WO2011021281A1 - Arc evaporation source, and vacuum evaporation apparatus - Google Patents

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    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means

Definitions

  • the magnetic force enhancing member When a magnet is employed as the magnetic force enhancing member, it faces the back surface of the cathode of the magnet as the magnetic force enhancing member in order to maintain as much as possible the shape of the magnetic field provided by the annular magnet that suppresses the jumping out and stagnation of the arc spot. It can be said that the magnetic pole on the side is preferably a magnetic pole having a polarity opposite to that of the first magnetic pole of the annular magnet.
  • any one of the arc evaporation sources of the above embodiment is adopted as the arc evaporation source, arc extinction and droplet generation in the arc evaporation source can be suppressed, and the cathode material in the arc evaporation source Thus, it is possible to form a high-quality film with good productivity and low cost.

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Abstract

Provided is an arc evaporation source comprising a magnetic field generating annular magnet for generating lines of magnetic field which intersect a cathode evaporation surface and control an arc spot position on the evaporation surface.  The annular magnet has an internal diameter larger than the external diameter of a cathode.  As viewed in a direction perpendicular to the cathode evaporation surface, the annular magnet is arranged to sheathe the cathode while being aligned with the cathode center axis, and arranged in the atmosphere at the back of the back surface thereof opposite to the cathode evaporation surface.  The arc evaporation source acts as a magnet capable of providing a first magnetic pole on one side in the center axis direction and a second magnetic pole having the polarity opposite to that of the first magnetic pole on the other side.  Further provided is a vacuum evaporation apparatus equipped with the arc evaporation source.

Description

アーク蒸発源及び真空蒸着装置Arc evaporation source and vacuum evaporation system
 本発明は、例えば自動車部品、自動車以外の各種機械の部品、各種工具や、自動車部品等の成形に用いる成形用型などの物品に膜形成する膜形成装置、なかでも、アークPVD(アーク式物理的蒸着)を利用した真空蒸着装置及び該装置で用いるアーク蒸発源に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus for forming a film on an article such as a molding die used for molding automobile parts, parts of various machines other than automobiles, various tools, automobile parts, etc., among others, arc PVD (arc type physics) The present invention relates to a vacuum vapor deposition apparatus using a general vapor deposition and an arc evaporation source used in the apparatus.
 物品の表面に膜を形成することにより、該物品の耐摩耗性、他物品等との摺動性、化学的安定性、光学特性等の性質を改善し、物品に求められる性能をより向上させることが、自動車部品、各種機械の部品(例えば摺動部品)、各種工具や、金型等の成形用型、さらには医療用の物品や部材等について広く行われている。 By forming a film on the surface of an article, the properties of the article, such as wear resistance, slidability with other articles, chemical stability, optical properties, etc., are improved, and the performance required for the article is further improved. This is widely used for automobile parts, various machine parts (for example, sliding parts), various tools, molds such as molds, and medical articles and members.
 このような表面処理の方法の一つとして、膜構成原子を含み、陰極材料として用いることができる材料からなるカソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料を被成膜物品へ飛翔させて該物品上に膜形成する、アークPVDの一種であるアーク式イオンプレーティングを利用した真空蒸着装置(アーク式真空蒸着装置)が知られている。 As one of such surface treatment methods, a plasma containing an ionized cathode material as well as vaporizing the cathode material by vacuum arc discharge between the cathode and the anode made of a material containing film constituent atoms and usable as a cathode material. Is generated, and the ionized cathode material is made to fly to the article to be deposited to form a film on the article. It has been known.
 このようなアーク式イオンプレーティングによる膜形成は、膜の被成膜物品への密着性が良好である、膜形成速度が大きく、膜生産性が高いといった利点があり、各種物品の表面処理に用いられている。  Film formation by such arc type ion plating has advantages such as good adhesion of the film to the article to be deposited, high film formation speed, and high film productivity, and is suitable for surface treatment of various articles. It is used. *
 ところで、アーク式イオンプレーティングにおいては、カソードの蒸発面にアーク放電のアークスポットが存在することで、カソード材料を溶融蒸発させることができるのであるが、アークスポットがカソード蒸発面から飛び出してしまうとアークが消え、膜形成を続行できなくなり、膜生産性が低下する。また、このようにアークが消えると、再びアークを発生させて膜形成を再開することになるが、アーク消えとアーク点灯の繰り返しにより形成される膜質が低下するおそれもある。 By the way, in arc type ion plating, the arc spot of arc discharge exists on the evaporation surface of the cathode, so that the cathode material can be melted and evaporated, but if the arc spot jumps out of the cathode evaporation surface, The arc disappears, film formation cannot be continued, and film productivity decreases. Further, when the arc disappears in this way, the arc is generated again and the film formation is resumed. However, the quality of the film formed by the repeated arc extinction and arc lighting may be deteriorated.
 さらに、アークスポットがカソード蒸発面から移動してカソード側面に回り込むとドロップレットと呼ばれる巨大溶融粒子が発生し易くなることも経験上分かっている。 Furthermore, experience has also shown that when the arc spot moves from the cathode evaporation surface and goes around the cathode side surface, giant molten particles called droplets are likely to be generated.
 また、アークスポットがカソードの蒸発面に局部的に停滞すると、カソードのアークスポット停滞部分が高温になり、ドロップレットが発生しやすくなる。 In addition, when the arc spot locally stagnates on the evaporation surface of the cathode, the arc spot stagnation part of the cathode becomes high temperature, and droplets are likely to be generated.
 ドロップレットが被成膜物品や該物品上に形成されつつある膜に付着すると、膜の表面は粗いものとなり、膜の摺動特性や耐摩耗性などの膜に求められている性能が低下する。 When the droplets adhere to the film-formed article or the film being formed on the article, the surface of the film becomes rough, and the performance required for the film, such as the sliding characteristics and wear resistance of the film, is reduced. .
 また、アークスポットがカソードの蒸発面に局部的に停滞すると、カソード蒸発面を全体的に均一状に消費することができなくなり、カソード材料の全体的な有効利用がそれだけ困難になり、ひいては、膜形成コストが高くつく。 In addition, if the arc spot is locally stagnated on the evaporation surface of the cathode, the cathode evaporation surface cannot be consumed in a uniform manner as a whole, making it difficult to effectively use the cathode material as a whole. The formation cost is high.
 特許第3728140号公報には、アーク放電のアークスポットはカソードの蒸発面において磁力線が傾く方向に移動し易い性質があることを利用して、上記のような問題の解決を目指している。 In Japanese Patent No. 3728140, an arc spot of arc discharge tends to move in the direction in which the magnetic lines of force are inclined on the evaporation surface of the cathode, and aims to solve the above problems.
 すなわち、同公報には、カソードの蒸発面にほぼ垂直に交差する磁力線を発生させる磁場発生源を設けるとともにカソードの外周を取り囲むように絶縁部を介してリング状の磁性体を配置することで、カソードの周縁部において蒸発面に対して蒸発面中央側へ内向きに鋭角な方向となる磁力線を持つ磁場を形成し、それによりアークスポットの蒸発面からの飛び出しを抑制できるアーク蒸発源が記載されている。 That is, in this publication, by providing a magnetic field generation source that generates magnetic field lines that intersect substantially perpendicularly to the evaporation surface of the cathode and disposing a ring-shaped magnetic body through an insulating portion so as to surround the outer periphery of the cathode, An arc evaporation source is described in which a magnetic field having a magnetic field line that forms an acute inward direction toward the center of the evaporation surface with respect to the evaporation surface at the peripheral edge of the cathode, thereby suppressing the jumping of the arc spot from the evaporation surface. ing.
