JP4003448B2 - 真空アーク蒸着方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車部品、機械部品、工具、金型等の基材の耐摩耗性を向上するために、基材表面に薄膜を蒸着して形成する真空アーク蒸発方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、真空アーク蒸着は、陰極と陽極の間にアーク放電を生じさせ、陰極材料を蒸発させて基材に蒸着するという簡便な薄膜形成方法であり、生産性に優れるという特徴を持つ。
【０００３】
しかし、陰極材料から（放電状態によっては陰極からも）、直径が数μｍにもなる大きな固まりの粗大粒子（ドロップレット）が飛出し、このドロップレットが基材に付着して成膜特性が劣下することが知られている。
【０００４】
このドロップレットによる成膜特性の劣下を防止するため、電磁コイル等の磁石により、陰極と基材との間で磁場を発生し、この磁場によってドロップレットを除去し、プラズマ流だけを磁場に沿って基材方向に輸送する蒸着方法や、前記磁場でプラズマを集束させて高密度化することによってドロップレットを溶解する蒸着方法が提案されている。
【０００５】
前者のプラズマ流だけを基材方向に輸送する従来の真空アーク蒸着方法及び装置は、本出願人の既出願に係る特開平２００１−５９１６５号公報（Ｃ２３Ｃ １４／３２）等に記載されている。
【０００６】
この公報等に記載の従来の真空アーク蒸着装置（アーク式イオンブレーディング装置）は、図９の平面図に示すように形成される。
【０００７】
そして、成膜室１を形成する金属製の接地された真空容器２は、図示省略した真空排気装置によって右側の排気口３から排気され、左側のガス導入口４から、アルゴンガス等の不活性ガスや反応性ガスが導入される。
【０００８】
また、前記公報においては、成膜室１の円筒形のホルダに基材を複数個取付けた構造が示されているが、図９においては、説明を簡単にするため、成膜室１のほぼ中央に平板状の１個のホルダ５が、その表面を前方に向けて、かつ、回転自在に設けられ、このホルダ５の表面側に基材６が着脱自在に保持される。
【０００９】
この基材はホルダ５を介してバイアス電源７の陰極に接続され、基材６が真空容器２に対して代表的には−５０Ｖ〜−５００Ｖに直流バイアスされる。
【００１０】
なお、図中の８はバイアス電源７の陰極を絶縁する真空容器２の後面板２′の絶縁体である。
【００１１】
つぎに、真空容器２の前方にほぼ「ノ」の字状に湾曲した断面矩形の金属製のダクト９が設けられ、このダクト９は、前側一端の接地された端板９′の中央部に絶縁体１０を介して蒸発源１１が設けられ、この蒸発源１１に陽極接地の数１０Ｖ程度のアーク電源１２の陰極が接続され、ダクト９が陽極、蒸発源１１が陰極を形成する。
【００１２】
なお、ダクト９を陽極に兼用する代わりに、ダクト９と別個に陽極電極が設けられることもある。
【００１３】
また、蒸発源１１は、図示省略した水冷機構、真空シール機構、トリガ機構等も備える。
【００１４】
さらに、ダクト９の他端が真空容器２の前面板２″の中央部に取付けられ、ダクト９の他端の放出口１３が成膜室１に連通し、このとき、放出口１３の左右方向（水平方向）の放出面の中心がホルダ５、基材６の中心に重なる。
【００１５】
つぎに、ダクト９の両端間の複数個所それぞれに、ダクト９を囲んだ磁石としての電磁コイル１４′，１４が設けられる。
【００１６】
このとき、従来は、放出口１３に最も近い終端磁石としての電磁コイル１４′及び他の電磁コイル１４が全て同じ大きさ（寸法）に形成される。
【００１７】
さらに、各電磁コイル１４′，１４は電流源としてのコイル電源１５の出力両端間に直列接続され、制御装置１６のコイル電流の制御により、各電磁コイル１４′，１４の通電が制御され、この制御に基づく各電磁コイル１４′，１４の通電により、図中の実線矢印のループに示すダクト９に沿って湾曲した偏向磁場１７が形成され、この磁場１７が磁気フィルタ１８を形成する。
