JPH072988B2 - アーク蒸発装置 - Google Patents

アーク蒸発装置

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JPH072988B2
JPH072988B2 JP60178479A JP17847985A JPH072988B2 JP H072988 B2 JPH072988 B2 JP H072988B2 JP 60178479 A JP60178479 A JP 60178479A JP 17847985 A JP17847985 A JP 17847985A JP H072988 B2 JPH072988 B2 JP H072988B2
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coil
cathode spot
arc evaporation
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エフ モリソン ジユニア チヤールズ
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ホイツェル インダストリーズ ビーヴィ
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアーク蒸発を行なうための方法およびその装置
に関し、とくに蒸発されるべきターゲットとして広い表
面積を有するものを使用するアーク蒸発方法およびその
装置に関するものである。
（従来技術） アークコーティングシステムに使用されるアーク蒸発方
法としては、Alvin A.Snapperにより開示されたアメリ
カ合衆国特許明細書第3,625,848号、3,836,451号あるい
はL.Sablev等により開示されたアメリカ合衆国特許明細
書第3,783,231号，第3,793,197号等に記載された技術が
知られている。これらの技術は高い付着率を得るため、
あるいはその他の種々の便宜のためアークガンを用い
る。アーク電流は60A以上であり、それが極めて小さな
カソードスポットに集中するのでその際の電流密度は１
平方インチあたり103〜106eVになり、またこのアークを
構成している粒子の平均エネルギーは通常20〜100eVで
ある。また電圧は15〜45Vである。このためこの小さな
カソードスポットにおける電力密度は１平方インチあた
りメガワットのオーダーになる。このカソードスポット
はターゲット表面をランダムに動き回り、そのカソード
スポットの直下のターゲット表面を高温にして蒸発せし
める。そしてこの蒸発されたターゲット材料は基台上に
コーティングされる。
このようにカソードスポットがランダムに動き回ること
により比較的小さいターゲットはある程度一様に浸食さ
れるため小さい基台をコーティングするにはこのような
方法を利用することができる。
しかしながら、基台のサイズが大きくなると上記方法の
欠点が顕著になるため利用し難くなる。すなわち、例え
ば基台が20平方インチ以上になるとターゲットの一様な
浸食は長続きしないのである。とくにターゲットが矩形
である場合にはその欠点がより顕著になる。このため、
大きな基台を用いる必要がある場合には、複数個の小さ
なターゲットを使用するようにしてターゲット全体の表
面積をかせぐと共に、それぞれのターゲット上に少なく
とも１つ以上のカソードスポットを形成するためそれぞ
れのターゲットについて、60A程度の電流を必要とする
アークガンを配設する。しかしながら、スポットの数の
増加に比例して基台に対する加熱も大きくなる。すなわ
ち、コーティングされるべき基台のサイズが大きくなる
程アークガンの加熱による基台の損傷が激しくなる。こ
のため上述したような方法は電力消費の面からも、また
メンテナンスの面からも問題があった。
（発明の目的） 本発明は上記問題を解決するためになされたものであ
り、本発明の第１の目的は広い面積を有する表面をコー
ティングする際、消費電力が小さくメンテナンスの必要
性が少ないアーク蒸発装置を提供することを目的とする
ものである。
本発明の第２の目的は20平方インチ以上のターゲット表
面を有するターゲットを有効に使用し得るアーク蒸発装
置を提供することを目的とするものである。
さらに、本発明の第３の目的は、プラスチック基台上に
金属をコーティングし得るアーク蒸発装置を提供するこ
とを目的とするものである。
（発明の構成） 本願発明の第１のアーク蒸発装置は、蒸発されるべき材
料表面を有するターゲットと、 このターゲットを蒸発させるため該ターゲットの表面上
に、この表面上をランダムに動き回る荷電粒子とカソー
ドスポットの存在により特徴づけられるアークを発生せ
しめるアーク発生手段と、 前記ターゲットの表面の上方において予め定められた方
向に間欠的にカソードスポットを移動せしめるものであ
り、前記ターゲットの表面上方において予め定められた
前記カソードスポットの移動方向に対し略垂直な方向に
少なくとも１つの磁場を間欠的に発生せしめる所定形状
のコイル部材を含む磁場発生手段を有し、前記アークに
よる前記ターゲットの蒸発を略一様になさしめるカソー
ドスポット誘導手段と、 前記磁場が発生していない期間において前記ターゲット
の表面上に前記アークを閉じ込めるアーク閉込手段とを
備えてなることを特徴とするものである。