 また、同公報には、磁力線方向変更手段をカソードの中央部背面側に配置し、該磁力線方向変更手段により、前記磁場発生源による磁力線のうち蒸発面の中央部において蒸発面と交差する磁力線の方向を蒸発面に立てた法線に対して蒸発面の周縁側へ外向きに傾斜する方向へ変え、それによりアークスポットが蒸発面の中央部に停滞してドロップレットが発生することを抑制することが記載されている。 Further, in this publication, the magnetic force line direction changing means is arranged on the back side of the central part of the cathode, and the magnetic force line direction changing means causes the line of magnetic force intersecting the evaporation surface at the central part of the evaporation surface among the magnetic force lines generated by the magnetic field generation source. The direction is changed to a direction that inclines outward toward the peripheral side of the evaporation surface with respect to the normal standing on the evaporation surface, thereby suppressing the arc spot from staying in the center of the evaporation surface and generating droplets. It is described.
特許第3728140号公報Japanese Patent No. 3728140
 しかしながら、特許第3728140号公報に記載されたアーク蒸発源によると、カソードの蒸発面とほぼ垂直に交差する磁力線を発生させる磁場発生源は、真空容器内においてカソードの近傍に配置され、蒸発面のアークスポットから発せられる熱の影響を直接的に受ける。 However, according to the arc evaporation source described in Japanese Patent No. 3728140, the magnetic field generating source that generates the magnetic lines of force that intersects the evaporation surface of the cathode substantially perpendicularly is disposed in the vicinity of the cathode in the vacuum vessel. It is directly affected by the heat generated from the arc spot.
 磁場発生源がアークスポットから発せられる熱で加熱されることでその磁力が劣化或いは消失しやすくなり、有効な磁場の形成が困難になるおそれがある。特に、磁場発生源が永久磁石であるときはこの傾向が大である。磁場発生源を冷却手段で冷却することも考えられるが、それではアーク蒸発源は構造が複雑化し、高価になる。 When the magnetic field generation source is heated by the heat generated from the arc spot, the magnetic force tends to deteriorate or disappear, and it may be difficult to form an effective magnetic field. This tendency is particularly great when the magnetic field generation source is a permanent magnet. Although it is conceivable to cool the magnetic field generation source with a cooling means, the arc evaporation source becomes complicated and expensive.
 また、アークスポットの移動速度は、アークスポットにおける磁束密度の蒸発面に平行な成分に比例することが分かっているが、磁束密度が不十分な場合、アークスポットの移動速度が低下し、アークスポットが局所的に停滞しがちとなってドロップレットが発生し易くなる。 Also, it is known that the moving speed of the arc spot is proportional to the component of the arc spot that is parallel to the evaporation surface of the magnetic flux density. However, if the magnetic flux density is insufficient, the moving speed of the arc spot decreases, Tends to stagnate locally, and droplets are likely to occur.
 そこで本発明は、カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させる、真空蒸着装置用のアーク蒸発源であって次の利点を有するアーク蒸発源を提供することを第1の課題とする。 Therefore, the present invention is an arc evaporation source for a vacuum evaporation apparatus for evaporating a cathode material and generating a plasma containing an ionized cathode material by vacuum arc discharge between the cathode and the anode, and has the following advantages. Providing a source is a first problem.
(a)アークスポットのカソード蒸発面からの飛び出しを抑制して該飛び出しによるアーク消えを抑制でき、真空蒸着装置に適用された場合、該飛び出しによるアーク消えの抑制によりそれだけ生産性良く膜形成できるとともに、アーク消えとアーク再開による膜質の低下を抑制できる。
(b)アークスポットのカソード側面への回り込み及びアークスポットのカソード蒸発面での局所的停滞を抑制してドロップレットの発生を抑制でき、真空蒸着装置に適用された場合、ドロップレット発生を抑制できることで、ドロップレットによる膜質の低下を抑制できる。
(c)アークスポットのカソード側面への回り込みやアークスポットのカソード蒸発面での局所的停滞を抑制できることで、それだけカソード材料を所望どおり有効利用でき、ひいては膜形成コストをそれだけ安価に抑えることができる。
(A) It is possible to suppress arc extinguishing from the cathode evaporation surface of the arc spot and suppress arc extinguishing due to the popping out, and when applied to a vacuum deposition apparatus, it is possible to form a film with high productivity by suppressing arc extinguishing due to the jumping out. It is possible to suppress deterioration of film quality due to arc extinction and arc resumption.
(B) The generation of droplets can be suppressed by suppressing the wraparound of the arc spot to the cathode side surface and the local stagnation of the arc spot on the cathode evaporation surface, and the generation of droplets can be suppressed when applied to a vacuum deposition apparatus. Thus, deterioration of film quality due to droplets can be suppressed.
(C) Since it is possible to suppress the sneaking of the arc spot to the side of the cathode and the local stagnation of the arc spot on the cathode evaporation surface, the cathode material can be effectively used as much as desired, and the film formation cost can be reduced as much as possible. .
 また、本発明は、カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させるアーク蒸発源を含み、該アーク蒸発源で発生させたイオン化カソード材料を被成膜物品へ飛翔させて該物品上に膜形成する真空蒸着装置であって、アーク蒸発源におけるアーク消え、ドロップレット発生を抑制でき、また、アーク蒸発源におけるカソード材料の有効利用が可能で、それらにより、それだけ良質の膜を生産性良く、安価に形成できる真空蒸着装置を提供することを第2の課題とする。 The present invention also includes an arc evaporation source that evaporates the cathode material by vacuum arc discharge between the cathode and the anode and generates a plasma containing the ionized cathode material, and the ionized cathode material generated by the arc evaporation source includes It is a vacuum evaporation system that forms a film on an article by flying to the article to be deposited, which can suppress arc extinction and droplet generation at the arc evaporation source, and can effectively use the cathode material at the arc evaporation source. Therefore, it is a second object to provide a vacuum deposition apparatus that can form a high-quality film with good productivity and low cost.
 本発明は前記第1の課題を解決するため、
 カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させる、真空蒸着装置用のアーク蒸発源であって、前記カソードの蒸発面での真空アーク放電によるアークスポットの位置制御のための、該蒸発面に交差する磁力線を発生させる、磁場形成用環状磁石を含んでおり、該環状磁石は、内径が前記カソードの外径より大きく、該カソードの蒸発面に垂直な方向からみると該カソードに中心軸線を一致させて外嵌するように配置され、且つ、該カソードの蒸発面とは反対側の背面部の後方において大気中に配置されており、中心軸線方向において片側に第1磁極を提供するとともに反対側に第1磁極とは逆極性の第2磁極を提供でき、前記カソードの蒸発面周縁部においては蒸発面に対して蒸発面中央部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させるとともに蒸発面中央部においては蒸発面に対して蒸発面周縁部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させる磁場を形成する磁石であるアーク蒸発源を提供する。
In order to solve the first problem, the present invention provides:
An arc evaporation source for a vacuum evaporation apparatus that evaporates a cathode material by a vacuum arc discharge between a cathode and an anode and generates a plasma containing an ionized cathode material, by vacuum arc discharge at an evaporation surface of the cathode A magnetic field forming annular magnet for generating magnetic field lines intersecting the evaporation surface for controlling the position of the arc spot, the annular magnet having an inner diameter larger than the outer diameter of the cathode, and the evaporation surface of the cathode; When viewed from a direction perpendicular to the cathode, the cathode is disposed so as to be fitted with the central axis aligned with the cathode, and is disposed in the atmosphere behind the back surface opposite to the evaporation surface of the cathode. The first magnetic pole can be provided on one side in the axial direction, and the second magnetic pole having the opposite polarity to the first magnetic pole can be provided on the opposite side. In this case, a magnetic field line is generated that tilts at an acute angle to the center of the evaporation surface with respect to the evaporation surface, and a magnetic field that generates a magnetic field line that tilts at an acute angle to the periphery of the evaporation surface at the center of the evaporation surface. An arc evaporation source which is a magnet to be formed is provided.
