JP4438326B2

JP4438326B2 - 偏向磁場型真空アーク蒸着装置

Info

Publication number: JP4438326B2
Application number: JP2003169754A
Authority: JP
Inventors: 泰夫村上; 隆司三上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: KR20060010835A; JP2005002454A; TW200500481A; CN1806063B; CN1806063A; KR100729250B1; WO2004111294A1; TWI275654B; US20070023282A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車部品、機械部品、工具、金型等の物体上に耐摩耗性、摺動性、耐蝕性等のうち少なくとも一つを向上させるなどのための薄膜を形成することに利用できる真空アーク蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空アーク蒸着装置は減圧雰囲気下においてアノード（陽極）とカソード（陰極）との間に真空アーク放電を生じさせ、該アーク放電によりカソード材料を蒸発させてイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料を被成膜物体へ飛翔させて該物体上に薄膜を形成するものである。アノードとカソードとの間に真空アーク放電を発生させ、該アーク放電によりカソード材料をイオン化する部分は、一般に、蒸発源とか、真空アーク蒸発源と称されている。真空アーク蒸着装置はプラズマＣＶＤ装置などと比べると成膜速度が大きく、膜生産性の点で優れている。
【０００３】
かかる真空アーク蒸着装置として偏向磁場型の真空アーク蒸着装置も知られている。偏向磁場型真空アーク蒸着装置は、前記蒸発源に加え、蒸発源によりイオン化されたカソード材料を被成膜物体を支持するホルダへ向け飛翔させる偏向磁場が永久磁石や磁場形成用コイルにて形成される湾曲フイルターダクトを含んでいる。
【０００４】
真空アーク蒸着法においては、カソードがアーク放電により蒸発するときマクロパーティクルとかドロップレットと称される粗大粒子が発生することがある。かかる粗大粒子が被成膜物体へ飛来付着すると、該物体上に形成される膜の表面平滑性が低下したり、膜の物体への密着性が低下したりする。
【０００５】
前記の偏向磁場が形成される湾曲フィルターダクトは、荷電粒子であるイオン化されたカソード材料を偏向磁場により選択的にダクトに沿って偏向させて被成膜物体へ導くことができる一方、電気的に中性であるため、或いはたとえ帯電していても質量が非常に大きいため磁場により偏向させることができない粗大粒子については湾曲したダクトの内壁に衝突させ、被成膜物体へ飛来、付着することを抑制する。それにより良質の薄膜を被成膜物体上に形成し得る。
【０００６】
また、かかるフィルターダクトを備えた真空アーク蒸着装置であって、広い面積にわたり生産性よく薄膜を形成する装置や、複合膜を形成する装置も提案されている。例えば、特開２００１−５９１６５号公報は、断面形状が矩形等の一つのフィルターダクトに複数の蒸発源を配列することで、広い面積にわたり、表面平滑性の高い、膜厚均一性の高い膜を形成することを開示している。
【０００７】
特開平９−２１７１４１号公報は、それぞれが異なる材料からなるカソードを含む蒸発源を設けた２本のフィルターダクトを成膜容器壁の異なる位置に接続し、それぞれの蒸発源に由来する超微粒子を被成膜物体に飛翔させて超微粒子分散膜（複合膜）を形成することを開示している。さらに説明すると、一方の蒸発源としてチタンを含むカソードを有するものを採用するとともに他方の蒸発源としてニッケルからなるカソードを有するものを採用し、それら蒸発源にパルス状に交互にアーク放電用電圧を印加することで、窒素ガス雰囲気において窒化チタンからなる硬質超微粒子とニッケルからなる金属超微粒子とから構成される超微粒子分散膜を形成する例を開示している。
【０００８】
以上の他、フィルターダクトを備えた真空アーク蒸着装置として、特開２００２−２９４４３３号公報は、被成膜物体表面に形成される膜の厚さ分布の均一性が、磁場形成用コイルがつくる磁場中におけるプラズマのドリフトによって悪化すること、すなわち、磁場コイルに流す電流の向きが常に同じであると、被成膜物体上に形成される膜厚のピークが磁場中におけるプラズマのドリフトによって一定の方向にずれてしまい、これにより膜厚分布の均一性が低下することを抑制するために、磁場形成コイルに流す電流の向きを成膜中に繰り返し反転させることを開示している。
【０００９】
ここで一般に被成膜物体上に形成される薄膜の構造についてみると、全体が同材料からなる薄膜、前記のように複数種類の微粒子が分散された複合膜の他に、下地層とその上に積層された所望の層からなる薄膜、２種類以上の元素からなる化合物膜、所定材料の薄膜中に他元素が添加された薄膜などがある。
【００１０】
下地層を含む薄膜、化合物膜、他元素添加薄膜などを真空アーク蒸着装置を用いて生産性良く形成するには、前記の超微粒子分散膜の形成の場合と同様に、それぞれが異なる材料からなるカソードを含む複数の蒸発源を採用しなければならない。
【００１１】
その場合、前記特開２００１−５９１６５号公報が開示する、一つのフィルターダクトに設けられる複数の蒸発源をそれら複数種類の蒸発源とすることが考えられるが、一つのフィルターダクトに対しそれぞれ異なる位置に複数種類の蒸発源を配列して、所定位置に配置された被成膜物体上にそのような薄膜を形成することは、各蒸発源に由来するイオン化されたカソード材料の飛行軌跡が同じフィルターダクト内では異なってくること等により、実際には困難である。
【００１２】
従って、そのような薄膜を所定位置に配置された被成膜物体上に形成するには、特開平９−２１７１４１号公報が開示するように、蒸発源の種類数に応じたフィルタターダクトをそれぞれ成膜容器壁の異なる位置に接続しなければならない。
【００１３】
しかし、そのようにしても、例えば化合物膜を形成しようとするときには、複数種類のイオン化されたカソード材料が異なる位置から定位置の被成膜物体に飛来することになり、その結果、化合物膜ではなく、それら複数の材料からなる積層構造膜が形成されがちとなる。また、化合物膜の形成の場合だけでなく、下地層を含む薄膜や他元素添加薄膜を形成するときも、複数種類のイオン化されたカソード材料が異なる位置から定位置の被成膜物体に飛来することになるので、形成される薄膜各部における膜質や膜厚が不均一になりやすい。さらに、蒸発源の数に応じたフィルタターダクトをそれぞれ成膜容器壁の異なる位置に接続すると、真空アーク蒸着装置のコンパクト化の妨げにもなる。
【００１４】
この点、特表２００１−５２１０６６号公報は、２本の湾曲磁気フィルターダクトを備え、成膜容器内ホルダに支持される被成膜物体に臨むそれらフィルターダクト端部を互いに共通の端部となるように形成し、互いに分離された反対側のダクト端部にそれぞれ蒸発源を設けた真空アーク蒸着装置を開示している。このタイプの真空アーク蒸着装置によると、真空アーク蒸着装置のコンパクト化が可能である。そして、いずれの蒸発源に由来するイオン化されたカソード材料も一つの部位、すなわち、該共通のダクト端部から飛翔していく。従って、下地層を含む薄膜、化合物膜、他元素添加薄膜などのいずれを形成する場合でも、複数のフィルターダクトをそれぞれ成膜容器の異なる部位に接続する場合に比べると、より所望の状態に薄膜を形成できるかのようにみえる。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−５９１６５号公報