また、本願発明の第２のアーク蒸発装置は、蒸発される
べき材料表面を有するターゲットと、 このターゲットを蒸発させるため該ターゲットの表面上
に、この表面上をランダムに動き回る荷電粒子とカソー
ドスポットの存在により特徴づけられるアークを発生せ
しめるアーク発生手段と、 前記ターゲットの表面の上方において少なくとも２つの
異なる方向に継続的にカソードスポットを移動せしめる
ものであり、前記アークによる前記ターゲットの蒸発を
略一様になさしめる様に前記カソードスポットの移動を
コントロールする少なくとも２つの異なる磁場を前記タ
ーゲットの表面の上方に発生せしめる所定形状のコイル
部材を含む磁場発生手段を有するカソードスポット誘導
手段とを備えてなることを特徴とするものである。
（発明の効果） 本発明のアーク蒸発装置によれば、ターゲット表面上方
に間欠的にもしくは継続的に磁場を発生せしめてカソー
ドスポットを誘導するようにしており、磁界の強さ等を
調節することによりカソードスポットを所望の位置に移
動させることができる。これにより広い面積を有するタ
ーゲットであってもその蒸発による浸食を略一様なもの
とすることができる。したがって従来技術のように広い
面積に亘ってコーティングする際に多くのアークガンを
使用する必要がないから消費電力を小さくすることがで
き、またコーティングされるべき基台の、加熱による損
傷を防ぐことができる。また、磁場を間欠的に発生させ
る場合には、磁場が発生していない期間にアークがター
ゲットの表面からはずれないように、アーク閉込手段に
よってアークをターゲット表面上に閉じ込めるようにし
ている。
（実 施 例） 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
第１図および第2A図は本発明をパルス式マグネトロンア
ークカソード10に応用した場合の実施例について示すも
のである。ターゲット12は蒸発源となるべき物質で金属
等の伝導体物質でなければならない。このターゲット12
はアーク閉込手段14により周囲を囲まれており、またこ
のアーク閉込手段14は外部レールを形成するもので、例
えばアメリカ合衆国特許明細書第4,430,184号に開示さ
れている窒化ボロン、窒化チタン等の窒化物あるいは19
84年１月19日に出願されたアメリカ合衆国特許出願第57
2,007号に開示されている高透磁率物質等が使用され
る。さらに、このアーク閉込手段14はアメリカ合衆国特
許明細書第3,793,179号に開示されているように電気的
シールド部材として用いたり、アメリカ合衆国特許明細
書第3,625,848号に開示されているようにアノードとし
て用いることも可能である。なお、本実施例においては
第１図に示すようにターゲット12の内部に内部レール15
を設けている。
ターゲット12の直下にはマグネティックコイル等の磁場
形成部材16が配されており、第１図にはコイルのセンタ
ーラインが仮想線により描かれている。このコイルは高
透磁率のカプラー18内に配されており、これにより第2A
図に示すようにターゲット17上に互いに反対方向を向く
２つの磁界が形成される。パルス発生器20は第2B図に示
すようなパルス電流をコイル16に印加するためのもので
ある。ターゲット12とコイル16の間には例えば水等の冷
却媒を通すための空間が形成されている。アノード21と
カソードとしてのターゲット12の間には電流源23が接続
されている。さらに、分離したカソード上にターゲット
12を配することにより電流源23にそれぞれ接続された分
離カソードを形成することができる。基台25は通常大き
い基台で形成されており、アノードと同一の材料で形成
されてもよい。前述したように、従来このような基台は
その全体をコーティングするのに複数のアーク源を必要
としていた。
しかしながら、本発明によれば広い表面をコーティング
する場合においても１つの大きなターゲットを利用する
ことができる。
すなわち、このアークターゲットは約20平方インチ以上
の面積を有しており、ターゲット周囲のカソードスポッ
トの作用を直接的なものとするために使用される交番磁
界により影響を受け、この磁界がパルス的あるいは連続
的いずれの場合であってもこの大面積のターゲットは全
面積に亘り一様に浸食を受ける。
操作段階においては、ターゲットの初期清浄化の後にこ
のターゲットに対していわゆる第２段アークが行なわれ
る。上記初期清浄化期間中は第１段アークが行なわれる
が、この第１段アークはターゲット上部を極めて高速に
動くものである。ターゲットが清浄化されると、第２段
アークがターゲット上を極めて低速、例えば1m/秒程度
の低速で動くようになる。このアークの動きはランダム
であって、一方向に１回動くと次に他方向に動くという
ような行動をとる。第2B図は、第２段アークが開始され
るとマグネティックコイル16に電流パルスが印加される
ことを示している。電流パルスが入力されない期間にお
いて、アークはアーク閉込手段内あるいは外部レール14
と内部レール15との間をランダムに動き回る。すなわ
ち、アークの動きは極めて局部的であり規則性を有さな
い。電流パルスを印加される期間t1においては、第１に
コイル16の中央線19上にカソードスポットを集中させる
ように、また第２にこのカソードスポットが第１図に示
す矢印ａの方向に動くように交番磁界が発生する。通常