 本発明は前記第2の課題を解決するため、
 カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させるアーク蒸発源を含み、該アーク蒸発源で発生させたイオン化カソード材料を被成膜物品へ飛翔させて該物品上に膜形成する真空蒸着装置であって、アーク蒸発源として本発明に係るアーク蒸発源を採用した真空蒸着装置を提供する。
In order to solve the second problem, the present invention
It includes an arc evaporation source that evaporates the cathode material by vacuum arc discharge between the cathode and the anode and generates plasma containing the ionized cathode material, and the ionized cathode material generated by the arc evaporation source flies to the article to be deposited. There is provided a vacuum vapor deposition apparatus for forming a film on the article, and employing the arc evaporation source according to the present invention as an arc evaporation source.
本発明に係る真空蒸着装置の1例を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly an example of a vacuum evaporation system concerning the present invention. 第1図の真空蒸着装置のアーク蒸発源における磁場の状態の概略を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the outline of the state of the magnetic field in the arc evaporation source of the vacuum evaporation system of FIG. 本発明に係る真空蒸着装置の他の例を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the other example of the vacuum evaporation system which concerns on this invention. 第2図の真空蒸着装置のアーク蒸発源における磁場の状態の概略を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the outline of the state of the magnetic field in the arc evaporation source of the vacuum evaporation system of FIG. 本発明に係る真空蒸着装置のさらに他の例を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the further another example of the vacuum evaporation system which concerns on this invention. アーク蒸発源において第1図及び第2図に示すように磁場形成磁石のみ採用した場合と、第3図及び第4図に示すように磁場形成磁石と磁力強化磁石の双方を採用した場合の、磁束密度のカソード蒸発面での径方向成分を示す図である。In the arc evaporation source, when only a magnetic field forming magnet is employed as shown in FIGS. 1 and 2, and when both a magnetic field forming magnet and a magnetic force enhancing magnet are employed as shown in FIGS. 3 and 4, It is a figure which shows the radial direction component in the cathode evaporation surface of magnetic flux density.
101、102、103 真空蒸着装置
1 真空容器
11 容器外壁
2、2’、2” アーク蒸発源
20 カソード
20S カソード蒸発面
ss カソード側面
21 カソードホルダ
211 空間
22 絶縁部材
23 保持部材
24 アーク放電電源
25 トリガー電極
26 抵抗
3 物品ホルダ
W 膜形成対象物品(成膜物品)
4 支持部
5 駆動部
6 バイアス電源
7 ガス導入部
EX 排気装置
M 磁場形成用の環状磁石
m 磁力強化磁石
R 非磁性高融点金属リング
101, 102, 103 Vacuum evaporation apparatus 1 Vacuum container 11 Container outer wall 2, 2 ', 2 "Arc evaporation source 20 Cathode 20S Cathode evaporation surface ss Cathode side surface 21 Cathode holder 211 Space 22 Insulating member 23 Holding member 24 Arc discharge power supply 25 Trigger Electrode 26 Resistance 3 Article holder W Article for film formation (film formation article)
4 Supporting Unit 5 Driving Unit 6 Bias Power Source 7 Gas Introducing Unit EX Exhaust Device M Annular Magnet for Magnetic Field Formation m Magnetic Strength Enhancing Magnet R Nonmagnetic Refractory Metal Ring
 本発明の実施形態の例として以下に記す第1、第2及び第3のアーク蒸発源及び真空蒸着装置を提供する。 As an example of an embodiment of the present invention, the following first, second and third arc evaporation sources and a vacuum deposition apparatus are provided.
〔1〕アーク蒸発源
(1)第1のアーク蒸発源
 カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させる、真空蒸着装置用のアーク蒸発源であって、前記カソードの蒸発面での真空アーク放電によるアークスポットの位置制御のための、該蒸発面に交差する磁力線を発生させる、磁場形成用環状磁石を含んでおり、該環状磁石は、内径が前記カソードの外径より大きく、該カソードの蒸発面に垂直な方向からみると該カソードに中心軸線を一致させて外嵌するように配置され、且つ、該カソードの蒸発面とは反対側の背面部の後方において大気中に配置されており、中心軸線方向において片側に第1磁極を提供するとともに反対側に第1磁極とは逆極性の第2磁極を提供でき、前記カソードの蒸発面周縁部においては蒸発面に対して蒸発面中央部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させるとともに蒸発面中央部においては蒸発面に対して蒸発面周縁部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させる磁場を形成する磁石であるアーク蒸発源。
[1] Arc evaporation source (1) First arc evaporation source An arc evaporation source for a vacuum evaporation apparatus that evaporates a cathode material and generates a plasma containing an ionized cathode material by a vacuum arc discharge between the cathode and the anode. A magnetic field forming annular magnet for generating magnetic field lines intersecting the evaporation surface for position control of an arc spot by vacuum arc discharge on the evaporation surface of the cathode, The inner diameter is larger than the outer diameter of the cathode, and when viewed from the direction perpendicular to the evaporation surface of the cathode, the cathode is arranged so as to be fitted with the central axis aligned with the cathode, and on the side opposite to the evaporation surface of the cathode The first magnetic pole is provided on one side in the central axis direction and the second polarity is opposite to the first magnetic pole on the opposite side. Magnetic poles can be provided, and magnetic field lines that are inclined at an acute angle with respect to the evaporation surface at the central portion of the evaporation surface are generated at the peripheral portion of the evaporation surface of the cathode and at the peripheral portion of the evaporation surface with respect to the evaporation surface An arc evaporation source that is a magnet that forms a magnetic field that generates magnetic lines of force that tilt at an acute angle.
 このアーク蒸発源における前記環状磁石は永久磁石でも、電磁石でも、それらを組み合わせた磁石でもよく、また、複数の磁石を組み合わせた磁石でもよい。 The annular magnet in the arc evaporation source may be a permanent magnet, an electromagnet, a combination of them, or a combination of a plurality of magnets.
 アーク蒸発源におけるカソード蒸発面のアーク放電によるアークスポットは、既述のとおり、カソードの蒸発面において磁力線が傾く方向に移動し易い性質がある。
 本発明に係るアーク蒸発源によると、前記環状磁石により、カソード蒸発面周縁部においては蒸発面に対して蒸発面中央部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させることができ、蒸発面周縁部においてはそのような磁力線によりアークスポットを蒸発面中央部側へ移動させることができる。かくして、アークスポットの蒸発面からの飛び出しや、蒸発面に続くカソード側面への回り込みを抑制できる。
As described above, the arc spot due to the arc discharge on the cathode evaporation surface in the arc evaporation source has a property of easily moving in the direction in which the magnetic field lines are inclined on the evaporation surface of the cathode.
According to the arc evaporation source according to the present invention, the annular magnet can generate magnetic lines of force inclined at an acute angle with respect to the evaporation surface at the central portion of the evaporation surface at the peripheral portion of the cathode evaporation surface. Can move the arc spot toward the center of the evaporation surface by such magnetic field lines. Thus, it is possible to suppress the arc spot from jumping out from the evaporation surface and the wraparound to the cathode side surface following the evaporation surface.
 一方、蒸発面中央部では、前記環状磁石により、蒸発面に対して蒸発面周縁部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させることができ、蒸発面中央部ではそのような磁力線によりアークスポットを蒸発面周縁部側へ移動させることができる。かくして、アークスポットが蒸発面中央部やその辺りにおいて局所的に停滞することを抑制できる。
 このようにして、アークスポットを、蒸発面上に全面的に走行させることができる。
On the other hand, in the central part of the evaporation surface, the annular magnet can generate magnetic lines of force inclined at an acute angle to the peripheral part of the evaporation surface with respect to the evaporation surface, and the arc spot is evaporated by such magnetic field lines in the central part of the evaporation surface. It can be moved to the surface periphery side. Thus, it is possible to suppress the stagnation of the arc spot locally at or near the center of the evaporation surface.
In this way, the arc spot can be run entirely on the evaporation surface.
