JP4684141B2 - Vacuum arc evaporation source and vacuum arc evaporation apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、アークイオンプレーティング装置（ＡＩＰ装置）等、真空アーク放電を利用したコーティング装置に採用される真空アーク蒸発源及び該真空アーク蒸発源を用いた真空アーク蒸着装置に関する。   The present invention relates to a vacuum arc evaporation source employed in a coating apparatus using vacuum arc discharge, such as an arc ion plating apparatus (AIP apparatus), and a vacuum arc vapor deposition apparatus using the vacuum arc evaporation source.

アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）等の真空アーク蒸着法は、真空雰囲気において、蒸発源（ターゲット）を陰極とし、陽極との間に真空アーク放電を発生させ、蒸発源の表面である蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させると同時にイオン化し、負のバイアス電圧を印加したワーク表面にイオンを堆積させることによりワークに皮膜を形成する薄膜コーティング方法である。   A vacuum arc deposition method such as an arc ion plating method (AIP method) uses an evaporation source (target) as a cathode in a vacuum atmosphere and generates a vacuum arc discharge between the anode and an evaporation surface which is the surface of the evaporation source. Is a thin film coating method in which a film is formed on a workpiece by evaporating the film forming material from the ionization and simultaneously ionizing and depositing ions on the surface of the workpiece to which a negative bias voltage is applied.

該真空アーク蒸着法においては、アーク放電により蒸発面にアークスポットと呼ばれる溶融領域が発生する。アークスポットは、一般に蒸発面上を数１０ｍ／ｓで無軌道に移動する。また、該アークスポットにて皮膜形成材料が蒸発、イオン化されると共に、電気的に中性な溶滴であるドロップレット（マクロパーティクル）が発生し放出される。該ドロップレットは、形成皮膜の表面粗度を悪化させるものであり、皮膜形成においては好ましくないとされることが多い。   In the vacuum arc deposition method, a melting region called an arc spot is generated on the evaporation surface by arc discharge. In general, the arc spot moves without a track on the evaporation surface at several tens of m / s. Further, the film-forming material is evaporated and ionized at the arc spot, and droplets (macroparticles) that are electrically neutral droplets are generated and released. The droplets deteriorate the surface roughness of the formed film, and are often considered undesirable in film formation.

従来、上述の如きドロップレットの発生の抑制や蒸発源の消耗の均一化を図ることを目的として、アークスポットの位置を制御する方法や装置が提案されている。
例えば特許文献１においては、円筒形の蒸発源の中心孔に磁場発生源としての永久磁石が配置され、該永久磁石は、磁力線の角度が蒸発源外周の蒸発面に形成される略長円状の放電領域にアークスポットを閉じ込め可能に設定されている真空アーク蒸発源について開示されている。 Conventionally, a method and an apparatus for controlling the position of an arc spot have been proposed for the purpose of suppressing the occurrence of droplets as described above and making the consumption of the evaporation source uniform.
For example, in Patent Document 1, a permanent magnet as a magnetic field generation source is disposed in the central hole of a cylindrical evaporation source, and the permanent magnet has a substantially oval shape in which the angle of magnetic field lines is formed on the evaporation surface on the outer periphery of the evaporation source. The vacuum arc evaporation source is set to be capable of confining the arc spot in the discharge region.

該真空アーク蒸発源においては、磁場発生源によって形成された放電領域内にアークスポットの位置が制御されることにより、ドロップレットの発生を制御すると共に、蒸発源の消耗の均一化が図られている。
また、特許文献１においては、磁場発生源によってアークスポットの移動を制御すべく、端面に磁極を有する一対の永久磁石を蒸発源の中心孔に同磁極を対向させて配備した他の真空アーク蒸発源の構成についても開示されている。
特開２００３−１９３２１９号公報 In the vacuum arc evaporation source, the position of the arc spot is controlled in the discharge region formed by the magnetic field generation source, thereby controlling the generation of droplets and making the consumption of the evaporation source uniform. Yes.
Further, in Patent Document 1, in order to control the movement of the arc spot by the magnetic field generation source, another vacuum arc evaporation in which a pair of permanent magnets having magnetic poles on the end faces are arranged with the magnetic poles opposed to the central hole of the evaporation source. Source configurations are also disclosed.
JP 2003-193219 A

ところで、上記真空アーク蒸発源において、磁場発生源によるアークスポットの閉じ込め効果を十分に得るためには、蒸発面での磁場を７ｍＴ以上に設定する必要があることを本願発明者らは確認している。
しかしながら、７ｍＴの強さを有する磁場は、皮膜組成の観点からみるとやや大きなものであって、イオン化された皮膜形成材料やプロセスガスのイオン化率が磁場の影響によって過度に上昇し、従来可能であった皮膜組成を得ることができない問題があった。例えば蒸発源としてクロムＣｒ、プロセスガスとして窒素Ｎ2を採用する場合、磁場を殆ど生じさせない状態で真空アーク蒸着を行うと、Ｃｒ＋Ｃｒ2Ｎ混合相、Ｃｒ2Ｎ単相、Ｃｒ2Ｎ〜ＣｒＮ混合相、ＣｒＮ単相等の広範な皮膜組成を得ることができる。一方、７ｍＴ程度の強さを有する磁場を発生させた状態で真空アーク蒸着を行うと、Ｃｒ＋ＣｒＮ混合相若しくはＣｒＮ単相の皮膜組成しか得ることができないことを本願発明者らは実験等により知見している。 By the way, in the vacuum arc evaporation source, the inventors of the present application have confirmed that the magnetic field on the evaporation surface must be set to 7 mT or more in order to sufficiently obtain an arc spot confinement effect by the magnetic field generation source. Yes.
However, the magnetic field having a strength of 7 mT is somewhat large from the viewpoint of the film composition, and the ionization rate of the ionized film forming material and process gas is excessively increased by the influence of the magnetic field, which is conventionally possible. There was a problem that it was not possible to obtain the film composition. For example, when chromium Cr is used as the evaporation source and nitrogen N 2 is used as the process gas, if vacuum arc deposition is performed with almost no magnetic field, Cr + Cr 2 N mixed phase, Cr 2 N single phase, Cr 2 N to CrN mixed A wide range of coating compositions such as phase and CrN single phase can be obtained. On the other hand, the present inventors have found through experiments and the like that only a Cr + CrN mixed phase or CrN single-phase film composition can be obtained when vacuum arc deposition is performed with a magnetic field having a strength of about 7 mT being generated. ing.

また、上記他の真空アーク蒸発源においては、一対の永久磁石を用いるため、さらに強い磁場（１０〜１５ｍＴ）を形成することとなってやはり皮膜組成の観点からは好ましくない。また、該他の真空アーク蒸発源においては、この様な強い磁場よってアークスポットの移動領域が著しく制限されるため、アーク放電の電圧値が通常時より上昇する問題がある。かかる強磁場雰囲気においては、アークスポットが低電圧な領域に向けて移動しようとするため、アーク放電の均一性が損なわれてしまう問題もある。   Further, in the other vacuum arc evaporation sources, since a pair of permanent magnets are used, a stronger magnetic field (10 to 15 mT) is formed, which is also not preferable from the viewpoint of the film composition. Further, the other vacuum arc evaporation source has a problem that the arc discharge voltage value rises more than usual because the strong magnetic field limits the moving area of the arc spot. In such a strong magnetic field atmosphere, the arc spot tends to move toward a low voltage region, so that there is a problem that the uniformity of arc discharge is impaired.

そこで、本発明は、磁場の大きさを低減した場合にもアークスポットの位置を制御可能であって、且つ、該磁場の影響下においても、磁場の存在しない場合と同様の皮膜組成を構成可能な真空アーク蒸発源及び該真空アーク蒸発源を用いた真空アーク蒸着装置を提供するようにしたものである。   Therefore, according to the present invention, the position of the arc spot can be controlled even when the magnitude of the magnetic field is reduced, and even under the influence of the magnetic field, it is possible to configure the same film composition as when no magnetic field is present. A vacuum arc evaporation source and a vacuum arc vapor deposition apparatus using the vacuum arc evaporation source are provided.

