アークイオンプレーティング装置
【課題】蒸発源の消耗に伴って変化する薄膜表面の平滑性変化を低減でき、蒸発源の利用効率を向上させることができるアークイオンプレーティング装置を提供する。
【解決手段】裏側リング状磁石１７及び外側リング状磁石１６の極性の向きは同一に設定され、中央磁石１５の極性の向きは磁石１６，１７の極性の向きと逆に設定され、蒸発源５の直径をＤとした場合に裏側リング状磁石１７は、リング幅Ｗの中心位置Ｏが蒸発源５の端面からＤ／２０の範囲内に配置されており、磁石１５，１６，１７により蒸発源５の表面に生じる磁場の初期設定値は蒸発面の端面から内方にＤ／２０の範囲の端部領域Ｅを除く内側領域Ｃ表面の磁束密度が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面の磁束密度が蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域Ｅ表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面最端部が１５ｍＴ以上、内側領域Ｃ表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下に設定される。
【解決手段】裏側リング状磁石１７及び外側リング状磁石１６の極性の向きは同一に設定され、中央磁石１５の極性の向きは磁石１６，１７の極性の向きと逆に設定され、蒸発源５の直径をＤとした場合に裏側リング状磁石１７は、リング幅Ｗの中心位置Ｏが蒸発源５の端面からＤ／２０の範囲内に配置されており、磁石１５，１６，１７により蒸発源５の表面に生じる磁場の初期設定値は蒸発面の端面から内方にＤ／２０の範囲の端部領域Ｅを除く内側領域Ｃ表面の磁束密度が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面の磁束密度が蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域Ｅ表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面最端部が１５ｍＴ以上、内側領域Ｃ表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク放電によって蒸発源をイオン化させてワークの上に成膜させるアークイオンプレーティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アークイオンプレーティング装置は、真空中で金属材料やセラミックス材料の蒸発源を陰極（カソード）としてアーク放電を起こし、それにより蒸発源を蒸発させると同時にイオンとして放出させ、一方、ワーク（被コーティング物）には負のバイアス電圧を印加しておき、そのワーク表面にイオンを加速供給して成膜する装置である。蒸発源としては、チタンやクロムが広く用いられており、例えば、高速度鋼や超硬合金、サーメットなどからなる切削工具の表面に、耐摩耗性向上のためにＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＡｌＮなどの硬質皮膜を形成する技術に利用されている。
【０００３】
この種のアークイオンプレーティング装置では、蒸発源表面の微小領域にアーク電流が集中することにより、その微小領域がアークスポットとなって蒸発源を溶解蒸発させる。このアークスポットが滞留すると、その滞留部の付近の材料が蒸発せずに溶解して飛散するので、蒸発源の背部に磁石を設置して、アークスポットの移動を促進させることが行われる。
その磁界として、特許文献１には、蒸発源の蒸発面における磁界の強さが５ｍＴ（ミリテスラ）以上で、アーク電流値が２００Ａ以上であることが推奨されている。また、蒸発面における法線に対する磁力線の最大角度θが６０°以下であることが推奨されている。
また、特許文献２には、蒸発面の中心から蒸発面の径方向に沿った任意の線分上における磁束密度の最小値が４．５ｍＴ以上、平均値が８ｍＴ以上、標準偏差が３以下である磁界を形成することで、陰極（カソード）の蒸発面に対し、磁力線の向きが垂直で、かつ陰極の蒸発面上における磁束密度を均一化することができ、陰極の利用効率を向上させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０３４５６３号公報
【特許文献２】特開２００９−１４４２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されるように設定された磁界においても、その磁束密度の均一化は十分ではなく、蒸発源の一部が優先的に消耗して偏りが生じることにより、薄膜表面の平滑性が変化するという問題がある。