【００１８】
そして、陽極であるダクト９と陰極である蒸発源１１との間の真空アーク放電により、蒸発源１１のＴｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕのような単体金属、ＴｉＡｌのような合金等の導電体の陰極材料１９が蒸発する。
【００１９】
さらに、アーク放電によって生成された電子及び陰極材料１９のイオンを含んだ破線矢印のプラズマ流２０が偏向磁場１７に沿ってダクト９の一端から他端の放出口１３に輸送される。
【００２０】
このとき、蒸発源１１から飛出したドロップレットは、電気的に中性であるか、又は、プラズマ中で負に帯電したりするが、いずれにしても質量が非常に大きいため、偏向磁場１７に関係なく直進し、ダクト９の内壁に衝突して除去される。
【００２１】
そして、放出口１３に到達した陰極材料１９のイオンは、バイアス電源７による基材６の大きな負電位のバイアスに基づき、成膜室１に引出されて基材６の表面に飛着し、基材６の表面に陰極材料１９の蒸着膜が成膜される。
【００２２】
なお、陰極材料１９のイオンの引出しに連動してガス導入口４から成膜室１内に反応性ガスを導入すると、このガスが陰極材料１９のイオンと反応し、基材６の表面に、例えば炭化チタンや窒化チタン等の金属化合物薄膜が蒸着される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
前記図９の従来装置の真空アーク蒸着においては、終端磁石の電磁コイル１４′が放出口１３の放出面及び基材６に平行に設置される。
【００２４】
一方、一様な磁場中で電子が輸送される状態を考えると、よく知られるように、電子はつぎの数１の式のローレンツ力Ｆを受ける。
【００２５】
【数１】
Ｆ＝ｖ×Ｂ（ｖ：電子の速度ベクトル、Ｂ：磁束密度のベクトル、×はベクトル積（外積）演算子）
【００２６】
そして、このローレンツ力Ｆにより、電子が螺旋状に回転しながら偏向磁場１７の磁力線に沿って進む。
【００２７】
そして、陰極材料１９のイオンは、この電子に引張られるようにダクト９内を進んで放出口１３に輸送される。
【００２８】
ところで、終端磁石の電磁コイル１４′の付近では図１０の（ａ），（ｂ）の実線矢印の磁力線に示すように発散磁場になり、放出口１３に到達した電子はこの発散磁場に沿って飛行する。
【００２９】
なお、図１０の（ａ），（ｂ）は図９の４個の電磁コイル１４，１４′のうちの１つおきの２個の電磁コイル１４，１４′のみ通電した場合の磁力線を示す平面図，右側面図である。
【００３０】
この磁力線に沿う電子の飛行軌跡は、電子に引っ張られて移動する陰極材料１９のイオンの飛行軌跡に相当し、電子の飛行軌跡から陰極材料１９のイオンの軌跡を把握できる。
【００３１】
そして、図１０の（ａ），（ｂ）の磁力線に基づく電子の飛行軌跡は、図１１の（ａ），（ｂ）の平面図，右側面図の実線に示すようになる。
【００３２】
すなわち、前記の発散磁場により、電子の基材到達位置が、湾曲の向きに応じて、基材６の中心から左方向に大きく偏向し、上下方向（垂直方向）には大きく発散する。
【００３３】
また、発散磁場をＢとすると、この磁場Ｂの勾配∇Ｂが発生し、電子のような荷電粒子は、つぎの数２の式に示す速度Ｖ_B で勾配∇Ｂが磁場Ｂに重なるように回転したときに右ねじが進む方向にドリフトし、この∇Ｂドリフトによって電子の軌跡が一層ずれる。
【００３４】
【数２】
ＶＢ＝−μ・（∇Ｂ×Ｂ）／（ｑ・Ｂ２），（μ：透磁率、ｑ：電荷、Ｂ：磁場ベクトル、∇Ｂ：磁場Ｂの勾配ベクトル、×はベクトル外積の演算子、・はベクトル内積の演算子）
【００３５】