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、アーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と、前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源であって、前記蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされており、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the technical means for solving the problems in the present invention include an evaporation source that is an arc discharge cathode and evaporates the film-forming material from the evaporation surface by the arc discharge, and an arc generated on the evaporation surface by the arc discharge. A vacuum arc evaporation source having a control means for controlling the position of the spot, wherein the evaporation source includes a power feeding section and an electro-discharge section serving as a starting position of arc discharge on the evaporation surface. A current supply source for supplying an arc current to the power supply section of the evaporation source, and a magnetic field generation source for forming a strong magnetic field capable of restricting the movement of the arc spot in a region between the electrodischarge section and the power supply section of the evaporation surface. provided, the magnetic field generating source, to the region on the evaporation surface as a strong magnetic field beyond as seen from the feeding section, than said strong magnetic field being capable forming a weak magnetic field magnitude is small magnetic field, the magnetic field generating source The evaporation source Is characterized by being formable to constitute a magnetic field becomes parallel to the evaporation surface to become a region between the feeding portion electromotive discharge portion.

蒸発面の起放電部に発生したアークスポットは、蒸発源を含む回路内のジュール熱の発生を最小にすべく、即ち、該蒸発源でのジュール熱の発生を最小にすべく給電部に向けて移動する（最小ジュール熱の法則）。
これに対し、起放電部と給電部の間には磁場発生源によって蒸発面上に強磁場が形成されている。該強磁場にアークスポットが移動すると、該アークスポットは移動を拘束されるため、放電電圧が上昇してジュール熱の上昇を招くこととなる。 The arc spot generated at the electro-discharge part of the evaporation surface is directed to the power feeding part in order to minimize the generation of Joule heat in the circuit including the evaporation source, that is, to minimize the generation of Joule heat in the evaporation source. (Minimum Joule heat law).
On the other hand, a strong magnetic field is formed on the evaporation surface between the electrodischarge section and the power feeding section by the magnetic field generation source. When the arc spot moves in the strong magnetic field, the arc spot is restrained from moving, so that the discharge voltage rises and Joule heat rises.

したがって、最小ジュール熱の法則に従って移動するアークスポットは、給電部に向けて移動しようとするものの、強磁場に入り込むとジュール熱の上昇を招くため、強磁場を避けて移動することとなる。即ち、アークスポットの給電部に向けての移動は強磁場によって跳ね返され、結果的にアークスポットは給電部からみて強磁場以遠の領域内を移動することとなるのである。   Therefore, although the arc spot that moves according to the law of minimum Joule heat tries to move toward the power feeding portion, when it enters the strong magnetic field, Joule heat rises, and therefore it moves while avoiding the strong magnetic field. In other words, the movement of the arc spot toward the power supply unit is rebounded by the strong magnetic field, and as a result, the arc spot moves in a region beyond the strong magnetic field as viewed from the power supply unit.

したがって、本発明に係る真空アーク蒸発源によれば、磁場発生源を適正位置に配備することにより、蒸発面上でのアークスポットの位置を適正なものとすることができる。
また、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成する。
ところで、強磁場下等での放電により高電圧となったアーク放電の場合、該アーク放電によってプラズマ雰囲気に投入されるエネルギーが上昇し、これによってプラズマ活性度及びイオン化率が上昇することとなる。また、弱磁場にて放出された電子は陽極に向けて略直線上に移動するが、強磁場にて放出された電子は、該強磁場を形成する磁力線に巻き付く作用を奏しながら陽極に向かうため、蒸発源から陽極までの移動距離が長くなり、これに伴って前記電子がプラズマ雰囲気内の原子やイオンに衝突する回数が増大してイオン化率が上昇することとなる。また、該電子は原子を伴ってプラズマ雰囲気内を移動するため、該原子の衝突回数も増大することとなり、これによってもイオン化率が上昇する。 Therefore, according to the vacuum arc evaporation source according to the present invention, the position of the arc spot on the evaporation surface can be made appropriate by arranging the magnetic field generation source at an appropriate position.
In addition, the magnetic field generation source forms a weak magnetic field having a smaller magnetic field than the strong magnetic field in a region on the evaporation surface that is farther than the strong magnetic field when viewed from the power supply unit.
By the way, in the case of an arc discharge that has become a high voltage due to a discharge under a strong magnetic field or the like, the energy input to the plasma atmosphere is increased by the arc discharge, thereby increasing the plasma activity and the ionization rate. Electrons emitted in a weak magnetic field move in a substantially straight line toward the anode, but electrons emitted in a strong magnetic field travel to the anode while acting on the magnetic field lines that form the strong magnetic field. For this reason, the moving distance from the evaporation source to the anode is increased, and accordingly, the number of times the electrons collide with atoms and ions in the plasma atmosphere is increased, and the ionization rate is increased. Further, since the electrons move in the plasma atmosphere together with atoms, the number of collisions of the atoms also increases, and this also increases the ionization rate.

これに対し、本願発明のアークスポットは、上述の如く強磁場を避けて上記弱磁場を移動するため、低電圧のアーク放電とすることができ、これにより、イオン化した皮膜形成材料や電子、蒸発面上の雰囲気を形成するプロセスガスによって構成されるプラズマを低活性に維持することが可能となり、該低活性としたプラズマにおいて形成可能とされる皮膜組成を構成することができる。即ち、アークスポット位置での磁場の大きさを低減してプラズマを低活性とすることにより、蒸発物質とプロセスガスの単相のみでなく、これらの複数種の混合相を形成することが可能となるのである。   On the other hand, the arc spot of the present invention avoids a strong magnetic field and moves the weak magnetic field as described above, so that it can be a low-voltage arc discharge, whereby ionized film forming materials, electrons, evaporation The plasma constituted by the process gas that forms the atmosphere on the surface can be maintained at a low activity, and a coating composition that can be formed in the low activity plasma can be constituted. That is, by reducing the magnitude of the magnetic field at the arc spot position and making the plasma less active, it is possible to form not only a single phase of evaporant and process gas, but also a plurality of these mixed phases. It becomes.

また、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることが好ましい。
これによれば、平行となる磁場に到達したアークスポットは、該磁場からの作用力（ローレンツ力）を受け、蒸発面上を平行な磁場に対し垂直となる方向に移動することとなる。このためアークスポットは、強磁場内に入り込んだ場合にも、前記平行な磁場を超えて給電部に向けて移動することはなく、アークスポットの給電部への到達がより確実に規制され、ひいてはアークスポットの位置をより確実に規定することができる。 Moreover, it is preferable that the magnetic field generation source is configured to be able to form a magnetic field parallel to the evaporation surface in a region between the electrodischarge section and the power feeding section of the evaporation source.
According to this, the arc spot that has reached the parallel magnetic field receives an acting force (Lorentz force) from the magnetic field and moves on the evaporation surface in a direction perpendicular to the parallel magnetic field. For this reason, even when the arc spot enters the strong magnetic field, the arc spot does not move toward the power feeding unit beyond the parallel magnetic field, and the arrival of the arc spot to the power feeding unit is more reliably regulated, and consequently The position of the arc spot can be defined more reliably.

また、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部との間に両磁極を配備可能な大きさに形成されて蒸発面の後背に配備されていることが好ましい。
これによれば、上述の如き磁場を容易に形成することができる。
また、前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し平行とした状態で配備されていることが好ましい。あるいは、前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し垂直とした状態で配備されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said magnetic field generation source is formed in the magnitude | size which can arrange | position both magnetic poles between the electromotive discharge part and electric power feeding part of the said evaporation source, and is arrange | positioned in the back of the evaporation surface.
According to this, the magnetic field as described above can be easily formed.
Moreover, it is preferable that the said magnetic field generation source is arrange | positioned in the state which made the straight line which connects the center of both magnetic poles parallel to the said evaporation surface. Or it is preferable that the said magnetic field generation source is arrange | positioned in the state which made the straight line which connects the center of both magnetic poles perpendicular | vertical with respect to the said evaporation surface.

この様に磁場発生源を配備することにより、蒸発面上に該蒸発面に平行となる磁場を容易に形成することができるのである。
また、前記制御手段は、前記磁場発生源よりも給電部側となる位置に陽極を配備していることが好ましい。
アークスポットは、磁場発生源により強磁場の手前で給電部への移動が一様に規制されるものの、基本的には給電部からみて強磁場以遠となる領域を広範囲に亘ってランダムに移動する。 By providing the magnetic field generation source in this way, a magnetic field parallel to the evaporation surface can be easily formed on the evaporation surface.
Moreover, it is preferable that the said control means has arrange | positioned the anode in the position which becomes a electric power feeding part side rather than the said magnetic field generation source.
Although the arc spot is uniformly controlled by the magnetic field generation source before the strong magnetic field, the arc spot basically moves randomly over a wide area in the region beyond the strong magnetic field when viewed from the power supply unit. .