 また、環状磁石は、カソードの背面部の後方において大気中に配置されているので、カソード蒸発面におけるアークスポットからの熱の影響を受けることなく、前記アークスポットをカソード蒸発面において、飛び出し及び停滞を抑制しつつ走行させ得る磁力線を形成する安定した磁場を提供することができる。 Further, since the annular magnet is disposed in the atmosphere behind the back surface of the cathode, the arc spot is projected and stagnated on the cathode evaporation surface without being affected by heat from the arc spot on the cathode evaporation surface. It is possible to provide a stable magnetic field that forms magnetic lines of force that can be run while suppressing the above.
 かくして、第1のアーク蒸発源によると、
(a)アークスポットのカソード蒸発面からの飛び出しを抑制して該飛び出しによるアーク消えを抑制でき、真空蒸着装置に適用された場合、該飛び出しによるアーク消えの抑制によりそれだけ生産性良く膜形成できるとともに、アーク消えとアーク再開による膜質の低下を抑制できる。
(b)アークスポットのカソード側面への回り込み及びアークスポットのカソード蒸発面での局所的停滞を抑制してドロップレットの発生を抑制でき、真空蒸着装置に適用された場合、ドロップレット発生を抑制できることで、ドロップレットによる膜質の低下を抑制できる。
(c)アークスポットのカソード側面への回り込みやアークスポットのカソード蒸発面での局所的停滞を抑制できることで、それだけカソード材料を所望どおり有効利用でき、ひいては膜形成コストをそれだけ安価に抑えることができる。
Thus, according to the first arc evaporation source,
(A) It is possible to suppress arc extinguishing from the cathode evaporation surface of the arc spot and suppress arc extinguishing due to the popping out, and when applied to a vacuum deposition apparatus, it is possible to form a film with high productivity by suppressing arc extinguishing due to the jumping out. It is possible to suppress deterioration of film quality due to arc extinction and arc resumption.
(B) The generation of droplets can be suppressed by suppressing the wraparound of the arc spot to the cathode side surface and the local stagnation of the arc spot on the cathode evaporation surface, and the generation of droplets can be suppressed when applied to a vacuum deposition apparatus. Thus, deterioration of film quality due to droplets can be suppressed.
(C) Since it is possible to suppress the sneaking of the arc spot to the side of the cathode and the local stagnation of the arc spot on the cathode evaporation surface, the cathode material can be effectively used as much as desired, and the film formation cost can be reduced as much as possible. .
(2)第2のアーク蒸発源
 前記第1のアーク蒸発源において、前記カソードの背面部に臨む、カソード中央部での磁束密度を高める磁力強化部材を備えたアーク蒸発源。
(2) Second arc evaporation source In the first arc evaporation source, an arc evaporation source provided with a magnetic strengthening member that increases the magnetic flux density at the center of the cathode facing the back surface of the cathode.
 既述のとおり、アークスポットの移動速度は、アークスポットにおける磁束密度の蒸発面に平行な成分に比例する。
 第2のアーク蒸発源によると、磁力強化部材を設けてあることで、カソード蒸発面中央部やその辺りでのアークスポットの移動速度を速め、それによりカソード蒸発面中央部やその辺りでのアークスポットの停滞を一層確実に抑制し、蒸発面中央部やその辺りでのドロップレット発生を一層確実に抑制することができる。
As described above, the moving speed of the arc spot is proportional to the component parallel to the evaporation surface of the magnetic flux density in the arc spot.
According to the second arc evaporation source, by providing the magnetic force strengthening member, the moving speed of the arc spot in the central part of the cathode evaporation surface and the vicinity thereof is increased, whereby the arc in the central part of the cathode evaporation surface and in the vicinity thereof. The stagnation of the spot can be further reliably suppressed, and the generation of droplets at the central portion of the evaporation surface and in the vicinity thereof can be further reliably suppressed.
 それとは限定されないが、磁力強化部材は、カソード中央部での磁束密度をカソード外周部での磁束密度と同等以上に高めるものであることが好ましい。
 かかる磁力強化部材はアーク放電を発生させる真空領域に配置されていても、大気中に配置されていてもよい。いずれにしても、水冷或いは空冷等により冷却することが望ましい。
Although not limited thereto, it is preferable that the magnetic force strengthening member increase the magnetic flux density at the central portion of the cathode to be equal to or higher than the magnetic flux density at the outer peripheral portion of the cathode.
Such a magnetic strengthening member may be disposed in a vacuum region that generates arc discharge or may be disposed in the atmosphere. In any case, it is desirable to cool by water cooling or air cooling.
 いずれにしてもこのような磁力強化部材として、永久磁石、電磁石、磁性体(好ましくは強磁性体)を例示できる。 In any case, examples of such a magnetic force enhancing member include a permanent magnet, an electromagnet, and a magnetic material (preferably a ferromagnetic material).
 磁力強化部材として磁石を採用する場合、前記環状磁石により提供される、アークスポットの飛び出しや停滞を抑制する磁場の形状をできるだけ維持するうえで、該磁力強化部材としての磁石のカソード背面部に臨む側の磁極を、前記環状磁石の第1磁極と逆極性の磁極とすることが望ましい、と言える。  When a magnet is employed as the magnetic force enhancing member, it faces the back surface of the cathode of the magnet as the magnetic force enhancing member in order to maintain as much as possible the shape of the magnetic field provided by the annular magnet that suppresses the jumping out and stagnation of the arc spot. It can be said that the magnetic pole on the side is preferably a magnetic pole having a polarity opposite to that of the first magnetic pole of the annular magnet. *
(3)第3のアーク蒸発源
 上記(1)又は(2)に記載のアーク蒸発源において、前記カソードの蒸発面周縁角部分を絶縁部を介して非磁性高融点金属で覆ったアーク蒸発源。
(3) Third arc evaporation source In the arc evaporation source according to (1) or (2) above, an arc evaporation source in which the peripheral edge portion of the evaporation surface of the cathode is covered with a nonmagnetic refractory metal via an insulating portion .
 このようにカソードの蒸発面周縁角部分を絶縁部を介して非磁性材である、高融点金属で覆うと、アークスポットがカソード蒸発面に続く側面へ移行しようとした場合、該高融点金属により放電経路が遮られ、カソード蒸発面の周縁部より内側域と比較して放電が持続し難くなり、アークスポットは放電がより安定する内側へ戻りやすい。もしも、側面での放電が持続しないことでアークスポットが消えてしまったときには、蒸発面の中央部で再点灯させればよい。このように、アークスポットのカソード蒸発面に続く側面への回り込みを一層確実に抑制できる。 Thus, when the edge of the evaporation surface of the cathode is covered with a refractory metal, which is a non-magnetic material, through an insulating portion, when the arc spot is going to move to the side surface following the cathode evaporation surface, the refractory metal The discharge path is blocked, and the discharge is less likely to be sustained than the inner region from the peripheral portion of the cathode evaporation surface, and the arc spot is likely to return to the inner side where the discharge is more stable. If the arc spot disappears because the discharge on the side surface does not continue, it can be lit again at the center of the evaporation surface. In this way, it is possible to more reliably suppress the wraparound of the arc spot to the side surface following the cathode evaporation surface.
〔2〕真空蒸着装置
 カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させるアーク蒸発源を含み、該アーク蒸発源で発生させたイオン化カソード材料を被成膜物品へ飛翔させて該物品上に膜形成する真空蒸着装置であって、アーク蒸発源として上記第1、第2又は第3のタイプのアーク蒸発源を採用した真空蒸着装置。
[2] Vacuum deposition apparatus An arc evaporation source that evaporates the cathode material by vacuum arc discharge between the cathode and the anode and generates a plasma containing the ionized cathode material, and an ionized cathode material generated by the arc evaporation source A vacuum vapor deposition apparatus that forms a film on an article by flying to an article to be deposited, the vacuum vapor deposition apparatus adopting the first, second, or third type arc evaporation source as an arc evaporation source.