したがって、陰極材料１９のイオンを、基材６表面中心等の所望の位置を中心にして飛着させることができない。
【００３６】
なお、ダクト９及び電磁コイル１４，１４′が断面矩形の場合、矩形の電磁コイル１４，１４′の磁場特性に基づき、中心部よりも外寄りになる程、磁場の勾配∇Ｂが強くなるため、斜め下方向のドリフト速度が大きくなり、陰極材料１９の飛着位置の上方向の発散より、下方向の発散が大きくなる。
【００３７】
そして、陰極材料１９のイオンの飛着中心を、例えば基材６表面の中心部に制御することができないため、電磁コイル１４，１４′を通流するコイル電流の向きを周期的に逆に切換えて陰極材料１９のイオンの飛着位置を周期的にずらすようにしても、基材６に陰極材料１９を、所望の位置へ薄膜を蒸着して成膜することができず、均一な成膜特性を得るには十分とはいえない問題点がある。
【００３８】
本発明は、終端磁石（電磁コイル１４′）の付近での発散磁場に基づく陰極材料１９の蒸着位置の左右方向のずれや上下方向の発散を防止し、基材６に均一な蒸着薄膜を成膜し得るようにすることを課題とし、さらには、陰極材料１９のイオンの基材到達位置を自由に制御して成膜特性の一層の向上等を図ることも課題とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の請求項１の真空アーク蒸着方法は、放出口に最も近い終端磁石を、放出口の放出面に対し傾けて設置し、終端磁石の発生磁場により、陰極材料のイオンの飛着方向を制御する。
【００４０】
したがって、終端磁石により生じる磁場が、従来のように終端磁石を放出面に平行に設置する場合と異なり、終端磁石を放出面に対して適当な角度傾けて設置することにより、陰極材料のイオンが基材表面の中心部に飛着するようになる。
【００４１】
また、終端磁石の設置角度を種々に定めることにより、陰極材料のイオンが基材表面の所望位置に飛着するようになり、所望の成膜特性で蒸着膜を成膜することができる。
さらに、各磁石を形成する電磁コイルのコイル電流の向きを一定時間毎に切換えて逆にするため、電子のドリフト方向を逆転することによって陰極材料のイオンの飛着位置を周期的にずらすことができ、大面積の基材の均一蒸着等が可能になる。
【００４２】
つぎに、本発明の請求項２の真空アーク蒸着方法の場合は、終端磁石の設置角度を可変自在にする。
【００４３】
したがって、終端磁石の設置角度を成膜前及び成膜中に自在に変えることができ、種々の成膜特性の蒸着薄膜を自在に成膜することができる。
【００４４】
つぎに、本発明の請求項３の真空アーク蒸着方法の場合、終端磁石が他の磁石と異なる大きさにする。
【００４５】
したがって、終端磁石の発散磁場につき、とくに、その上下方向の発散を、終端磁石の大きさを変えることで、種々に制御することができ、例えば、終端磁石を他の磁石より大きくすれば、放出口より基材側での磁場の上下方向の発散を良好に抑制し、陰極材料の蒸着粒子（イオン）の上下方向の拡がりを防止することができ、請求項１，２の成膜特性より一層良好な特性で均一な成膜が行える。
【００４６】
そして、請求項１，２，３の真空アーク蒸着方法において、終端磁石の設置角度が自動制御されることが好ましい。
【００４７】
さらに、終端磁石の設置角度の制御に連動して各磁石の電磁コイルのコイル電流を制御することが、成膜特性上からは一層好ましい。
【００４８】
つぎに、蒸発源を複数個にすれば、成膜能力の向上が図れ、複数種類の陰極材料の同時成膜も行える。
【００５０】
つぎに、本発明の請求項７の真空アーク蒸着装置は、放出口に最も近い終端磁石を、放出口の放出面に対し傾けて設置し、かつ、各磁石が電磁コイルからなり、各電磁コイルのコイル電流の向きを一定時間毎に切換えて逆にし、終端磁石の発生磁場により、イオンの飛着方向を制御したものである。
【００５１】
また、本発明の請求項８の真空アーク蒸着装置は、終端磁石の設置角度を可変する手段を備えたものである。