磁場は、t1＋t2の期間のうちの極めて短い間だけ存在す
る。すなわち、多くの期間はカソードスポットが外部レ
ール14から内部レール15に向かってランダムな移動をす
る間に費やされる。以上の説明からもわかるように、こ
の磁場はアークをターゲット上に拘束するためのもので
はなく上記矢印の方向に瞬間的にカソードスポットを移
動させるためのものである。そしてターゲット上には必
要とされる多くのカソードスポットが存在し、そのスポ
ット数は電流源23から供給される電流量が大きくなるに
従って多くなる。スポットが複数個存在する場合には期
間t1の間に発生するパルス磁場によりそれぞれのスポッ
トについて類似した移動が与えられる。そしてこのアー
クは基台のコーティングが全面に亘って一様となる程度
に十分動き回る必要がある。
前述したように、複数個のスポットを使用しない場合に
はカソード10が長尺であることが問題となる。多くの場
合、要求されるコーティング速度を得るためには広いタ
ーゲット全面に亘り平均電流密度を維持する必要があ
る。一般に、パルス幅t1と電流の大きさの積により上述
したスポットの移動量が決定される。これらの要素はタ
ーゲットの形状、とくに長さにより影響を受ける。
電磁石16は閉路19を形成するがこの閉路19は確定的なも
のではない。すなわち、アークのランダムな動きと、一
つのスポットが他のスポットを遠ざける動きとの双方に
より、閉路19のまわりのアークを移動せしめるメカニズ
ムが与えられる。磁場源16としては例えばパルス発生器
20の出力極性を反転させることによりスポットの移動方
向を逆にするようなものも使用することができる。これ
により例えば、ターゲット中央部に螺線状に侵入せしめ
た後、移動方向を反転させ螺線状に戻るようにすること
も可能となる。
前述したように、内部レール15は付加的なものである。
内部レール15を使用する際には、このレール15（もしく
は壁部）は極めて細いものとなる。すなわち例えば1/16
インチ程度のものであって、ターゲット12において、切
削により形成された浅い溝部内に保持される。これによ
り、この内部レールの専有する領域はターゲット全体に
対して極めて小さいものとなる。内部レール15が使用さ
れない場合においても、ほとんど突発的なクロスオーバ
は生じない。すなわち、カソードの終端まで行かずに途
中で中央線をアークが横切るような状態はまれにしか生
じない。しかしながら、ターゲットの中央部も他部分と
同様に浸食される。すなわち、磁場が再び形成される
際、アークが偏向しながらもどるような速度およびモー
メントを有しているかのようにふるまう。
第３図および第４図は、パルス式マグネトロンのアーク
カソードとして使用される場合の実施例を示すものであ
り、本実施例においては第１図に示す内部レール15は使
用されていない。外部アーク閉込手段14は図示するよう
なねじ26を含んでおり、このねじ26により外部レール14
あるいはターゲット12が構造内に組み込まれる。この磁
場源は鉄板等の高透磁率のカプラ28により形成されてお
り、またこのカプラ28にはコイル32を配設する楕円形状
の溝30が形成されており、さらに、このコイルは例えば
銅線を50から200回巻回して形成したものである。第３
図に示すように、コイル32の各端部に電流を供給する手
段はAc電源34を備えておりトランス36に接続されてい
る。なお、フィラメントトランス36の出力電圧は6.3Vで
ある。整流器37がトランス36の２次側に接続されており
２次側コイルの各端部はコイル32の各端部に接続されて
いる。これにより第３図に示すように単波整流されたサ
イン波がコイルに印加される。この波形は第2B図に示す
パルス波形と略同様の効果を与えるものである。コイル
32に印加される電流は第2A図に示す電流源23から供給さ
れる電流と同様にその大きさを調整することによりカソ
ードスポットの移動速度を変化せしめることができる。
操作段階において、交流電源34はターゲットの初期清浄
化の後に出力されるようになっている。整流化された交
流入力がoff状態のときにはカソードスポットのランダ
ム運動が引き起こされるのに対しON状態のときにはター
ゲット上を間欠的に回るような運動を引き起こされる。
この楕円軌道を描くような運動は第１図の実施例におい
て説明したものと類似している。また、ターゲットの浸
食形状は大略第４図24に示すようなものとなる。やや大
きな浸食がコイル上方の領域24aにおいて形成されてい
るが、このより深い浸食領域24aは電流ON状態のとき、
その状態が長すぎるためにコイル32上の中央線付近にス
ポットがもどされることにより生ずる。すなわち、第2B
図に示される期間t1が長すぎるために生ずる。この場
合、コイル32を中央線から十分遠く、例えばレール14の
内部エッジから1/4インチ離れた位置に配すれば上述し
たサイン波により引き起こされる深い浸食が最小限に押
さえられ、ターゲットを一様に浸食することができる。
上述した実施例がパルス式マグネトロンアークカソード
10についてのものであるのに対し、第5A図、5B図に示す
実施例はフルモーションコントロールアークカソードに
ついてのものである。パルスマグネトロンアークカソー
ド10における磁場が間欠的に形成されるのに対し、この
フルモーションコントロールアークカソードにおける磁
場は連続的に形成される。そしてこのターゲット12はア