【特許文献２】
特開平９−２１７１４１号公報
【特許文献３】
特開２００２−２９４４３３号公報
【特許文献４】
特表２００１−５２１０６６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし本発明者の研究によると、かかるダクト端部共通型の真空アーク蒸着装置においてもなお解決すべき課題がある。
図６に特表２００１−５２１０６６号公報に開示された真空アーク蒸着装置の原理的構成を示す。図６に示すように、成膜容器９１の中の所定位置にホルダ９２が設置されており、該ホルダに被成膜物体ｓが支持される。成膜容器壁９１１の一か所、すなわち、該ホルダに臨む一つの部位に２本の湾曲フィルターダクト９３、９４が接続されている。
【００１７】
これらフィルターダクト９３、９４は成膜容器９１に接続される部分９０、従ってホルダ９２に臨む部分９０が互いに共通に形成されており、互いに分離された反対側のダクト端部にそれぞれ異なる材料からなるカソードを含む蒸発源９５、９６が設けられている。フィルターダクト９３には磁場形成用の永久磁石又はコイル９７が周設されており、フィルターダクト９４には磁場形成用の永久磁石又はコイル９８が周設されている。さらに共通ダクト端部９０にはそれらダクトに共通の磁場形成用の永久磁石又はコイル９９が周設されている
【００１８】
一方の蒸発源９５に由来するイオン化されたカソード材料は磁石９７、９９により形成される偏向磁場にてダクト９３から共通ダクト端部９０を経て飛翔でき、他方の蒸発源９６に由来するイオン化されたカソード材料は磁石９８、９９により形成される偏向磁場にてダクト９４から共通ダクト端部９０を経て飛翔できる。
【００１９】
従って、理論上は、二つの蒸発源を同時に運転することで、被成膜物体ｓに異なる材料からなる化合物膜を形成することができ、交互に繰り返し運転すれば、異なる材料からなる微粒子分散型の複合膜や積層構造膜を形成することができる。また、一方の蒸発源を運転して物体ｓ上に下地層を形成し、その後、該一方の蒸発源に代えて他方の蒸発源を運転することで該下地層上に所望の膜を形成したり、一方の蒸発源を用いて膜形成しつつ、他方の蒸発源を用いて該膜に他元素を添加したりできる。さらに、いずれか一方の蒸発源のみを用いて物体ｓ上に同じ材料からなる膜を形成することも可能である。
【００２０】
しかし、実際にこの装置を用いて化合物膜や複合膜の形成を試みると、一方の蒸発源９５に由来するイオン化カソード材料の通路９５０と他方の蒸発源９６に由来するイオン化カソード材料の通路９６０が、図６に示すように、フィルターダクト９３、９４における両偏向磁場が相互に影響しあうために、最終的に合流してホルダ上の物体ｓへ向かわず、両通路が互いに反対方向へ分かれ、或いは、互いに交差したのち分かれ、その結果物体ｓ上に所望の化合物膜等を形成することは困難である。下地層を含む膜や他元素添加膜等を形成する場合でも、各イオン化カソード材料を最終的にホルダ上の物体ｓへ集中的に向かわせることが困難なことがある。
【００２１】
そこで本発明は、複数の蒸着ユニットを備え、該各蒸着ユニットは、カソードとアノード間の真空アーク放電により該カソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、該カソード材料構成元素を含む膜をホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダへ向け飛翔させる偏向磁場形成部材が付設された湾曲フイルターダクトとを含んでおり、該複数蒸着ユニットのそれぞれの前記湾曲フィルターダクトは、前記ホルダに臨むダクト端部が他の湾曲フィルターダクトの該ホルダに臨むダクト端部と共通に形成されており、該各フィルターダクトの反対側端部に少なくとも一つの前記蒸発源が設置されている偏向磁場型真空アーク蒸着装置（以下、このタイプの装置を「ダクト端部共通型の偏向磁場型真空アーク蒸着装置」ということがある。）であって、被成膜物体上に所望構造の良質の薄膜を生産性良好に形成することができる偏向磁場型真空アーク蒸着装置を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究を重ね次のことを知見し、本発明を完成した。
すなわち、フィルターダクトに設けられている偏向磁場形成部材の設置状態を、例えば該ダクトの延在する方向における部材位置の調整、該ダクトに対する部材設置角度の調整、これらの組み合わせなどにより調整することで、該偏向磁場形成部材にてダクト内に形成される磁場の特性（磁力線の方向等）を変更することができ、それにより該ダクト内におけるイオン化されたカソード材料の飛翔方向を制御できる。
【００２３】
よって、ダクト端部共通型の偏向磁場型真空アーク蒸着装置における複数本のフィルターダクトのうち少なくとも一本について、さらに必要とあれば複数本又は全本数について、該フィルターダクトに対し設けられている偏向磁場形成部材の全部又は一部の設置状態を調整することで、複数の蒸着ユニットの各蒸発源にて発生するイオン化カソード材料の流れを該複数のフィルターダクトの共通ダクト端部で合流させて一緒にホルダ上の被成膜物体へ向かわせることが可能であり、そうすることで、たとえ形成対象膜が化合物膜等である場合でも、該膜を被成膜物体上に所望構造状態で良質に、生産性よく形成することができる。
【００２４】
本発明は以上の知見に基づき、
複数の蒸着ユニットを備えており、該各蒸着ユニットは、カソードとアノード間の真空アーク放電により該カソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、該カソード材料構成元素を含む膜をホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダへ向け飛翔させる偏向磁場形成部材が付設された湾曲フイルターダクトとを含んでおり、該複数蒸着ユニットのそれぞれの前記湾曲フィルターダクトは、前記ホルダに臨むダクト端部が他の湾曲フィルターダクトの該ホルダに臨むダクト端部と共通に形成されており、該各フィルターダクトの反対側端部に少なくとも一つの前記蒸発源が設置されている偏向磁場型真空アーク蒸着装置であり、
前記複数の蒸着ユニットのフィルターダクトのうち少なくとも一本のフィルターダクトに対し設けられた前記偏向磁場形成部材のうち少なくとも一つの偏向磁場形成部材の該フィルターダクトに対する設置状態を磁場制御のために調整する磁場形成部材調整装置を備えている偏向磁場型真空アーク蒸発装置を提供する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態にかかる偏向磁場型真空アーク蒸着装置は、基本的には、複数の蒸着ユニットを備えており、該各蒸着ユニットは、カソードとアノード間の真空アーク放電により該カソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、該カソード材料構成元素を含む膜をホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダへ向け飛翔させる１又は２以上の偏向磁場形成部材が付設された湾曲フイルターダクトとを含んでいる。
【００２６】
そして、該複数蒸着ユニットのそれぞれの前記湾曲フィルターダクトは、前記ホルダに臨むダクト端部が他の湾曲フィルターダクトの該ホルダに臨むダクト端部と共通に形成されており、該各フィルターダクトの反対側端部に少なくとも一つの前記蒸発源が設置されている。
【００２７】
さらに、複数の蒸着ユニットのフィルターダクトのうち少なくとも一本のフィルターダクトに対し設けられた前記偏向磁場形成部材のうち少なくとも一つの偏向磁場形成部材の該フィルターダクトに対する設置状態を磁場制御のために調整する磁場形成部材調整装置を備えている。