【００５２】
したがって、請求項１，２の蒸着方法に用いられる真空アーク蒸着装置を提供することができる。
【００５３】
さらに、請求項９の真空アーク蒸着装置は、終端磁石が他の磁石と異なる大きさにしたものである。
【００５４】
したがって、請求項７，８の蒸着装置に、上下方向の磁場発散抑制機能等を付加することができる。
【００５５】
そして、請求項７，８，９の蒸着装置において、終端磁石の設置角度の自動制御手段を備えることが望ましい。
【００５６】
また、終端磁石の設置角度の制御に連動して各磁石の電磁コイルのコイル電流を制御する手段を備えることが、成膜特性を向上する上からは、一層好ましい。
【００５７】
さらに、蒸発源が複数個であってもよい。
【００５８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１ないし図８を参照して説明する。
図１は図９に対応する真空アーク蒸着装置の平面図であり、図と同一記号は同一のものを示す。
【００５９】
そして、図１においては、図９の終端磁石としての電磁コイル１４′の代わりに、他の電磁コイル１４より大きい電磁コイル２１を、終端磁石として設ける。
【００６０】
この電磁コイル２１は図２の斜視図に示すように断面矩形の枠状に形成され、図３の（ａ），（ｂ）のダクト取付状態の平面図，右側面図に示すように、左右方向をＸ軸方向（左方が正），前後方向をＹ軸方向（後方が正），上下方向をＺ軸方向（上方が正）とすると、放出口１３の放出面に平行な破線の状態から、Ｘ−Ｙ軸の平面内で角度α，Ｙ−Ｚ軸の平面内で角度β傾けて設置される。
【００６１】
この角度α，βは事前の荷電粒子軌道解析シミュレーション及び試験蒸着等に基づいて最適に定められ、この形態にあっては、作業員の手作業で電磁コイル２１のダクト９への取付け角度等を調整し、電磁コイル２１を放出面に対して角度α，βのいずれか一方又は両方傾ける。
【００６２】
そして、この角度α，βの傾きにより、電磁コイル２１の発生磁場が制御され、放出口１３付近で図９の磁場１７と異なる偏向磁場１７′の磁気フィルタ２２が形成され、この磁気フィルタ２２によって図９のプラズマ電流２０に相当するプラズマ流２３が生成される。
【００６３】
このとき、図４の（ａ），（ｂ）の電子軌跡の平面図，右側面図に示すように、ダクト９を通って基材６の表面に到達する電子の軌跡は、電子の基材到達位置の中心がほぼ基材６表面の中心に一致するように補正される。
【００６４】
なお、図４の（ａ），（ｂ）は電磁コイル２１の設置角度による効果を示すため、電磁コイル２１の代わりに、他の電磁コイル１４と同じ大きさの電磁コイル２１′を設け、その設置角度αを時計方向の１５度にして左右方向の磁場の発散を収束補正した場合の電子軌跡を示したものであり、図１１の（ａ），（ｂ）と同様、実線の１つおきの２個の電磁コイル２１′，１４にのみ通電している。
【００６５】
つぎに、電磁コイル２１は他の電磁コイル１４と大きさが異なり、この形態にあっては上下方向の磁場の発散を抑えるため、他の電磁コイル１４より大型である。
【００６６】
そして、電磁コイル２１を他の電磁コイル１４より大型にすると、上下方向の磁場に対する磁場フォーカシングの機能が付加され、上下方向の磁場が収束補正され、例えば、図５の（ａ），（ｂ）の電子軌跡の平面図，右側面図に示すように、電子の上下方向の軌跡が基材６表面の中央寄りに補正されることが実験によって確められた。
【００６７】
なお、図５の（ａ），（ｂ）は、電磁コイル２１の設置角度αを時計方向の１５度にし、かつ、その寸法を他の電磁コイル１４の１２０％にした場合の電子軌跡であり、図４の（ａ），（ｂ）の場合と同様、実線の１つおきの２個の電磁コイル２１，１４にのみ通電している。
【００６８】