ーク閉込手段14を備えており、これによりアークをター
ゲット表面上に保持することができる。ターゲット12の
下方には磁気コイル42,44からなる磁場源が配されい
る。なお、コイル42は円周上に配されるコイル44の略中
央に位置している。各コイル42,44はそれぞれコイル線
を50から200回巻くことにより形成される。第5B図には
コイル42,44に電流を供給する回路が示されている。こ
の回路は交流あるいは方形波を出力する信号発生源50を
備えている。この信号発生源50により発生された信号
は、２次側にセンタータップ52を備えたトランス48に印
加される。もし信号発生源50が交流信号を出力するので
あればトランス48の２次側各出力端子に整流器54,56を
接続する。そしてコイル42の各終端はセンタータップ52
と整流器56のカソードに、またコイル44の各終端はセン
タータップ52と整流器54のカソードに接続される。本実
施例においてはこれら２つの整流器が図示するような極
性を有するように配されているが、要求に応じてその極
性を逆にして使用してもかまわない。
ところで前述したパルス式マグネトロンアークカソード
の実施例においてはトラックの回りにカソードスポット
をランダム走行させるようにしている。さらに、このカ
ソードスポットを駆動コイル上に集中させ、トラックの
回りを回転させるようにしている。この理論は第5A,5B
図に示すフルモーションコントロールアークカソードに
ついても応用されている。すなわち内部コイル42および
外部コイル44のいずれのコイルが励磁されるかによって
マグネットセンター（カソードスポット）が内方に移動
したり外方に移動したりする。内部コイルおよび外部コ
イルは交互に、信号発生源50により印加される信号の各
半周期の間励磁される。これによりアークはパルス的に
トラックの回りを回転すると共に第5C図の波形58で示す
ように内部コイル42aと外部コイル44aの間を往復する。
ここで、アークを往復させるマグネットセンターは横方
向よりも前方向に強い動きをする。これにより自由走行
による影響は走行パターンの横方向の幅を広げる程度に
とどまる。
各コイル42a,42bに対する駆動時間はアークが磁場内の
コイル間を移動するのにちょうど十分な時間とすべきで
ある。この時間が長すぎるとターゲットのコイルの直上
部分が過度に浸食される。なお、アークが常に磁気ドー
ムの下で発生するように各コイルによる磁場がターゲッ
ト全域をカバーしていることが望ましい。また、コイル
励磁とアーク／ターゲットの回転位置間の完全な同期が
とられていないため、トラック周囲において一様な浸食
が行なわれる。さらに、第5C図に示すようにターゲット
の大きさと励磁パラメータの値により、アークは一方の
磁場センターから他方の磁場センターへ移動する間にト
ラック方向にも移動する。
本実施例においては駆動電流信号としてサイン波が使用
されている。このダブルコイルシステムにおいて、サイ
ン波、方形波いずれの信号が使用される場合でも最良の
状態を得るためにタイミング上のいくつかの制約があ
る。このアークは一方のトラック上に留まっていてはな
らず両トラック間を往復しなければならない。また、フ
ルコントロールシステムは両コイルのうち必ずいずれか
一方のコイルをON状態にしておくことにより達成され
る。そして種々の特別の信号波形を形成することにより
浸食の一様性をさらに高めることができる。上記特別の
信号波形の一つとして三角波を用いることもでき、第６
図には両コイル42,44に三角波信号電流を印加した場合
のタイミングチャートが示されている。第６図によれば
コイル42に印加される電流が最大のとき、コイル44に印
加される電流は０となる。コイル42に印加される電流が
減少し始めるとコイル44に印加される電流が増加し始め
るというように両コイル内において、印加電流の増加減
少の関係が逆の関係となっている。これにより磁場セン
ターが両コイル間をスムーズに往復する。アーク（ある
いはカソードスポット）がこのフィールドセンターを追
従するような形となり、これによりアークもトラック上
を回りながら両コイル間を往復する。以上述べたように
第5A,5B図に示す実施例ではアークがトラックの回りを
回りながら両コイル間を往復するのである。そしてアー
クは常にコントロールされている。この実施例において
は、ターゲット12上の両コイル42,44間全てに亘る浸食
の一様性を保証するためにアークの前方向への走行にラ
ンダム走行を加える必要がないのでアークの移動速度を
速くすることができる。
第７図はフルモーションコントロールアークカソードに
使用される磁場源をしめしたものである。
すなわち、この第７図に示す第１のコイル60と第２のコ
イル62からなるコイル部材は上述した第5A図における内
部コイル42および外部コイル44の位置に配設し得るもの
である。
すなわち、第７図に示すコイル部材の長手方向に延びる
第１のコイル60は第5A,5B図に示す実施例におけるコイ
ル42,44あるいは第４図に示す実施例における32に対応
するもので、例えば第5A図に示す磁場46や第４図に示す
磁場33のような磁場をターゲットの表面上方に生成し、
これによりカソードスポットをターゲット表面上でこの
コイル部材に沿って移動させるという機能を有する。
一方、上記第２のコイル62は、第１のコイル60の回り
に、かつこの第１のコイル60に対して直交する状態で巻