【００２８】
かかる偏向磁場形成部材は、永久磁石からなるものでも、通電により磁場を形成する磁場形成コイルでも、これらの組み合わせでもよい。いずれにしても偏向磁場形成部材はダクト周囲に周設されているのもであることが好ましい。
また、前記磁場形成部材調整装置としては、代表例として、該調整装置により設置状態が調整される偏向磁場形成部材の、該部材にて磁場が形成されるフィルターダクトの延在方向における位置及び（又は）該ダクトに対する設置角度を調整する装置を挙げることができる。
【００２９】
フィルターダクトは、それには限定されないが、断面矩形のフィルターダクトを代表例として挙げることができる。かかる断面矩形ダクトを採用する場合、前記調整装置による偏向磁場形成部材のダクトに対する設置角度として、該ダクトの四つの側面のうち互いに対向する一対の側面に実質上垂直な軸線まわりの偏向磁場形成部材の姿勢角度及び（又は）該軸線に実質上垂直なもう一つの軸線（互いに対向するもう一対の側面に実質上垂直な軸線）のまわりの偏向磁場形成部材の姿勢角度を挙げることができる。
【００３０】
各フィルターダクトに複数の偏向磁場形成部材が設けられている場合、そのうち一つは他のフィルターダクトについて設けられている複数の偏向磁場形成部材の一つと共通のものとしてもよい。かかる共通の偏向磁場形成部材は、例えば、前記共通のダクト端部に設けることができる。
【００３１】
代表例として、前記複数本のフィルターダクトに共通の前記ホルダに臨むダクト端部に対し該複数本のフィルターダクトに共通の偏向磁場形成部材が設置されているとともに該複数本のフィルターダクトのそれぞれの他のフィルターダクトから分離された部分に対しそれぞれ偏向磁場形成部材が設置されている場合を挙げることができる。
【００３２】
いずれにしても本実施形態に係る真空アーク蒸着装置は、磁場形成部材調整装置にてこれに関連する偏向磁場形成部材のフィルターダクトに対する設置状態を調整することができ、それにより該磁場形成部材にてダクト内に形成される磁場の特性（磁力性の方向等）を制御し、それにより該ダクトに対し設けられた蒸発源に由来するイオン化カソード材料の飛行方向を制御し、該イオン化カソード材料を共通ダクト端部からホルダ上の被成膜物体へ向かわせることができる。
【００３３】
他の１又は２以上のフィルターダクトからもイオン化カソード材料を飛翔させるときには、該他のイオン化カソード材料の流れに、設置状態の調整が可能な磁場形成部材を有するフィルターダクトからのイオン化カソード材料の流れを、該磁場形成部材の設置状態の調整により合流させ、それら複数のイオン化カソード材料の流れを一緒に被成膜物体へ向かわせればよい。
【００３４】
複数のフィルターダクトからのイオン化カソード材料の流れを合流させて共通ダクト端部から一緒にホルダ上の被成膜物体へ向かわせようとするときに、一本のダクトにおける一つの磁場形成部材の設置状態調整だけでは不十分な場合には、該一本のダクトにおける他の磁場形成部材についても調整装置を設けてその設置状態を調整してもよい。また、他の１又は２本以上のダクトのそれぞれにおける１又は２以上の磁場形成部材のそれぞれに調整装置を設け、該磁場形成部材のダクトに対する設置状態を調整してもよい。
【００３５】
複数フィルターダクトからのイオン化カソード材料の流れを合流させない場合であっても、個々のフィルターダクトにおいてイオン化カソード材料の流れを共通ダクト端部から被成膜物体へ向かわせることが困難なときには、そのようなフィルターダクトのそれぞれにおける１又は２以上の偏向磁場場形成部材について設置状態の調整装置を設けてもよい。
【００３６】
例えば、前記のように、複数本のフィルターダクトに共通の前記ホルダに臨むダクト端部に対し該複数本のフィルターダクトに共通の偏向磁場形成部材が設置されているとともに該複数本のフィルターダクトのそれぞれの他のフィルターダクトから分離された部分に対しそれぞれ偏向磁場形成部材が設置されている場合に、該偏向磁場形成部材のそれぞれに対し磁場形成部材調整装置を設けてもよい。
【００３７】
いずれにしても、１又は２以上のフィルターダクトのそれぞれにおける１又は２以上の磁場形成部材のダクトに対する設置状態を調整することで、複数の蒸着ユニットの各蒸発源にて発生するイオン化カソード材料の流れを該複数のフィルターダクトの共通ダクト端部で合流させて一緒にホルダ上の被成膜物体へ向かわせ、たとえ形成対象膜が化合物膜等である場合でも、該膜を被成膜物体上に所望構造状態で良質に、生産性よく形成することができる。
【００３８】
かかる真空アーク蒸着装置は２以上の蒸発源を同時に使用することで、被成膜物体に異なる材料からなる化合物膜を形成することができ、交互に繰り返し使用すれば、異なる材料からなる微粒子分散型の複合膜や積層構造膜を形成することができる。また、いずれかの蒸発源を使用して物体上に下地層を形成し、その後、該蒸発源に代えて他の蒸発源を使用することで該下地層上に所望の膜を形成したり、いずれかの蒸発源を用いて膜形成しつつ、他の蒸発源を用いて該膜に他元素を添加したりできる。さらに、いずれかの蒸着ユニットにおける蒸発源のみを用いて物体上に同じ材料からなる膜を形成することも可能である。
【００３９】
被成膜物体表面に形成される膜の厚さ分布の均一性が、偏向磁場形成部材がつくる磁場中におけるプラズマのドリフトによって悪化することを抑制するために例えばつぎのようにしてもよい。すなわち、前記偏向磁場形成部材のうち１又は２以上のもののそれぞれを、磁場形成電源装置から通電されることで偏向磁場を形成する磁場形成コイルとし、該磁場形成電源装置は、少なくとも一つの磁場形成コイルについて該コイルの電流の向きを周期的に反転させ得る電源装置としてもよい。
【００４０】
また、異なる材料からなる層が積層された積層構造膜、膜厚方向における所定部位に他元素が添加された他元素添加膜等を形成できるように、或いは必要に応じある蒸発源からのイオン化カソード材料の被成膜物体への飛来を阻止する等のために、次のようにしてもよい。
【００４１】
すなわち、前記偏向磁場形成部材のうち１又は２以上のもののそれぞれを、磁場形成電源装置から通電されることで偏向磁場を形成する磁場形成コイルとし、、該磁場形成電源装置は、該各磁場形成コイルごとに通電のオンオフを制御できる電源装置としてもよい。磁場形成コイルへの通電を断つことでイオン化カソード材料の被成膜物体への飛来を阻止することができる。
【００４２】
同様の目的のために、前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも一つの蒸着ユニットについて、該蒸着ユニットにおける前記フィルターダクト内の前記イオン化されたカソード材料の通路を遮断する閉じ位置と該通路を開く開き位置との間を往復動可能の遮断部材を設けてもよい。
【００４３】
ところで、真空アーク蒸着装置において、蒸発源におけるアノードとカソード間にアーク放電を発生させるにあたっては、アーク放電誘発用トリガー電極をカソードの放電面に対向配置し、該カソードとトリガー電極との間に電圧を印加するとともに該トリガー電極を該放電面に接触させ、引き続き離反させてアーク放電を発生させ、それによりアノードとカソード間のアーク放電を誘発する。
【００４４】
しかし、カソード材料によってはしばしば真空アーク放電が消える。アーク放電が消えるとその都度アーク放電誘発用トリガー電極を用いてアノードとカソード間に真空アーク放電を誘発して膜形成を再開させなければならない。
ところが、トリガー電極によるアノードとカソード間の真空アーク放電の誘発（所謂「アーク点弧」）時にはそのアーク放電は不安定であり、そのため膜形成においてアーク点弧が繰り返されると、膜質が低下する。