そして、図４，図５からも明かなように、電子軌跡が基材６の表面付近で左右方向及び上下方向とも中央寄りに補正されるため、陰極材料１９のイオンも、左右方向及び上下方向の飛着のずれ，拡散が中央寄りに補正されて防止され、この結果、基材６の表面に均一な成膜が行える。
【００６９】
つぎに、具体的な実験結果について説明する。
まず、放出口１３の放出面と基材６とを、中心が重合し、かつ、両者の距離が４００mmになるようにセットし、電磁コイル２１，１４のコイル電流１００Ａの条件下、電磁コイル２１の設置角度αを時計方向の１５度，２０度，２５度にしたところ、電子軌跡の基材６表面の到達位置の左右方向（水平方向），上下方向（垂直方向）の基材６表面の中心からのずれは図６に示すようになった。
【００７０】
図６において、◆は設置角度αが０度のリファレンス（基準コイル）のプロットを示し、■，△，●は設置角度αを１５度，２０度，２５度傾けたときのプロットである。
【００７１】
また、設置角度αを１５度にしてコイル電流を３０Ａ，５０Ａ，１００Ａにすると、電子軌跡のずれは図７に示すようになった。
【００７２】
図７において、◆は設置角度αが０度でコイル電流が５０Ａのリファレンスのプロット、■，△，●は設置角度αが１５度でコイル電流が３０Ａ，５０Ａ，１００Ａのときのプロットである。
【００７３】
そして、図６，図７からも明らかなように、設置角度αをコイル電流に応じて適当に設定し、電磁コイル２１を放出口１３の放出面に対して適当に傾けると、その影響により、基材６表面でのとくに左右方向の電子到達位置が基材６の中央寄りに補正され、陰極材料１９が基材６の表面中央部を中心として蒸着する。
【００７４】
つぎに、設置角度αを１５度とし、コイル電流３０Ａ，５０Ａ，１００Ａの条件下、電磁コイル２１の大きさを８０％，１００％，１２０％にすると、図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）の結果が得られた。
【００７５】
図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）において、◆は設置角度αが０度で１００％の大きさのリファレンスのプロット、■，△，●は設置角度αが１５度で８０％，１００％，１２０％の大きさにした場合のプロットを示す。
【００７６】
また、図８の（ｂ）の▲は、△の場合と同様、設置角度１５度で１００％の大きさにし、かつ、コイル電流の向きを他のプロットと逆にした場合のプロットを示す。
【００７７】
そして、図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）からも明らかなように、電磁コイル２１を１２０％に大きくすれば、磁場の発散の抑制により、基材６表面での上下方向の電子到達位置も基材６の中央寄りに補正され、陰極材料１９が基材６表面の中央部を中心として、一層良好に蒸着し、均一な成膜が行われる。
【００７８】
すなわち、この形態の場合、終端磁石としての電磁コイル２１を、放出口１３の放出面に対して角度α，βのいずれか一方又は両方傾けて設置し、かつ、電磁コイル２１を他の電磁コイル１４より大きくしたため、陰極材料１９のイオンの飛着方向を、左右方向，上下方向に制御して中央寄りに補正し、陰極材料１９を、基材６表面の中央部を中心に飛着させて蒸着し、基材６表面に均一な蒸着薄膜を成膜することができる。
【００７９】
ところで、前記形態では陰極材料１９を基材６表面の中央部を中心に飛着させて蒸着するように補正したが、基材６によってはその表面中央部から離れた位置を中心に蒸着することが好ましい場合もある。
【００８０】
このような場合は、前記の角度α，βの一方又は両方を目的に応じて設定し、基材６表面の任意の位置を中心に蒸着するようにしてもよい。
【００８１】