 この真空蒸着装置によると、アーク蒸発源として上記実施形態のアーク蒸発源のいずれかを採用しているので、アーク蒸発源におけるアーク消え、ドロップレット発生を抑制でき、また、アーク蒸発源におけるカソード材料の有効利用が可能で、それらにより、それだけ良質の膜を生産性良く、安価に形成できる。 According to this vacuum evaporation apparatus, since any one of the arc evaporation sources of the above embodiment is adopted as the arc evaporation source, arc extinction and droplet generation in the arc evaporation source can be suppressed, and the cathode material in the arc evaporation source Thus, it is possible to form a high-quality film with good productivity and low cost.
 以下図面を参照してアーク蒸発源及び真空蒸着装置の幾つかの例について説明する。
 第1図は本発明に係る真空蒸着装置の1例を概略的に示す図である。
 第1図に示す真空蒸着装置101は、
 膜形成を行うための真空容器1、
 容器1の外側壁11に設けられたアーク蒸発源2、
 容器1内の、蒸発源2に臨む位置に配置された膜形成対象物品Wのホルダ3及び
 真空容器1内を所望の膜形成のための減圧雰囲気に設定する排気装置EX等を含んでいる。
Hereinafter, some examples of an arc evaporation source and a vacuum deposition apparatus will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view schematically showing an example of a vacuum vapor deposition apparatus according to the present invention.
The vacuum deposition apparatus 101 shown in FIG.
Vacuum container 1 for film formation,
An arc evaporation source 2 provided on the outer wall 11 of the container 1,
It includes a holder 3 for a film formation target article W arranged at a position facing the evaporation source 2 in the container 1 and an exhaust device EX for setting the inside of the vacuum container 1 to a reduced pressure atmosphere for forming a desired film.
 ホルダ3は支持部4に回転可能に支持され、回転駆動部5により回転させることができる。ホルダ3に支持される膜形成対象物品Wには、後述するイオン化されたカソード材料をひきつけて円滑な膜形成を行えるように、ホルダ3を介してバイアス電源6からバイアス電圧を印加できる。物品ホルダ3には膜形成にあたり物品を加熱するヒータを設けてあってもよい。 The holder 3 is rotatably supported by the support portion 4 and can be rotated by the rotation drive portion 5. A bias voltage can be applied from the bias power source 6 through the holder 3 to the film formation target article W supported by the holder 3 so that a film can be smoothly formed by attracting an ionized cathode material described later. The article holder 3 may be provided with a heater for heating the article in forming the film.
 排気装置EXは、容器1内を排気減圧できるものであればよく、例えば、ターボ分子ポンプ、ディフュージョンポンプ、クライオンポンプ等の排気ポンプを含む装置を使用できる。 The exhaust device EX may be any device that can exhaust and decompress the inside of the container 1. For example, a device including an exhaust pump such as a turbo molecular pump, a diffusion pump, or a claion pump can be used.
 真空容器1には、必要に応じて予め定めたガスを導入するためのガス導入部7が設けられている。このガス導入部7は、例えば蒸発源カソード材料がクロムで窒化クロム膜を形成するときに容器1内へ窒素ガスを導入する部分として、また、例えば被成膜物品Wを膜形成に先立ってグロー放電等による清浄化前処理等の前処理を施すためのガスの導入部として利用できる。 The vacuum vessel 1 is provided with a gas introduction part 7 for introducing a predetermined gas as required. This gas introduction part 7 is used as a part for introducing nitrogen gas into the container 1 when, for example, the evaporation source cathode material is chromium and a chromium nitride film is formed. It can be used as a gas introduction part for performing pretreatment such as cleaning pretreatment by electric discharge or the like.
 アーク蒸発源2は、カソード20、トリガー電極25、アーク放電用電源24等を備えている。カソード20は導電性のカソードホルダ21に支持されて容器1内に位置し、物品ホルダ3の方に向けられている。 The arc evaporation source 2 includes a cathode 20, a trigger electrode 25, a power source 24 for arc discharge, and the like. The cathode 20 is supported by a conductive cathode holder 21, is located in the container 1, and is directed toward the article holder 3.
 図示例では、カソードホルダ21は電気絶縁部材22を介して容器1の外壁11に外側からあてがわれ、保持部材23にて外壁11の方へ押しつけられるようにして外壁11に取り付けられている。カソードホルダ21のカソード20背面に臨む部分には空間211が形成されている。ここには、所望とあれば、図示省略の水循環装置にて冷却水を通すことができる。 In the illustrated example, the cathode holder 21 is applied from the outside to the outer wall 11 of the container 1 via the electrical insulating member 22 and is attached to the outer wall 11 so as to be pressed toward the outer wall 11 by the holding member 23. A space 211 is formed in a portion of the cathode holder 21 facing the back surface of the cathode 20. If desired, cooling water can be passed through a water circulation device (not shown) if desired.
 カソード20は、それとは限定されないが、ここでは短円柱形状を呈しており、形成しようとする膜に応じて選択した材料で形成される。
 このカソードに対するアノードはここでは接地された容器1がこれを兼ねている。なお、アノードについては、例えばカソード20端部を囲むアノードを別途設ける等してもよい。
Although not limited thereto, the cathode 20 has a short cylindrical shape here, and is formed of a material selected according to a film to be formed.
Here, the grounded container 1 serves as the anode for the cathode. As for the anode, for example, an anode surrounding the end portion of the cathode 20 may be separately provided.
 トリガー電極25はカソード20の物品ホルダ3に向けられた端面(カソード蒸発面)20Sに臨んでおり、図示を省略した往復駆動装置によりカソード蒸発面20Sに対し接触離反可能である。第1図においては、トリガー電極25はカソード20を貫通しているかの如く示されているが、カソード20を貫通しているのではなく、カソード周囲の壁体に往復動可能に通されている(図示省略)。 The trigger electrode 25 faces the end surface (cathode evaporation surface) 20S of the cathode 20 facing the article holder 3, and can be brought into contact with and separated from the cathode evaporation surface 20S by a reciprocating drive device (not shown). In FIG. 1, the trigger electrode 25 is shown as if it penetrates the cathode 20, but instead of passing through the cathode 20, it is passed through a wall around the cathode so as to be able to reciprocate. (Not shown).
 アーク放電用電源24はカソード20とアノードとの間にアーク放電用電圧を印加できるように、また、カソード20とアノード間のアーク放電を誘発するためにカソード20とトリガー電極25との間にトリガー用電圧を印加できるように、カソード20等に配線接続されている。トリガー電極25はアーク電流が流れないように抵抗26を介して接地されている。 The arc discharge power supply 24 is capable of applying an arc discharge voltage between the cathode 20 and the anode, and triggers between the cathode 20 and the trigger electrode 25 to induce arc discharge between the cathode 20 and the anode. Wiring is connected to the cathode 20 or the like so that a working voltage can be applied. The trigger electrode 25 is grounded via a resistor 26 so that no arc current flows.
 このアーク蒸発源2は次の点に特徴がある。
 すなわち、真空容器1の外壁11の外側において大気中に配置されて該外壁に取り付けられた磁場形成用磁石を備えている点である。この磁場形成用磁石は、カソード蒸発面20Sでの真空アーク放電によるアークスポットの位置制御のための、該蒸発面に交差する磁力線を発生させる磁石である。
This arc evaporation source 2 is characterized by the following points.
That is, it is provided with a magnetic field forming magnet that is disposed in the atmosphere outside the outer wall 11 of the vacuum vessel 1 and attached to the outer wall. This magnetic field forming magnet is a magnet that generates magnetic field lines intersecting the evaporation surface for controlling the position of the arc spot by vacuum arc discharge on the cathode evaporation surface 20S.
 この磁場形成用磁石は、永久磁石でも、電磁石でも、それらを組み合わせた磁石でもよく、また、複数の磁石を組み合わせた磁石でもよいが、ここでは、環状の永久磁石Mである。磁石Mについてはさらに後述する。 The magnetic field forming magnet may be a permanent magnet, an electromagnet, a combination of them, or a combination of a plurality of magnets. Here, the permanent magnet M is an annular permanent magnet M. The magnet M will be further described later.