【００４５】
よって被成膜物体への膜形成の途中で真空アーク放電消えに応じてトリガー電極による真空アーク放電の誘発が行われる場合でも、膜形成開始から完了までの時間を徒に長びかせることなく、且つ、品質良好な膜を形成できる手段が求められる。
【００４６】
そこで、例えば次のようにしてもよい。
すなわち、前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも同時に使用することがある複数の蒸着ユニットのそれぞれを、前記偏向磁場形成部材として磁場形成電源装置から通電されることで偏向磁場を形成する磁場形成コイルを備えるとともに前記蒸発源におけるアーク放電の点滅を検出する検出器を備えるものとする。そして、該磁場形成電源装置は、同時使用対象の前記複数の蒸着ユニットを同時に使用する場合に、該同時使用蒸着ユニットにおける前記検出器のうち少なくとも一つがアーク放電消えを検出すると該同時使用蒸着ユニットの磁場形成コイルへの通電を断ち、該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての前記検出器がアーク放電を検出してから該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての蒸発源においてアーク放電が安定するに要する時間が経過すると該磁場形成コイルへの通電を許すものとする。
【００４７】
同様の理由から、次のようにしてもよい。
前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも同時に使用することがある複数の蒸着ユニットのそれぞれを、該蒸着ユニットにおける前記フィルターダクト内の前記イオン化されたカソード材料の通路を遮断する閉じ位置と該通路を開く開き位置との間を往復動可能の遮断部材と、該遮断部材を該閉じ位置又は開き位置に配置するように駆動する駆動装置と、前記蒸発源におけるアーク放電の点滅を検出する検出器とを備えるものとする。そして、該各蒸着ユニットの遮断部材の駆動装置は制御部にて動作制御されるようにし、該制御部は、同時使用対象の前記複数の蒸着ユニットを同時に使用する場合に、該同時使用蒸着ユニットにおける前記検出器のうち少なくとも一つがアーク放電消えを検出すると該同時使用蒸着ユニットのフィルターダクトの前記遮断部材を前記閉じ位置に配置し、該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての前記検出器がアーク放電を検出してから該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての蒸発源においてアーク放電が安定するに要する時間が経過すると前記遮断部材を前記開き位置に配置するように前記駆動装置を制御するものとする。
【００４８】
前記蒸発源におけるアーク放電の点滅を検出する検出器としては、真空アーク放電に基づく放電電流を検出する電流検出器や、カソードへの印加電圧を検出する電圧検出器を例示できる。電流検出器の場合は、それが真空アーク放電が点灯していることを示す電流値を検出しないとき真空アーク放電が消えており、真空アーク放電が点灯していることを示す電流値を検出すると真空アーク放電が点灯していると判断できる。電圧検出器の場合は、それが真空アーク放電が点灯していることを示す電圧値を検出しないとき真空アーク放電が消えており、真空アーク放電が点灯していることを示す電圧値を検出すると真空アーク放電が点灯していると判断できる。
【００４９】
前記の「蒸発源においてアーク放電が安定するに要する時間」は、使用するカソード材料や、真空アーク蒸着装置の具体的構造等により異なるので、予め実験等により決定しておけばよい。
【００５０】
また、膜構造や膜組成の制御等のために、前記蒸着ユニットのそれぞれにおいて蒸発源のカソードとアノードとの間に電圧を印加してアーク放電を発生させるアーク電源装置のうち少なくとも一つはパルス電圧を印加する電源装置としてもよい。さらに該電源装置は、該パルス電圧の大きさ、パルス幅及びデューティのうち少なくとも一つを制御可能の電源装置としてもよい。
なお、前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも一つの蒸着ユニットは前記蒸発源を複数備えていてもよい。
【００５１】
以下、図面を参照して偏向磁場型真空アーク蒸着装置の例について説明する。
図１は偏向磁場型真空アーク蒸着装置の１例Ａ１の概略構成を示す図である。
図１に示す装置Ａ１は成膜容器１を備えており、容器１内には被成膜物体（ここでは基板の形態のもの）Ｓを支持するホルダ２が設置されている。ホルダ２には、成膜時に該ホルダに搭載される被成膜物体Ｓにバイアス電圧を印加できる電源ＰＷ１が接続されている。
【００５２】
容器１には排気装置ＥＸが接続されており、これにより容器１内を所望の減圧状態に設定できる。また、容器壁１１の一か所に二つの蒸着ユニットＵＮ１、ＵＮ２が接続されている。
【００５３】
一方の蒸着ユニットＵＮ１は、湾曲フィルターダクト４とこれに設けられた蒸発源３を備えている。フィルターダクト４は一端部４０が容器壁１１の前記一か所に設けられた矩形開口部１１０の周囲壁に接続されてホルダ２に臨んでいる。蒸発源３は該ダクト４の他端部４１に設けられている。ダクト４は略９０°湾曲しており、断面形状が矩形である（図２参照）。
【００５４】
ダクト４には成膜容器１側の端部４０に磁場形成コイル４００を環状に周設してあるとともに他端部４１の近くにもう一つの磁場形成コイル４２を環状に周設してある。コイル４００はフレーム４０１に支持されており、コイル４２はフレーム４３に支持されている。コイル４００に電源ＰＷ３から通電し、また、コイル４２に電源ＰＷ４から通電してダクト４内に偏向磁場を形成することができる。
【００５５】
コイルフレーム４０１は、図１及び図２に示すように、ダクト４の互いに対向する側面４ａに垂直で、且つ、ダクト４の長手方向中心軸線αに垂直に交わる軸線βのまわりに往復回動可能に第１定位置部材ｆ１に支持されており、部材ｆ１に支持された回転モータｍ１にて軸線βのまわりに往復回動駆動可能である。かくしてコイルフレーム４０１に支持されたコイル４００は軸線βのまわりの姿勢角度の調整を行える。
【００５６】
また、コイルフレーム４０１は、第１定位置部材ｆ１及びモータｍ１とともに、ダクト４のもう一対の互いに対向する側面４ｂに垂直で、且つ、ダクト４の長手方向中心軸線αに垂直に交わる軸線γのまわりに往復回動可能に第２定位置部材ｆ２に支持されており、第２定位置部材ｆ２に支持された回転モータｍ２にて該軸線γのまわりに往復回動駆動可能である。かくしてコイル４００は軸線γのまわりの姿勢角度の調整も行える。
【００５７】
さらに、コイル４００、これを支持するフレーム４０１及びモータｍ１、ｍ２等の全体が定位置の往復駆動装置ＰＣ（図１参照）にて前記ダクト中心軸線αの方向（ダクトの延在方向）における位置を調整できるようになっている。さらに言えば、本例では、図１の上下方向に位置調整可能となっている。モータｍ１、ｍ２及び装置ＰＣはコイル４００のためのコイル調整装置を構成している。
【００５８】
コイル４２を支持するコイルフレーム４３も、前記コイルフレーム４０１に対する回動機構の場合と同様に、ダクト４の互いに対向する側面４ａに垂直で、且つ、ダクト４の長手方向中心軸線αに垂直に交わる軸線β１のまわりに往復回動可能に第１定位置部材（図示省略）に支持されており、該第１定位置部材に支持された回転モータＭ１にて該軸線β１のまわりに往復回動駆動可能である。かくしてコイルフレーム４３に支持されたコイル４２は軸線β１のまわりの姿勢角度の調整を行える。
【００５９】
