによって、真空アーク蒸発源における初期放電およびその後の放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。
【００８８】
その結果、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になり、プラズマの輸送効率向上とアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
【００８９】
その結果、磁気フィルタにおいて粗大粒子を除去しつつ、プラズマを高効率で輸送して基体上に高速で成膜することができるようになると共に、ガス導入に伴う成膜への前述したような悪影響を無くすることができる。しかもこれらを、上記のような磁性部材を設けるという非常に簡単な構成によって実現することができるので、装置が大がかりにならずに済む。
【００９０】
請求項２記載の発明によれば、磁性部材が陰極の蒸発面と陽極との間を遮らなくなるので、陰極から放出されて上記磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなり、アーク放電の安定維持により都合が良くなる、という更なる効果を奏する。
【００９１】
請求項３記載の発明によれば、陽極自身が、磁気フィルタが作る磁力線を陽極に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項１記載の発明の上記効果と同様の効果を奏することができる。しかも、部品点数が減り、構成をより簡素化することができる。
【００９２】
陽極が請求項４記載の発明のような場合、磁性部材がなければ、磁気フィルタが発生する多くの磁力線は陽極の内側空間を通り抜けるようになり、それに伴って陰極から放出された電子が陽極に入射せずに素通りしやすくなるのに対して、上記のような磁性部材を設けることによって、磁力線を陽極またはその近傍に引き寄せることができるので、請求項１記載の発明が奏する上記効果と同様の効果をより顕著に奏することができる。
【００９３】
請求項５記載の発明によれば、陽極自身が、磁気フィルタが作る磁力線を陽極に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項４記載の発明の上記効果と同様の効果を奏することができる。しかも、部品点数が減り、構成をより簡素化することができる。
【００９４】
陽極が請求項６記載の発明のような場合も、磁性部材がなければ、陽極が陰極の前方を取り囲む場合と同様に、磁気フィルタの磁場強度を高くすると、陰極から放出された電子が陽極に入射せずに素通りしやすくなるのに対して、上記のような磁性部材を設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線を陽極またはその近傍に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項１記載の発明が奏する上記効果と同様の効果をより顕著に奏することができる。
【００９５】
請求項７記載の発明によれば、陽極自身が、磁気フィルタが作る磁力線を陽極に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項６記載の発明の上記効果と同様の効果を奏することができる。しかも、部品点数が減り、構成をより簡素化することができる。
【００９６】
請求項８記載の発明によれば、磁気フィルタの磁場強度を高くしてそれが作る磁力線が陰極の蒸発面の正面をそのほぼ垂直方向に通るようになっても、当該磁力線と交差するように陽極が存在することになるので、当該磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になる。従って、上記他の発明の場合と同様に、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になる。
【００９７】
請求項９または１０に記載の発明によれば、より多くの磁力線が陽極またはその近傍を通るようになって電子が陽極により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【００９８】
請求項１１記載の発明によれば、磁気フィルタの磁場強度を高くしてそれが作る磁力線が陰極の蒸発面の正面をそのほぼ垂直方向に通るようになっても、当該磁力線に沿って陽極が存在することになるので、当該磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になる。従って、上記他の発明の場合と同様に、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になる。
【００９９】
しかも、陽極を上記のように配置すると、磁場中での電子とイオンのラーマー半径の違いから（前者が小、後者が大）、電子は陽極に衝突してアーク放電がうまく維持されるのに対して、プラズマ中のイオンは陽極に衝突せずに下流側へ輸送される確率が高くなるので、請求項８記載の発明に比べてプラズマの輸送効率が向上する。
【０１００】
請求項１２または１３に記載の発明によれば、より多くの磁力線が陽極またはその近傍を通るようになって電子が陽極により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【０１０１】
請求項１４記載の発明によれば、陽極と磁性部材間の電気絶縁を行わなくても良いので絶縁が楽になる、という更なる効果を奏する。
【０１０２】
請求項１５記載の発明によれば、磁性部材にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材の加熱が少なくて済み磁性部材の冷却が楽になる、という更なる効果を奏する。
【０１０３】
請求項１６記載の発明によれば、陽極が磁性部材の支持体を兼ねることができるので、磁性部材の支持が簡単になる、という更なる効果を奏する。
【０１０４】
請求項１７記載の発明によれば、磁性部材の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
【０１０５】
請求項１８記載の発明によれば、陽極の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
請求項１９記載の発明によれば、上記のような磁性部材を陽極近傍に設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線の一部が当該磁性部材に引き寄せられるようになるので、真空アーク蒸発源の陰極から陽極またはその近傍にかけての領域を通る磁力線が増加する。その結果、アーク放電によって陰極から放出された電子の内で、陽極またはその近傍を通る上記磁力線に捕捉されて陽極に到達するものが増加し、それによって、真空アーク蒸発源における初期放電およびその後の放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。
その結果、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になり、プラズマの輸送効率向上とアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
その結果、磁気フィルタにおいて粗大粒子を除去しつつ、プラズマを高効率で輸送して基体上に高速で成膜することができるようになると共に、ガス導入に伴う成膜への前述したような悪影響を無くすることができる。しかもこれらを、上記のような磁性部材を設けるという非常に簡単な構成によって実現することができるので、装置が大がかりにならずに済む。
しかも、請求項１９記載の発明によれば、陽極と磁性部材間の電気絶縁を行わなくても良いので絶縁が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２０記載の発明によれば、磁性部材にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材の加熱が少なくて済み磁性部材の冷却が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２１記載の発明によれば、陽極が磁性部材の支持体を兼ねることができるので、磁性部材の支持が簡単になる、という更なる効果を奏する。請求項２２記載の発明によれば、磁性部材の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