回されたもので、この第２のコイル62には振動電流が印
加される。これにより、この第２のコイル62によって第
１のコイル60が生成する磁場とは直交する磁場が形成さ
れ、カソードスポットはターゲット表面上において上記
コイル部材の軸から左右方向に振動するように移動せし
められる。
これにより、カソードスポットはターゲットの表面上を
左右に振動しながら周回することとなり、ターゲットの
浸食を一様なものとすることができる。
なお、第１のコイル60には連続する直交電流が印加さ
れ、この点からこのアークカソードはアークマグネトロ
ンとして考慮される。この実施例においては、アーク移
動量の総量が両コイル60,62の相互作用により定まるの
で第5A図、5B図の実施例に比べてより制約が課される。
ところで第1,3図の実施例においては広い領域のカソー
ドは、カソードあるいはターゲットの回りの間欠的なア
ークにより浸食される。第5A,5B図の実施例において
は、連続的なアークの移動は交互に反転して表われる両
磁場間を往復するようになっている。第７図の実施例に
おいては、連続的に前進する磁場はコイル60を継続的に
励磁することにより形成され、これによりこの実施例は
アークマグネトロンとして機能すると考えてよい。な
お、本発明の実施例としてはその他種々のタイプのフル
モーションコントロールアークカソードが考えられる。
従来、交番磁界中における真空放電の挙動について記載
した参考文献は多い。これらのうちの１つにKeseavとPa
shakovaにより発表された“The Electromagnetic Ancho
ring of the Cathode Spot"（Soviet Physics−Technic
al Physics,Volome4,Page254）（1959）という論文があ
る。しかし、彼らの研究は水銀陰極を用いたものである
ため浸食形状あるいは浸食の一様性等は問題とならない
のである。これに対し、本発明においてはこのようなこ
とを問題としているのである。さらに、従来の数多くの
研究においては磁場は一瞬形成され、放電の寿命は極め
て短い。さらに、継続的な磁場をアーク蒸発による真空
コーティングに効果的に応用した研究もない。ただ、ア
メリカ合衆国特許3,836,451号に開示されているように
ターゲット領域の外部に磁気コイルが配されているもの
が知られているのみである。すなわちコイル上に形成さ
れる磁場はターゲット上に形成されないのである。
もし、第２アークの最大保証値程度の強い磁場が形成さ
れれば浸食部分の幅は狭くなる。しかしながら、実際に
はこの磁場はその磁界の強さが最低レベル程度まで下げ
られることにより弱いものとなり、浸食部分の幅は広く
なり、より大きなＶ字型浸食パターンが認められた。パ
ルス式磁場あるいは継続的な弱い磁場の挙動についての
研究に基づいて本出願人はレール14を高透磁率金属とし
た結果磁場の方向速度が約20〜30インチ／秒に上昇する
ことを発見した。この速度が約20インチ／秒以下になる
と不安定状態となり、ターゲット上を一方向に回るよう
な傾向ははっきりしなくなる。一般に、ターゲットに表
面の磁界の強さはレール14が高透磁率物質の場合３ガウ
ス以上である。これに対し高透磁率物質でない場合１ガ
ウス程度であるが、上述した値以下の磁界の強さであっ
ても種々のタイプの磁場源を用いることによりその状況
に応じた浸食の一様性を得ることができる。
本発明の他の実施例として隣接する磁場が逆極性となる
ように形成してより高度な構造のものとしたものがあ
る。
第8,9図にはコイル64が描かれているが、このコイル64
はＵ型形状をなすと共に４つの直線部分64a〜64dを備え
ている。これらの直線部分64a〜64dのうち隣接する部分
には逆方向の電流が流れており、これにより隣接する部
分に逆極性の磁場を発生せしめる。各部分により形成さ
れる浸食パターンは丸底のＶ字形状であり、その幅は磁
界の強さが弱いときであってもやや狭い。この直線部分
は、隣接するＶ字形状の浸食パターンが互いに重なる程
度に十分近接して配される。これにより、全体としてタ
ーゲットの浸食は一様に行なわれることになる。すなわ
ち、各直線部分64a〜64dの配置を調整すること、および
コイル電流を十分低い値とすることにより実験的に略一
様な浸食が得られる。コイル64に全波整流された電流を
印加すると短時間に亘るアークの迷走が生じるがカソー
ドスポットは所定のトラック上に保持される。第8,9図
に示すコイルは５×12インチ大のターゲット内に形成さ
れている。また、コイル64には一定の直流電流を印加し
てもよい。この場合、システムはスパッタリングマグネ
トロンに類似した固定磁石システムとなる。ただしスパ
ッタリングマグネトロンの場合と比べて、強度は弱い。
固定磁石をアークカソードに用いたものが第10図に描か
れている。この実施例は高透磁率の基板66と磁石68a〜6
8dを備えており、この磁石68a〜68dのうち隣接する磁石
は図中矢印で示すように互いに逆極性となるよう配され
ている。隣接する磁場70は交互に逆極性となるように配
される。要求される磁界の強さは数ガウスにすぎない。
しかしターゲットの取り替えをせずに長い時間の使用に
耐え得るよう肉厚のターゲット12を用いる場合、磁場は
ある程度の高さまで突き出るように形成されなければな
らない。これは第11図の実施例により達成される。すな
