JPH08260132A - 真空アーク蒸着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 機械的なアーク点火機構１８で点弧される真
空アーク放電を間欠的に発生させることなく連続して発
生させたままで、空心電磁コイル１７による磁場を間欠
的に発生させて、その磁場発生期間ごとに基板Ｓにター
ゲット１４からのターゲット材料物質イオンを間欠的に
導く。 【効果】 アーク点火機構に起因する装置信頼性の低下
やターゲットにおけるアーク点火点付近の偏った局部的
消耗を引き起こすことなく、基板上にターゲットからの
ターゲット材料物質イオンを間欠的に堆積させて基板硬
度低下などを引き起こすような基板温度上昇を生じるこ
となく皮膜形成を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、切削工具や機械部品
などへの硬質皮膜形成に適用される真空アーク蒸着方法
及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空アーク蒸着方法は、基本的には、真
空中にて、皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりなるタ
ーゲットを陰極として真空アーク放電を発生させ、これ
によってターゲットの蒸発面からそのターゲット材料物
質を蒸発させてターゲット材料物質イオンを含むプラズ
マを生成させ、そのプラズマ中のターゲット材料物質イ
オンを基板（被蒸着対象物）上に堆積させて皮膜形成を
行うようにしたものである。なお、前記皮膜としては金
属の窒素物や金属の炭化物よりなる硬質皮膜であること
から、真空アーク蒸着方法では、真空チャンバ内に反応
ガス（プロセスガス）を導入し、例えばＴｉよりなるタ
ーゲットに対してＮ₂ ガスを導入し、これによりＴｉＮ
皮膜を形成するというような反応性コーティングが行わ
れることが一般的である。

【０００３】このような基本的原理を持つ真空アーク蒸
着方法のひとつとして、従来より、ターゲット材料物質
の微小な溶融粒子であるマクロパーティクルの皮膜への
混入を低減することを目的として、ターゲットで生成し
たプラズマを磁場によって基板に導き、これによってタ
ーゲット材料物質イオンのみを選択的に基板に導いて皮
膜形成を行うようにした方法が提案されている。前記マ
クロパーティクルは、数μｍ程度以下の直径を持ちター
ゲット材料物質よりなる溶滴であり、真空アーク放電に
よるターゲットの蒸発面に形成されたアークスポットか
ら放出されるものである。このマクロパーティクルが基
板に到達し形成中の皮膜に混入するように取り込まれる
と、凸凹の大きな、表面粗度のあまり良くない皮膜が形
成されるので、精密な加工工具や一部の装飾用部品につ
いてはマクロパーティクルの皮膜への混入を可能な限り
減らすことが要求されるものである。

【０００４】従来、磁場によってターゲット材料物質イ
オンを含むプラズマを基板に導くようにしたこの種の真
空アーク蒸着方法としては、次の二つの方法、すなわ
ち、特開平０２−１９４１６７号公報に開示されている
ようなもの（第１の従来方法）や、技術文献（Ｉ．Ｉ．
Ａｋｓｅｎｏｖ，ｅｔ．ａｌ；Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｅｘ
ｐ．Ｔｅｃｈ，２１（１９７８），ｐ１４１６〜１４１
８）に開示されているようなもの（第２の従来方法）が
提案されている。以下、第１の従来方法について図５を
用いて説明する。図５は磁場によってプラズマを基板に
導くようにした従来の真空アーク蒸着方法の一例の実施
に使用する装置の要部の構成を示す構成説明図である。

【０００５】図５において、１はその内部に基板Ｓが配
置される真空チャンバ、１０は真空チャンバ１に設けら
れた電磁コイル付き蒸発源装置である。真空チャンバ１
の所定位置における開口部位に、外方側に大径部が連結
された筒状の管状部（プラズマダクト）１１が取り付け
られ、さらに前記大径部に環状をなす絶縁部材１２を介
してカソードホルダ１３が取り付けられている。水冷機
構（図示省略）を有するこのカソードホルダ１３にター
ゲット１４が取り付けられるようになっている。前記真
空チャンバ１はアーク電源１６のプラス側に接続される
一方、カソードホルダ１３がアーク電源１６のマイナス
側に接続されており、これにより真空チャンバ１または
これと同電位の管状部１１を陽極とし、ターゲット１４
を陰極とする真空アーク放電が行われるようになってい
る。