 以上説明した真空蒸着装置101によると、次のようにして膜形成対象物品W上にカソード20の構成材料元素を含む薄膜を形成することができる。
 まず、図示省略の容器扉を開き、物品ホルダ3に膜形成対象物品Wを搭載し、該扉を気密に閉じる。次いで排気装置EXを運転して容器1から排気し、容器1内を膜形成圧力まで減圧する。
According to the vacuum evaporation apparatus 101 demonstrated above, the thin film containing the constituent material element of the cathode 20 can be formed on the film formation object W as follows.
First, the container door (not shown) is opened, the film formation target article W is mounted on the article holder 3, and the door is closed in an airtight manner. Next, the exhaust device EX is operated to exhaust from the container 1, and the inside of the container 1 is depressurized to the film forming pressure.
 膜形成開始にあたっては、蒸発源2において、トリガー電極25をカソード20の蒸発面20Sに接触させ、ひき続き引き離す。これにより電極25とカソード20間に火花が発生し、これが引き金となってアノード(容器1)とカソード20との間に真空アーク放電が誘発される。このアーク放電によりカソード材料が加熱され、カソード材料が蒸発し、さらにカソード20前方にイオン化カソード材料を含むプラズマが形成される。 At the start of film formation, in the evaporation source 2, the trigger electrode 25 is brought into contact with the evaporation surface 20S of the cathode 20 and then continuously separated. As a result, a spark is generated between the electrode 25 and the cathode 20, which triggers a vacuum arc discharge between the anode (container 1) and the cathode 20. This arc discharge heats the cathode material, evaporates the cathode material, and forms plasma containing the ionized cathode material in front of the cathode 20.
 本例では、膜形成中は、膜付着性を良好にする等のために膜形成用イオンを引き寄せるためのバイアス電圧を電源6からホルダ3に印加する。さらに、各物品への均一な膜形成のために、ホルダ3を駆動部5にて回転させる。ホルダ3に図示省略のヒータを設けてあるときは、必要に応じ、該ヒータで物品を加熱することもできる。 In this example, during film formation, a bias voltage for attracting ions for film formation is applied from the power source 6 to the holder 3 in order to improve film adhesion. Further, the holder 3 is rotated by the drive unit 5 in order to form a uniform film on each article. When a heater (not shown) is provided in the holder 3, the article can be heated with the heater as necessary.
 かくして、物品Wにカソード材料の構成元素を含む膜が形成されるのであるが、アーク蒸発源2においては、前記磁場形成用の環状磁石Mが次のような利点をもたらす。 Thus, a film containing the constituent element of the cathode material is formed on the article W. However, in the arc evaporation source 2, the annular magnet M for forming the magnetic field brings the following advantages.
 環状磁石Mは、内径がカソード20の外径より大きく、カソード20の蒸発面20Sに垂直な方向からみるとカソード20に中心軸線を一致させて外嵌するように配置されている。そして、中心軸線方向において片側に(容器1に臨む側に)第1磁極Nを有しているとともに反対側に逆極性の第2磁極Sを有している。 The annular magnet M is arranged so that the inner diameter is larger than the outer diameter of the cathode 20 and is fitted to the cathode 20 with the central axis aligned when viewed from the direction perpendicular to the evaporation surface 20S of the cathode 20. In addition, the first magnetic pole N is provided on one side (on the side facing the container 1) in the central axis direction, and the second magnetic pole S having a reverse polarity is provided on the opposite side.
 第2図はアーク蒸発源2における磁場の状態の概略を模式的に示している。
 第2図に示すように、磁場形成用磁石Mは、カソード20の蒸発面20Sの周縁部においては蒸発面20Sに対して蒸発面中央部へ鋭角θ1をなして傾く磁力線を発生させるとともに蒸発面中央部においては蒸発面20Sに対して蒸発面周縁部へ鋭角θ2をなして傾く磁力線を発生させる磁場を形成する。
FIG. 2 schematically shows the outline of the state of the magnetic field in the arc evaporation source 2.
As shown in FIG. 2, the magnetic field forming magnet M generates magnetic lines of force inclined at an acute angle θ1 to the central portion of the evaporation surface with respect to the evaporation surface 20S at the periphery of the evaporation surface 20S of the cathode 20 and the evaporation surface. In the central portion, a magnetic field is generated that generates magnetic lines of force that incline at an acute angle θ2 toward the evaporation surface periphery with respect to the evaporation surface 20S.
 アーク蒸発源2におけるカソード蒸発面20Sのアーク放電によるアークスポットは、カソード蒸発面20Sにおいて磁力線が傾く方向に移動し易い性質がある。
 従って、図2に示すようにな上記磁力線により、蒸発面20Sの周縁部においてはアークスポットを蒸発面中央部側へ移動させることができる。かくして、アークスポットの蒸発面20Sからの飛び出しや、蒸発面20Sに続くカソード側面ssへの回り込みを抑制できる。
An arc spot due to arc discharge of the cathode evaporation surface 20S in the arc evaporation source 2 has a property that it easily moves in the direction in which the magnetic lines of force are inclined on the cathode evaporation surface 20S.
Therefore, the arc spot can be moved toward the center of the evaporation surface at the peripheral edge of the evaporation surface 20S by the above-described magnetic field lines as shown in FIG. Thus, it is possible to suppress the jumping out of the arc spot from the evaporation surface 20S and the wraparound to the cathode side surface ss following the evaporation surface 20S.
 蒸発面20Sの中央部では、磁場形成用磁石Mにより、蒸発面20Sに対して蒸発面周縁部へ鋭角θ2をなして傾く磁力線が発生しており、蒸発面中央部ではそのような磁力線によりアークスポットを蒸発面周縁部側へ移動させることができる。かくして、アークスポットが蒸発面中央部やその辺りにおいて局所的に停滞することを抑制できる。
 このようにして、アークスポットを、蒸発面20S上に全面的に走行させることができる。
In the central part of the evaporation surface 20S, the magnetic field forming magnet M generates magnetic lines of force that incline at an acute angle θ2 to the peripheral part of the evaporation surface with respect to the evaporation surface 20S. The spot can be moved to the periphery of the evaporation surface. Thus, it is possible to suppress the stagnation of the arc spot locally at or near the center of the evaporation surface.
In this way, the arc spot can be run entirely on the evaporation surface 20S.
 また、磁石Mは、カソード20の背面部の後方において大気中に配置されているので、カソード蒸発面20Sにおけるアークスポットからの熱の影響を受けることなく(磁石Mの熱劣化を招くことなく)アークスポットをカソード蒸発面20Sにおいて飛び出し及び停滞を抑制しつつ走行させ得る磁力線を形成する安定した磁場を提供することができる。 Further, since the magnet M is disposed in the atmosphere behind the back surface of the cathode 20, it is not affected by the heat from the arc spot on the cathode evaporation surface 20S (without causing thermal deterioration of the magnet M). It is possible to provide a stable magnetic field that forms magnetic field lines that can cause the arc spot to travel while suppressing jumping out and stagnation on the cathode evaporation surface 20S.
 かくして、アーク蒸発源2によると、磁石Mを採用していることで、アークスポットのカソード蒸発面20Sからの飛び出しを抑制して該飛び出しによるアーク消えを抑制でき、従って真空蒸着装置101は、該飛び出しによるアーク消えの抑制によりそれだけ生産性良く膜形成できるとともに、アーク消えとアーク再開による膜質の低下を抑制できる。 Thus, according to the arc evaporation source 2, by adopting the magnet M, it is possible to suppress the arc spot from jumping out from the cathode evaporation surface 20S and to suppress the arc extinguishing due to the jumping out. By suppressing arc extinguishing due to jumping out, a film can be formed with high productivity, and deterioration of the film quality due to arc extinguishing and arc resumption can be suppressed.