また、コイルフレーム４３は、前記図示省略の第１定位置部材及びこれに支持されたモータＭ１とともに、ダクト４のもう一対の互いに対向する側面４ｂに垂直で、且つ、ダクト４の長手方向中心軸線αに垂直に交わる軸線γ１のまわりにも往復回動可能に第２定位置部材（図示省略）に支持されており、該第２定位置部材に支持された回転モータＭ２にて軸線γ１のまわりに往復回動駆動可能である。かくしてコイル４２は軸線γ１のまわりの姿勢角度の調整も行える。
【００６０】
さらに、コイル４２、これを支持するフレーム４３及びモータＭ１、Ｍ２等の全体が定位置の支点軸４４を中心にダクト４の長手方向（延在方向）に揺動可能であり、往復駆動装置ＰＣ１にて該方向の位置を調整できるようになっている。モータＭ１、Ｍ２及び装置ＰＣ１等はコイル４２のためのコイル調整装置を構成している。
【００６１】
他方の蒸着ユニットＵＮ２も、湾曲フィルターダクト４’とこれに設けられた蒸発源３’を備えている。フィルターダクト４’の一端部４０は前記蒸着ユニットＵＮ１におけるフィルターダクト４の一端部４０と共通に形成されている。従ってダクト４’も容器壁開口部１１０の周囲壁に接続され、ホルダ２に臨んでいる。蒸発源３’は該ダクト４’の他端部４１’に設けられている。ダクト４’は図中、ダクト４と左右対称的に略９０°湾曲しており、断面形状が矩形である（図２参照）。ダクト４と４’とが互いに合わさる（換言すれば、互いに分離する）部位には、蒸発源３、３’が互いに直接的に向き合うことを防止するための遮断壁（仕切壁）４Ｗを設けてある。
【００６２】
ダクト４’にはダクト４と共通の前記の磁場形成コイル４００が設けられている他、ダクト４の場合と同様に、蒸発源３’に近い他端部４１’の近くにもう一つの磁場形成コイル４２’を環状に周設してある。コイル４２’はフレーム４３’に支持されている。コイル４００に電源ＰＷ３から通電し、また、コイル４２’に電源ＰＷ４’から通電してダクト４’内に偏向磁場を形成することができる。
【００６３】
コイルフレーム４３’も、前記コイルフレーム４０１に対する回動機構の場合と同様に、ダクト４’の互いに対向する一対の側面に垂直で、且つ、ダクト４’の長手方向中心軸線に垂直に交わる軸線β１’のまわりに往復回動可能に図示省略の第１定位置部材に支持されており、該第１定位置部材に支持された回転モータＭ１’にて該軸線β１’のまわりに往復回動駆動可能である。かくしてコイルフレーム４３’に支持されたコイル４２’は軸線β１’のまわりの姿勢角度の調整を行える。
【００６４】
また、コイルフレーム４３’は、前記図示省略の第１定位置部材及びこれに支持されたモータＭ１’とともに、ダクト４’のもう一対の互いに対向する側面に垂直で、且つ、ダクト４’の長手方向中心軸線に垂直に交わる軸線γ１’のまわりに往復回動可能に図示省略の第２定位置部材に支持されており、該第２定位置部材に支持された回転モータＭ２’にて該軸線γ１’のまわりに往復回動駆動可能である。かくしてコイル４２’は軸線γ１’のまわりの姿勢角度の調整も行える。
【００６５】
さらに、コイル４２’、これを支持するフレーム４３’及びモータＭ１’、Ｍ２’等の全体が定位置の支点軸４４’を中心にダクト４’の長手方向（延在方向）に揺動可能であり、往復駆動装置ＰＣ１’にて該方向の位置を調整できるようになっている。モータＭ１’、Ｍ２’及び装置ＰＣ１’等はコイル４２’のためのコイル調整装置を構成している。
【００６６】
図３（Ａ）は蒸発源３の構成を示す図であり、図３（Ｂ）は蒸発源３’の構成を示す図である。蒸発源３（３’）は、図３（Ａ）（図３（Ｂ））に示すように、カソード３１（３１’）を含んでいる。カソード３１（３１’）は、フルターダクト４（４’）の端部４１（４１’）に取り付けた、接地された壁板４１０（４１０’）の中央孔に遊嵌された導電性カソード支持体３２（３２’）に支持されてダクト内に配置されている。カソード支持体３２（３２’）は絶縁部材３３（３３’）を介して該壁板４１０（４１０’）に固定されている。
【００６７】
カソード３１（３１’）は形成しようとする膜に応じて選択した材料で形成されたものである。壁板４１０（４１０’）よりダクト内側の領域ではカソード３１（３１’）に筒形状のアノード３４（３４’）が臨設されており、該アノード内では棒状のトリガー電極３５（３５’）がカソード３１（３１’）の端面（放電面）の中央部に臨んでいる。アノード３４（３４’）は接地されている。
【００６８】
トリガー電極３５（３５’）はアノード３４（３４’）のカソード３１（３１’）から遠い方の開口部を通ってアノードの外側方へ延び、支持ロッド３５１（３５１’）に支持されている。支持ロッド３５１（３５１’）は壁板４１０（４１０’）に設けた所謂フィードスルー装置３６（３６’）を介して壁板４１０（４１０’）外の往復直線駆動装置Ｄ（Ｄ’）に接続されている。該装置Ｄ（Ｄ’）によりトリガー電極３５（３５’）をカソード３１（３１’）に接触離反させることができる。フィードスルー装置３６（３６’）は壁板４１０（４１０’）内外を気密に遮断しつつロッド３５１（３５１’）の往復動を可能にする。
【００６９】
蒸発源３（３’）はアーク電源ＰＷ２（ＰＷ２’）も備えており、該電源はカソード３１（３１’）とアノード３４（３４’）との間にアーク放電用電圧を印加できるように、また、カソード３１（３１’）とアノード３４（３４’）間のアーク放電を誘発するためにカソード３１（３１’）とトリガー電極３５（３５’）との間にトリガー用電圧を印加できるように、カソード３１（３１’）等に配線接続されている。トリガー電極３５（３５’）はアーク電流が流れないように抵抗Ｒ（Ｒ’）を介して接地されている。アーク電源ＰＷ２（ＰＷ２’）とカソード支持体３２（３２’）を接続する配線の途中には真空アーク放電に基づく放電電流を検出する電流検出器５（５’）を接続してある。なお、後述するように、該電流検出器に代えて電圧検出器５０（５０’）を採用してもよい。
【００７０】
図４に装置Ａ１の電気回路の一部のブロック図を示す。このブロック図に示すように、アーク電源ＰＷ２、ＰＷ２’、コイル電源ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ４’及びトリガ電極駆動装置Ｄ、Ｄ’は制御部ＣＯＮＴに接続されている。電流検出器５、５’（又は電圧検出器５０、５０’）も制御部ＣＯＮＴに接続されている。なお、制御部ＣＯＮＴは後述するように電源のオンオフを制御するが、コイル電源ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ４’のそれぞれについて、他の電源から独立して、該電源に対応する磁場形成コイルへの通電を制御するようにオンオフ制御できるようにも構成してもよい。いずれにしても、電源ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ４’と制御部ＣＯＮＴとで磁場形成コイルについての磁場形成電源装置が構成されていると言える。
【００７１】
真空アーク蒸着装置Ａ１はいずれか一方の蒸発源のみを用いて膜形成することもできるが、その場合、制御部ＣＯＮＴは電流検出器５（又は５’）が、放電が点灯していることを示す所定の放電電流値を検出しないとき真空アーク放電が消えていると判断し、検出器５（又は５’）が所定の放電電流値を検出すると真空アーク放電が点灯していると判断する。
【００７２】
さらに、制御部ＣＯＮＴは、真空アーク放電が消えていると判断すると、電源ＰＷ３、ＰＷ４（又はＰＷ３、ＰＷ４’）からの磁場形成コイル４００、４２（又は４００、４２’）への通電を断つとともにトリガー電極駆動装置Ｄ（又はＤ’）に指示してトリガー電極３５（又は３５’）を真空アーク放電を誘発するように駆動する。
【００７３】