これに対し、上述の如く陽極を配備することにより、アークスポットに陽極に向けて移動する作用が付与されることとなり、アークスポットはさらに給電部に向けて引きつけられる。この結果、アークスポットのランダムな移動が抑制されることとなり、磁場発生源によるアークスポットの移動制御をより確実なものとすることができる。
また、前記制御手段は、前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構を備えていることが好ましい。 On the other hand, by disposing the anode as described above, the arc spot is given an action of moving toward the anode, and the arc spot is further attracted toward the power feeding unit. As a result, the random movement of the arc spot is suppressed, and the movement control of the arc spot by the magnetic field generation source can be made more reliable.
Moreover, it is preferable that the said control means is provided with the moving mechanism which moves the said magnetic field generation source to the said electric power feeding part so that proximity | separation is possible, maintaining a distance with the said evaporation surface.

これにより、磁場発生源が移動自在となるため、アークスポットは、磁場発生源による磁場の影響下に置かれた状態で蒸発面上を移動可能となる。これにより、アークスポットを磁場発生源による制御下に置いた状態で蒸発面上を広範に移動させることができ、蒸発面の局所的な溶融を避けて蒸発源の歩留りの向上を図ることができる。
かかる効果に鑑みれば、前記制御手段は、前記磁場発生源よりも蒸発源の給電部側となる位置に配備された陽極と、該陽極及び前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構とを備えていることももちろん好ましい。 As a result, the magnetic field generation source can move freely, and the arc spot can move on the evaporation surface while being placed under the influence of the magnetic field by the magnetic field generation source. As a result, the arc spot can be moved over the evaporation surface in a state of being controlled by the magnetic field generation source, and the yield of the evaporation source can be improved by avoiding local melting of the evaporation surface. .
In view of such an effect, the control means maintains the distance between the anode disposed at a position closer to the power supply unit side of the evaporation source than the magnetic field generation source, and the anode and the magnetic field generation source to the evaporation surface. However, it is of course also preferable to include a moving mechanism that moves the power feeding portion so as to be able to approach and separate.

また、前記蒸発源は、軸孔を有して軸方向に長尺な筒状に形成され、該蒸発源の外周面が前記蒸発面とされ、前記制御手段の磁場発生源は、前記軸孔を長手方向に移動可能な大きさに形成されて軸孔内に配備されていることが好ましい。
これによれば、アークスポットによって溶融される領域が蒸発源の外周面に亘って形成されることとなるため、蒸発源の軸心に対して放射状にワークを配備することにより生産性を向上させることができる。 The evaporation source has an axial hole and is formed in a cylindrical shape elongated in the axial direction. The outer peripheral surface of the evaporation source is the evaporation surface. The magnetic field generation source of the control means is the axial hole. It is preferable that it is formed in the magnitude | size which can move to a longitudinal direction, and is arrange | positioned in the axial hole.
According to this, since the region melted by the arc spot is formed over the outer peripheral surface of the evaporation source, productivity is improved by arranging the workpieces radially with respect to the axis of the evaporation source. be able to.

また、前記蒸発源は、長尺な板状に形成され、一方の平板面を蒸発面とし、他方の平板面と対向する位置に前記制御手段の磁場発生源を配備していることももちろん好ましい。
また、上述の如きアーク放電を得るには、該アーク放電の電流値が２００Ａ以上であることが好ましい。
これにより、強磁場でのアーク放電の電圧は急激に上昇することとなり、磁場発生源によるアークスポットの位置制御がより確実なものとなる。 In addition, it is also preferable that the evaporation source is formed in a long plate shape, and one flat plate surface is an evaporation surface, and the magnetic field generation source of the control unit is disposed at a position facing the other flat plate surface. .
Moreover, in order to obtain the arc discharge as described above, the current value of the arc discharge is preferably 200 A or more.
Thereby, the voltage of the arc discharge in the strong magnetic field increases rapidly, and the position control of the arc spot by the magnetic field generation source becomes more reliable.

さらに、本発明における課題解決のための他の技術的手段は、チャンバーと、該チャンバー内に収容されてアーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源と、該真空アーク蒸発源の蒸発源にアーク放電を発生させる起放電装置と、皮膜形成面を有するワークとを配備して構成される真空アーク蒸着装置において、前記真空アーク蒸発源の蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされていて、前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴としている。 Furthermore, another technical means for solving the problems in the present invention includes: a chamber; and an evaporation source that is housed in the chamber and serves as a cathode for arc discharge to evaporate the film-forming material from the evaporation surface by the arc discharge. A vacuum arc evaporation source having a control means for controlling a position of an arc spot generated on the evaporation surface by the arc discharge, an electro-discharge device for generating an arc discharge in the evaporation source of the vacuum arc evaporation source, and a film forming surface In the vacuum arc vapor deposition apparatus configured by disposing a work having a vacuum arc evaporation source, the evaporation source of the vacuum arc evaporation source includes a power supply unit, and has an electro-discharge unit serving as a starting position of arc discharge on the evaporation surface, The control means includes a current supply source that supplies an arc current to the power supply section of the evaporation source, and a strong force that can regulate the movement of the arc spot in a region between the electrodischarge section and the power supply section of the evaporation surface. A magnetic field generating source that forms a field, and the magnetic field generating source can form a weak magnetic field having a smaller magnetic field size than the strong magnetic field in a region on the evaporation surface that is farther than the strong magnetic field when viewed from the power feeding unit. have been with, the magnetic source is characterized that you have formed configured to enable the magnetic field to be parallel to the evaporation surface in a region to be a between the feeding portion and the raised discharge portion of the evaporation source.

本発明によれば、磁場の大きさを低減した場合にもアークスポットの位置を制御可能であって、且つ、該磁場の影響下においても、磁場の存在しない場合と同様の皮膜組成を構成可能である。   According to the present invention, the position of the arc spot can be controlled even when the magnitude of the magnetic field is reduced, and even under the influence of the magnetic field, it is possible to configure the same film composition as when no magnetic field exists It is.

以下、本発明を実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明していく。
本発明に係る真空アーク蒸発源１の第１の実施の形態は、図１に示す如く、アーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面２から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源３と、アーク放電により蒸発面２上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段４とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The first embodiment of the vacuum arc evaporation source 1 according to the present invention is, as shown in FIG. 1, an evaporation source 3 that serves as a cathode for arc discharge and evaporates film forming material from the evaporation surface 2 by the arc discharge. And control means 4 for controlling the position of an arc spot generated on the evaporation surface 2 by arc discharge.

該蒸発源３は、軸孔３ａを有して軸方向に長尺な筒状に形成され、該蒸発源３の外周面を蒸発面２としている。また、図１及び図２に示す如く、蒸発面２には、アーク放電の開始位置となる起放電部５が設けられている。該起放電部５は、蒸発面２上であれば何れの位置に設けられていても構わないが、図１に示す如く給電部側に寄った位置に設けることが好ましい。また、該蒸発源３の一方の端部は、給電部６となっている。   The evaporation source 3 has a shaft hole 3 a and is formed in a cylindrical shape that is long in the axial direction. The outer peripheral surface of the evaporation source 3 is an evaporation surface 2. As shown in FIGS. 1 and 2, the evaporation surface 2 is provided with an electro-discharge section 5 that serves as a starting position for arc discharge. The electro-discharge section 5 may be provided at any position on the evaporation surface 2, but is preferably provided at a position close to the power feeding section as shown in FIG. One end of the evaporation source 3 serves as a power feeding unit 6.

制御手段４は、蒸発源３にアーク電流を供給する電流供給源８と、蒸発面２にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成可能な磁場発生源９とを備えている。
電流供給源８は、アーク電源１０と、該アーク電源１０のマイナス側と蒸発源３とを接続する接続線１１とを備えている。これにより、蒸発源３は陰極とされるのである。
また、該接続線１１は、蒸発源３の給電部６に接続されている。 The control means 4 includes a current supply source 8 that supplies an arc current to the evaporation source 3 and a magnetic field generation source 9 that can form a strong magnetic field that can restrict the movement of the arc spot on the evaporation surface 2.
The current supply source 8 includes an arc power source 10 and a connection line 11 that connects the minus side of the arc power source 10 and the evaporation source 3. Thus, the evaporation source 3 is a cathode.
Further, the connection line 11 is connected to the power supply unit 6 of the evaporation source 3.