【０００６】そして、図５に示すように、管状部１１の
外側には、ターゲット１４の蒸発面１５から管状部１１
の内側空間を通り真空チャンバ１内へと至る磁力線を形
成するための空心電磁コイル１７が中心軸線Ｘを中心と
して配設されている。前記ターゲット１４は、空心電磁
コイル１７端よりの磁場（磁力線）が中心軸線Ｘより半
径方向外向きに発散する位置に配置されるようになされ
ている。なお、基板Ｓは、真空チャンバ１内において前
記中心軸線Ｘの延長上に位置するように配置されてい
る。

【０００７】１８は抵抗（図示省略）を介してアーク電
源７のプラス側に接続された棒状トリガー電極を備えた
機械式のアーク点火機構である。このアーク点火機構１
８は、その棒状トリガー電極をターゲット１４上でこれ
に対して接触・切離しすることにより、ターゲット１４
の蒸発面１５にアークスポットを持つ真空アーク放電を
点弧させるためのものである。１９はターゲット１４の
周囲に配され、アークスポットが蒸発面１５以外のとこ
ろに移らないようにするためのアーク閉込めリングであ
る。また、図示しない回転テーブル上に載置され基板Ｓ
には、負のバイアス電圧が印加されるようになされてい
る。さらに、図示省略しているが、真空チャンバ１に
は、Ｎ₂ ガス等の反応ガスを導入するための反応ガス導
入系と所定真空度に保つための排気系とが接続されてい
る。電磁コイル付き蒸発源装置１０は、外方側に大径部
が連結された管状部１１、絶縁部材１２、カソードホル
ダ１３、蒸発面１５を有するターゲット１４、アーク電
源１６、空心電磁コイル１７、アーク点火機構１８及び
アーク閉込めリング１９から構成されている。

【０００８】前記装置を用いて行われる真空アーク蒸着
方法を説明する。アーク点火機構１８を作動して真空ア
ーク放電を点弧させ、ターゲット１４を陰極として真空
アーク放電を発生させる一方、空心電磁コイル１７に直
流の励磁電流を流す。この励磁電流を流すことで、ター
ゲット１４の蒸発面１５から管状部１１の内側空間を通
り真空チャンバ１内へと至る磁力線が形成される。真空
アーク放電によるターゲット１４の蒸発面１６に形成さ
れたアークスポットから放出されたターゲット材料物質
イオンと電子からなるプラズマは、いわゆる「ラーモア
旋回運動」の効果により、前記磁力線に沿って管状部１
１の内側空間を通って基板Ｓに誘導され導かれる。つま
り、電子が磁力線に巻きつくようにして磁力線に沿って
基板Ｓに導かれ、その電子の流れによってターゲット材
料物質イオンも基板Ｓに導かれるようになっている。

【０００９】一方、アークスポットから放出された電荷
を持たない前述したマクロパーティクルは、空心電磁コ
イル１７による磁場の前記誘導効果を受けず直進し、そ
の多くが例えば前記大径部内に付着して、基板Ｓにまで
到達する量が減少する。このように、真空アーク放電に
よって生成されたターゲット材料物質イオンと電子とか
らなるプラズマを基板Ｓに導く磁場を発生させ、電荷を
持たないマクロパーティクルに対してターゲット材料物
質イオンを選択的に基板Ｓまで導くことで、基板Ｓ上に
形成される皮膜に混入するマクロパーティクル量を減ら
すようにしている。

【００１０】さらに前記装置を用いて行われる真空アー
ク蒸着方法では、プラズマを基板Ｓに導くために発生さ
せる磁場がターゲット１４の蒸発面１５付近で発散して
蒸発面１５と平行な成分（半径方向成分）を持ち、この
蒸発面１５における磁場の半径方向成分がアークスポッ
トからのアーク放電電流と直交し、電磁気作用によって
アークスポットを強制的に移動させるので、アークスポ
ットは蒸発面１５上を高速で周回運動する。その結果、
アークスポット周囲の溶融部の発生が抑制されてマクロ
パーティクルの発生そのものが抑制される。このように
して、磁場によってターゲット材料物質イオンのみを選
択的に基板Ｓに導くこと、さらに、ターゲット１４の蒸
発面１５における前記磁場の半径方向成分によってマク
ロパーティクルの発生そのものを抑制することにより、
基板Ｓ上に形成される皮膜に混入するマクロパーティク
ル量を減らすようにしている。