陽極が請求項２３記載の発明のような場合、磁性部材がなければ、磁気フィルタが発生する多くの磁力線は陽極の内側空間を通り抜けるようになり、それに伴って陰極から放出された電子が陽極に入射せずに素通りしやすくなるのに対して、上記のような磁性部材を設けることによって、磁力線を陽極またはその近傍に引き寄せることができるので、請求項１９記載の発明が奏する上記効果と同様の効果をより顕著に奏することができる。
しかも、請求項２３記載の発明によれば、陽極と磁性部材間の電気絶縁を行わなくても良いので絶縁が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２４記載の発明によれば、磁性部材にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材の加熱が少なくて済み磁性部材の冷却が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２５記載の発明によれば、陽極が磁性部材の支持体を兼ねることができるので、磁性部材の支持が簡単になる、という更なる効果を奏する。請求項２６記載の発明によれば、磁性部材の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
【０１０６】
請求項２７記載の発明のように、陰極が炭素から成る、あるいは炭素を主成分とする材料から成る場合は、従来はアーク放電維持が一層難しいという問題があったけれども、この発明によれば陰極がそのような炭素系材料の場合にも、ガス導入を行わなくても、強磁場時のアーク放電の維持が可能になるので、効果は一層顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１中の陰極、陽極および磁性部材を拡大して示す正面図である。
【図３】図１中の真空アーク蒸発装置の陰極および陽極付近の磁力線の概略を示す図である。
【図４】この発明に係る真空アーク蒸発装置の他の例を部分的に示す断面図である。
【図５】磁性部材の配置の他の例を示す図である。
【図６】この発明に係る真空アーク蒸発装置の更に他の例を部分的に示す断面図である。
【図７】真空アーク蒸発源が陰極を二つ有する場合の陰極、陽極および磁性部材の一例を拡大して示す正面図である。
【図８】真空アーク蒸発源の陽極および磁性部材の他の例を示すものであり、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
【図９】真空アーク蒸発源の陽極および磁性部材の他の例を示すものであり、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
【図１０】真空アーク蒸発源の陽極および磁性部材の他の例を示すものであり、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
【図１１】従来の真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。
【図１２】図１１中の真空アーク蒸発装置の陰極および陽極付近の磁力線の概略を示す図である。
【図１３】磁気フィルタを有しない従来の真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ｃ 真空アーク蒸発装置
２０ 真空アーク蒸発源
３０ 陰極
３２ 蒸発面
３６ 陽極
３８ プラズマ
４６ 磁性部材
５０ 磁気フィルタ
５２ 輸送管
５４ 磁気コイル
５８ 磁力線
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車部品、機械部品、工具、金型、レンズ、ガラス、半導体基板等の基体の表面に薄膜を形成することに用いられる真空アーク蒸発装置に関し、より具体的には、真空アーク蒸発源で生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して、当該プラズマから粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタを備える真空アーク蒸発装置において、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合に、真空アーク蒸発源におけるアーク放電の維持が困難になることを防止する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源を用いて、この真空アーク蒸発源で発生させたプラズマ中のイオン（この明細書では正イオンを意味する）を負バイアス電圧等によって基体に引き込んで基体の表面に薄膜を形成する手法は、真空アーク蒸着法またはアーク式イオンプレーティング法と呼ばれており、成膜速度が大きい、膜の密着性が高い等の特長を有している。
【０００３】
成膜速度が大きいのは、真空アーク放電を利用して陰極から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、上記プラズマ中のイオンを、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】
しかし、真空アーク蒸発源の陰極から蒸発させる陰極物質には、成膜に好ましい微小粒子の他に、例えば直径が数μｍ〜数十μｍ程度という粗大粒子（これはドロップレットまたはマクロパーティクルとも呼ばれる）が含まれており、この粗大粒子が基体に飛来して付着してしまい、これが原因で膜表面の平滑性や基体に対する膜の密着性が低下するという問題がある。
【０００５】
この粗大粒子の問題を解決する一手段として、図１１に示すように、上記のような真空アーク蒸発源２０と、それで生成したプラズマ３８を磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタ５０とを組み合わせた真空アーク蒸発装置１０ａが提案されている。
【０００６】
真空アーク蒸発源２０は、この例では、陰極ホルダ２４に取り付けられた陰極３０と、この陰極３０の蒸発面３２よりも前方（この明細書では陰極物質３４の蒸発方向を言う）に配置された円筒状または円環状の陽極３６とを有していて、両者３０、３６間の真空アーク放電によって陰極３０を蒸発させて陰極物質（即ち、陰極３０を構成する物質。以下同じ）３４を含むプラズマ３８を生成するものである。
【０００７】
陰極３０は、成膜しようとする膜の種類に応じた所望の材料（例えばチタン等の金属、ＴiＡl 等の合金、炭素（グラファイト）等）から成る。陽極３６は、通常は銅から成る。陰極ホルダ２４は、非磁性の金属から成る。
【０００８】
この例では陽極３６は電気的に接地されており、この陽極３６と陰極３０との間には、アーク電源４４から、陰極３０を負極側にして、例えば数十Ｖ〜１００Ｖ程度のアーク放電電圧が印加される。４０はトリガ電極、４２は絶縁物である。
【０００９】
陰極ホルダ２４は、この例では、絶縁物２６を介して、磁気フィルタ５０を構成する輸送管５２の一端の蓋をする支持板２８に取り付けられている。この陰極ホルダ２４の背面部には、磁界によって、アークスポット（アーク放電の陰極点）を陰極３０の蒸発面３２内に拘束する磁石（例えば永久磁石）２２が設けられている。
【００１０】
磁気フィルタ５０は、この例では、湾曲した輸送管５２と、この輸送管５２に沿って湾曲した磁場を形成する磁気コイル５４と、この磁気コイル５４を励磁する直流電源５６とを備えている。磁気コイル５４は、図示例のような複数のトロイダルコイルでも良いし、輸送管５２の外周部に沿って巻かれたソレノイドコイルでも良い。この磁気コイル５４が発生する磁力線５８の一部を図１１中に概略的に示すが、輸送管５２の内面にほぼ沿っている。この磁力線５８の、陰極３００および陽極３６付近の様子は図１２に示す。
【００１１】
輸送管５２を湾曲させる角度αは、真空アーク蒸発源２０の陰極３０の蒸発面３２から、成膜室６０内の基体６４が直線的に見通せない程度にするのが好ましい。より具体的には、例えば９０度程度にするのが好ましい。
【００１２】
なお、磁気コイル５４の近くの部材、例えば輸送管５２、支持板２８および成膜室６０等は、磁気コイル５４が作る磁力線５８（磁場）を乱さないために、非磁性体で構成している。
【００１３】