制御部ＣＯＮＴはまた、電流検出器５（又は５’）が真空アーク放電が点灯していることを示す所定の放電電流値を検出すると真空アーク放電が点灯したと判断する。そして、真空アーク放電が点灯してから予め設定された真空アーク放電が安定するに要する時間の経過後、全ての磁場形成コイル４００、４２（又は４００、４２’）に通電させる。真空アーク放電が安定するに要する時間はカソード材料等により異なってくるので、予め実験等により求めておけばよい。
【００７４】
蒸発源３、３’の双方を同時に用いて膜形成するときには、制御部ＣＯＮＴは、蒸発源３、３’における電流検出器５、５’のうち一つでも放電が点灯していることを示す所定の放電電流値を検出しないとき真空アーク放電が消えていると判断し、検出器５、５’の双方が所定の放電電流値を検出すると真空アーク放電が点灯していると判断する。
【００７５】
この場合、制御部ＣＯＮＴは、真空アーク放電が消えていると判断すると、全ての電源ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ４’からの磁場形成コイル４００、４２、４２’への通電を断つとともにトリガー電極駆動装置Ｄ及び（又は）Ｄ’に指示してトリガー電極３５（又は３５’）を真空アーク放電を誘発するように駆動する。
【００７６】
そして、電流検出器５、５’が真空アーク放電が点灯していることを示す所定の放電電流値を検出すると真空アーク放電が点灯したと判断する。そして、放電が消えていたすべての蒸発源において真空アーク放電が点灯してから予め設定された真空アーク放電が安定するに要する時間の経過後、全ての磁場形成コイル４００、４２、４２’に通電させる。
【００７７】
なお、真空アーク放電が消えると検出器５（５’）は放電電流を検出できなくなり、真空アーク放電点灯中は放電電流を検出できる。制御部ＣＯＮＴはこれに基づいて真空アーク放電が点灯しているか、消えているかの判断基準となる電流値を採用して、該判断基準電流値以上の電流値が検出されるときは真空アーク放電が点灯しており、そうでないときは真空アーク放電が消えていると判断する。
【００７８】
放電消えの検出器として電圧検出器５０、５０’を用いる場合も電流検出器５、５’を採用する場合と同様に蒸発源の運転を制御できる。但し、電圧検出器を用いる場合は、該電圧検出器５０（５０’）は真空アーク放電が消えると電源ＰＷ２（ＰＷ２’）の定格電圧またはそれに近い電圧を検出するが、真空アーク放電点灯中はその電圧より小さい電圧値を検出する。制御部ＣＯＮＴはこれに基づいて真空アーク放電が点灯しているか、消えているかの判断基準となる電圧値を採用して、該判断基準電圧値以下の電圧値が検出されるときは真空アーク放電が点灯しており、そうでないときは真空アーク放電が消えていると判断すればよい。
【００７９】
以上説明した図１に示す真空アーク蒸着装置Ａ１によると、次のようにして被成膜物体Ｓ上にカソード構成材料元素を含む薄膜を形成することができる。
まず、ホルダ２上に被成膜物体Ｓを設置する。当初は各磁場形成コイル４００、４２、４２’への通電は停止しておく。次いで排気装置ＥＸを運転して容器１内及びこれに接続されたダクト４、４’内から排気し、それらを成膜圧力まで減圧する。
【００８０】
また、ホルダ２上の被成膜物体Ｓには、必要に応じ、膜形成用イオンを引き寄せるためのバイアス電圧を電源ＰＷ１から印加開始する。成膜中、均一な薄膜を形成するために、図示を省略した回転駆動装置にてホルダ２を回転させることで被成膜物体Ｓを回転させてもよい。
【００８１】
かかる状態で、使用する蒸発源３及び（又は）３’におけるトリガー電極３５（３５’）をカソード３１（３１’）に接触させ、引き続き引き離す。これにより電極３５（３５’）とカソード３１（３１’）間に火花が発生し、これが引き金となってアノード３４（３４’）とカソード３１（３１’）との間に真空アーク放電が誘発される。このアーク放電によりカソード材料が加熱され、カソード材料が蒸発し、さらにカソード３１（３１’）前方にイオン化カソード材料を含むプラズマが形成され始める。
【００８２】
制御部ＣＯＮＴはこの間検出器５（５’）からの情報により使用する蒸発源における真空アーク放電の点灯を検出し、その後該真空アーク放電が安定するに要する予め設定された時間の経過の後、使用蒸発源に対応するコイル電源（ＰＷ３とＰＷ４）及び（又は）電源（ＰＷ３とＰＷ４’）に指示してコイル（４００と４２）及び（又は）コイル（４００と４２’）に通電させる。
【００８３】
かくして、蒸発源３（３’）おいて生成されたイオン化カソード材料がコイル（４００と４２）及び（又は）コイル（４００と４２’）により形成された偏向磁場によりダクト４及び（又は）４’の互いに分離された部分から共通ダクト端部４０を経てホルダ２上の物体Ｓへ向け飛翔する。このとき、アーク放電より発生することがあるカソード材料の粗大粒子は質量が大きいため、偏向磁場によっては共通ダクト端部４０の出口の方へ導かれることはなく、ダクト内面に衝突する。かくして該物体Ｓ上に粗大粒子飛来が抑制された状態で、それだけ良質な薄膜が形成される。
【００８４】
成膜中、検出器５（５’）が真空アーク放電消えを検出すると、制御部ＣＯＮＴの指示のもとにコイル（４００と４２）及び（又は）コイル（４００と４２’）への通電が停止される。その後アーク点弧により検出器５（５’）が真空アーク放電点灯を検出してから該真空アーク放電が安定するに要する時間が経過すると再び前記コイルに通電される。
【００８５】
従って、成膜途中において真空アーク放電が繰り返し消え、その都度トリガー電極３５（３５’）によるアーク点弧が行われても、真空アーク放電が安定した状態で、すなわち真空アーク放電が未だ安定していないときに生じることがある膜形成のうえで好ましくない或いは膜質を低下させる粒子等が被成膜物体Ｓへ到達することがない、又は略ない状態で、膜形成が再開され、それだけ品質良好な膜が得られる。
【００８６】
また、検出器５（５’）が真空アーク放電点灯を検出してから該真空アーク放電が安定するに要する時間が経過すると速やかに前記コイルへ通電が再開されるので、膜形成の開始から完了までの時間を徒に長びかせることなく、それだけ効率良く膜形成できる。
【００８７】
なお、真空アーク放電消えのあと再び真空アーク放電を再開させるにあたり、以上説明した例では、磁場形成コイルへの通電を停止したが、これととともに又はこれに代えて、図５に示すように、フィルターダクト４、４’のそれぞれに設けた遮断部材ＳＨ、ＳＨ’を適宜閉じるようにしてもよい。遮断部材ＳＨ、ＳＨ’は、回転駆動装置ＳＨＤ、ＳＨＤ’にてイオン化カソード材料の通路を閉じる位置又はその位置から後退した開き位置をとることができるものである。
【００８８】
制御部ＣＯＮＴを、回転駆動装置ＳＨＤ、ＳＨＤ’動作を該制御部からの指示に基づいて遮断部材を開閉するように制御できるように構成し、前記の例においてコイル４２（４２’）への通電を断つべきときに、それとともに又はそれに代えて遮断部材ＳＨ（ＳＨ’）を閉じ位置に配置し、前記の例においてコイル４２（４２’）への通電を開始すべきときに、遮断部材ＳＨ（ＳＨ’）を開き位置に配置するようにしてもよい。
【００８９】
真空アーク蒸着装置Ａ１においては、また、被成膜物体Ｓへの成膜に先立ち、蒸発源３に由来するイオン化されたカソード材料を共通ダクト端部４０から正確にホルダ上の物体Ｓに向かわせるように、磁場形成コイル４００及び（又は）４２のダクト４に対する設置状態を調整しておける。すなわち、磁場形成コイル４００の軸線β回りの角度、軸線γ回りの角度及びダクト端部４０の延在方向（図１において上下方向）における位置のうち１又は２以上をモータｍ１、ｍ２、往復駆動装置ＰＣのうち１又は２以上にて調整できるとともに、磁場形成コイル４２の軸線β１回りの角度、軸線γ１回りの角度及びダクト延在方向における位置のうち１又は２以上をモータＭ１、Ｍ２、往復駆動装置ＰＣ１のうち１又は２以上にて調整できる。