【００１１】次に第２の従来方法について図６を用いて
説明する。図６は磁場によってプラズマを基板に導くよ
うにした従来の真空アーク蒸着方法の他の例の実施に使
用する装置の構成を示す構成説明図である。

【００１２】図６において、５１は真空アーク蒸発源、
５２はアーク電源、５３はその内部に基板Ｓが配置され
る真空チャンバ、５４は真空アーク蒸発源５１と真空チ
ャンバ５３とを直角に曲げられた状態で連結しその内部
が真空状態に保持される曲がり管路、５５は曲がり管路
５４の外側にその曲がり管路５４に沿って配設された多
数のソレノイドコイル（空心電磁コイル）である。真空
アーク蒸発源５１は、図示省略してあるが、ターゲッ
ト、カソードホルダ、陽極（アノード）、棒状トリガー
電極を備えた機械式のアーク点火機構、及びこれらを収
容し内部が真空状態に保持される容器から構成されてい
る。

【００１３】前記装置を用いて行われる真空アーク蒸着
方法を説明すると、真空アーク放電により生成されたタ
ーゲット材料物質イオンと電子からなるプラズマを、ソ
レノイドコイル５５による磁場によって曲がり管路５４
内を導き、さらにその曲がり管路５４を通過したプラズ
マを真空チャンバ５３内に配設されたソレノイドコイル
５６による磁場によって基板Ｓにまで導くようにしてい
る。このように、ターゲットからのプラズマを磁場によ
って曲進させて基板Ｓにまで導くようにしているので、
磁場で誘導されないマクロパーティクルは直進して光学
的に影となる位置にある基板Ｓには到達できない。この
ように磁場によってターゲット材料物質イオンを基板Ｓ
に導き、その基板Ｓ上に堆積させて、マクロパーティク
ルの混入がない皮膜形成が可能となされている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述した二つの従来方
法では、皮膜形成にあたり、真空アーク放電と磁場とを
ともに連続して発生させ、皮膜形成の開始から所定膜厚
が得られる終了まで基板にターゲット材料物質イオンを
連続して堆積させて皮膜形成を行うことが一般的であ
る。

【００１５】ところで、最近、次のようなことが要請さ
れている。処理温度の低温化に応えるため、皮膜形成
時における基板温度の上昇を防止し、これにより基板の
変形や基板硬度の低下を防止すること。皮膜性能の向
上を図るため、例えばＴｉＮ薄膜とＺｒＮ薄膜とを交互
に繰り返し積層してなる多層化皮膜のような、種類の異
なる複数の薄膜を交互に順次繰り返し積層してなる皮膜
形成を行うこと。

【００１６】このような要請に応えて基板に同一ターゲ
ットからのターゲット材料物質イオンを間欠的に導くに
は、前記二つの従来方法では、機械的なアーク点火機構
で点弧される真空アーク放電を短周期にて間欠的に発生
させることになる。このため、頻繁に作動される機械的
なアーク点火機構の故障防止のためのメンテナンスも頻
繁に行う必要が生じ、装置の稼働率が低下する。また最
悪の場合、成膜途中でアーク点火機構の機械的な故障が
発生するという装置信頼性を低下させるという問題があ
る。また、アーク点火が頻繁に行われるのでターゲット
のアーク点火点付近が他の部分に比べて相対的に消耗し
やすく、ターゲットのアーク点火点付近に偏った局部的
消耗を引き起こし、その局部的消耗のために新しいもの
に代えることになり、ターゲットの利用効率が悪くなる
という問題もある。