上記のような真空アーク蒸発源２０および磁気フィルタ５０を備える真空アーク蒸発装置１０ａを、この例では、成膜しようとする基体６４を保持するホルダ６２を収納した成膜室６０に、輸送管５２の他端（真空アーク蒸発源２０とは反対側の端）が基体６４に向くように接続しており、これによって膜形成装置を構成している。このような膜形成装置は、真空アーク蒸着装置またはアーク式イオンプレーティング装置とも呼ばれる。輸送管５２内は、成膜室６０と共に、図示しない真空排気装置によって真空排気される。
【００１４】
真空アーク蒸発源２０によって生成されたプラズマ３８は、磁気フィルタ５０中をその磁場に沿って輸送されて磁気フィルタ５０の他端部から導出され、成膜室６０内の基体６４の近傍に導かれる。その際、プラズマ３８中に含まれている粗大粒子は、電荷を持たないものは磁場の影響を受けずに直進して輸送管５２の内壁に衝突するので、磁気フィルタ５０からは導出されず、基体６４に到達しない。また、電荷を持つ場合でも、磁場中での螺旋運動の半径（ラーマー半径）が質量に比例して極端に大きくなるため、輸送管５２の内壁や当該内壁に突設したフィン（図示省略）等に衝突して消滅（付着）する。その結果、磁気フィルタ５０からは、粗大粒子を殆ど含まないプラズマ３８が導出され、それが基体６４の近傍に導かれる。従って、粗大粒子が基体６４に付着することを防止することができる。
【００１５】
このとき、基体６４に負バイアス電圧を印加する等して、基体６４の電位をプラズマ３８の電位よりも低く設定しておくことによって、当該電位差によって、前述したようにプラズマ３８中のイオンを基体６４に引き込んで衝突させることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記真空アーク蒸発装置１０ａにおいては、磁気フィルタ５０の磁気コイル５４が発生する磁場強度（磁束密度）を高くする方が、磁気フィルタ５０によるプラズマ３８の輸送効率が向上するので、磁気フィルタ５０から導出されるプラズマ３８の量が多くなり、ひいては基体６４に対する成膜速度が向上する。
【００１７】
ところが、上記磁場強度を高くすると、それに伴って真空アーク蒸発源２０の陰極３０および陽極３６付近の磁場強度も高くなり、アーク放電によって陰極３０から放出された電子３７が、図１２に示すように、磁気コイル５４が発生する磁力線５８に強く捕捉されて陽極３６の内側の空間を素通りしてしまい、陽極３６に到達しにくくなる。磁気コイル５４による磁場強度を高くするほど、当該磁気コイル５４が発生する多くの磁力線５８は陽極３６の内側空間を通り抜けるようになるので、電子３７は陽極３６に入射せずに素通りしやすくなる。このように陰極３０から放出された電子３７が陽極３６に到達しにくくなると、陰極３０と陽極３６との間のアーク放電の維持が困難になる。即ち、両者３０、３６間で初期放電が生じにくくなると共に、その後の放電維持も困難になる。
【００１８】
このように、従来の真空アーク蒸発装置１０ａでは、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高めようとすると、真空アーク蒸発源２０でのアーク放電の維持が困難になり、プラズマ３８の輸送効率向上と真空アーク蒸発源２０でのアーク放電維持とを両立させることが困難であるという課題がある。
【００１９】
特に、陰極３０が炭素または炭素を主成分とする材料から成る場合には、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めたときのアーク放電維持は一層困難になる。これは、炭素またはそれを主成分とする材料は元々アーク放電が難しいことに加えて、陰極３０からの電子３７が上述のように陽極３６に到達しにくくなってアーク放電を更に困難にするからである。
【００２０】
なお、陰極３０が、アーク放電維持の難しい炭素またはそれを主成分とする材料から成る場合は、あるいはその他の材料の場合でも、輸送管５２内に例えば不活性ガスや反応性ガス等のガスを導入して陰極３０付近のガス圧を敢えて高くすることによって、アーク放電維持を容易にするという方法が考えられるけれども、そのようにすると別の問題が生じる。即ち、アーク放電で生じたガスイオンがプラズマ３８中に多量に含まれるようになり、それが成膜に悪影響を及ぼすようになる。例えば、当該ガスイオンが基体６４に多量に入射して、基体６４の表面に形成される薄膜の膜質が変化したり、膜中の内部応力が増大したり、基体６４が不必要に加熱されたりする。
【００２１】
そこでこの発明は、真空アーク蒸発源と磁気フィルタとを組み合わせた真空アーク蒸発装置において、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持を可能にすることを主たる目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空アーク蒸発装置の一つは、前記真空アーク蒸発源の陽極を前記輸送管内に当該輸送管とは別に設けており、かつ前記輸送管内に、前記真空アーク蒸発源の陰極の蒸発面よりも前方であってしかも前記陽極に近接させて、磁性部材を設けたことを特徴としている。
【００２３】
このような磁性部材を設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線（換言すれば磁束。以下同じ）の内で、真空アーク蒸発源の陰極から陽極付近の磁力線の状態を、アーク放電の維持に都合の良い状態に制御することができる。具体的には、上記のような磁性部材を輸送管内にしかも陽極に近接させて設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線の一部が当該磁性部材に引き寄せられるようになるので、陰極から陽極またはその近傍にかけての領域を通る磁力線が増加する。この作用は、磁気フィルタの磁場強度を高めたときにも得られる。
【００２４】
上記のような磁力線はアーク放電の維持に有効に作用するものであり、これが増加することによって、アーク放電によって陰極から放出された電子の内で、陽極またはその近傍を通る上記磁力線に捕捉されて陽極に到達するものが増加する。これによって、真空アーク蒸発源における初期放電およびその後の放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。
【００２５】
その結果、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になるので、プラズマの輸送効率向上とアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
【００２６】
前記磁性部材の電位は、真空アーク蒸発源の陽極と同電位でも良いし、浮遊電位でも良いし、陽極の電位と陰極の電位との間の中間電位でも良い。
【００２７】
前記磁性部材は、それと陰極の蒸発面との間に陽極が位置するように配置するのが好ましい。そのようにすれば、磁性部材が陰極の蒸発面と陽極との間を遮らないので、陰極から放出されて上記磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなる。磁性部材の電位が上記浮遊電位または中間電位の場合は特に、上記のように配置するのが好ましい。
【００２８】
前記磁性部材を、真空アーク蒸発源の陽極に取り付けて、当該陽極と同電位にしても良い。
【００２９】
真空アーク蒸発源の陽極を磁性体で構成して、当該陽極が前記磁性部材を兼ねるようにしても良い。
【００３０】
その他にも様々な実施の形態が採り得るので、それを以下に詳述する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。図２は、図１中の陰極、陽極および磁性部材を拡大して示す正面図である。図１１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。
【００３２】
この例の真空アーク蒸発装置１０ｃにおいては、真空アーク蒸発源２０の前述したような円筒状または円環状の陽極３６の外周部に、円筒状または円環状の磁性部材４６を取り付け、当該磁性部材４６を陽極３６と同電位（具体的にはこの例では接地電位）にしている。
【００３３】
陽極３６は、前述したように陰極３０の蒸発面３２よりも前方に配置されているので、その外周部に取り付けた磁性部材４６も、蒸発面３２よりも前方に位置していることになる。また、磁性部材４６を陽極３６の外周部に取り付けることによって、当該磁性部材４６と陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するようになる。
【００３４】