わち第11図の実施例は第10図の実施例に磁石80a,80bを
付加したものであり、これにより磁場が上方に高く突出
するように形成される。永久磁石76a〜76c,80a,80bは従
来から使用されている材料により（例えばフェライト磁
石）、またはアメリカ合衆国特許第4,265,729号に開示
されているフレキシブル永久磁石材料の積層片により形
成されている。
ところで従来、Keseavによりマグネトロン場を真空放電
に利用したものが知られている。しかしながらこのマグ
ネトロン場はコーティングに利用する際放電をターゲッ
ト上に保持する目的で使用されている。これはターゲッ
トの背後にある１巻きの電力線を用いることにより達成
される。しかしながら、Keseavにより開発された上記方
法は大きなターゲットの浸食を一様にすることについて
何ら示唆するものではない。さらに、カソードスポット
をターゲット表面上において誘導するため分割手段に付
加されたアーク閉込手段を使用するものでもない。
以下、前述した実施例について若干の補足を行なう。
1.第8,11図に示した実施例について電磁石あるいは永久
磁石を用いて微弱ではあるが複雑なマグネトロン場を形
成し、大きなターゲット表面の浸食を一様にする。すな
わち、このマグネトロン場により形成された単なるＶ字
形状の浸食溝は隣同士互いに重なり合うことにより上記
一様な浸食を達成する。
2.第１図から第７図に示す実施例について、トラックが
１本であるか複数本であるかにかかわらずパルス式マグ
ネトロンシステムを使用する。
3.マルチプルコイルもしくは永久磁石プラスコイルシス
テムをターゲット表面上の磁場中心を移動させるために
使用する。スパッタコーティングのコントロールに使用
した類似タイプのものとしてはアメリカ合衆国特許第3,
956,093号明細書に開示された技術がある。
4.アークターゲットの磁場に影響を与えるコイルあるい
は固定磁石を機械的に移動させる。スパッタコーティン
グのコントロールに使用した類似タイプのもとしてはア
メリカ合衆国特許第3,878,085号明細書に開示された技
術がある。
5.磁石システムに対してアークターゲットを機械的に移
動させる。スパッタコーティングのコントロールに使用
した類似タイプのものとしてはアメリカ合衆国特許第4,
356,073号明細書に開示された技術がある。
以上、本発明に係るいくつかの実施例について詳細に説
明したが、本発明の実施例としては上述した実施例以外
にも種々のものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明をパルス式マグネトロンアークカソード
に応用した場合の実施例について示す斜視図、第2A図は
第１図2A−2A線における断面図、第2B図は第１図の実施
例で使用されるパルス電流を示すグラフ、第３図および
第４図は本発明をフルモーションコントロールアークカ
ソードに応用した場合の実施例について示すものであっ
て第３図は磁場源に電流を供給するための回路を示す概
略図、第４図は第３図４−４線における断面図、第5A
図、第5B図および第5C図は本発明をフルモーションコン
トロールアークカソードに応用した場合の他の実施例に
ついて示すものであって、第5A図は第5B図5A−5A線にお
ける断面図、第5B図は磁場源に適当な信号を供給するた
めの回路を示す回路図、第5C図は第5A図および第5B図に
示す実施例におけるカソードスポットの移動経路を示す
概略図、第６図は第5A図および第5B図に示す実施例で使
用される信号波形を示すグラフ、第７図は本発明に係る
フルモーションコントロールアークカソードにおいて使
用される磁場源の一例を示す概略図、第８図および第９
図は本発明をフルモーションコントロールアークカソー
ドに応用した場合の実施例について示すものであって、
第８図はターゲットに対する磁場源の配設位置を示す平
面図、第９図は第８図９−９線における断面図、第10図
および第11図は本発明に係るフルモーションコントロー
ルアークカソードとして使用される他の実施例をそれぞ
れ示す断面図である。 10……カソード、12……ターゲット、 14……アーク閉込手段（外部レール）、 15……内部レール、 16,32,42,44,60,62,64……磁場源（コイル）、 17,33,46,70,78……磁場、 21……アノード、23……電流源、 25……基台、50……信号源、 68,80……磁石、

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】蒸発されるべき材料表面を有するターゲッ
    トと、 このターゲットを蒸発させるため該ターゲットの表面上
    に、この表面上をランダムに動き回る荷電粒子とカソー
    ドスポットの存在により特徴づけられるアークを発生せ
    しめるアーク発生手段と、 前記ターゲットの表面の上方において予め定められた方
    向に間欠的にカソードスポットを移動せしめるものであ
    り、前記ターゲットの表面上方において予め定められた
    前記カソードスポットの移動方向に対し略垂直な方向に
    少なくとも１つの磁場を間欠的に発生せしめる所定形状
    のコイル部材を含む磁場発生手段を有し、前記アークに
    よる前記ターゲットの蒸発を略一様になさしめるカソー
    ドスポット誘導手段と、 前記磁場が発生していない期間において前記ターゲット