消耗量に偏りが生じた蒸発源は、大部分を残して新しいものに交換しなければならず、利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、蒸発源の消耗に伴って変化する薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、蒸発源の利用効率を向上させることができるアークイオンプレーティング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアークイオンプレーティング装置は、蒸発源が載置される陰極の背面中央に配置された中央磁石と、前記陰極の背面の外周端部に対峙して配置された裏側リング状磁石と、前記蒸発源の半径方向外方に配置された外側リング状磁石とを備え、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きは同一に設定され、前記中央磁石の極性の向きは前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きと逆に設定され、前記蒸発源の直径をＤとした場合に、前記裏側リング状磁石は、そのリング幅の中心位置が、該蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内に配置されており、前記中央磁石、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石により前記蒸発源の表面に生じる磁場の初期設定値は、その蒸発面の端面から内方にＤ／２０の範囲の端部領域を除く内側領域表面の磁束密度が７〜１０ｍＴ、前記端部領域表面において蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域の最端部が１５ｍＴ以上、前記内側領域表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下となるように設定されていることを特徴とする。
【０００８】
蒸発面に生じるアークスポットは電子の放出点であるから、蒸発源の利用効率を高めるには、蒸発面の全域でアークスポットが平均的に動き回れるようにすることが重要である。
蒸発面の磁束密度を７〜１０ｍＴとした内側領域表面においては、アークスポットは高速でランダムに動き回ることができる。また、その内側領域において、局部的な集中をなくすことにより、全体に均一にアークスポットを移動させることができ、均一な膜質に成膜できるとともに、蒸発源を均等に消耗させることができる。
本発明では、裏側リング状磁石を設け、そのリング幅の中心位置を蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内に配置し、蒸発源の端部領域において裏側リング状磁石の磁界の一部を、外側リング状磁石の磁界の一部と打ち消し合うように作用させることにより、中央磁石、裏側リング状磁石および外側リング状磁石による蒸発源の表面の磁束密度を、広範囲で７〜１０ｍＴとなるように設定するとともに、その磁束密度の標準偏差を０．６以下に抑え、蒸発面の磁場の分布が平滑になるようにしている。したがって、アークスポットの移動速度を一定にでき、薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、均一な膜質に成膜できる。また、蒸発源を均等に消耗させることができるので、蒸発源の利用効率を飛躍的に向上させることができる。
なお、放電領域にアークスポットを閉じ込める効果を得るには、磁束密度として７ｍＴ以上必要である。磁束密度が１５ｍＴを超えると、アークスポットの存在自体が著しく制限され、成膜速度が著しく低下してしまう問題がある。また、アーク放電の電圧値が通常時より上昇する問題も発生してしまう。
一方、蒸発源の端部領域においては、内側領域表面よりも磁束密度が大きいので、内側領域表面のアークスポットが端部領域に向かおうとしても、端部領域の強い磁場によって跳ね返されるようにして、内側領域に戻される。したがって、アークスポットを端部領域から表面部以外に入り込む現象を防止して、ほぼ内側領域内に閉じ込めた状態で移動させることができる。
【０００９】
本発明のアークイオンプレーティング装置において、前記蒸発面における磁力線は、前記蒸発面の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°であり、前記端部領域表面では前記内側領域に向けて傾いているとよい。
磁力線が蒸発面の法線に対して上記の角度に設定されていると、蒸発面にアークスポットを閉じ込める効果がある。
また、アークスポットを移動させる力は、磁場における蒸発面に平行な成分と、蒸発面に垂直な成分とのそれぞれの大きさにより決まり、その向きは、蒸発面に平行な成分に直角の方向と、平行な成分に同じ方向との合成方向となる。したがって、磁場における蒸発面に平行な成分を蒸発面の内側領域に向けるようにすれば、端部領域表面にアークスポットが移動しようとしても蒸発面の内側領域に戻す方向に力が働き、端部領域から外に飛び出すことが防止される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアークイオンプレーティング装置によれば、蒸発源表面の磁場の分布を平滑にすることができるので、蒸発源の利用効率を飛躍的に向上させることが可能となる。また、アークスポット発生領域の磁力を一定にすることで、アークスポット速度を一定にでき、均一な膜質に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のアークイオンプレーティング装置の一実施形態を模式的に示した平断面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】各磁石が形成する磁力線の模式図であり、（ａ）が外側リング状磁石、（ｂ）が中央磁石、（ｃ）が裏側リング状磁石の磁力線を示す。