【００１７】そこでこの発明は、機械的なアーク点火機
構で点弧される真空アーク放電を間欠的に発生させるこ
となく連続して発生させたままで、基板に同一ターゲッ
トからのターゲット材料物質イオンを間欠的に導くこと
ができるようにし、これによりアーク点火機構に起因す
る装置信頼性の低下やターゲットにおけるアーク点火点
付近の偏った局部的消耗を引き起こすことなく、基板上
に同種のターゲット材料物質イオンを間欠的に堆積させ
て基板硬度低下などを引き起こすような基板温度上昇を
生じることなく皮膜形成を行うことができ、また、種類
の異なる複数の薄膜を交互に順次繰り返し積層してなる
多層化皮膜の皮膜形成を容易に行うことができる、真空
アーク蒸着方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第１の真
空アーク蒸着方法は、皮膜形成用の蒸発されるべき材料
よりなるターゲットを陰極として真空アーク放電を連続
して発生させ、これによって前記ターゲットの蒸発面か
らそのターゲット材料物質を蒸発させてターゲット材料
物質イオンと電子とからなるプラズマを連続して生成さ
せる一方、この生成されたプラズマを基板に誘導可能な
磁場を間欠的に発生させて、その磁場発生期間ごとに前
記ターゲット材料物質イオンを基板に導いて皮膜形成を
行うことを特徴とする。

【００１９】また、この発明に係る第１の真空アーク蒸
着装置は、（ａ）内部に基板が配置される真空チャンバ
と、（ｂ）皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりなるタ
ーゲットと、このターゲットを陰極として真空アーク放
電を発生させ、これによって前記ターゲットの蒸発面か
らそのターゲット材料物質を蒸発させてターゲット材料
物質イオンと電子とからなるプラズマを生成させるアー
ク電源と、励磁電流が流されたときに前記プラズマを前
記基板に導くための磁場を発生可能な空心電磁コイルと
を有し、前記真空チャンバに設けられた電磁コイル付き
蒸発源装置と、（ｃ）前記ターゲットを陰極として真空
アーク放電が連続して発生されているときに、前記空心
電磁コイルに前記プラズマを前記基板まで誘導可能な磁
場を発生させる励磁電流を間欠的に流す励磁電流供給装
置と、を備えたことを特徴とする。

【００２０】また、この発明に係る第２の真空アーク蒸
着方法は、皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりなるタ
ーゲットとして種類の異なる複数のターゲットを設け、
これらの各ターゲットを陰極として各真空アーク放電を
ともに連続して発生させ、これによって前記各ターゲッ
トごとに、その各蒸発面からターゲット材料物質を蒸発
させてターゲット材料物質イオンと電子とからなるプラ
ズマを連続して生成させる一方、これらの生成されたそ
れぞれのプラズマを基板に誘導可能な各磁場を交互に順
次繰り返し発生させて、種類の異なる複数のターゲット
材料物質イオンを基板に交互に順次繰り返し導き、種類
の異なる複数の薄膜を交互に順次繰り返し積層してなる
皮膜形成を行うことを特徴とする。

【００２１】さらにこの発明に係る第２の真空アーク蒸
着装置は、種類の異なる複数の薄膜を交互に順次繰り返
し積層してなる皮膜形成を行う真空アーク蒸着装置であ
って、（ａ）内部に基板が配置される真空チャンバと、
（ｂ）皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりなるターゲ
ットと、このターゲットを陰極として真空アーク放電を
発生させ、これによって前記ターゲットの蒸発面からそ
のターゲット材料物質を蒸発させてターゲット材料物質
イオンと電子とからなるプラズマを生成させるアーク電
源と、前記プラズマを前記基板に導くための磁場を発生
可能な空心電磁コイルとをそれぞれが有し、かつ、その
各々が種類の異なるターゲットを有し、前記真空チャン
バに設けられた複数の電磁コイル付き蒸発源装置と、
（ｃ）前記各ターゲットを陰極として各真空アーク放電
がともに連続して発生されているときに、前記複数の空
心電磁コイルに、その各プラズマを前記基板まで誘導可
能な磁場を発生させる励磁電流を交互に順次繰り返し流
す励磁電流供給装置と、を備えたことを特徴とする。

【００２２】

【作用】この発明の第１の真空アーク蒸着方法、装置に
おいては、皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりなるタ
ーゲットを陰極として真空アーク放電が連続して発生さ
れる。これによって前記ターゲットの蒸発面からそのタ
ーゲット材料物質が蒸発されてターゲット材料物質イオ
ンと電子とからなるプラズマが連続して生成される一
方、この生成されたプラズマを基板に導くための磁場が
間欠的に発生されて、その磁場発生期間（励磁電流通電
期間）ごとに前記ターゲット材料物質イオンが基板に導
かれて皮膜形成が行われる。この方法によると、基板上
に同種のターゲット材料物質イオンを間欠的に堆積させ
て基板硬度低下などを引き起こすような基板温度上昇を
生じることなく皮膜形成を行うことができる。