磁性部材４６は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、それらを含む合金、フェライト等の強磁性体から成る。より具体的には、磁性部材４６として、構造用炭素鋼（例えばＳＳ４００）、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼（いずれも磁性ステンレス鋼）、ＮiＦe 、ＣoＰt 等を用いることがで
きる。
【００３５】
このような磁性部材４６を設けることによって、前述した磁気フィルタ５０（より具体的にはその磁気コイル５４）が作る磁力線５８の内で、真空アーク蒸発源２０の陰極３０から陽極３６付近の磁力線５８の状態を、陰極３０と陽極３６間のアーク放電の維持に都合の良い状態に制御することができる。
【００３６】
具体的には、上記のような磁性部材４６を陽極３６の外周部に取り付けることによって、図３に示す例のように、磁気フィルタ５０の磁気コイル５４が作る磁力線５８の一部が当該磁性部材４６に引き寄せられるようになるので、真空アーク蒸発源２０の陽極３６またはその近傍に向かう磁力線５８が、より具体的には真空アーク蒸発源２０の陰極３０から陽極３６またはその近傍を通る磁力線５８が増加する。この作用は、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めたときにも得られる。
【００３７】
上記のような磁力線５８は、真空アーク蒸発源２０におけるアーク放電の維持に有効に作用するものであり、これが増加することによって、アーク放電によって陰極３０から放出された電子の内で、陽極３６またはその近傍を通る上記磁力線５８に捕捉されて陽極３６に到達するものが増加する。図３中に、そのような陽極３６に到達する電子３７を模式的に示す。これによって、真空アーク蒸発源２０における初期アーク放電およびその後のアーク放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。磁気フィルタ５０の磁場強度を高めたときもそうである。
【００３８】
その結果、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内に不活性ガス等の放電維持用のガス導入を行わなくても、真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の安定化および維持が可能になるので、磁気フィルタ５０におけるプラズマ３８の輸送効率向上と、真空アーク蒸発源２０におけるアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
【００３９】
その結果、磁気フィルタ５０において粗大粒子を除去しつつ、プラズマ３８を高効率で輸送して基体６４上に高速で成膜することができるようになると共に、ガス導入に伴う成膜への前述したような悪影響を無くすることができる。しかもこれらを、上記のような磁性部材４６を設けるという非常に簡単な構成によって実現することができるので、装置が大がかりにならずに済む。
【００４０】
陰極３０が炭素から成る、あるいは炭素を主成分とする材料から成る場合は、前述したように従来はアーク放電維持が一層難しいという問題があったけれども、この発明によれば陰極３０がそのような炭素系材料の場合にも、ガス導入を行わなくても、強磁場でのアーク放電の維持が可能になるので、効果は一層顕著になる。
【００４１】
磁性部材４６の電位は、陽極３６と同電位でも良いし、浮遊電位でも良いし、陽極３６の電位と陰極３０の電位との間の中間電位でも良い。磁性部材４６は、その電位ではなく、それに磁力線５８を引き寄せることによって陽極３６に磁力線５８を向かわせる作用が重要だからである。他の実施例においても同様である。
【００４２】
磁性部材４６の電位を陽極３６と同電位にするには、図１の例のように磁性部材４６を陽極３６に取り付けるのが簡単であるが、両者を別に配置して電気的に接続しても良い。磁性部材４６を陽極３６と同電位にすると、両者間の電気絶縁を行わなくても良いので、絶縁が楽になる。
【００４３】
図５は、磁性部材４６の電位を浮遊電位にする場合の例である。浮遊電位にする場合は、磁性部材４６を陽極３６の外周近傍に陽極３６から離して配置すれば良い。または、磁性部材４６と陽極３６との間に絶縁物を介在させても良い。磁性部材４６を浮遊電位にすると、磁性部材４６にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材４６の加熱が少なくて済み、磁性部材４６の冷却が楽になる。
【００４４】
磁性部材４６は、上記例のように陽極３６よりも外側（陽極３６の半径方向の外側）、または陽極３６よりも下流側（陰極物質３４の進行方向側）に配置するのが好ましい。換言すれば、磁性部材４６は、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように配置するのが好ましい。そのようにすれば、磁性部材４６が陰極３０の蒸発面３２と陽極３６との間を遮らないので、陰極３０から放出されて前述したような磁力線５８に捕捉された電子３７（図３参照）が陽極３６に到達しやすくなる。磁性部材４６の電位が上記浮遊電位または中間電位の場合は特に、上記のように配置するのが好ましい。もっとも、磁性部材４６が陽極３６と同電位の場合は、磁性部材４６を電気的には陽極の一部であると見ることができるので、磁性部材４６を敢えて上記のように配置しなくても良い。
【００４５】
なお、真空アーク蒸発源２０には、従来から図４に示す例のように、陰極３０の外周に、磁性材料から成る環状のアークスポット拘束板４８を設ける場合がある。このアークスポット拘束板４８は、より具体的には、陰極３０の蒸発面３２とほぼ同じ平面上に、当該蒸発面３２の周囲を取り囲むように配置されている。このアークスポット拘束板４８は、磁性体なので、磁石２２から出る磁束を整えて、アークスポットの動きを陰極３０の蒸発面３２に限定する作用をする。
【００４６】
このようなアークスポット拘束板４８と上記磁性部材４６とを併用しても良い。他の例においても同様である。但し、アークスポット拘束板４８と磁性部材４６とは、上記のように設けている場所も作用効果も全く別であり、両者は別のものであるので、磁性部材４６を設けずにアークスポット拘束板４８を設けても、磁性部材４６が奏する前述したような作用効果をアークスポット拘束板４８が奏することはできない。即ち、アークスポット拘束板４８は、上記磁性部材４６と違って、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも陽極３６の近傍には設けられていないので、このようなアークスポット拘束板４８では、陽極３６に向かう磁力線５８を増やして強磁場時のアーク放電の維持を可能にする、という作用効果を奏することはできない。
【００４７】
陰極３０の蒸発面３２と、陽極３６および磁性部材４６との間の距離Ｌ1 およびＬ2 （図５参照）は、あまり小さいとアーク放電の広がりが小さくなり、あまり大きいとアーク放電の維持が困難になるので、例えば３０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度にするのが好ましく、その内でも５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度にするのがより好ましい。
【００４８】
この発明の他の実施の形態を説明すると、陽極３６と別に上記のような磁性部材４６を設ける代わりに、図６に示す例のように、真空アーク蒸発源２０の陽極３６を磁性体（より具体的には前述したような強磁性体。以下同じ）で構成して、当該陽極３６が前記磁性部材を兼ねるようにしても良い。
【００４９】
そのようにすれば、陽極３６自身が、磁気コイル５４が作る磁力線５８を陽極３６に引き寄せる作用をするので、陽極３６に向かう磁力線５８を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、上記例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００５０】
陽極３６とは別に磁性部材４６を設けると、それぞれの目的に都合の良い材質を選択することができる等の利点がある。例えば、陽極３６には導電率および熱伝導率の高い銅を用い、磁性部材４６には安価で透磁率の高い構造用炭素鋼等を用いることができる。陽極３６を強磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせると、部品点数が減り構成をより簡素化することができる等の利点がある。後述する他の例においても同様である。