 また、アークスポットのカソード20の側面ssへの回り込み及びアークスポットのカソード蒸発面20Sでの局所的停滞を抑制してドロップレットの発生を抑制でき、従って真空蒸着装置101は、ドロップレット発生を抑制できることで、ドロップレットによる膜質の低下を抑制できる。 Further, it is possible to suppress the generation of droplets by suppressing the sneaking of the arc spot to the side surface ss of the cathode 20 and the local stagnation of the arc spot on the cathode evaporation surface 20S. Therefore, the vacuum deposition apparatus 101 suppresses the generation of droplets. By being able to do, the fall of the film quality by a droplet can be controlled.
 また、アークスポットのカソード20の側面ssへの回り込みやアークスポットのカソード蒸発面20Sでの局所的停滞を抑制できることで、それだけカソード材料を所望どおり有効利用でき、ひいては膜形成コストをそれだけ安価に抑えることができる。 Further, since the sneaking of the arc spot to the side surface ss of the cathode 20 and the local stagnation of the arc spot on the cathode evaporation surface 20S can be suppressed, the cathode material can be effectively used as desired, and the film formation cost can be reduced accordingly. be able to.
 第3図は真空蒸着装置の他の例102を示している。この装置102は、第1図の真空蒸着装置101においてアーク蒸発源2をアーク蒸発源2’に置き換えたものであり、その他の点は装置101と同構成である。装置101における部品、部分等と同じ部品、部分等には第1図と同じ参照符号を付してある。 FIG. 3 shows another example 102 of the vacuum evaporation apparatus. This apparatus 102 is the same as the apparatus 101 except that the arc evaporation source 2 is replaced with an arc evaporation source 2 ′ in the vacuum vapor deposition apparatus 101 of FIG. 1. The same reference numerals as those in FIG. 1 are attached to the same parts and portions as those in the apparatus 101.
 真空蒸着装置102のアーク蒸発源2’は、装置101の蒸発源2においてカソードホルダ21のカソード20背面に臨む空間211にカソード20に対して空隙をおいて磁力強化部材mを配置した点を除けば、蒸発源2と同じものである。蒸発源2における部品、部分等と同じ部品、部分等には第1図及び第2図と同じ参照符号を付してある。装置102においても、装置101と同様の原理で物品Wに膜形成できる。空間211に図示省略の水循環装置から通水し磁力強化部材mを水冷することができる。  The arc evaporation source 2 ′ of the vacuum evaporation apparatus 102 is the same as the evaporation source 2 of the apparatus 101 except that the magnetic force enhancing member m is disposed in a space 211 facing the back surface of the cathode 20 of the cathode holder 21 with a gap with respect to the cathode 20. For example, it is the same as the evaporation source 2. The same parts and portions as those of the evaporation source 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. The apparatus 102 can also form a film on the article W on the same principle as the apparatus 101. Water can be passed through the space 211 from a water circulation device (not shown) to cool the magnetic strengthening member m. *
 磁力強化部材mとしては、永久磁石、電磁石、磁性体(好ましくは強磁性体)を例示できるが、ここでは環状の永久磁石mを採用している。
 磁石mは、磁場形成用磁石Mやカソード20と中心軸線を一致させて配置されており、カソード20の背面に臨む側にS極を、反対側(磁石背面側)にN極を有している。
 第4図はアーク蒸発源2’における磁場の状態の概略を模式的に示している。
Examples of the magnetic force reinforcing member m include a permanent magnet, an electromagnet, and a magnetic body (preferably a ferromagnetic body), but an annular permanent magnet m is employed here.
The magnet m is arranged so that the central axis coincides with the magnetic field forming magnet M and the cathode 20, and has an S pole on the side facing the back surface of the cathode 20 and an N pole on the opposite side (magnet back side). Yes.
FIG. 4 schematically shows the outline of the state of the magnetic field in the arc evaporation source 2 ′.
 アークスポットの移動速度は、アークスポットにおける磁束密度の蒸発面20Sに平行な成分に比例する。
 アーク蒸発源2’によると、磁力強化磁石mを設けてあることで、第4図に示すように、カソード蒸発面20S中央部やその辺りで磁力を強化することができ、アークスポットの移動速度を速めることができる。それによりカソード蒸発面中央部やその辺りでのアークスポットの停滞を一層確実に抑制し、蒸発面中央部やその辺りでのドロップレット発生を一層確実に抑制することができる。
The moving speed of the arc spot is proportional to the component parallel to the evaporation surface 20S of the magnetic flux density at the arc spot.
According to the arc evaporation source 2 ', by providing the magnetic force strengthening magnet m, as shown in FIG. 4, the magnetic force can be strengthened at the central portion of the cathode evaporation surface 20S or in the vicinity thereof, and the moving speed of the arc spot. Can speed up. As a result, the stagnation of the arc spot at the central portion of the cathode evaporation surface and the vicinity thereof can be further reliably suppressed, and the generation of droplets at the central portion of the evaporation surface and its vicinity can be further reliably suppressed.
 それとは限定されないが、磁力強化磁石mは、カソード中央部での磁束密度をカソード外周部での磁束密度と同等以上に高めるものであることが好ましい。
 磁石mの採用によりカソード蒸発面20Sの中央部やその辺りでの磁力が強化されることを確認した実験結果を第6図に示す。
Although not limited thereto, it is preferable that the magnetic force-enhanced magnet m is one that increases the magnetic flux density at the central portion of the cathode to be equal to or higher than the magnetic flux density at the outer peripheral portion of the cathode.
FIG. 6 shows the result of an experiment confirming that the magnetic force at the central portion of the cathode evaporation surface 20S and the vicinity thereof is reinforced by the use of the magnet m.
 実験で用いたカソード等の寸法は以下のとおりである。
 カソード20:蒸発面20Sは直径84mmの平坦円形面。
 磁石M:外径170mm、内径110mm、厚さ9mm、保磁力2000エルステッド。
 磁石m:外径25mm、内径10mm、厚さ3mm、保磁力2000エルステッド。
The dimensions of the cathode used in the experiment are as follows.
Cathode 20: The evaporation surface 20S is a flat circular surface having a diameter of 84 mm.
Magnet M: outer diameter 170 mm, inner diameter 110 mm, thickness 9 mm, coercive force 2000 oersted.
Magnet m: outer diameter 25 mm, inner diameter 10 mm, thickness 3 mm, coercive force 2000 oersted.
 第6図から分かるように、磁石Mのみ採用する場合と比べると、磁石M及び磁石mの双方を併用する方が、カソード蒸発面20Sの中央部やその辺りで磁力を強化することができる。 As can be seen from FIG. 6, in comparison with the case where only the magnet M is employed, the magnetic force can be strengthened at or near the center of the cathode evaporation surface 20S when both the magnet M and the magnet m are used together.
 第5図は真空蒸着装置のさらに他の例103を示している。この装置103は、第3図の真空蒸着装置102において、カソード20の蒸発面20Sの周縁角部分を絶縁部(ここでは真空部)を介して非磁性材である、高融点金属リングRで覆ったものである。その他の点は装置102と同構成である。装置102における部品、部分等と同じ部品、部分等には第3図及び第4図と同じ参照符号を付してある。装置103においても、装置101や装置102と同様の原理で物品Wに膜形成できる。 FIG. 5 shows still another example 103 of the vacuum evaporation apparatus. This apparatus 103 is the same as the vacuum vapor deposition apparatus 102 shown in FIG. 3, except that the peripheral corner portion of the evaporation surface 20S of the cathode 20 is covered with a refractory metal ring R, which is a non-magnetic material, through an insulating portion (here, a vacuum portion). It is a thing. The other points are the same as those of the apparatus 102. The same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 are assigned to the same parts and portions as those in the apparatus 102. Also in the apparatus 103, a film can be formed on the article W by the same principle as the apparatus 101 and the apparatus 102.