【００２３】この発明の第２の真空アーク蒸着方法、装
置においては、皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりな
るターゲットとして種類の異なる複数のターゲットが設
けられおり、これらの各ターゲットを陰極として各真空
アーク放電がともに連続して発生される。これによって
前記各ターゲットごとに、その各蒸発面からターゲット
材料物質が蒸発されてターゲット材料物質イオンと電子
とからなるプラズマが連続して生成される一方、これら
の生成されたそれぞれのプラズマを基板に導くための各
磁場が交互に順次繰り返し発生される。これにより、種
類の異なる複数のターゲット材料物質イオンが基板に交
互に順次繰り返し導かれ、種類の異なる複数の薄膜を交
互に順次繰り返し積層してなる多層化皮膜の皮膜形成が
行われる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明に係る第１の真空アーク蒸着方
法を実施する装置の要部の構成を示す構成説明図であ
る。ここで、励磁電流供給装置２１が付加されている点
以外は、前述した図５に示される装置と同一構成なの
で、図５と同一または相当部分には図５と同一の符号を
付して説明を省略し、異なる点について説明する。

【００２５】図１に示す励磁電流供給装置２１は、シリ
コン制御整流素子あるいは大容量トランジスタなどで構
成される電子スイッチをオン・オフさせて直流出力を制
御することにより、空心電磁コイル１７に図２に示すよ
うに直流の励磁電流Ｉを間欠的に流すようにした装置で
あり、励磁電流Ｉの大きさ、励磁電流通電期間（磁場発
生期間）ｔ₁ 及び励磁電流オフ期間ｔ₂ などが調整可能
に構成されている。

【００２６】次に、このように構成される装置を用いて
行われるこの発明に係る第１の真空アーク蒸着方法を説
明する。ターゲット１４を陰極として真空アーク放電を
連続して発生させる。これによってターゲット１４の蒸
発面１５からそのターゲット材料物質を蒸発させてター
ゲット材料物質イオンを含むプラズマを連続して生成さ
せる一方、励磁電流供給装置２１から空心電磁コイル１
７に励磁電流Ｉを、例えば通電期間ｔ₁ ＝５秒、オフ期
間ｔ₂ ＝１０秒などに設定して間欠的に流し、前記生成
されたプラズマを基板に導くための磁場を間欠的に発生
させる。これによりその磁場発生期間ごとにターゲット
１４からのターゲット材料物質イオンが基板Ｓに導かれ
て、反応ガス粒子ともに密着されてなる皮膜形成が行わ
れる。

【００２７】このようにして、機械的なアーク点火機構
１８で点弧される真空アーク放電を間欠的に発生させる
ことなく連続して発生させたままで、空心電磁コイル１
７による磁場をその励磁電流の通電・非通電という機械
的作動のない電気的作動によって間欠的に発生させて、
基板Ｓにターゲット１４からのターゲット材料物質イオ
ンを間欠的に導くようにすることにより、アーク点火機
構１８に起因する装置稼働率の低下やターゲット１４に
おけるアーク点火点付近の偏った局部的消耗を引き起こ
すことなく、基板Ｓ上にターゲット１４からのターゲッ
ト材料物質イオンを間欠的に堆積させて基板硬度低下な
どを引き起こすような基板温度上昇を生じることなく皮
膜形成を行うことができる。

【００２８】図３はこの発明に係る第２の真空アーク蒸
着方法を実施する装置の構成を示す構成説明図である。
ここで、前記図１に示される装置と異なる点は、二種類
のターゲット材料物質イオンを基板Ｓに交互に繰り返し
導き、二種類の薄膜を交互に繰り返し積層してなる多層
化皮膜の皮膜形成をなしうるように構成されている点に
あり、基本的構成は図１に示される装置と同じである。