【００５１】
上記磁性部材４６は、荷電粒子の流入や陰極表面からの輻射熱等によって温度が上昇するので、当該磁性部材４６に、それを冷却水等の冷媒によって冷却する冷却機構を設けるのが好ましい。そのようにすることによって、磁性部材４６の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる。例えば、磁性部材４６の外周部に、冷却水が流される冷却パイプを沿わせておけば良い。後述する他の例においても同様である。
【００５２】
図６に示した例のように、陽極３６を磁性体で構成してそれが磁性部材を兼ねる場合は、当該陽極３６に上記のような冷却機構を設けるのが好ましい。そのようにすることによって、陽極３６の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる。後述する他の例においても同様である。
【００５３】
真空アーク蒸発源２０は、複数の陰極３０を有していても良い。その場合は、例えば、複数個の陰極３０に対して共通の前述したような陽極３６および磁性部材４６を設けても良い。図７は、陰極３０が２個の場合の例を示す。陽極３６および磁性部材４６の平面形状は、図示例のように長円形でも良いし、楕円形等でも良い。陽極３６を磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせる場合も同様である。
【００５４】
上記例はいずれも、真空アーク蒸発源２０の陽極３６は陰極３０の前方を取り囲む形状をしており、この陽極３６の外周部または外周近傍に、陰極３０の前方を取り囲む形状の磁性部材４６を配置したものである。あるいは、そのような形状の陽極３６を磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせたものである。陰極３０の前方を取り囲む形状の例として、平面形状が円形、長円形、楕円形、四角形等をした筒状、環状（板に穴をあけたものも含む）等が挙げられる。
【００５５】
陽極３６をこのような形状にするのは、陰極３０の蒸発面３２からの陰極物質３４の蒸発およびプラズマ３８の導出に際して陽極３６が陰に（邪魔に）なりにくく好ましいからである。陽極３６がこのような形状の場合は特に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くすると、図１２に示したように、磁気コイル５４が発生する磁力線５８は陽極３６の内側空間を通り抜けるようになり、それに伴って陰極３０から放出された電子３７が陽極３６に入射せずに素通りしやすくなるので、上記のような磁性部材４６を設けたり、あるいは陽極３６を磁性体で構成して磁性部材を兼ねさせたりすることによる前記効果は顕著になる。
【００５６】
もっとも、真空アーク蒸発源２０の陽極３６は、例えば図８に示す例のように、陰極３０の蒸発面３２の正面を避けて当該蒸発面３２に沿って（例えば平行に）配置された複数本（図示例では２本）の棒状をしていても良い。このような場合も、陽極３６が陰極３０の前方を取り囲む上記例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くすると、陰極３０から放出された電子が陽極３６に入射せずに素通りしやすくなる。
【００５７】
このような場合も、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも各陽極３６の近傍に磁性部材４６をそれぞれ設ければ良い。例えば図８に示す例のように、磁性部材４６を、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように、各陽極３６の近傍にそれぞれ配置すれば良い。あるいは、磁性部材４６を設ける代わりに、各陽極３６を磁性体（強磁性体）で構成して磁性部材を兼ねさせても良い。
【００５８】
この例の場合も、磁性部材４６が、あるいは磁性体で構成した陽極３６自身が、磁気フィルタ５０の磁気コイル５４が作る磁力線５８を陽極３６またはその近傍に引き寄せる作用をするので、陽極３６に向かう磁力線５８を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、上記例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００５９】
図９に示す例のように、真空アーク蒸発源２０の陽極として、１本以上（図示例では１本）の棒状の陽極３６を、陰極３０の蒸発面３２の正面に当該蒸発面３２に沿って（例えば平行に）配置しても良い。この場合は、必ずしも磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体で構成しなくても良い。
【００６０】
これは、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くして図１２に示したように磁気コイル５４が作る磁力線５８が蒸発面３２の正面をその垂直方向に通るようになっても、当該磁力線５８と交差するように上記陽極３６が存在することになるので、当該磁力線５８に捕捉された電子３７が陽極３６に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になるからである。従って、上記各例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００６１】
もっとも、図９の例の場合も、図８の例の場合と同様に、磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体（強磁性体）で構成することを併用しても良い。磁性部材４６を設ける場合は、それを、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも各陽極３６の近傍に設ければ良い。例えば図９に示す例のように、磁性部材４６を、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように、陽極３６の近傍に配置すれば良い。
【００６２】
上記のようにすれば、より多くの磁力線５８が陽極３６またはその近傍を通るようになって電子３７が陽極３６により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【００６３】
また、図１０に示す例のように、真空アーク蒸発源２０の陽極として、１本以上（図示例では１本）の棒状の陽極３６を、その一端面３５を陰極３０の蒸発面３２に向けて、当該蒸発面３２の正面に配置しても良い。この場合も、必ずしも磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体で構成しなくても良い。陽極３６は、必要に応じて、図１０に示すようなものよりも長くしても良い。
【００６４】
これは、磁気フィルタ５０の磁場強度を高くして図１２に示したように磁気コイル５４が作る磁力線５８が蒸発面３２の正面をそのほぼ垂直方向に通るようになっても、図１０Ｂに示すように、当該磁力線５８に沿って上記陽極３６が存在することになるので、当該磁力線５８に捕捉された電子３７が陽極３６に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になるからである。従って、上記各例の場合と同様に、磁気フィルタ５０の磁場強度を高めてプラズマ３８の輸送効率を高める場合にでも、輸送管５２内にガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源２０においてアーク放電の維持が可能になる。
【００６５】
しかも、陽極３６を上記のように配置すると、蒸発面３２から放出された電子３７の磁場中でのラーマー半径は小さいので、電子３７は陽極３６に衝突してアーク放電がうまく維持されるのに対して、プラズマ３８中のイオンは、重くてそのラーマー半径は電子３７のそれよりも遙かに大きいので（例えば、磁場強度にもよるが、１ｃｍ以上にもなる）、陽極３６に衝突せずに下流側へ輸送される確率が高くなる。従って、図９の例に比べて、プラズマ３８の輸送効率が向上する。
【００６６】
もちろん、この図１０および上記図９のいずれの場合も、陽極３６や磁性部材４６がプラズマ３８の輸送を妨げる割合を小さくするためには、陽極３６や磁性部材４６を、安定なアーク放電維持を実現できる範囲で、適当に細くする方が好ましい。
【００６７】