 リングRを構成する非磁性高融点金属としては、モリブデン、タングステン、オーステナイト系ステンレススチール等を例示できるが、ここでは、非磁性ステンレススチールとモリブデンの結合部材を採用している。さらに言えば、カソード蒸発面20Sに外嵌する非磁性ステンレススチールリングの室1内側へ向けられた端面に、一部が該蒸発面20Sの周縁に被さるようにモリブデンリングがネジ留めされたものを採用している。 As the nonmagnetic refractory metal constituting the ring R, molybdenum, tungsten, austenitic stainless steel and the like can be exemplified, but here, a nonmagnetic stainless steel and molybdenum coupling member is employed. More specifically, a non-magnetic stainless steel ring that is externally fitted to the cathode evaporation surface 20S and that has a molybdenum ring screwed so that a part thereof covers the periphery of the evaporation surface 20S is attached to the inner surface of the chamber 1. Adopted.
 このようにカソード20の蒸発面周縁角部分を絶縁部を介して非磁性高融点金属リングRで覆うことで、アークスポットがカソード蒸発面20Sに続く側面へ移行しようとした場合、該高融点金属リングRにより放電経路が遮られ、カソード蒸発面20Sの周縁部より内側部分と比較して放電が持続し難くなり、該アークスポットが、放電がより安定して持続し得るカソード蒸発面の内側領域へ戻りやすくななる。もしも、カソード側面ssでの放電が持続しないことでアークスポットが消えてしまったときには、蒸発面の中央部で再点灯させればよい。かくして、アークスポットのカソード蒸発面20Sに続く側面ssへの回り込みを一層確実に抑制でき、それだけドロップレット発生を抑制できる。 Thus, by covering the peripheral edge portion of the evaporation surface of the cathode 20 with the nonmagnetic refractory metal ring R via the insulating portion, when the arc spot is going to move to the side surface following the cathode evaporation surface 20S, the refractory metal The discharge path is blocked by the ring R, and it becomes difficult for the discharge to be sustained as compared with the inner portion of the cathode evaporation surface 20S, and the arc spot is an inner region of the cathode evaporation surface where the discharge can be maintained more stably. It becomes easy to return to. If the arc spot disappears because the discharge on the cathode side surface ss does not continue, it may be lit again at the center of the evaporation surface. Thus, the arc spot can be more reliably prevented from entering the side surface ss following the cathode evaporation surface 20S, and the generation of droplets can be suppressed accordingly.
 以上説明した真空蒸着装置101、102、103のいずれにおいても、アーク蒸発源におけるアーク消え、ドロップレット発生を抑制でき、また、アーク蒸発源におけるカソード材料の有効利用が可能で、それらにより、それだけ良質の膜を生産性良く、安価に形成できる。
 なお、真空容器1にはアーク蒸発源を2以上設けることも可能である。
In any of the vacuum evaporation apparatuses 101, 102, and 103 described above, arc extinction and droplet generation in the arc evaporation source can be suppressed, and the cathode material in the arc evaporation source can be effectively used. The film can be formed with good productivity and at low cost.
The vacuum vessel 1 may be provided with two or more arc evaporation sources.
 本発明は、アーク消えやドロップレットの発生を抑制でき、良質な膜形成に寄与できる、真空蒸着装置のためのアーク蒸発源及び該アーク蒸発源を採用することでそれだけ良質な膜を生産性良好に形成できる真空蒸着装置を提供することに利用できる。 The present invention can suppress generation of arc extinguishment and droplets and contribute to the formation of a high-quality film. By adopting an arc evaporation source for a vacuum deposition apparatus and the arc evaporation source, a high-quality film can be produced with good productivity. It can utilize for providing the vacuum evaporation system which can be formed in this.

Claims (8)

  1.  カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させる、真空蒸着装置用のアーク蒸発源であって、前記カソードの蒸発面での真空アーク放電によるアークスポットの位置制御のための、該蒸発面に交差する磁力線を発生させる、磁場形成用の環状磁石を含んでおり、該環状磁石は、内径が前記カソードの外径より大きく、該カソードの蒸発面に垂直な方向からみると該カソードに中心軸線を一致させて外嵌するように配置され、且つ、該カソードの蒸発面とは反対側の背面部の後方において大気中に配置されており、中心軸線方向において片側に第1磁極を提供できるとともに反対側に第1磁極とは逆極性の第2磁極を提供でき、前記カソードの蒸発面周縁部においては蒸発面に対して蒸発面中央部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させるとともに蒸発面中央部においては蒸発面に対して蒸発面周縁部へ鋭角をなして傾く磁力線を発生させる磁場を形成する磁石であるアーク蒸発源。 An arc evaporation source for a vacuum vapor deposition apparatus for evaporating a cathode material by a vacuum arc discharge between a cathode and an anode and generating a plasma containing an ionized cathode material, by vacuum arc discharge at an evaporation surface of the cathode An annular magnet for forming a magnetic field that generates magnetic field lines intersecting the evaporation surface for controlling the position of the arc spot is included. The annular magnet has an inner diameter larger than the outer diameter of the cathode, and the evaporation of the cathode When viewed from the direction perpendicular to the surface, the cathode is disposed so as to be fitted with its central axis aligned with the cathode, and is disposed in the atmosphere behind the back surface opposite to the evaporation surface of the cathode, A first magnetic pole can be provided on one side in the central axis direction, and a second magnetic pole having a polarity opposite to the first magnetic pole can be provided on the opposite side. At the edge, a magnetic field that generates a magnetic field line that tilts at an acute angle to the central part of the evaporation surface with respect to the evaporation surface and at the central part of the evaporation surface generates a magnetic field line that tilts at an acute angle to the peripheral part of the evaporation surface. An arc evaporation source that is a magnet to form.
  2.  前記カソードの背面部に臨む、カソード中央部での磁束密度を高める磁力強化部材を備えた請求の範囲第1項記載のアーク蒸発源。 The arc evaporation source according to claim 1, further comprising a magnetic strengthening member that faces the back surface of the cathode and increases a magnetic flux density at a central portion of the cathode.
  3.  前記磁力強化部材は、前記カソード背面部に臨む側の磁極が、前記環状磁石の第1磁極とは逆極性の磁極である請求の範囲第2項記載のアーク蒸発源。 3. The arc evaporation source according to claim 2, wherein the magnetic force reinforcing member has a magnetic pole on the side facing the back surface of the cathode having a polarity opposite to the first magnetic pole of the annular magnet.
  4.  前記カソードの蒸発面周縁角部分を絶縁部を介して非磁性高融点金属で覆った請求の範囲第1項記載のアーク蒸発源。 2. The arc evaporation source according to claim 1, wherein a peripheral edge portion of the evaporation surface of the cathode is covered with a nonmagnetic refractory metal through an insulating portion.
  5.  前記カソードの蒸発面周縁角部分を絶縁部を介して非磁性高融点金属で覆った請求の範囲第2項記載のアーク蒸発源。 3. An arc evaporation source according to claim 2, wherein a peripheral corner portion of the evaporation surface of the cathode is covered with a nonmagnetic refractory metal via an insulating portion.
  6.  前記環状磁石は永久磁石である請求の範囲第1項記載のアーク蒸発源。 The arc evaporation source according to claim 1, wherein the annular magnet is a permanent magnet.
  7.  前記磁力強化部材は永久磁石である請求の範囲第2項記載のアーク蒸発源。 The arc evaporation source according to claim 2, wherein the magnetic force reinforcing member is a permanent magnet.
  8.  カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化されたカソード材料を含むプラズマを発生させるアーク蒸発源を含み、該アーク蒸発源で発生させたイオン化カソード材料を被成膜物品へ飛翔させて該物品上に膜形成する真空蒸着装置であって、アーク蒸発源として請求の範囲第1項から請求の範囲第7項のいずれか1項に記載のアーク蒸発源を備えた真空蒸着装置。 It includes an arc evaporation source that evaporates the cathode material by vacuum arc discharge between the cathode and the anode and generates a plasma containing the ionized cathode material, and the ionized cathode material generated by the arc evaporation source flies to the article to be deposited. A vacuum deposition apparatus for forming a film on the article, the vacuum deposition apparatus comprising the arc evaporation source according to any one of claims 1 to 7 as an arc evaporation source .
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