また、電流供給源８のアーク電源１０のプラス側には、揺動自在に支持された電極棒１２を有する起放電装置１３が接続されている。該電極棒１２の先端は、揺動によって蒸発面２の起放電部５に接触可能とされている。
図３及び図４に示す如く、磁場発生源９は、軸孔３ａに挿通可能な円柱状に形成された永久磁石によって構成されている。また、該磁場発生源９は、両磁極の中心を結ぶ直線を蒸発面２と平行とした状態で該蒸発面２の後背となる軸孔３ａ内に配備されている。また、図２に示す如く、該磁場発生源９は、蒸発源３の軸心に沿う長さｌが蒸発面２の起放電部５となる位置から給電部６までの距離Ｌよりも小さいものとされている。 Further, on the plus side of the arc power source 10 of the current supply source 8, an electro-discharge device 13 having an electrode rod 12 supported so as to be swingable is connected. The tip of the electrode rod 12 can be brought into contact with the electrodischarge section 5 of the evaporation surface 2 by swinging.
As shown in FIGS. 3 and 4, the magnetic field generation source 9 is constituted by a permanent magnet formed in a cylindrical shape that can be inserted into the shaft hole 3a. Further, the magnetic field generation source 9 is disposed in a shaft hole 3 a that is the back of the evaporation surface 2 with a straight line connecting the centers of both magnetic poles parallel to the evaporation surface 2. Further, as shown in FIG. 2, the magnetic field generation source 9 has a length l along the axis of the evaporation source 3 that is smaller than the distance L from the position where the evaporation surface 2 becomes the electro-discharge section 5 to the power feeding section 6. It is said that.

また、図１及び図２に示す如く、磁場発生源９は、蒸発源３の軸孔３ａ内にて起放電部５の後背となる位置よりも給電部６となる一方の端部側に配備されている。これにより、蒸発面２には、蒸発面２の起放電部５と給電部６の間となる領域にアークスポットの移動を規制する強磁場が形成される。本実施の形態においては、強磁場とされる磁場の大きさは概ね７ｍＴ〜３０ｍＴ程度とし、弱磁場の磁場の大きさをそれ以下としている。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic field generation source 9 is arranged on one end side that becomes the power feeding unit 6 from the position behind the electro-discharge unit 5 in the shaft hole 3 a of the evaporation source 3. Has been. As a result, a strong magnetic field that restricts the movement of the arc spot is formed on the evaporation surface 2 in a region between the electromotive discharge portion 5 and the power feeding portion 6 of the evaporation surface 2. In the present embodiment, the magnitude of the strong magnetic field is about 7 mT to 30 mT, and the magnitude of the weak magnetic field is less than that.

但し、本発明の強磁場とは、アークスポットを規制可能な磁場であればよい。この下限値はアノードの配置や磁場形状によって変わり、例えば５０Ｇ（５ｍＴ）で十分な場合もある。通常の真空アーク蒸着装置においては、経験的に７ｍＴの大きさを有する磁場であれば、アークスポットの動きを規制することができる。
さらには、上述の如く磁場発生源９を配備することにより、蒸発面２の起放電部５と給電部６の間となる領域に蒸発面２に対し平行な磁場が形成されている。本実施の形態においては、磁場発生源９の大きさを調整することにより、該平行な磁場の蒸発面上での磁力は７０Ｇ（７ｍＴ）以上に設定されている。 However, the strong magnetic field of the present invention may be any magnetic field that can regulate the arc spot. This lower limit value varies depending on the anode arrangement and the magnetic field shape, and for example, 50 G (5 mT) may be sufficient. In a normal vacuum arc deposition apparatus, the movement of the arc spot can be regulated by a empirical magnetic field having a magnitude of 7 mT.
Furthermore, by providing the magnetic field generation source 9 as described above, a magnetic field parallel to the evaporation surface 2 is formed in a region between the electromotive discharge portion 5 and the power feeding portion 6 of the evaporation surface 2. In the present embodiment, by adjusting the size of the magnetic field generation source 9, the magnetic force on the evaporation surface of the parallel magnetic field is set to 70 G (7 mT) or more.

本実施の形態は以上の構成からなる。
本実施の形態の真空アーク蒸発源１を用いて真空アーク蒸着を行う場合、先ず、チャンバー（図示省略）内に真空アーク蒸発源１の蒸発源３と制御手段４の磁場発生源９とを収容し、制御手段４の電流供給源８のアーク電源１０のプラス側をチャンバーに接続する。
そして、真空雰囲気としたチャンバー内に窒素Ｎ2等からなるプロセスガスを導入した低圧力雰囲気下において、起放電装置１３の電極棒１２を揺動させ、該電極棒１２の先端を蒸発源３の蒸発面２の起放電部５に接触させる。これにより、チャンバーを陽極とすると共に蒸発源３を陰極としてアーク放電が生じ、蒸発面２にアークスポットが発生する。そして、該アークスポットにおいて皮膜形成材料が蒸発してイオン化し、該イオンがワーク（図示省略）の表面に堆積することにより、該ワークがコーティングされる。本実施の形態においては、アーク放電の電流値を２００Ａ以上（例えば１０００Ａ）としている。 The present embodiment has the above configuration.
When performing vacuum arc deposition using the vacuum arc evaporation source 1 of this embodiment, first, the evaporation source 3 of the vacuum arc evaporation source 1 and the magnetic field generation source 9 of the control means 4 are accommodated in a chamber (not shown). Then, the plus side of the arc power supply 10 of the current supply source 8 of the control means 4 is connected to the chamber.
Then, the electrode rod 12 of the electro-discharge device 13 is swung in a low-pressure atmosphere in which a process gas composed of nitrogen N 2 or the like is introduced into a vacuum atmosphere chamber, and the tip of the electrode rod 12 is connected to the evaporation source 3. It is made to contact the electrodischarge part 5 of the evaporation surface 2. As a result, arc discharge occurs with the chamber as the anode and the evaporation source 3 as the cathode, and an arc spot is generated on the evaporation surface 2. The film forming material is evaporated and ionized at the arc spot, and the ions are deposited on the surface of the workpiece (not shown), thereby coating the workpiece. In the present embodiment, the current value of arc discharge is set to 200 A or more (for example, 1000 A).

ここで、蒸発面２の起放電部５に発生したアークスポットは、蒸発源３を含む回路内のジュール熱の発生を最小にすべく、即ち、該蒸発源でのジュール熱の発生を最小にすべく給電部に向けて移動する（最小ジュール熱の法則）。
これに対し、起放電部５と給電部６の間には磁場発生源９によって蒸発面上に強磁場が形成されている。該強磁場にアークスポットが移動すると、該アークスポットは移動を拘束されるため、放電電圧が上昇してジュール熱の上昇を招くこととなる。 Here, the arc spot generated in the electrodischarge section 5 of the evaporation surface 2 is to minimize the generation of Joule heat in the circuit including the evaporation source 3, that is, to minimize the generation of Joule heat in the evaporation source. It moves toward the feeding part as much as possible (the law of minimum Joule heat).
On the other hand, a strong magnetic field is formed on the evaporation surface by the magnetic field generation source 9 between the electrodischarge section 5 and the power feeding section 6. When the arc spot moves in the strong magnetic field, the arc spot is restrained from moving, so that the discharge voltage rises and Joule heat rises.

したがって、最小ジュール熱の法則に従って移動するアークスポットは、蒸発面２上を給電部６に向けて移動しようとするものの、強磁場に入り込むとジュール熱の上昇を招くため、強磁場を避けて移動することとなる。即ち、アークスポットの給電部６に向けての移動は強磁場によって跳ね返され、結果的に、アークスポットは蒸発面５の内給電部６からみて強磁場以遠の領域内を移動することとなるのである。   Therefore, the arc spot that moves in accordance with the law of minimum Joule heat tries to move on the evaporation surface 2 toward the power supply unit 6, but when it enters the strong magnetic field, it causes an increase in Joule heat. Will be. That is, the movement of the arc spot toward the power feeding unit 6 is rebounded by the strong magnetic field, and as a result, the arc spot moves in a region beyond the strong magnetic field as viewed from the inner power feeding unit 6 of the evaporation surface 5. is there.