【００２９】すなわち、図３において、１′は真空チャ
ンバ、２２は基板Ｓを載置する回転可能なテーブル、２
３は基板Ｓに負のバイアス電圧を印加するためのバイア
ス電源であり、真空チャンバ１′には、互いに種類の異
なるターゲットを有した２台の電磁コイル付き蒸発源装
置１０Ａ，１０Ｂが設けられている。その一方の電磁コ
イル付き蒸発源装置１０Ａは、図に示すように、外方側
に大径部が連結された管状部１１Ａ、絶縁部材１２Ａ、
カソードホルダ１３Ａ、蒸発面１５Ａを有する第１のタ
ーゲット１４Ａ、アーク電源１６Ａ、空心電磁コイル１
７Ａ、アーク点火機構１８Ａ及びアーク閉込めリング１
９Ａから構成されている。他方の電磁コイル付き蒸発源
装置１０Ｂは、管状部１１Ｂ、絶縁部材１２Ｂ、カソー
ドホルダ１３Ｂ、蒸発面１５Ｂを有する第２のターゲッ
ト１４Ｂ、アーク電源１６Ｂ、空心電磁コイル１７Ｂ、
アーク点火機構１８Ｂ及びアーク閉込めリング１９Ｂか
ら構成されている。

【００３０】励磁電流供給装置２１′は、第１のターゲ
ット１４Ａに対応して設けられた空心電磁コイル１７Ａ
と第２のターゲット１４Ｂに対応して設けられた空心電
磁コイル１７Ｂとに、直流の励磁電流を交互に繰り返し
流すようにした装置である。図４に示すように、一方の
空心電磁コイル１７Ａに励磁電流Ｉ_A が流されていると
きには他方の空心電磁コイル１７Ｂに流す励磁電流Ｉ_B
はゼロとされており、一方の励磁電流Ｉ_A の励磁電流通
電期間ｔ_A1と他方の励磁電流Ｉ_B の励磁電流オフ期間ｔ
_B2とが等しく、一方の励磁電流Ｉ_A の励磁電流オフ期間
ｔ_A2と他方の励磁電流Ｉ_B の励磁電流通電期間ｔ_B1とが
等しくなるように設定されている。

【００３１】次に、このように構成される装置を用いて
行われるこの発明による真空アーク蒸着方法を説明す
る。各ターゲット１４Ａ，１４Ｂを陰極として各真空ア
ーク放電をともに連続して発生させる。これによって各
ターゲット１４Ａ，１４Ｂごとに、その各蒸発面１５
Ａ，１５Ｂからターゲット材料物質を蒸発させてターゲ
ット材料物質イオンを含むプラズマを連続して生成させ
る一方、励磁電流供給装置２１′から一方の空心電磁コ
イル１７Ａと他方の空心電磁コイル１７Ｂとに交互に繰
り返し励磁電流を流し、前記生成された各プラズマをそ
れぞれ基板Ｓに導くための各磁場を交互に繰り返し発生
させる。これにより、二種類のターゲット材料物質イオ
ンが基板に交互に繰り返し導かれて、その二種類の薄膜
を交互に繰り返し積層してなる多層化皮膜の皮膜形成が
行われる。

【００３２】例えば、前記第１のターゲット１４Ａとし
てＴｉ（チタン）よりなるターゲットを、第２のターゲ
ット１４ＢとしてＺｒ（ジルコニウム）よりなるターゲ
ットを用意し、反応ガスとしてＮ₂ ガスを導入して、Ｔ
ｉＮ薄膜とＺｒＮ薄膜とを交互に繰り返し積層してなる
多層化皮膜の皮膜形成を行うことができる。この場合、
ＴｉＮ薄膜の一層の厚みを例えば５０Å、ＺｒＮ薄膜の
一層の厚みを例えば５０Åとし、空心電磁コイル１７
Ａ，１７Ｂによる励磁強度をともに約３０００ＡＴとす
ると、前記ＴｉＮ薄膜を形成するための磁場発生時間
（励磁電流通電期間ｔ_A1）は約１．２秒程度であり、前
記ＺｒＮ薄膜を形成するための磁場発生時間（励磁電流
通電期間ｔ_B1）は約１．５秒程度である。