【図４】裏側リング状磁石の配置を説明する図である。
【図５】各磁石が形成する磁界による磁束密度分布図であり、（ａ）が外側リング状磁石、（ｂ）が中央磁石、（ｃ）が裏側リング状磁石の分布図を示す。
【図６】蒸発面上の磁束密度、磁力線の角度の分布を示すグラフである。
【図７】蒸発面上の磁力線のベクトルを示す模式図である。
【図８】蒸発面上の磁力線によるアークスポットの移動原理を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のアークイオンプレーティング装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
この実施形態のアークイオンプレーティング装置１は、図１及び図２に示すように、真空チャンバ２内に、ワーク（被コーティング物）３を保持するテーブル４が設けられるとともに、このテーブル４を介して両側に、カソードとしての蒸発源５がそれぞれ設けられている。テーブル４は、その上面に複数のワーク３を保持する支持棒６が周方向に間隔をおいて複数本立設されるとともに、これら支持棒６を図１の矢印で示すように水平回転する機構を有しており、自身も旋回機構（図示略）により水平に旋回させられるターンテーブルとなっている。そして、支持棒６に保持したワーク３を自転させながら公転させる構成である。
また、真空チャンバ２には、内部に反応ガスを導入するガス導入口７と、内部から反応ガスを排出するガス排出口８とが設けられているとともに、テーブル４の後方に、テーブル４上のワーク３を加熱して被膜の密着力を高めるためにヒータ９が設けられている。
【００１３】
蒸発源５は、図示例のものは、円板状に形成され、その一面をテーブル４上のワーク３に向けて（テーブル４の半径方向と直交させて）配置されており、テーブル４に向けた面が蒸発面１１となる配置とされる。そして、この蒸発源５の表面（蒸発面１１）の適宜箇所を向けてアノード電極１２が配置され、蒸発源５をカソードとし、アノード電極１２と蒸発源５との間に負のバイアス電圧をかけるアーク電源１３が接続されている。
また、テーブル４にも、これに保持されるワーク３に負のバイアス電圧をかけるバイアス電源１４が接続されている。
【００１４】
また、蒸発源５の背面中央部に中央磁石１５が設けられるとともに、蒸発源５の背面の外周端部に裏側リング状磁石１７が設けられ、蒸発源５の半径方向外側位置に蒸発源５の外周面を囲むように外側リング状磁石１６が設けられている。
各磁石１５，１６，１７は永久磁石である。本実施形態においては、例えば、中央磁石１５および外側リング状磁石１６がネオジム磁石、裏側リング状磁石１７がそれら磁石１５，１６よりも磁力の弱いフェライト磁石等により形成されている。
裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６の極性の向きは同一に設定され、中央磁石１５の極性の向きは、裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６の極性の向きと逆に設定され、これら磁石１５，１６，１７によって生じる磁場の一部は、相互に重なり合うように作用している。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、蒸発源５の外側に配置される外側リング状磁石１６は、例えば、蒸発源５の前方側がＳ極、後方側がＮ極とされ、磁界は、外側リング状磁石１６のＮ極からＳ極に向かう磁力線が、蒸発源５の後方から蒸発源５を通過して前方に至るように形成される。一方、蒸発源５の背面中央部の中央磁石１５は、図３（ｂ）に示すように、蒸発源５に向けた側がＮ極で、反対側がＳ極とされ、その磁界は、蒸発源５の裏面側から蒸発源５を通過して蒸発源５の前方に抜けるように形成される。したがって、蒸発源５の中心部分では、両磁石１５，１６の磁界の一部が相互に重なり合うように作用する。
また、裏側リング状磁石１７は、図３（ｃ）及び図４に示すように、蒸発源５に向けた側がＳ極で、反対側がＮ極とされており、蒸発源５の直径をＤとした場合に、裏側リング状磁石１７のリング幅Ｗの中心位置Ｏが、蒸発源５の端面からＤ／２０の範囲内（蒸発源５の端部領域Ｅ）に配置されている。これにより、裏側リング状磁石１７による磁界の一部は、蒸発源５の外周端部においては、外側リング状磁石１６の磁界の一部と打ち消し合うように作用する。
【００１６】
これら磁石１５，１６，１７が蒸発源５の蒸発面１１上に形成する磁界について、図５により具体的に説明する。なお、図５においては、Ｎ極からＳ極に向かう磁束密度を正として表している。