つぎに、前記形態では作業員の手作業で電磁コイル２１を角度α，βだけ事前に傾けたが、例えば、電磁コイル２１をＸ−Ｘ軸の平面内で回動してその角度αを可変する治具と、電磁コイル２１をＺ−Ｙ軸の平面内で回動してその角度βを可変する治具とのいずれか一方又は両方を、電磁コイル２１の設置角度を自在に可変する手段として設け、事前の試験成膜の結果に基づいて電磁コイル２１の設置角度を初期設定したり、実際の蒸着中に電磁コイル２１の設置角度を可変するようにしてもよい。
【００８２】
また、前記形態では終端磁石及び他の磁石をいずれも電磁コイル２１，１４としたが、これらの磁石はいわゆる永久磁石で形成してもよい。
【００８３】
さらに、前記形態では、説明を簡単にするため、蒸発源１１が１個の場合について説明したが、基材６が大面積の場合や複数種類の陰極材料を同時に蒸着する場合等には、蒸発源１１を、例えば上下方向に複数個設ければよい。
【００８４】
つぎに、終端磁石の設置角度は、例えば図９の制御装置１６の代わりに設けた図１の制御装置２４のシーケンス制御，プログラム制御等が形成する自動制御手段により、図示省略した膜厚計による基材６表面の膜厚の計測に基づき、事前に又は実際の成膜の進行に応じて前記の両治具を自動制御し、この自動制御によって自動設定したり成膜中に自動可変することが、実用的であり、また、成膜作業の効率化等の面からも、好ましい。
【００８５】
さらに、各磁石が電磁コイル１４，２１からなる場合、制御装置２４の通電制御手段により、前記の膜厚計の計測に基づき、成膜中の電磁コイル２１の設置角度α，βの制御に連動して各電磁コイル１４，２１のコイル電流を制御すれば、一層精度の高い成膜が行える。
【００８６】
その上、制御装置２４の通電制御手段により、各電磁コイル１４，２１のコイル電流の向きを一定時間毎に切換えて逆にすることにより、電流方向の逆転により、磁場Ｂの勾配∇Ｂの方向は変化しないが、磁場Ｂの方向が反転して変化するため、プラズマ流２３の輸送に作用するドリフト速度が変わり、基材６の表面への陰極材料１９の飛着方向が変化して膜厚分布の一層の均一化を図ることができ、成膜特性が一層向上する。
【００８７】
また、各電磁コイル２１，１４のコイル電流を交流電源から得るようにすれば、前記の通電制御手段による切換えを行うことなく、各電磁コイル２１，１４の電流方向を一定時間毎に逆転することができる。
【００８９】
また、前記形態においては、１個のダクト９を真空容器２に接続して真空アーク蒸着装置を形成したが、真空容器２に複数のダクトを接続し、各ダクトの終端磁石を、各ダクトの放出口の放出面に対して、それぞれ傾けるようにしてもよい。
【００９０】
さらに、前記形態では説明を簡単にするため、成膜室１内に、１個のホルダ５を設け、１個の基材６を蒸着して成膜するようにしたが、例えば、前記公報に記載のアーク式イオンブレーディング装置のように、成膜室内に円筒形の回転式のホルダを設け、このホルダの各面に基材を保持して複数の基材の真空アーク蒸着を行う場合にも、本発明は同様に適用することができる。
【００９１】
つぎに、前記形態では電磁コイル２１を他の電磁コイル１４より大きくして終端磁石を他の磁石より大きくしたが、放出口１３と基材６の距離が近いなど成膜条件等によっては、終端磁石を他の磁石より小さくして良好な成膜特性を得ることができる場合もあり、このような場合には、終端磁石を他の磁石より小さくすればよい。
【００９２】
また、前記形態では湾曲したダクト９を用いた場合について説明したが、ダクト９の代わりに屈曲したダクトを用いた場合にも、本発明は同様に適用することができる。
【００９３】
つぎに、成膜特性の一層の向上等を図る場合は、終端磁場（電磁コイル２１）の左右方向及び上下方向のいずれか一方又は両方の設置角度を調整するだけでなく、他の磁石（電磁コイル１４）の全部又は一部についても、終端磁石と同様に、左右方向及び上下方向のいずれか一方又は両方の設置角度を調整することが好ましい。