【００３３】このようにして、機械的なアーク点火機構
１８Ａ，１８Ｂで点弧される各真空アーク放電を間欠的
に発生させることなくともに連続して発生させたまま
で、各空心電磁コイル１７Ａ，１７Ｂによる磁場をその
励磁電流の通電・非通電という機械的作動のない電気的
作動によって互いに交互に繰り返し発生させて、基板Ｓ
に各ターゲット１４Ａ，１４Ｂからの種類の異なるター
ゲット材料物質イオンを交互に繰り返し導くようにする
ことにより、アーク点火機構１８Ａ，１８Ｂに起因する
装置信頼性の低下やターゲット１４Ａ，１４Ｂにおける
アーク点火点付近の偏った局部的消耗を引き起こすこと
なく、基板Ｓ上に二種類の薄膜を交互に繰り返し積層し
てなる多層化皮膜の皮膜形成を容易に行うことができ
る。

【００３４】なお、これら請求項１及び２の発明による
方法は、前述した図６に示されるような、真空アーク放
電により生成されたターゲット材料物質イオンを磁場に
よって曲進させて基板に導くようにしたものにも、当然
ながら、適用可能である。

【００３５】また、この発明装置においては、図６のよ
うに電磁コイルを複数個配置した構成とする場合には、
基板へのプラズマの間欠的な誘導が実質的になしうる範
囲においては、一部の電磁コイルのみに励磁電流を間欠
的に流すようにしてもよい。これにより、オン・オフ制
御が必要になる電源の容量を小さくできる。例えば、図
６の例では、符号５６で示す電磁コイルは連続通電して
おき、符号５５で示す電磁コイルのみに励磁電流を間欠
的に流すようにすることで、基板へのプラズマの間欠的
な誘導を実質的になしうる。また、本発明装置において
は、電磁コイルへの励磁電流のオン・オフによるのでは
なく、励磁電流の大小変化によって基板にプラズマを間
欠的に導く構成を採用してもよい。

【００３６】

【発明の効果】この発明に係る第１の真空アーク蒸着方
法、装置によると、ターゲットを陰極として真空アーク
放電を連続して発生させ、これによってターゲット材料
物質を蒸発させてターゲット材料物質イオンを含むプラ
ズマを連続して生成させる一方、この生成されたプラズ
マを基板に導くための磁場を間欠的に発生させて、その
磁場発生期間ごとに前記ターゲット材料物質イオンを基
板に導くようにしたものであるから、機械的なアーク点
火機構で点弧される真空アーク放電を間欠的に発生させ
なくてもよく、アーク点火機構に起因する装置信頼性の
低下やターゲットにおけるアーク点火点付近の偏った局
部的消耗を引き起こすことなく、基板上に同種のターゲ
ット材料物質イオンを間欠的に堆積させて皮膜硬度低下
などを引き起こすような基板温度上昇を生じることなく
皮膜形成を行うことができる。

【００３７】この発明に係る第２の真空アーク蒸着方
法、装置によると、種類の異なる複数のターゲットを設
け、これらの各ターゲットを陰極として各真空アーク放
電をともに連続して発生させ、これによって前記各ター
ゲットごとに、そのターゲット材料物質を蒸発させてタ
ーゲット材料物質イオンを含むプラズマを連続して生成
させる一方、これらの生成されたそれぞれのプラズマを
基板に導くための各磁場を交互に順次繰り返し発生させ
て、種類の異なる複数のターゲット材料物質イオンを基
板に交互に順次繰り返し導くようにしたものであるか
ら、機械的なアーク点火機構で点弧される各真空アーク
放電を間欠的に発生させなくてもよく、アーク点火機構
に起因する装置信頼性の低下やターゲットにおけるアー
ク点火点付近の偏った局部的消耗を引き起こすことな
く、基板上に種類の異なる複数の薄膜を交互に順次繰り
返し積層してなる多層化皮膜の皮膜形成を容易に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る第１の真空アーク蒸着方法を実
施する装置の要部の構成を示す構成説明図である。