    の表面上に前記アークを閉じ込めるアーク閉込手段とを
    備えてなることを特徴とするアーク蒸発装置。
  2. 【請求項２】前記ターゲットの表面が少なくとも略20平
    方インチの面積を有することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載のアーク蒸発装置。
  3. 【請求項３】前記カソードスポット誘導手段が前記ター
    ゲット表面上の閉路内において前記カソードスポットを
    移動せしめる手段を備えてなることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載のアーク蒸発装置。
  4. 【請求項４】前記アーク閉込手段が前記ターゲット表面
    の周囲に配されたレールであり、このレールが透磁率の
    高い材料で形成されてなることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載のアーク蒸発装置。
  5. 【請求項５】前記カソードスポット誘導手段が前記ター
    ゲット表面と反対側のターゲット端部に電磁石手段を配
    設してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    のアーク蒸発装置。
  6. 【請求項６】前記ターゲットがその中央部分に内部レー
    ルを備え、これにより前記磁場の方向に対して垂直な平
    面内において当該内部レールの回りにカソードスポット
    を移動せしめる閉路を形成したことを特徴とする特許請
    求の範囲第４項記載のアーク蒸発装置。
  7. 【請求項７】前記レールが窒化硼素もしくは窒化チタニ
    ウムにより形成されてなることを特徴とする特許請求の
    範囲第４項記載のアーク蒸発装置。
  8. 【請求項８】前記電磁石手段に印加するべき電流を発生
    するための電流源を備えてなることを特徴とする特許請
    求の範囲第５項記載のアーク蒸発装置。
  9. 【請求項９】前記電流源が半波整流電流を前記電磁石に
    供給するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    ８項記載のアーク蒸発装置。
  10. 【請求項１０】前記電流源が前記電磁石にパルス電流を
    供給するものであり、当該パルス電流が実際に印加され
    ている各期間において前記カソードスポットを所定の方
    向に誘導せしめ、前記各期間の間の期間において前記カ
    ソードスポットをランダムに動き回らせるようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のアーク蒸発
    装置。
  11. 【請求項１１】蒸発されるべき材料表面を有するターゲ
    ットと、 このターゲットを蒸発させるため該ターゲットの表面上
    に、この表面上をランダムに動き回る荷電粒子とカソー
    ドスポットの存在により特徴づけられるアークを発生せ
    しめるアーク発生手段と、 前記ターゲットの表面の上方において少なくとも２つの
    異なる方向に継続的にカソードスポットを移動せしめる
    ものであり、前記アークによる前記ターゲットの蒸発を
    略一様になさしめる様に前記カソードスポットの移動を
    コントロールする少なくとも２つの異なる磁場を前記タ
    ーゲットの表面の上方に発生せしめる所定形状のコイル
    部材を含む磁場発生手段を有するカソードスポット誘導
    手段とを備えてなることを特徴とするアーク蒸発装置。
  12. 【請求項１２】前記ターゲット表面上に前記アークを閉
    じ込めるアーク閉込手段を備えてなることを特徴とする
    特許請求の範囲第２項記載のアーク蒸発装置。
  13. 【請求項１３】前記ターゲットの表面が少なくとも略20
    平方インチの面積を有することを特徴とする特許請求の
    範囲第２項記載のアーク蒸発装置。
  14. 【請求項１４】前記カソードスポット誘導手段が前記タ
    ーゲット表面上の閉路内において前記カソードスポット
    を移動せしめる手段を備えてなることを特徴とする特許
    請求の範囲第２項記載のアーク蒸発装置。
  15. 【請求項１５】前記カソードスポット誘導手段が前記タ
    ーゲット表面と反対側のターゲット端部に電磁石手段を
    配設してなることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
    載のアーク蒸発装置。
  16. 【請求項１６】前記カソードスポット誘導手段が、前記
    ターゲット表面上の複数の磁場のうち隣接する磁場が互
    いに逆極性となるように形成せしめる手段を備えてなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のアーク蒸
    発装置。
  17. 【請求項１７】前記アーク閉込手段が前記ターゲット表
    面の周囲に配されたレールであり、このレールが透磁率
    の高い材料で形成されてなることを特徴とする特許請求
    の範囲第12項記載のアーク蒸発装置。
  18. 【請求項１８】前記ターゲットがその中央部分に内部レ