【００９４】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、請求項１の真空アーク蒸着方法の場合、放出口１３に最も近い終端磁石（電磁コイル２１）を、放出口１３の放出面に対し傾けて設置し、終端磁石の発生磁場により、陰極材料１９のイオンの飛着方向を制御したため、終端磁石により生じる偏向磁場が、従来の終端磁石を放出面に平行に設置する場合と異なり、陰極材料１９のイオンを基材６表面の中心部に到達するように制御し、均一な蒸着膜の成膜を行うことができる。
【００９５】
また、終端磁石の設置角度を種々に定めることにより、陰極材料１９のイオンが基材表面の所望の位置を中心にして飛着するようになり、所望の成膜特性で蒸着膜を成膜することができる。
さらに、とくに、各磁石を形成する電磁コイルのコイル電流の向きを一定時間毎に切換えて逆にするため、電子のドリフト方向を逆転することによって陰極材料のイオンの飛着位置を周期的にずらすことができ、大面積の基材の均一蒸着等が可能になる。
【００９６】
つぎに、請求項２の真空アーク蒸着方法の場合は、終端磁石の設置角度を可変自在にしたため、終端磁石の設置角度を成膜前及び成膜中に自在に変えることができ、種々の成膜特性の蒸着薄膜を自在に成膜することができる。
【００９７】
つぎに、請求項３の真空アーク蒸着方法の場合、終端磁石を他の磁石と異なる大きさにしたため、終端磁石の発散磁場につき、とくに、その上下方向の発散を、終端磁石の大きさを変えることで、種々に制御することができ、例えば、終端磁石を他の磁石より大きくして磁場の上下方向の発散を良好に抑制し、請求項１，２の成膜特性より一層均一な特性にすることができる。
また、終端磁石の設置角度が自動制御されることが実用上は好ましい。
【００９８】
さらに、終端磁石の設置角度の制御に連動して各磁石の電磁コイル１４，２１のコイル電流を制御することが、成膜特性上からは一層好ましい。
【００９９】
つぎに、蒸発源１１を複数個にすれば、成膜能力の向上が図れ、複数種類の陰極材料１９の同時成膜も行うことができる。
【０１０１】
つぎに、請求項７〜１２の真空アーク蒸着装置は、前記の各真空アーク蒸着方法を実現する具体的な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の１形態の真空アーク蒸着装置の平面図である。
【図２】 図１の終端磁石としての電磁コイルの斜視図である。
【図３】 （ａ），（ｂ）は図２の電磁コイルの傾きの説明図である。
【図４】 （ａ），（ｂ）は終端磁石としての電磁コイルを角度α＝１５度傾けたときの電子軌跡説明図の平面図，右側面図である。
【図５】 （ａ），（ｂ）は終端磁石としての電磁コイルを角度α＝１５度傾け、かつ、その寸法を他の磁石の電磁コイルより大きくしたときの電子軌跡説明図の平面図，右側面図である。
【図６】 終端磁石としての電磁コイルの角度αを変えたときの電子到達位置の実測結果である。
【図７】 終端磁石としての電磁コイルを角度α＝１５度傾けてコイル電流を変えたときの電子到達位置の実測結果である。
【図８】 （ａ），（ｂ），（ｃ）は終端磁石としての電磁コイルを角度α＝１５度傾けてコイル電流を３０Ａ，５０Ａ，１００Ａにしたときの大きさ（コイル寸法）の違いによる電子到達位置の実測結果である。
【図９】 従来装置の平面図である。
【図１０】 （ａ），（ｂ）は図９の従来装置の発散磁場説明図の平面図，右側面図である。
【図１１】 （ａ），（ｂ）は図９の従来装置の電子軌跡説明図の平面図，右側面図である。
【符号の説明】
１ 成膜室
６ 基材
９ ダクト
１１ 蒸発源
１３ 放出口
１４，２１ 電磁コイル
１７′ 偏向磁場
１９ 陰極材料
２２ 磁気フィルタ
２３ プラズマ流

Claims (12)

1. 湾曲又は屈曲した断面矩形のダクトの一端に位置した蒸発源から、アーク放電により陰極材料を蒸発し、