また、該磁場発生源９は、蒸発源３の給電部６からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成しており、該弱磁場である領域をアークスポットは移動する。
ところで、強磁場下等での放電によりアーク放電が高電圧となった場合、該アーク放電によってプラズマ雰囲気に投入されるエネルギーが上昇し、これによってプラズマ活性度及びイオン化率が上昇することとなる。また、弱磁場にて放出された電子は陽極に向けて略直線上に移動するが、強磁場にて放出された電子は、該強磁場を形成する磁力線に巻き付く作用を奏しながら陽極に向かうため、蒸発源から陽極までの移動距離が長くなり、これに伴って前記電子がプラズマ雰囲気内の原子やイオンに衝突する回数が増大してイオン化率が上昇することとなる。また、該電子は原子を伴ってプラズマ雰囲気内を移動するため、該原子の衝突回数も増大することとなり、これによってもイオン化率が上昇する。 In addition, the magnetic field generation source 9 forms a weak magnetic field having a smaller magnetic field than the strong magnetic field in a region on the evaporation surface that is far from the strong magnetic field when viewed from the power supply unit 6 of the evaporation source 3. The arc spot moves in a region that is a magnetic field.
By the way, when the arc discharge becomes a high voltage due to the discharge under a strong magnetic field or the like, the energy input to the plasma atmosphere is increased by the arc discharge, thereby increasing the plasma activity and the ionization rate. Electrons emitted in a weak magnetic field move in a substantially straight line toward the anode, but electrons emitted in a strong magnetic field travel to the anode while acting on the magnetic field lines that form the strong magnetic field. For this reason, the moving distance from the evaporation source to the anode is increased, and accordingly, the number of times the electrons collide with atoms and ions in the plasma atmosphere is increased, and the ionization rate is increased. Further, since the electrons move in the plasma atmosphere together with atoms, the number of collisions of the atoms also increases, and this also increases the ionization rate.

これに対し、本実施の形態においては、アークスポットが強磁場を避けて上記弱磁場を移動するため低電圧のアーク放電となり、これにより、イオン化した皮膜形成材料や電子、蒸発面上の雰囲気を形成するプロセスガスによって構成されるプラズマが低活性に維持され、該低活性としたプラズマにおいて形成可能とされる皮膜組成が構成されるのである。   In contrast, in the present embodiment, the arc spot avoids a strong magnetic field and moves the weak magnetic field, resulting in a low-voltage arc discharge, thereby creating an ionized film forming material, electrons, and atmosphere on the evaporation surface. The plasma constituted by the process gas to be formed is maintained at a low activity, and a coating composition that can be formed in the plasma having the low activity is constituted.

また、磁場発生源９が両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面２と平行とした状態で配備されていることにより、前記蒸発面２に平行となる方向を向いた磁場が蒸発面２上の起放電部５と給電部６の間となる領域に形成される。
これによれば、平行となる磁場に到達したアークスポットは、該磁場からの作用力（ローレンツ力）を受け、蒸発面上を平行な磁場に対し垂直となる方向に移動することとなる。本実施の形態においては、蒸発源が円筒状に形成されているため、前記平行となる磁場は蒸発源に周方向に形成されることとなり、これによってアークスポットは、該平行な磁場に拘束されて蒸発面上を周回することとなる。 Further, since the magnetic field generation source 9 is arranged in a state in which a straight line connecting the centers of both magnetic poles is parallel to the evaporation surface 2, a magnetic field directed in a direction parallel to the evaporation surface 2 is on the evaporation surface 2. It is formed in a region between the electrodischarge section 5 and the power feeding section 6.
According to this, the arc spot that has reached the parallel magnetic field receives an acting force (Lorentz force) from the magnetic field and moves on the evaporation surface in a direction perpendicular to the parallel magnetic field. In the present embodiment, since the evaporation source is formed in a cylindrical shape, the parallel magnetic field is formed in the circumferential direction in the evaporation source, whereby the arc spot is constrained by the parallel magnetic field. Will circulate on the evaporation surface.

即ち、アークスポットが強磁場内に入り込んだ場合にも、平行な磁場を超えて給電部に向けて移動することはなく、アークスポットの給電部への到達がより確実に規制され、ひいてはより確実にアークスポットの位置が規定されることとなるのである。
また、アーク放電の電流値を２００Ａ以上に設定することにより、アークスポットが蒸発面２上の強磁場となる領域まで移動した場合、アーク放電の電圧は急激に上昇することとなるため、アークスポットは該領域から離間する方向に移動する。これにより、磁場発生源９によるアークスポットの位置制御がより確実なものとなる。 That is, even when the arc spot enters the strong magnetic field, the arc spot does not move toward the power feeding unit beyond the parallel magnetic field, and the arrival of the arc spot to the power feeding unit is more reliably regulated, and more reliably. Thus, the position of the arc spot is defined.
In addition, by setting the arc discharge current value to 200 A or more, when the arc spot moves to a region where the arc spot is a strong magnetic field on the evaporation surface 2, the arc discharge voltage increases rapidly. Moves in a direction away from the region. Thereby, the position control of the arc spot by the magnetic field generation source 9 becomes more reliable.

本願発明者らは、本実施の形態の有効性を確認すべく、以下の実験を行っている。
〈実験ｉ〉
実施例として、外径１００ｍｍ、内径５０ｍｍ、高さ８００ｍｍとした円筒状の蒸発源３の軸孔３ａに直径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍのネオジム磁石を挿入したものを採用する。また、該実施例においては、磁極の中心を結ぶ直線と蒸発源３の軸心とは一致している。 The inventors of the present application conduct the following experiment in order to confirm the effectiveness of the present embodiment.
<Experiment i>
As an embodiment, a shaft in which a neodymium magnet having a diameter of 40 mm and a height of 20 mm is inserted into the shaft hole 3a of the cylindrical evaporation source 3 having an outer diameter of 100 mm, an inner diameter of 50 mm, and a height of 800 mm is employed. In this embodiment, the straight line connecting the centers of the magnetic poles coincides with the axis of the evaporation source 3.

また、比較例１として、実施例と同様の蒸発源３の軸孔３ａに実施例と同様のネオジム磁石を２つ挿入したものを採用する。
また、比較例２として、実施例と同様の蒸発源３に対し、軸孔３ａ内に挿通可能な四角柱状のネオジム磁石（高さ１００ｍｍ）を挿入したものを採用している。また、比較例２のネオジム磁石は、蒸発源３の軸心方向に二分してその一方をＮ極、他方をＳ極としている。 Further, as Comparative Example 1, one in which two neodymium magnets similar to those of the example are inserted into the shaft hole 3a of the evaporation source 3 similar to the example is employed.
Further, as Comparative Example 2, a material in which a square columnar neodymium magnet (having a height of 100 mm) that can be inserted into the shaft hole 3a is inserted into the evaporation source 3 similar to that of the example. Further, the neodymium magnet of Comparative Example 2 is divided into two in the axial direction of the evaporation source 3, and one of them is an N pole and the other is an S pole.

本実験においては、実施例、比較例１及び比較例２において、蒸発面２にアーク放電を発生させ、該アーク放電の放電位置（アークスポットの位置）での磁場の大きさを測定する。そして、各ネオジム磁石による磁場によってアークスポットの位置が制御されているときの該アークスポットの位置における磁場の大きさ比較する。
なお、各蒸発源３には１０００Ａの電流を供給することとし、低圧雰囲気のガス圧等、その他の条件については各例とも同一として実験を行っている。 In this experiment, in Example, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, arc discharge is generated on the evaporation surface 2, and the magnitude of the magnetic field at the discharge position (arc spot position) of the arc discharge is measured. And the magnitude | size of the magnetic field in the position of this arc spot when the position of an arc spot is controlled by the magnetic field by each neodymium magnet is compared.
In addition, it is assumed that a current of 1000 A is supplied to each evaporation source 3 and other conditions such as a gas pressure in a low-pressure atmosphere are the same in each example.

また、実施例においては、アークスポットが給電部６からみて強磁場以遠に止まる状態をアークスポットの位置制御状態とする。比較例１においては、アークスポットが２つのネオジム磁石の間に止まる状態をアークスポットの位置制御状態とする。比較例２においては、アークスポットが蒸発面２の長尺方向に形成される長円上の領域内に止まる状態をアークスポットの位置制御状態とする。   In the embodiment, a state where the arc spot stops beyond the strong magnetic field when viewed from the power feeding unit 6 is defined as the arc spot position control state. In Comparative Example 1, a state in which the arc spot stops between two neodymium magnets is defined as a position control state of the arc spot. In Comparative Example 2, the state where the arc spot stops in the region on the ellipse formed in the longitudinal direction of the evaporation surface 2 is defined as the arc spot position control state.