この図１０の例の場合も、図９の例の場合と同様に、磁性部材４６を設けたり、陽極３６を磁性体（強磁性体）で構成することを併用しても良い。磁性部材４６を設ける場合は、それを、陰極３０の蒸発面３２よりも前方であってしかも各陽極３６の近傍に設ければ良い。より具体的には、図１０に示す例のように、磁性部材４６を、それと陰極３０の蒸発面３２との間に陽極３６が位置するように、陽極３６の下流側の近傍に配置すれば良い。
【００６８】
上記のようにすれば、より多くの磁力線５８が陽極３６またはその近傍を通るようになって電子３７が陽極３６により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【００６９】
図８〜図１０に示した例の場合も、磁性部材４６の電位や、磁性部材４６を陽極３６に取り付けるか否か、磁性部材４６や陽極３６に冷却機構を設けるか否か、等については、これら以前の例の場合と同様である。また、陰極３０が炭素またはそれを主成分とする材料から成る場合に効果が一層顕著になることも同様である。
【００７０】
なお、磁気フィルタ５０においては、磁気コイル５４の代わりに、複数の永久磁石を用いて、輸送管５２に沿って湾曲した磁場を形成しても良い。その場合は直流電源５６は不要である。
【００７１】
また、磁気フィルタ５０の輸送管５２は、電気的に接地しても良いし、接地せずにバイアス電圧を印加するようにしても良い。
【００７２】
【実施例】
（実施例１）
図１に示したように磁性部材４６を陽極３６の外周部に固定した構造の真空アーク蒸発装置１０ｃを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。そのときの試験条件は以下に示すとおりであり、試験結果を表１に示す。
【００７３】
ＳＳ４００は、構造用炭素鋼の一種である。磁気コイル５４の電流は、４個のコイルで同電流とした。また、表中の成膜速度比は、図１３に示すように、磁気フィルタを有しないタイプの真空アーク蒸発装置１０ｂを用いたときの成膜速度との比である。比較に用いた距離Ｄは、磁気フィルタを用いない場合は図１３に示すように陰極３０の蒸発面３２から基体６４までの距離とし、磁気フィルタ５０を用いた場合は図１等に示すように磁気フィルタ５０の出口端から基体６４までの距離とし、共に３５０ｍｍとした。これらは、他の実施例および比較例においても同様である。
【００７４】
陰極３０：炭素材（直径６０ｍｍ×長さ３０ｍｍの円柱形）
アーク電流：８０Ａ
磁気コイル５４の電流：表中に示す
成膜室真空度：１×１０-3Ｐａ
陽極３６：銅材（直径８０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円筒形）、水冷式
磁性部材４６：ＳＳ４００材（直径８４ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２ｍｍの円環状）、陽極電位
輸送管５２へのガス導入：行わず
【００７５】
【表１】
この表１の結果から分かるように、磁気コイル５４の電流を１０Ａから１５０Ａまで大きくして磁気フィルタ５０における磁場強度を高めても、全ての磁気コイル電流で真空アーク蒸発源２０においてアーク放電維持が可能であった。しかもコイル電流１５０Ａのときに、磁気フィルタ５０を用いない場合の１／２という高い成膜速度が得られた。これは、強磁場によって、磁気フィルタ５０におけるプラズマ３８の輸送効率が高まったからである。
【００７７】
（比較例）
比較のために、図１１に示した従来の真空アーク蒸発装置１０ａを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。この真空アーク蒸発装置１０ａは磁性部材を有しておらず、それ以外は上記実施例１と同じ試験条件にした。その試験結果を表２に示す。
【００７８】
【表２】
この表２の結果から分かるように、磁気コイル５４の電流が１０Ａを超えると、真空アーク蒸発源２０においてアーク放電を維持することができなくなった。従ってこの比較例で得られる成膜速度比は最大で１／８であり、上記実施例１で得られた最大の成膜速度比（１／２）の１／４（２５％）しか得ることができなかった。
【００８０】
（実施例２）
図５に示したように磁性部材４６を陽極３６の外周近傍に配置した構造の真空アーク蒸発装置１０ｃを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。この実施例２では、磁性部材４６は、ＳＳ４００から成り直径８５ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２ｍｍの円環状をしており、陽極３６とは電気的には絶縁して当該磁性部材４６を浮遊電位にした。それ以外は上記実施例１と同じ試験条件にした。その試験結果を表３に示す。
【００８１】
【表３】
この表３の結果から分かるように、上記実施例１と同様の結果が得られた。
【００８３】
（実施例３）
図６に示したように陽極３６を磁性体で構成して当該陽極３６が磁性部材を兼ねている真空アーク蒸発装置１０ｃを備える膜形成装置を用いて成膜試験を行った。この実施例３では、陽極３６はＳＳ４００から成り直径８５ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２ｍｍの円環状をしており、水冷式とした。それ以外は上記実施例１と同じ試験条件にした。その結果を表４に示す。
【００８４】
【表４】
この表４の結果から分かるように、上記実施例１とほぼ同じ結果が得られた。即ち、磁気コイル５４の電流を１０Ａから１５０Ａまで大きくして磁気フィルタ５０における磁場強度を高めても、全ての磁気コイル電流で真空アーク蒸発源２０においてアーク放電維持が可能であった。しかもコイル電流１５０Ａのときに、磁気フィルタ５０を用いない場合の１／３という高い成膜速度が得られた。
【００８６】
【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。
【００８７】
請求項１記載の発明によれば、上記のような磁性部材を輸送管内にしかも陽極に近接させて設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線の一部が当該磁性部材に引き寄せられるようになるので、真空アーク蒸発源の陰極から陽極またはその近傍にかけての領域を通る磁力線が増加する。その結果、アーク放電によって陰極から放出された電子の内で、陽極またはその近傍を通る上記磁力線に捕捉されて陽極に到達するものが増加し、それによって、真空アーク蒸発源における初期放電およびその後の放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。
【００８８】
その結果、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になり、プラズマの輸送効率向上とアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
【００８９】
その結果、磁気フィルタにおいて粗大粒子を除去しつつ、プラズマを高効率で輸送して基体上に高速で成膜することができるようになると共に、ガス導入に伴う成膜への前述したような悪影響を無くすることができる。しかもこれらを、上記のような磁性部材を設けるという非常に簡単な構成によって実現することができるので、装置が大がかりにならずに済む。
【００９０】
請求項２記載の発明によれば、磁性部材が陰極の蒸発面と陽極との間を遮らなくなるので、陰極から放出されて上記磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなり、アーク放電の安定維持により都合が良くなる、という更なる効果を奏する。
【００９１】
請求項３記載の発明によれば、陽極自身が、磁気フィルタが作る磁力線を陽極に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項１記載の発明の上記効果と同様の効果を奏することができる。しかも、部品点数が減り、構成をより簡素化することができる。
【００９２】
陽極が請求項４記載の発明のような場合、磁性部材がなければ、磁気フィルタが発生する多くの磁力線は陽極の内側空間を通り抜けるようになり、それに伴って陰極から放出された電子が陽極に入射せずに素通りしやすくなるのに対して、上記のような磁性部材を設けることによって、磁力線を陽極またはその近傍に引き寄せることができるので、請求項１記載の発明が奏する上記効果と同様の効果をより顕著に奏することができる。