    ールを備え、これにより前記磁場の方向に対して垂直な
    平面内において当該内部レールの回りにカソードスポッ
    トを移動せしめる閉路を形成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第17項記載のアーク蒸発装置。
  19. 【請求項１９】前記レールが窒化硼素もしくは窒化チタ
    ニウムにより形成されてなることを特徴とする特許請求
    の範囲第17項記載のアーク蒸発装置。
  20. 【請求項２０】前記電磁石手段が、導線を複数回巻回し
    てなるコイルを複数個同心状に配設してなるものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第15項記載のアーク蒸
    発装置。
  21. 【請求項２１】前記コイルの数が２個であり、それぞれ
    のコイルに対して位相の異なる信号を供給する手段を備
    えており、これにより前記それぞれのコイルを交互に励
    磁せしめ前記カソードスポットを一方のコイル上の中央
    線から他方のコイル上の中央線の間で連続的に往復せし
    めると共にこのカソードスポットが前記ターゲット表面
    上のトラックを回るように連続的にコントロールしてな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第20項記載のアーク
    蒸発装置。
  22. 【請求項２２】前記２つのコイルのそれぞれに印加され
    る信号波形が略三角波であり、一方のコイルに印加され
    る電流が増加するときには他方のコイルに印加される電
    流が減少し、一方のコイルに印加される電流が減少する
    ときには他方のコイルに印加される電流が増加するよう
    に形成すると共にこれら両コイルに少なくともいくらか
    の電流を常に印加せしめたことを特徴とする特許請求の
    範囲第21項記載のアーク蒸発装置。
  23. 【請求項２３】前記位相の異なる２つの信号が１つの交
    流信号を互いに半波長ずらして形成した信号であること
    を特徴とする特許請求の範囲第21項記載のアーク蒸発装
    置。
  24. 【請求項２４】前記電磁石手段が、少なくとも、前記カ
    ソードスポットの誘導方向と同一方向に複数回巻回され
    た第１のコイルと、この第１のコイルの導線巻回方向に
    対して垂直方向かつこの第１のコイル上に導線を複数回
    巻回されてなる第２のコイルとを備えてなることを特徴
    とする特許請求の範囲第15項記載のアーク蒸発装置。
  25. 【請求項２５】前記第１のコイルに印加される電流が連
    続的な直流電流であり、前記第２のコイルに印加される
    電流が振動電流であり、前記直流電流が前記カソードス
    ポットをターゲット表面のトラック上において連続的に
    回転せしめるためのものであるのに対し、前記振動電流
    が前記カソードスポットを前記トラック上の任意の位置
    を中心としてランダムに振動せしめる磁場を形成するも
    のであることを特徴とする特許請求の範囲第24項記載の
    アーク蒸発装置。
  26. 【請求項２６】前記電磁石手段が略Ｕ字を描くように配
    設されてなると共に互いに近接する複数の平行な直線部
    分を備えてなり、この複数の直線部分のうち互いに隣接
    する直線部分に印加する電流の向きを互いに反対方向と
    なし、これによりターゲット上の磁場を前記隣接する直
    線部分において互いに逆極性となるように形成したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第15項記載のアーク蒸発装
    置。
  27. 【請求項２７】前記各直線部分により形成されるターゲ
    ットの浸食食溝がＶ字形状をなし、互いに隣接するこの
    浸食溝を重なり合うように形成し、これによりターゲッ
    トを一様に蒸発せしめるようにしたことを特徴とする特
    許請求の範囲第26項記載のアーク蒸発装置。
  28. 【請求項２８】前記複数の磁場のうち隣接する磁場が逆
    極性となるように形成せしめる手段が、複数個の永久磁
    石および／または電磁石を含んでなることを特徴とする
    特許請求の範囲第16項記載のアーク蒸発装置。
  29. 【請求項２９】前記複数個の磁石のうち少なくともいく
    つかがターゲット表面に対して垂直に配されてなること
    を特徴とする特許請求の範囲第28項記載のアーク蒸発装
    置。
  30. 【請求項３０】前記複数個の磁石の間に少なくともいく
    つかの他の磁石を挿入するとともに当該他の磁石の極性
    方向が最初に配されていた前記磁石の極性方向に対して
    垂直となるように配設し、前記ターゲット表面上の磁場
    がより上方に突出するように形成したことを特徴とする
    特許請求の範囲第29項記載のアーク蒸発装置。
  31. 【請求項３１】前記永久磁石がフェライト磁石、もしく
    はフレキシブル永久磁石材料の積層片からなることを特
    徴とする特許請求の範囲第28項記載のアーク蒸発装置。
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