   前記ダクトの複数個所それぞれに前記ダクトを囲んだ断面矩形の磁石を設けて磁気フィルタを形成し、
   前記磁気フィルタにより前記ダクトの内部に偏向磁場を発生し、
   前記偏向磁場に基づき、前記蒸発によって発生した粗大粒子を除去しつつ、前記陰極材料のイオンを含むプラズマ流を前記ダクトの一端から他端の放出口に輸送し、
   前記プラズマ流の前記イオンを前記放出口から成膜室に引出して前記成膜室の基材に飛着し、
   前記基材に前記陰極材料を蒸着する真空アーク蒸着方法において、
   前記放出口に最も近い終端磁石を、前記放出口の放出面に対して傾けて設置し、
   かつ、前記各磁石が電磁コイルからなり、前記各電磁コイルのコイル電流の向きを一定時間毎に切換えて逆にし、
   前記終端磁石の発生磁場により、前記イオンの飛着方向を制御することを特徴とする真空アーク蒸着方法。
2. 終端磁石の設置角度を可変自在にしたことを特徴とする請求項１記載の真空アーク蒸着方法。
3. 終端磁石が他の磁石と異なる大きさであ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着方法。
4. 終端磁石の設置角度が自動制御されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の真空アーク蒸着方法。
5. 終端磁石の設置角度の制御に連動して前記各磁石の電磁コイルのコイル電流を制御することを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の真空アーク蒸着方法。
6. 蒸発源が複数個であることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の真空アーク蒸着方法。
7. 基材が設けられた成膜室と、
   湾曲又は屈曲した断面矩形のダクトと、
   前記ダクトの一端に位置し、真空中でのアーク放電により陰極材料が蒸発する蒸発源と、
   前記成膜室に連通した前記ダクトの他端の放出口と、
   前記ダクトの複数個所それぞれに前記ダクトを囲んだ断面矩形の磁石を設けて形成され、前記ダクト内に偏向磁場を発生し、前記蒸発により発生した粗大粒子を除去しつつ、前記陰極材料のイオンを含むプラズマ流を前記ダクトの一端から前記放出口に輸送する磁気フィルタとを備え、
   前記プラズマ流の前記イオンを前記放出口から前記成膜室に引出して前記基材に飛着し、前記基材に前記陰極材料を蒸着する真空アーク蒸着装置において、
   前記放出口に最も近い終端磁石を、前記放出口の放出面に対し傾けて設置し、
   かつ、前記各磁石が電磁コイルからなり、前記各電磁コイルのコイル電流の向きを一定時間毎に切換えて逆にし、
   前記終端磁石の発生磁場により、前記イオンの飛着方向を制御することを特徴とする真空アーク蒸着装置。
8. 終端磁石の設置角度を可変する手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の真空アーク蒸着装置。
9. 終端磁石が他の磁石と異なる大きさであることを特徴とする請求項７又は８記載の真空アーク蒸着装置。
10. 終端磁石の設置角度の自動制御手段を備えたことを特徴とする請求項７，８又は９記載の真空アーク蒸着装置。
11. 終端磁石の設置角度の制御に連動して前記各磁石の電磁コイルのコイル電流を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項７，８，９又は１０記載の真空アーク蒸着装置。
12. 蒸発源が複数個であることを特徴とする請求項７，８，９，１０又は１１記載の真空アーク蒸着装置。

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