かかる実験の結果、実施例において、アークスポットの位置が制御されたときの磁場の大きさは２ｍＴ〜５ｍＴ、比較例１における磁場の大きさは１０ｍＴ〜１５ｍＴ、比較例２における磁場の大きさは７ｍＴとなった。
この結果から、本実施の形態がアークスポットの位置を制御すべく蒸発面２に形成する磁場の大きさを可及的小さく保つという点において優れていることが確認された。
〈実験ｉｉ〉
本実験では、蒸発面に形成される磁場の大きさとワークに形成される皮膜の構成数について着目すべく、蒸発面上に形成される磁場の大きさが異なる実施例と比較例を用意して真空アーク蒸着を行った。 As a result of such experiments, in the examples, the magnitude of the magnetic field when the position of the arc spot is controlled is 2 mT to 5 mT, the magnitude of the magnetic field in Comparative Example 1 is 10 mT to 15 mT, and the magnitude of the magnetic field in Comparative Example 2 is It became 7mT.
From this result, it was confirmed that the present embodiment is excellent in that the magnitude of the magnetic field formed on the evaporation surface 2 is kept as small as possible in order to control the position of the arc spot.
<Experiment ii>
In this experiment, in order to pay attention to the magnitude of the magnetic field formed on the evaporation surface and the number of coatings formed on the workpiece, examples and comparative examples having different sizes of the magnetic field formed on the evaporation surface were prepared. Vacuum arc deposition was performed.

なお、実施例の蒸発面上での磁場の大きさは１.５〜２ｍＴであり、比較例での蒸発面上での磁場の大きさは７〜８ｍＴである。また、これら実施例、比較例共に、アーク電流を１００Ａとすると共に温度を６００℃とする一方、ワークに付与されるバイアス負荷及びプロセスガスである窒素の圧力を変化させ、各条件下でワークに形成された皮膜の組成を調べることとする。   In addition, the magnitude | size of the magnetic field on the evaporation surface of an Example is 1.5-2 mT, and the magnitude | size of the magnetic field on the evaporation surface in a comparative example is 7-8 mT. In both of the examples and the comparative examples, the arc current is set to 100 A and the temperature is set to 600 ° C. On the other hand, the bias load applied to the workpiece and the pressure of nitrogen as a process gas are changed, so The composition of the formed film will be examined.

図１２には実施例の結果を示すと共に、図１３には比較例の結果を示す。
これら図中において、○は、該○が位置する条件下でＣｒＮの被膜を得ることができたことを示し、□は、該□が位置する条件下でＣｒ2Ｎの被膜を得ることができたことを示している。
これらから明らかなように、実施例では皮膜としてＣｒ2Ｎを得ることができるものの、比較例では皮膜としてＣｒ2Ｎを得ることができない。 FIG. 12 shows the results of the example, and FIG. 13 shows the results of the comparative example.
In these figures, ◯ indicates that a CrN film could be obtained under the condition where the ◯ is located, and □ indicates that a Cr 2 N film could be obtained under the condition where the □ is located. It shows that.
As is apparent from these, Cr 2 N can be obtained as a film in the example, but Cr 2 N cannot be obtained as a film in the comparative example.

この結果、蒸発面に形成される磁場の大きさを小さくすることにより、多様な皮膜種を形成することができることが確認された。
かかる結果は、蒸発面上に形成される磁場の大きさを可及的小さく保つこととした本実施の形態が多様な皮膜種を形成することができる点において優れていることを示している。 As a result, it was confirmed that various film types can be formed by reducing the magnitude of the magnetic field formed on the evaporation surface.
This result shows that the present embodiment, in which the magnitude of the magnetic field formed on the evaporation surface is kept as small as possible, is excellent in that various film types can be formed.

図５は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第２の実施の形態を示している。
該実施の形態においては、磁場発生源９を両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面２と垂直とした状態で配備している。
これによっても、蒸発面上の起放電部５と給電部６との間となる領域に蒸発面２に平行となる磁場を形成することができるのである。 FIG. 5 shows a second embodiment of the vacuum arc evaporation source according to the present invention.
In this embodiment, the magnetic field generation source 9 is arranged in a state where a straight line connecting the centers of both magnetic poles is perpendicular to the evaporation surface 2.
This also makes it possible to form a magnetic field parallel to the evaporation surface 2 in a region between the electromotive discharge portion 5 and the power feeding portion 6 on the evaporation surface.

図６は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第３の実施の形態を示している。
該実施の形態において、制御手段４は、アークスポットを引き寄せる陽極１５を備えており、該陽極１５は、蒸発源３の軸孔３ａ内に配備した磁場発生源９よりも給電部側となる位置に配備されている。
アークスポットは、磁場発生源９により強磁場の手前で給電部６への移動が一様に規制されるものの、基本的には給電部９からみて強磁場以遠となる広範囲な領域をランダムに移動する。 FIG. 6 shows a third embodiment of a vacuum arc evaporation source according to the present invention.
In this embodiment, the control means 4 includes an anode 15 that attracts an arc spot, and the anode 15 is positioned closer to the power supply unit than the magnetic field generation source 9 provided in the shaft hole 3 a of the evaporation source 3. Has been deployed.
Although the arc spot is uniformly restricted by the magnetic field generation source 9 to move to the power supply unit 6 before the strong magnetic field, it basically moves randomly in a wide range beyond the strong magnetic field when viewed from the power supply unit 9. To do.

これに対し、本実施の形態の如く陽極１５を配備することにより、アークスポットに陽極１５に向けて移動する作用が付与されることとなり、アークスポットはさらに給電部６に向けて引きつけられる。この結果、アークスポットのランダムな移動が抑制されることとなり、磁場発生源９によるアークスポットの移動制御がより確実なものなるのである。
また、アークスポットの上述の如き性質を利用することにより、図７に示す本発明に係る真空アーク蒸発源の第４の実施の形態の如く、給電部６である蒸発源３の一方の端部とは異なる他方の端部にもアーク電流を供給する供給線１６を接続し、接続線１１からのみでなく供給線１６からも蒸発源３に電流を供給することも可能である。 On the other hand, by providing the anode 15 as in the present embodiment, an action of moving toward the anode 15 is given to the arc spot, and the arc spot is further attracted toward the power feeding unit 6. As a result, the random movement of the arc spot is suppressed, and the movement control of the arc spot by the magnetic field generation source 9 becomes more reliable.
Further, by utilizing the above-mentioned properties of the arc spot, one end portion of the evaporation source 3 as the power feeding unit 6 as in the fourth embodiment of the vacuum arc evaporation source according to the present invention shown in FIG. It is also possible to connect the supply line 16 for supplying an arc current to the other end different from the above, and supply the current to the evaporation source 3 not only from the connection line 11 but also from the supply line 16.

図８は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第５の実施の形態を示している。
本実施の形態において、制御手段４は、蒸発源３の軸孔３ａ内に配備された磁場発生源９を蒸発面２との距離を維持しつつ前記給電部６に近接離間可能に移動させる移動機構１７を備えている。これにより、磁場発生源９は、軸孔３ａ内を蒸発源３の軸心方向に移動自在となる。 FIG. 8 shows a fifth embodiment of a vacuum arc evaporation source according to the present invention.
In the present embodiment, the control unit 4 moves the magnetic field generation source 9 disposed in the shaft hole 3a of the evaporation source 3 so as to be able to approach and separate from the power feeding unit 6 while maintaining the distance from the evaporation surface 2. A mechanism 17 is provided. As a result, the magnetic field generation source 9 is movable in the axial direction of the evaporation source 3 in the shaft hole 3a.

本実施の形態によれば、磁場発生源９を移動させることによりアークスポットを磁場発生源９による磁場の影響下に置いた状態で蒸発面上を広範に移動させることができ、これによって、磁場発生源９の位置制御を介してアークスポットの位置制御が可能となる。これにより、蒸発源３の消耗の均質化が図られ、該蒸発源３の歩留りが向上する。
また、蒸発源３の軸心方向の長さと同程度の長さを有するワーク（図示省略）の表面を成膜する場合等においては、アークスポットの位置を適宜変更させながらワーク表面を成膜することにより、ワーク表面の膜厚分布の均一化が図られる。 According to the present embodiment, by moving the magnetic field generation source 9, the arc spot can be moved widely on the evaporation surface in a state where it is placed under the influence of the magnetic field by the magnetic field generation source 9. The position of the arc spot can be controlled via the position control of the generation source 9. Thereby, the consumption of the evaporation source 3 is homogenized, and the yield of the evaporation source 3 is improved.
Further, when the surface of a workpiece (not shown) having a length approximately equal to the axial length of the evaporation source 3 is formed, the workpiece surface is formed while appropriately changing the position of the arc spot. As a result, the film thickness distribution on the workpiece surface can be made uniform.