【００９３】
請求項５記載の発明によれば、陽極自身が、磁気フィルタが作る磁力線を陽極に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項４記載の発明の上記効果と同様の効果を奏することができる。しかも、部品点数が減り、構成をより簡素化することができる。
【００９４】
陽極が請求項６記載の発明のような場合も、磁性部材がなければ、陽極が陰極の前方を取り囲む場合と同様に、磁気フィルタの磁場強度を高くすると、陰極から放出された電子が陽極に入射せずに素通りしやすくなるのに対して、上記のような磁性部材を設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線を陽極またはその近傍に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項１記載の発明が奏する上記効果と同様の効果をより顕著に奏することができる。
【００９５】
請求項７記載の発明によれば、陽極自身が、磁気フィルタが作る磁力線を陽極に引き寄せる作用をするので、陽極に向かう磁力線を増やして強磁場時のアーク放電の維持が可能になる。従って、請求項６記載の発明の上記効果と同様の効果を奏することができる。しかも、部品点数が減り、構成をより簡素化することができる。
【００９６】
請求項８記載の発明によれば、磁気フィルタの磁場強度を高くしてそれが作る磁力線が陰極の蒸発面の正面をそのほぼ垂直方向に通るようになっても、当該磁力線と交差するように陽極が存在することになるので、当該磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になる。従って、上記他の発明の場合と同様に、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になる。
【００９７】
請求項９または１０に記載の発明によれば、より多くの磁力線が陽極またはその近傍を通るようになって電子が陽極により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【００９８】
請求項１１記載の発明によれば、磁気フィルタの磁場強度を高くしてそれが作る磁力線が陰極の蒸発面の正面をそのほぼ垂直方向に通るようになっても、当該磁力線に沿って陽極が存在することになるので、当該磁力線に捕捉された電子が陽極に到達しやすくなり、アーク放電の維持が可能になる。従って、上記他の発明の場合と同様に、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になる。
【００９９】
しかも、陽極を上記のように配置すると、磁場中での電子とイオンのラーマー半径の違いから（前者が小、後者が大）、電子は陽極に衝突してアーク放電がうまく維持されるのに対して、プラズマ中のイオンは陽極に衝突せずに下流側へ輸送される確率が高くなるので、請求項８記載の発明に比べてプラズマの輸送効率が向上する。
【０１００】
請求項１２または１３に記載の発明によれば、より多くの磁力線が陽極またはその近傍を通るようになって電子が陽極により到達しやすくなるので、強磁場時のアーク放電の維持がより容易になる。
【０１０１】
請求項１４記載の発明によれば、陽極と磁性部材間の電気絶縁を行わなくても良いので絶縁が楽になる、という更なる効果を奏する。
【０１０２】
請求項１５記載の発明によれば、磁性部材にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材の加熱が少なくて済み磁性部材の冷却が楽になる、という更なる効果を奏する。
【０１０３】
請求項１６記載の発明によれば、陽極が磁性部材の支持体を兼ねることができるので、磁性部材の支持が簡単になる、という更なる効果を奏する。
【０１０４】
請求項１７記載の発明によれば、磁性部材の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
【０１０５】
請求項１８記載の発明によれば、陽極の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
請求項１９記載の発明によれば、上記のような磁性部材を陽極近傍に設けることによって、磁気フィルタが作る磁力線の一部が当該磁性部材に引き寄せられるようになるので、真空アーク蒸発源の陰極から陽極またはその近傍にかけての領域を通る磁力線が増加する。その結果、アーク放電によって陰極から放出された電子の内で、陽極またはその近傍を通る上記磁力線に捕捉されて陽極に到達するものが増加し、それによって、真空アーク蒸発源における初期放電およびその後の放電維持が容易になり、アーク放電が安定する。
その結果、磁気フィルタの磁場強度を高めてプラズマの輸送効率を高める場合にでも、ガス導入を行わなくても真空アーク蒸発源においてアーク放電の維持が可能になり、プラズマの輸送効率向上とアーク放電維持とを、ガス導入を行わなくても両立させることができる。
その結果、磁気フィルタにおいて粗大粒子を除去しつつ、プラズマを高効率で輸送して基体上に高速で成膜することができるようになると共に、ガス導入に伴う成膜への前述したような悪影響を無くすることができる。しかもこれらを、上記のような磁性部材を設けるという非常に簡単な構成によって実現することができるので、装置が大がかりにならずに済む。
しかも、請求項１９記載の発明によれば、陽極と磁性部材間の電気絶縁を行わなくても良いので絶縁が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２０記載の発明によれば、磁性部材にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材の加熱が少なくて済み磁性部材の冷却が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２１記載の発明によれば、陽極が磁性部材の支持体を兼ねることができるので、磁性部材の支持が簡単になる、という更なる効果を奏する。請求項２２記載の発明によれば、磁性部材の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
陽極が請求項２３記載の発明のような場合、磁性部材がなければ、磁気フィルタが発生する多くの磁力線は陽極の内側空間を通り抜けるようになり、それに伴って陰極から放出された電子が陽極に入射せずに素通りしやすくなるのに対して、上記のような磁性部材を設けることによって、磁力線を陽極またはその近傍に引き寄せることができるので、請求項１９記載の発明が奏する上記効果と同様の効果をより顕著に奏することができる。
しかも、請求項２３記載の発明によれば、陽極と磁性部材間の電気絶縁を行わなくても良いので絶縁が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２４記載の発明によれば、磁性部材にイオン等の荷電粒子が入射しにくくなるので、当該荷電粒子入射による磁性部材の加熱が少なくて済み磁性部材の冷却が楽になる、という更なる効果を奏する。請求項２５記載の発明によれば、陽極が磁性部材の支持体を兼ねることができるので、磁性部材の支持が簡単になる、という更なる効果を奏する。請求項２６記載の発明によれば、磁性部材の過大な温度上昇による変形、損傷等を防止することができる、という更なる効果を奏する。
【０１０６】
請求項２７記載の発明のように、陰極が炭素から成る、あるいは炭素を主成分とする材料から成る場合は、従来はアーク放電維持が一層難しいという問題があったけれども、この発明によれば陰極がそのような炭素系材料の場合にも、ガス導入を行わなくても、強磁場時のアーク放電の維持が可能になるので、効果は一層顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１中の陰極、陽極および磁性部材を拡大して示す正面図である。
【図３】図１中の真空アーク蒸発装置の陰極および陽極付近の磁力線の概略を示す図である。
【図４】この発明に係る真空アーク蒸発装置の他の例を部分的に示す断面図である。
【図５】磁性部材の配置の他の例を示す図である。
【図６】この発明に係る真空アーク蒸発装置の更に他の例を部分的に示す断面図である。
【図７】真空アーク蒸発源が陰極を二つ有する場合の陰極、陽極および磁性部材の一例を拡大して示す正面図である。