【００９０】
また、蒸発源３’に由来するイオン化されたカソード材料についても、これを共通ダクト端部４０から正確にホルダ上の物体Ｓに向かわせるように、磁場形成コイル４００及び（又は）４２’のダクト４’に対する設置状態を調整しておける。すなわち、コイル４００の軸線β回りの角度、軸線γ回りの角度及びダクト端部４０の延在方向（図１において上下方向）における位置のうち１又は２以上をモータｍ１、ｍ２、往復駆動装置ＰＣのうち１又は２以上にて調整できるとともに、磁場形成コイル４２’の軸線β１’回りの角度、軸線γ１’回りの角度及びダクト延在方向における位置のうち１又は２以上をモータＭ１’、Ｍ２’、往復駆動装置ＰＣ１’のうち１又は２以上にて調整できる。
【００９１】
従ってまた、蒸発源３、３’の双方を用いて例えば化合物膜を形成するようなときには、コイル４００、４２、４２’のうち１又は２以上の、それに対応するダクトに対する設置状態を前記のように調整することで、蒸発源３、３’に由来するイオン化されたカソード材料をダクト４、４’の互いに分離された部分から共通のダクト端部４０へ向かわせ、該共通ダクト端部４０で合流させ、そこから一緒にホルダ上の物体Ｓへ向かわせることも可能である。これらにより、物体Ｓ上に良質の薄膜を形成できる。
【００９２】
以上説明した真空アーク蒸着装置Ａ１によると、蒸発源３、３’を同時に用いることで、物体Ｓに異なる材料からなる化合物膜を形成することができ、交互に繰り返し用いれば、異なる材料からなる微粒子分散型の複合膜や積層構造膜を形成することができる。蒸発源３、３’のうち一方を用いて物体Ｓ上に下地層を形成し、その後、該蒸発源に代えて他方の蒸発源を用いることで該下地層上に所望の膜を形成することもできる。いずれかの蒸発源３（又は３’）を用いて膜形成しつつ、他方の蒸発源３’（又は３）を用いて該膜に他元素を添加することもできる。さらに、いずれかの蒸発源のみを用いて物体Ｓ上に同じ材料からなる膜を形成することも可能である。
【００９３】
そして、形成しようとする膜質、膜構造等に応じて、必要とあれば、磁場形成コイル４２又は４２’への通電を所定のタイミングで断ったり、再び再開したり、さらには、そのようなコイルへの通電制御とともに、或いはそれに代えて、図５に示すような遮断部材ＳＨ又はＳＨ’を所定のタイミングで閉じ位置に配置したり、開き位置に配置したりする等して用いることもできる。
【００９４】
例えば、蒸発源３におけるカソード３１として炭素カソードを採用し、蒸発源３’のカソード３１’にタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）等の金属カソードを採用することで、かかる金属元素を添加したＤＬＣ（ダイアモンド状炭素）膜を形成することができる。
【００９５】
また、成膜容器１内に公知の手法により別途ガスプラズマを発生させるとともに蒸発源３及び（又は）３’を用いることでも膜形成できる。例えば、成膜容器１内に窒素ガスプラズマを発生させ、カソード３１にチタンカソードを採用し、カソード３１’として炭素カソード又はアルミニゥムカソードを採用してＴｉＣＮ膜又はＴｉＡｌＮ膜を形成することもできる。
【００９６】
さらに、例えば、カソード３１として炭素カソードを用い、カソード３１’にタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）等の金属カソードを採用して、物体Ｓ上に該金属下地層を形成し、その上にＤＬＣ膜を形成することも可能である。
【００９７】
さらに具体例を挙げれば、カソード３１を炭素カソードとするとともにカソード３１’をタングステンカソードとし、図１において、コイル４２はコイル面をダクト中心軸線αに対しては垂直に維持したまま鉛直面から軸線γ１まわりに左回りに２０°傾けて設置し、コイル４２’はコイル面をダクト中心軸線に対しては垂直に維持したまま鉛直面から軸線γ１’まわりに右回りに２０°傾けて設置し、コイル４２、４２’のダクト延在方向の位置は一定にしたまま、コイル４００を水平姿勢に維持して上下方向位置を調節することで、両カソード由来のイオン化カソード材料が共に共通ダクト端部４０で合流して物体Ｓへ向かうように設定し、この状態で磁場形成コイル４２、４２’及び４００のそれぞれに電流１００〔Ａ〕を流して偏向磁場を形成するとともに各カソードを真空アーク放電電流１００〔Ａ〕で蒸発、イオン化させたところ、ホルダ２上の物体Ｓにタングステン添加ＤＬＣ膜を形成できた。
【００９８】
なお、制御部ＣＯＮＴは、被成膜物体Ｓ表面に形成される膜の厚さ分布の均一性が、前記磁場形成コイルがつくる磁場中におけるプラズマのドリフトによって悪化することを抑制するために、コイル４００、４２、４２’のうち少なくとも一つについては、該コイルの電流の向きを周期的に反転させ得る構造としてもよい。
【００９９】
また、前記制御部ＣＯＮＴにおいて、形成する膜の膜質や膜構造等に応じて、真空アーク放電用の電源ＰＷ２及び（又は）ＰＷ２’からの出力をパルス出力とし、そのパルス電圧の大きさ、パルス幅、デューティのうち少なくとも一つを制御できるようにしてもよい。この場合、パルス電圧の大きさ、パルス幅、デューティのうち少なくとも一つを制御部ＣＯＮＴに接続したキーボード（図４参照）から入力設定できるようにしてもよい。いずれにしても、この場合の電源ＰＷ２、ＰＷ２’と制御部ＣＯＮＴとで個々の蒸発源用のアーク電源装置が構成されると言える。
【０１００】
なお、広い面積にわたり、表面平滑性の高い、膜厚均一性の高い膜を形成する等のために、必要に応じ、フィルターダクト４及び（又は）４’には、それぞれ複数の蒸発源を設けてもよい。その場合、それには限定されないが、同じフィルターダクトについては、同材料からなるカソードを有する複数の蒸発源を設けることが望ましい。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、ダクト端部共通型の偏向磁場型真空アーク蒸着装置であって、被成膜物体上に所望構造の良質の薄膜を生産性良好に形成することができる偏向磁場型真空アーク蒸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏向磁場型真空アーク蒸着装置の１例の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す装置における２本のフィルターダクトの共通端部の断面図である。
【図３】図３（Ａ）は一方の蒸発源の構成を示す図であり、図３（Ｂ）は他方の蒸発源の構成を示す図である。
【図４】図１に示す装置の電気回路の一部を示すブロック図である。
【図５】偏向磁場型真空アーク蒸着装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図６】特表２００１−５２１０６６号公報に開示された真空アーク蒸着装置の原理的構成を示す図である。
【符号の説明】
Ａ１偏向磁場型真空アーク蒸着装置
１成膜容器
１１容器壁
１１０容器壁の開口部
２ホルダ
Ｓ被成膜物体
ＰＷ１バイアス電源
ＥＸ排気装置
ＵＮ１、ＵＮ２蒸着ユニット
３、３’ 蒸発源
３１、３１’カソード
３２、３２’導電性カソード支持体
３３、３３’ 絶縁部材
４、３４’ アノード
３５、３５’ トリガー電極
３５１、３５１’支持ロッド
３６、３６’フィードスルー装置
Ｄ、Ｄ’ 往復直線駆動装置
ＰＷ２、ＰＷ２’ アーク電源
Ｒ、Ｒ’ 抵抗
４、４’ 湾曲フィルターダクト
４０フィルターダクトの共通端部
４１０、４１０’壁板
４１、４１’ フィルターダクト他端部
４Ｗ遮断壁乃至仕切り壁
４００、４２、４２’ 磁場形成コイル
４０１、４３、４３’ コイルフレーム
ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ４’ コイル電源
α ダクト４’の長手方向中心軸線
β、β１、β１’ 軸線αに垂直に交わる軸線
γ、γ１、γ１’ 軸線αに垂直に交わるもう一本の軸線
４ａ、４ｂダクトの側面
ｆ１、ｆ２定位置部材
ｍ１、ｍ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ１’、Ｍ２’ モータ
ＰＣ、ＰＣ１、ＰＣ１’ 往復駆動装置
５、５’ 電流検出器
５０、５０’ 電圧検出器
ＣＯＮＴ制御部
ＳＨ、ＳＨ’ 遮断部材
ＳＨＤ、ＳＨＤ’ 往復駆動装置

Claims

複数の蒸着ユニットを備えており、該各蒸着ユニットは、カソードとアノード間の真空アーク放電により該カソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、該カソード材料構成元素を含む膜をホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダへ向け飛翔させる偏向磁場形成部材が付設された湾曲フイルターダクトとを含んでおり、該複数蒸着ユニットのそれぞれの前記湾曲フィルターダクトは、前記ホルダに臨むダクト端部が他の湾曲フィルターダクトの該ホルダに臨むダクト端部と共通に形成されており、該各フィルターダクトの反対側端部に少なくとも一つの前記蒸発源が設置されている偏向磁場型真空アーク蒸着装置であり、
前記複数の蒸着ユニットのフィルターダクトのうち少なくとも一本のフィルターダクトに対し設けられた前記偏向磁場形成部材のうち少なくとも一つの偏向磁場形成部材の該フィルターダクトに対する設置状態を磁場制御のために調整する磁場形成部材調整装置を備えており、
前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも同時に使用することがある複数の蒸着ユニットのそれぞれは、前記偏向磁場形成部材として磁場形成電源装置から通電されることで偏向磁場を形成する磁場形成コイルを備えているとともに前記蒸発源におけるアーク放電の点滅を検出する検出器を備えており、該磁場形成電源装置は、同時使用対象の前記複数の蒸着ユニットを同時に使用する場合に、該同時使用蒸着ユニットにおける前記検出器のうち少なくとも一つがアーク放電消えを検出すると該同時使用蒸着ユニットの磁場形成コイルへの通電を断ち、該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての前記検出器がアーク放電を検出してから該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての蒸発源においてアーク放電が安定するに要する時間が経過すると該磁場形成コイルへの通電を許すことを特徴とする偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記磁場形成電源装置は、少なくとも一つの磁場形成コイルについて該コイルの電流の向きを周期的に反転させ得る電源装置である請求項１記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
複数の蒸着ユニットを備えており、該各蒸着ユニットは、カソードとアノード間の真空アーク放電により該カソード材料を蒸発させるとともにイオン化する蒸発源と、該カソード材料構成元素を含む膜をホルダに支持される被成膜物体上に形成するために該蒸発源によりイオン化されたカソード材料を該ホルダへ向け飛翔させる偏向磁場形成部材が付設された湾曲フイルターダクトとを含んでおり、該複数蒸着ユニットのそれぞれの前記湾曲フィルターダクトは、前記ホルダに臨むダクト端部が他の湾曲フィルターダクトの該ホルダに臨むダクト端部と共通に形成されており、該各フィルターダクトの反対側端部に少なくとも一つの前記蒸発源が設置されている偏向磁場型真空アーク蒸着装置であり、
前記複数の蒸着ユニットのフィルターダクトのうち少なくとも一本のフィルターダクトに対し設けられた前記偏向磁場形成部材のうち少なくとも一つの偏向磁場形成部材の該フィルターダクトに対する設置状態を磁場制御のために調整する磁場形成部材調整装置を備えており、
前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも同時に使用することがある複数の蒸着ユニットのそれぞれは、該蒸着ユニットにおける前記フィルターダクト内の前記イオン化されたカソード材料の通路を遮断する閉じ位置と該通路を開く開き位置との間を往復動可能の遮断部材と、該遮断部材を該閉じ位置又は開き位置に配置するように駆動する駆動装置と、前記蒸発源におけるアーク放電の点滅を検出する検出器とを備えており、該各蒸着ユニットの遮断部材の駆動装置は制御部にて動作制御され、該制御部は、同時使用対象の前記複数の蒸着ユニットを同時に使用する場合に、該同時使用蒸着ユニットにおける前記検出器のうち少なくとも一つがアーク放電消えを検出すると該同時使用蒸着ユニットのフィルターダクトの前記遮断部材を前記閉じ位置に配置し、該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての前記検出器がアーク放電を検出してから該同時使用蒸着ユニットにおけるすべての蒸発源においてアーク放電が安定するに要する時間が経過すると前記遮断部材を前記開き位置に配置するように前記駆動装置を制御することを特徴とする偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記偏向磁場形成部材のうち１又は２以上のもののそれぞれは、磁場形成電源装置から通電されることで偏向磁場を形成する磁場形成コイルであり、該磁場形成電源装置は、少なくとも一つの磁場形成コイルについて該コイルの電流の向きを周期的に反転させ得る電源装置である請求項３記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記複数本のフィルターダクトに共通の前記ホルダに臨むダクト端部に対し該複数本のフィルターダクトに共通の偏向磁場形成部材が設置されているとともに該複数本のフィルターダクトのそれぞれの他のフィルターダクトから分離された部分に対しそれぞれ偏向磁場形成部材が設置されている請求項１から４のいずれかに記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記偏向磁場形成部材のそれぞれに対し前記磁場形成部材調整装置が設けられている請求項１から５のいずれかに記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記磁場形成部材調整装置は、該調整装置により設置状態が調整される偏向磁場形成部材の、該部材にて磁場が形成される前記フィルターダクトの延在方向における位置及び（又は）該ダクトに対する設置角度を調整する装置である請求項１から６のいずれかに記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記蒸着ユニットのそれぞれは、前記蒸発源において前記カソードとアノードとの間に電圧を印加してアーク放電を発生させるアーク電源装置を有しており、該アーク電源装置のうち少なくとも一つはパルス電圧を印加する電源装置であり、該パルス電圧の大きさ、パルス幅及びデューティのうち少なくとも一つを制御可能の電源装置である請求項１から７のいずれかに記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。
前記複数の蒸着ユニットのうち少なくとも一つの蒸着ユニットは前記蒸発源を複数備えている請求項１から８のいずれかに記載の偏向磁場型真空アーク蒸着装置。