また、本実施の形態においては、図９に示す如く、磁場発生源９よりも給電部側に配備した陽極１５を該磁場発生源９に同期して蒸発源３の軸方向に移動可能に構成することも可能である。これによれば、陽極１５とアークスポットの相対間隔を略一定に保つことができ、これによってアーク放電が安定的に行われることとなるのである。
図１０は、本発明に係る真空アーク蒸発源の第６の実施の形態を示している。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the anode 15 disposed closer to the power feeding unit than the magnetic field generation source 9 is configured to be movable in the axial direction of the evaporation source 3 in synchronization with the magnetic field generation source 9. It is also possible to do. According to this, the relative distance between the anode 15 and the arc spot can be kept substantially constant, whereby the arc discharge is stably performed.
FIG. 10 shows a sixth embodiment of a vacuum arc evaporation source according to the present invention.

本実施の形態において、蒸発源３は、長尺な板状に形成され、一方の平板面を蒸発面２とし、他方の平板面と対向する位置に制御手段４の磁場発生源９を配備している。
これによっても、蒸発面２上に該蒸発面２に平行となる磁場を容易に形成することができ、磁場発生源９によるアークスポットの位置決め精度が向上する。
図１１は、図８に示した本発明に係る真空アーク蒸発源１の第５の実施の形態を用いた真空アーク蒸着装置２０を示している。 In the present embodiment, the evaporation source 3 is formed in a long plate shape, one of the flat plate surfaces is the evaporation surface 2, and the magnetic field generation source 9 of the control means 4 is arranged at a position facing the other flat plate surface. ing.
Also by this, a magnetic field parallel to the evaporation surface 2 can be easily formed on the evaporation surface 2, and the positioning accuracy of the arc spot by the magnetic field generation source 9 is improved.
FIG. 11 shows a vacuum arc vapor deposition apparatus 20 using the fifth embodiment of the vacuum arc evaporation source 1 according to the present invention shown in FIG.

該真空アーク蒸着装置２０は、チャンバー２１を備え、該チャンバー２１の内方に、前記真空アーク蒸発源１の蒸発源３及び制御手段４の磁場発生源９と、該真空アーク蒸発源１の蒸発源３にアーク放電を発生させる起放電装置１３と、皮膜形成面を有するワークＷとを配備して構成されている。
チャンバー２１は、真空ポンプ（図示省略）に連結される連結路２２を有しており、該連結路２２から空気を排出することにより内部を真空雰囲気とすることが可能である。また、該チャンバー２１は、内部にプロセスガスを導入可能な導入路２３を有している。 The vacuum arc evaporation apparatus 20 includes a chamber 21, and an evaporation source 3 of the vacuum arc evaporation source 1, a magnetic field generation source 9 of the control means 4, and an evaporation of the vacuum arc evaporation source 1 inside the chamber 21. A source / discharge device 13 for generating arc discharge in the source 3 and a work W having a film forming surface are provided.
The chamber 21 has a connection path 22 connected to a vacuum pump (not shown). By exhausting air from the connection path 22, the inside can be made a vacuum atmosphere. The chamber 21 has an introduction path 23 into which a process gas can be introduced.

なお、電流供給源８のアーク電源１０のプラス側にチャンバー２１が接続されているため、真空アーク放電時においては、蒸発源３が陰極となり、チャンバー２１が陽極となってこれらの間にアーク放電が発生する。
真空アーク蒸発源３１の蒸発源３は、支持手段（図示省略）に支持されて前記チャンバー２１内にてその軸心方向を上下方向として配備されている。また、真空アーク蒸発源１の制御手段４の内、磁場発生源９はチャンバー２１内に配備される一方、電力供給源８のアーク電源１０はチャンバー２１の外方に配備されている。 Since the chamber 21 is connected to the positive side of the arc power source 10 of the current supply source 8, during the vacuum arc discharge, the evaporation source 3 serves as a cathode and the chamber 21 serves as an anode, and arc discharge occurs between them. Will occur.
The evaporation source 3 of the vacuum arc evaporation source 31 is supported by support means (not shown) and is disposed in the chamber 21 with its axial direction as the vertical direction. Of the control means 4 of the vacuum arc evaporation source 1, the magnetic field generation source 9 is provided in the chamber 21, while the arc power source 10 of the power supply source 8 is provided outside the chamber 21.

また、蒸発源３の起放電部５は、蒸発源３の最上部に位置させた磁場発生源９よりも下方となる位置に設けられており、これによって、蒸発源３の上端となる給電部６からみて磁場発生源９によって蒸発面２に形成される強磁場以遠にアークスポットが発生することとなる。
また、蒸発源３の軸孔３ａ内に配備された磁場発生源９を移動させる移動機構１７は、磁場発生源９に連結されたロッド２５と、チャンバー２１の内外に亘って伸びてロッド２５を出退自在に収容するシリンダ２６と、該ロッド２５にシリンダ２６から出退させる動力を付与する動力本体２７とを備え、該動力本体２７がチャンバー２１外に配備されている。 In addition, the electrodischarge section 5 of the evaporation source 3 is provided at a position lower than the magnetic field generation source 9 positioned at the uppermost part of the evaporation source 3. 6, an arc spot is generated beyond the strong magnetic field formed on the evaporation surface 2 by the magnetic field generation source 9.
Further, the moving mechanism 17 for moving the magnetic field generation source 9 provided in the shaft hole 3 a of the evaporation source 3 extends between the rod 25 connected to the magnetic field generation source 9 and the inside and outside of the chamber 21 to move the rod 25. A cylinder 26 that can be retracted and retracted, and a power main body 27 that gives power to the rod 25 to be retracted from the cylinder 26 are provided outside the chamber 21.

起放電装置１３は、チャンバー２１内にて蒸発源３の側方に位置している。
また、チャンバー２１内には、蒸発源３の軸心を中心軸として回転可能なターンテーブル２９が配備されており、前記ワークＷは、蒸発源３の軸心に対し放射状に位置してターンテーブル２９の上面に載置されている。また、該ターンテーブル２９には、負のバイアス電圧が印加されている。 The electrodischarge device 13 is located on the side of the evaporation source 3 in the chamber 21.
A turntable 29 that is rotatable about the axis of the evaporation source 3 is provided in the chamber 21, and the work W is positioned radially with respect to the axis of the evaporation source 3. 29 is placed on the upper surface. Further, a negative bias voltage is applied to the turntable 29.

該真空アーク蒸着装置２０によれば、複数のワークＷを蒸発源３の取り囲んだ状態に配備することができ、生産性が向上すると共に蒸発源３の歩留りが向上する。また、皮膜形成材料が蒸発源３の軸心に対して放射状に放出され、該皮膜形成材料の放出方向にワークＷが位置しているので、該ワークＷによる皮膜形成材料の捕捉率の向上が図られ、処理コストの低減に寄与することとなる。   According to the vacuum arc vapor deposition apparatus 20, a plurality of workpieces W can be disposed in a state surrounded by the evaporation source 3, so that productivity is improved and yield of the evaporation source 3 is improved. Further, since the film forming material is discharged radially with respect to the axis of the evaporation source 3 and the workpiece W is positioned in the direction in which the film forming material is discharged, the capture rate of the film forming material by the workpiece W is improved. This contributes to a reduction in processing costs.