【図８】真空アーク蒸発源の陽極および磁性部材の他の例を示すものであり、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
【図９】真空アーク蒸発源の陽極および磁性部材の他の例を示すものであり、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
【図１０】真空アーク蒸発源の陽極および磁性部材の他の例を示すものであり、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
【図１１】従来の真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。
【図１２】図１１中の真空アーク蒸発装置の陰極および陽極付近の磁力線の概略を示す図である。
【図１３】磁気フィルタを有しない従来の真空アーク蒸発装置を備える膜形成装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ｃ 真空アーク蒸発装置
２０ 真空アーク蒸発源
３０ 陰極
３２ 蒸発面
３６ 陽極
３８ プラズマ
４６ 磁性部材
５０ 磁気フィルタ
５２ 輸送管
５４ 磁気コイル
５８ 磁力線
Claims (27)
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを輸送管内で磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極を前記輸送管内に当該輸送管とは別に設けており、かつ前記輸送管内に、前記真空アーク蒸発源の陰極の蒸発面よりも前方であってしかも前記陽極に近接させて、磁性部材を設けたことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 前記磁性部材を、それと陰極の蒸発面との間に前記陽極が位置するように配置している請求項１記載の真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極を磁性体で構成したことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを輸送管内で磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極を前記輸送管内に当該輸送管とは別に設けており、当該陽極は前記真空アーク蒸発源の陰極の前方を取り囲む形状をしており、かつ前記輸送管内であって前記陽極の外周部に近接させて、陰極の前方を取り囲む形状の磁性部材を配置したことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は陰極の前方を取り囲む形状をしており、この陽極を磁性体で構成したことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は、陰極の蒸発面の正面を避けて当該蒸発面に沿って配置された複数本の棒状をしており、かつ磁性部材を、それと陰極の蒸発面との間に前記陽極が位置するように、前記各陽極の近傍にそれぞれ配置していることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は、陰極の蒸発面の正面を避けて当該蒸発面に沿って配置された複数本の棒状をしており、この各陽極を磁性体で構成したことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極として、１本以上の棒状の陽極を、陰極の蒸発面の正面に当該蒸発面に沿って配置したことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 磁性部材を、それと前記陰極の蒸発面との間に前記陽極が位置するように、前記各陽極の近傍にそれぞれ配置している請求項８記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記各陽極を磁性体で構成している請求項８記載の真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極として、１本以上の棒状の陽極を、その一端面を陰極の蒸発面に向けて当該蒸発面の正面に配置したことを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 磁性部材を、それと前記陰極の蒸発面との間に前記陽極が位置するように、前記各陽極の近傍にそれぞれ配置している請求項１１記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記各陽極を磁性体で構成している請求項１１記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記磁性部材の電位が前記陽極と同電位である請求項６、９または１２記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記磁性部材の電位が浮遊電位である請求項６、９または１２記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記真空アーク蒸発源の陽極に前記磁性部材を取り付け、当該磁性部材を陽極と同電位にしている請求項６、９または１２記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記磁性部材に、それを冷媒によって冷却する冷却機構を設けている請求項９または１２記載の真空アーク蒸発装置。
- 前記陽極に、それを冷媒によって冷却する冷却機構を設けている請求項３、５、７、１０または１３記載の真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陰極の蒸発面よりも前方であってしかも陽極の近傍に磁性部材を設けており、かつ当該磁性部材の電位が前記陽極と同電位であることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陰極の蒸発面よりも前方であってしかも陽極の近傍に磁性部材を設けており、かつ当該磁性部材の電位が浮遊電位であることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極に磁性部材を取り付け、当該磁性部材を陽極と同電位にしていることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陰極の蒸発面よりも前方であってしかも陽極の近傍に磁性 部材を設けており、かつ当該磁性部材に、それを冷媒によって冷却する冷却機構を設けていることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は陰極の前方を取り囲む形状をしており、この陽極の外周部または外周近傍に、陰極の前方を取り囲む形状の磁性部材を配置しており、かつ当該磁性部材の電位が前記陽極と同電位であることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は陰極の前方を取り囲む形状をしており、この陽極の外周部または外周近傍に、陰極の前方を取り囲む形状の磁性部材を配置しており、かつ当該磁性部材の電位が浮遊電位であることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は陰極の前方を取り囲む形状をしており、この陽極の外周部に、陰極の前方を取り囲む形状の磁性部材を取り付け、当該磁性部材を陽極と同電位にしていることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 陰極およびその蒸発面よりも前方に配置された陽極を有していて両者間の真空アーク放電によって陰極を蒸発させて陰極物質を含むプラズマを生成する真空アーク蒸発源と、この真空アーク蒸発源によって生成したプラズマを磁場によって湾曲させて輸送して粗大粒子を除去して導出する磁気フィルタとを備える真空アーク蒸発装置において、前記真空アーク蒸発源の陽極は陰極の前方を取り囲む形状をしており、この陽極の外周部または外周近傍に、陰極の前方を取り囲む形状の磁性部材を配置しており、かつ当該磁性部材に、それを冷媒によって冷却する冷却機構を設けていることを特徴とする真空アーク蒸発装置。
- 前記陰極は、炭素または炭素を主成分とする材料から成る請求項１ないし２６のいずれかに記載の真空アーク蒸発装置。
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