【図２】図１に示す空心電磁コイルに流される励磁電流
の波形（時間的変化）を示す図である。

【図３】この発明に係る第２の真空アーク蒸着方法を実
施する装置の構成を示す構成説明図である。

【図４】図３に示す二つの空心電磁コイルに流される各
励磁電流の波形（時間的変化）を示す図である。

【図５】磁場によってプラズマを基板に導くようにした
従来の真空アーク蒸着方法の一例の実施に使用する装置
の要部の構成を示す構成説明図である。

【図６】磁場によってプラズマを基板に導くようにした
従来の真空アーク蒸着方法の他の例の実施に使用する装
置の構成を示す構成説明図である。

【符号の説明】

１，１′…真空チャンバ １０，１０Ａ，１０Ｂ…電磁
コイル付き蒸発源装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ…管状部
１２，１２Ａ，１２Ｂ…絶縁部材 １３，１３Ａ，１
３Ｂ…カソードホルダ １４，１４Ａ，１４Ｂ…ターゲ
ット １５，１５Ａ，１５Ｂ…蒸発面 １６，１６Ａ，
１６Ｂ…アーク電源 １７，１７Ａ，１７Ｂ…空心電磁
コイル １８，１８Ａ，１８Ｂ…アーク点火機構 １
９，１９Ａ，１９Ｂ…アーク閉込めリング ２１，２
１′…励磁電流供給装置 ２２…テーブル ２３…バイ
アス電源 Ｓ…基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりな
   るターゲットを陰極として真空アーク放電を連続して発
   生させ、これによって前記ターゲットの蒸発面からその
   ターゲット材料物質を蒸発させてターゲット材料物質イ
   オンと電子とからなるプラズマを連続して生成させる一
   方、この生成されたプラズマを基板に誘導可能な磁場を
   間欠的に発生させて、その磁場発生期間ごとに前記ター
   ゲット材料物質イオンを基板に導いて皮膜形成を行うこ
   とを特徴とする真空アーク蒸着方法。
2. 【請求項２】 （ａ） 内部に基板が配置される真空チ
   ャンバと、（ｂ） 皮膜形成用の蒸発されるべき材料よ
   りなるターゲットと、このターゲットを陰極として真空
   アーク放電を発生させ、これによって前記ターゲットの
   蒸発面からそのターゲット材料物質を蒸発させてターゲ
   ット材料物質イオンと電子とからなるプラズマを生成さ
   せるアーク電源と、励磁電流が流されたときに前記プラ
   ズマを前記基板に導くための磁場を発生可能な空心電磁
   コイルとを有し、前記真空チャンバに設けられた電磁コ
   イル付き蒸発源装置と、（ｃ） 前記ターゲットを陰極
   として真空アーク放電が連続して発生されているとき
   に、前記空心電磁コイルに前記プラズマを前記基板まで
   誘導可能な磁場を発生させる励磁電流を間欠的に流す励
   磁電流供給装置と、を備えたことを特徴とする真空アー
   ク蒸着装置。
3. 【請求項３】 皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりな
   るターゲットとして種類の異なる複数のターゲットを設
   け、これらの各ターゲットを陰極として各真空アーク放
   電をともに連続して発生させ、これによって前記各ター
   ゲットごとに、その各蒸発面からターゲット材料物質を
   蒸発させてターゲット材料物質イオンと電子とからなる
   プラズマを連続して生成させる一方、これらの生成され
   たそれぞれのプラズマを基板に誘導可能な各磁場を交互
   に順次繰り返し発生させて、種類の異なる複数のターゲ
   ット材料物質イオンを基板に交互に順次繰り返し導き、
   種類の異なる複数の薄膜を交互に順次繰り返し積層して
   なる皮膜形成を行うことを特徴とする真空アーク蒸着方
   法。
4. 【請求項４】 種類の異なる複数の薄膜を交互に順次繰
   り返し積層してなる皮膜形成を行う真空アーク蒸着装置
   であって、（ａ） 内部に基板が配置される真空チャン
   バと、（ｂ） 皮膜形成用の蒸発されるべき材料よりな
   るターゲットと、このターゲットを陰極として真空アー
   ク放電を発生させ、これによって前記ターゲットの蒸発
   面からそのターゲット材料物質を蒸発させてターゲット
   材料物質イオンと電子とからなるプラズマを生成させる
   アーク電源と、前記プラズマを前記基板に導くための磁
   場を発生可能な空心電磁コイルとをそれぞれが有し、か
   つ、その各々が種類の異なるターゲットを有し、前記真
   空チャンバに設けられた複数の電磁コイル付き蒸発源装
   置と、（ｃ） 前記各ターゲットを陰極として各真空ア
   ーク放電がともに連続して発生されているときに、前記
   複数の空心電磁コイルに、その各プラズマを前記基板ま
   で誘導可能な磁場を発生させる励磁電流を交互に順次繰
   り返し流す励磁電流供給装置と、を備えたことを特徴と
   する真空アーク蒸着装置。