以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、蒸発源３は、蒸発面２の後背に磁場発生源９を配備可能に構成されていれば、円柱状、角柱状、角筒状のものを採用する場合にも、本実施の形態と同様の効果が得られる。
また、磁場発生源９をコイルによって構成する場合にも、本実施の形態と同様の効果が得られる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, as long as the evaporation source 3 is configured so that the magnetic field generation source 9 can be arranged behind the evaporation surface 2, even when a columnar shape, a prismatic shape, or a rectangular tube shape is adopted, Similar effects can be obtained.
Further, when the magnetic field generation source 9 is constituted by a coil, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

第１の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vacuum arc evaporation source of 1st Embodiment. 磁場発生源の周囲を示す要部拡大側面図である。It is a principal part enlarged side view which shows the circumference | surroundings of a magnetic field generation source. 磁場発生源による磁場を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the magnetic field by a magnetic field generation source. 磁場発生源による磁場を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetic field by a magnetic field generation source. 第２の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vacuum arc evaporation source of 2nd Embodiment. 第３の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vacuum arc evaporation source of 3rd Embodiment. 第４の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vacuum arc evaporation source of 4th Embodiment. 第５の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vacuum arc evaporation source of 5th Embodiment. 第５の実施の形態の他の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other vacuum arc evaporation source of 5th Embodiment. 第６の実施の形態の真空アーク蒸発源を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vacuum arc evaporation source of 6th Embodiment. 真空アーク蒸着装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a vacuum arc vapor deposition apparatus. 実験ｉｉの実施例の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result of the Example of experiment ii. 実験ｉｉの比較例の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result of the comparative example of experiment ii.

符号の説明Explanation of symbols

１ 真空アーク蒸発源
２ 蒸発面
３ 蒸発源
４ 制御手段
５ 起放電部
６ 給電部
８ 電流供給源
９ 磁場発生源
１３ 起放電装置
１５ 陽極
２０ 真空アーク蒸着装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum arc evaporation source 2 Evaporation surface 3 Evaporation source 4 Control means 5 Electrode discharge part 6 Electric power supply part 8 Current supply source 9 Magnetic field generation source 13 Electrode discharge apparatus 15 Anode 20 Vacuum arc vapor deposition apparatus

Claims (11)

アーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と、前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源であって、
前記蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされており、
前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴とする真空アーク蒸発源。 A vacuum arc evaporation source having an evaporation source which is a cathode for arc discharge and evaporates a film forming material from the evaporation surface by the arc discharge, and a control means for controlling the position of an arc spot generated on the evaporation surface by the arc discharge. Because
The evaporation source includes a power supply unit, and has an electro-discharge unit serving as a starting position of arc discharge on the evaporation surface, the control means includes a current supply source that supplies an arc current to the power supply unit of the evaporation source, And a magnetic field generating source that forms a strong magnetic field capable of restricting the movement of the arc spot in a region between the electrodischarge section and the power feeding section, and the magnetic field generating source is vaporized beyond the strong magnetic field as viewed from the power feeding section. In the region on the surface, it is possible to form a weak magnetic field having a smaller magnetic field than the strong magnetic field ,
The vacuum arc evaporation source , wherein the magnetic field generation source is configured to be able to form a magnetic field parallel to the evaporation surface in a region between the electrodischarge section and the power feeding section of the evaporation source. 前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部との間に両磁極を配備可能な大きさに形成されて蒸発面の後背に配備されていることを特徴とする請求項１に記載の真空アーク蒸発源。 Wherein the magnetic field generating source, to claim 1, characterized in that it is deployed in Spoons of the evaporation surface is formed on a size capable of deploying magnetic poles between the electromotive discharge portion and the feeding portion of the evaporation source The vacuum arc evaporation source as described. 前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し平行とした状態で配備されていることを特徴とする請求項２に記載の真空アーク蒸発源。 3. The vacuum arc evaporation source according to claim 2 , wherein the magnetic field generation source is arranged in a state in which a straight line connecting the centers of both magnetic poles is parallel to the evaporation surface. 前記磁場発生源は、両磁極の中心を結ぶ直線を前記蒸発面に対し垂直とした状態で配備されていることを特徴とする請求項２に記載の真空アーク蒸発源。 3. The vacuum arc evaporation source according to claim 2 , wherein the magnetic field generation source is arranged in a state where a straight line connecting the centers of both magnetic poles is perpendicular to the evaporation surface. 前記制御手段は、前記磁場発生源よりも給電部側となる位置に陽極を配備していることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の真空アーク蒸発源。 The vacuum arc evaporation source according to any one of claims 1 to 4 , wherein the control means has an anode disposed at a position closer to a power feeding unit than the magnetic field generation source. 前記制御手段は、前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の真空アーク蒸発源。 Wherein, any claims 1 to 5, characterized in that it comprises a moving mechanism for moving the magnetic field generating source said to be close to or away from the power source while maintaining the distance between the evaporation surface A vacuum arc evaporation source according to the above. 前記制御手段は、前記磁場発生源よりも蒸発源の給電部側となる位置に配備された陽極と、該陽極及び前記磁場発生源を前記蒸発面との距離を維持しつつ前記給電部に近接離間可能に移動させる移動機構とを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の真空アーク蒸発源。 The control means is arranged close to the power supply unit while maintaining a distance between the anode and the magnetic field generation source, which is disposed closer to the power supply unit side of the evaporation source than the magnetic field generation source, and the anode and the magnetic field generation source. The vacuum arc evaporation source according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a moving mechanism for moving the gaps in a separable manner. 前記蒸発源は、軸孔を有して軸方向に長尺な筒状に形成され、該蒸発源の外周面が前記蒸発面とされ、前記制御手段の磁場発生源は、前記軸孔を長手方向に移動可能な大きさに形成されて軸孔内に配備されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の真空アーク蒸発源。 The evaporation source has an axial hole and is formed in a long cylindrical shape in the axial direction, the outer peripheral surface of the evaporation source is the evaporation surface, and the magnetic field generation source of the control means has the axial hole as a longitudinal axis. The vacuum arc evaporation source according to any one of claims 1 to 7 , wherein the vacuum arc evaporation source is formed in a size that is movable in a direction and disposed in a shaft hole. 前記蒸発源は、長尺な板状に形成され、一方の平板面を蒸発面とし、他方の平板面と対向する位置に前記制御手段の磁場発生源を配備していることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の真空アーク蒸発源。 The evaporation source is formed in a long plate shape, wherein one flat plate surface is an evaporation surface, and the magnetic field generation source of the control means is arranged at a position facing the other flat plate surface. The vacuum arc evaporation source according to any one of claims 1 to 7 . 前記アーク放電の電流値が２００Ａ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の真空アーク蒸発源。 The vacuum arc evaporation source according to any one of claims 1 to 9 , wherein a current value of the arc discharge is 200A or more. チャンバーと、該チャンバー内に収容されてアーク放電の陰極とされて該アーク放電により蒸発面から皮膜形成材料を蒸発させる蒸発源と前記アーク放電により蒸発面上に発生するアークスポットの位置を制御する制御手段とを有する真空アーク蒸発源と、該真空アーク蒸発源の蒸発源にアーク放電を発生させる起放電装置と、皮膜形成面を有するワークとを配備して構成される真空アーク蒸着装置において、
前記真空アーク蒸発源の蒸発源は、給電部を備えると共に蒸発面にアーク放電の開始位置となる起放電部を有し、前記制御手段は、蒸発源の給電部にアーク電流を供給する電流供給源と、蒸発面の起放電部と給電部の間となる領域にアークスポットの移動を規制可能な強磁場を形成する磁場発生源とを備え、該磁場発生源は、前記給電部からみて強磁場以遠となる蒸発面上の領域に、該強磁場よりも磁場の大きさが小さい弱磁場を形成可能とされていて、
前記磁場発生源は、前記蒸発源の起放電部と給電部の間となる領域に蒸発面に対し平行となる磁場を形成可能に構成されていることを特徴とする真空アーク蒸着装置。 A chamber, an evaporation source accommodated in the chamber and used as a cathode for arc discharge to evaporate the film-forming material from the evaporation surface by the arc discharge, and a position of an arc spot generated on the evaporation surface by the arc discharge are controlled. In a vacuum arc evaporation apparatus configured by disposing a vacuum arc evaporation source having a control means, an electro-discharge device that generates arc discharge in the evaporation source of the vacuum arc evaporation source, and a workpiece having a film forming surface,
The evaporation source of the vacuum arc evaporation source includes a power supply unit and an electro-discharge unit serving as an arc discharge start position on the evaporation surface, and the control unit supplies current to supply an arc current to the power supply unit of the evaporation source. And a magnetic field generation source that forms a strong magnetic field capable of restricting the movement of the arc spot in a region between the electrodischarge section and the power supply section of the evaporation surface, and the magnetic field generation source is strong when viewed from the power supply section. In the region on the evaporation surface beyond the magnetic field, it is possible to form a weak magnetic field that is smaller than the strong magnetic field ,
Wherein the magnetic field generating source, vacuum arc vapor deposition apparatus characterized that you have formed configured to enable the magnetic field to be parallel to the evaporation surface in a region to be a between the feeding portion and the raised discharge portion of the evaporation source.
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