外側リング状磁石１６により生じる磁界は、図５（ａ）に示すように、蒸発面１１の端部領域において高い磁束密度で形成され、中央磁石１５により生じる磁界は、図５（ｂ）に示すように、外側リング状磁石１６と同じ向きに蒸発面の中央部を中心にして形成される。また、裏側リング状磁石１７により生じる磁界は、図５（ｃ）に示すように、蒸発面１１の端部領域に、外側リング状磁石１６及び中央磁石１５の磁界と逆向きに形成される。
そして、これら磁石１５，１６，１７の磁束密度を適宜に設定することにより、蒸発源５の蒸発面１１上に作用する磁場は、図６に示す磁束密度ａのように形成される。なお、磁束密度ｂは、中央磁石１５と外側リング状磁石１６とにより形成される磁場を示しており、この磁束密度ｂに対して、裏側リング状磁石１７を作用させることにより、磁束密度ａに示すように、蒸発面１１の外周端部の磁束密度を中央部の磁束密度に揃えるように全面的にほぼ均等な磁束密度とすることができる。
【００１７】
本実施形態のアークイオンプレーティング装置１においては、上述したように、裏側リング状磁石１７を設け、その磁界の一部を外側リング状磁石１６の磁界の一部と打ち消し合うように作用させることによって、図６に示すように、中央磁石１５、裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６により蒸発源５の表面に生じる磁場の初期設定値（磁束密度ａ）を、蒸発面１１の端面から内方にＤ／２０の範囲のリング状の端部領域Ｅを除く内側領域Ｃの磁束密度が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面の磁束密度が蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域Ｅ表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面最端部が１５ｍＴ以上、内側領域Ｃ表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下となるように設定している。
【００１８】
また、蒸発源５を通過する磁力線は、その蒸発面１１の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°とされ、リング状の端部領域Ｅ表面では、その角度が内側領域Ｃに向けて傾斜するように形成される。
図７に蒸発面１１上の磁力線のベクトルを模式的に示したように、内側領域Ｃにおいては、破線で示すように、蒸発面１１の法線に対する角度が０°≦θ＜２０°とされ、端部領域Ｅにおいては、実線で示すように、内側領域Ｃの磁力線よりも大きい磁束密度の磁力線が蒸発面１１の法線に対する角度は０°≦θ＜２０°とされるが、内側領域Ｃに向けて傾いた状態に形成される。
【００１９】
このように構成したアークイオンプレーティング装置１を用いてワーク３に成膜する方法について説明する。
まず、テーブル４の支持棒６にワーク３を保持して、真空チャンバ２内を真空引きした後、Ａｒ等をガス導入口７より導入して、蒸発源５とワーク３上の酸化物等の不純物をスパッタすることにより除去する。そして、再度真空チャンバ２内を真空引きした後、窒素ガス等の反応ガスをガス導入口７から導入し、蒸発源５に向けたアノード電極１２をトリガとしてアーク放電を発生させることにより、蒸発源５を構成する物質をプラズマ化して反応ガスと反応させ、テーブル４上のワーク３表面に窒化膜等を成膜する。
【００２０】
この成膜工程時に蒸発源５の蒸発面１１上には放電電流が微小領域に集中して、高温で極めて活性な数μｍ径のアークスポットが発生し、蒸発面１１上を１０ｍ／ｓ以上の速さでランダムに動き回りながら、蒸発源５を瞬時に溶解蒸発させるとともに、イオンとして放出する。
蒸発源５の蒸発面１１上には、前述した磁石１５，１６，１７によって図６に実線で示す磁束密度ａのように磁界が発生しており、この初期設定値（磁束密度ａ）に設定された磁界の作用によりアークスポットの移動が制御される。
【００２１】
具体的には、蒸発源５の外周の端部領域Ｅを除く内側領域Ｃの表面においては、磁束密度が７〜１０ｍＴとされていることから、その内側領域Ｃの表面で発生したアークスポットは、この内側領域Ｃに閉じ込められる。また、蒸発面１１上の磁力線が前述した磁石１５，１６，１７の相互作用により、蒸発面１１の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°とされているので、アークスポットを蒸発面１１に閉じ込めるように作用する。
また、内側領域Ｃにおいて、磁束密度の標準偏差は０．６以下とされており、局部的な集中がなく、アークスポットの移動速度を一定にすることができる。これにより、蒸発源５を均等に消耗させることができるとともに、薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、均一な膜質に成膜できる。
【００２２】
一方、蒸発源５の端部領域Ｅにおいては、内側領域Ｃ表面よりも磁束密度が大きい１５ｍＴ以上に設定されているので、内側領域Ｃ表面のアークスポットが端部領域Ｅに向かおうとしても、端部領域Ｅの強い磁場によって跳ね返されるようにして、内側領域Ｃに戻される。
【００２３】
また、蒸発面１１の法線に対する磁力線の角度が端部領域Ｅにおいては、内側領域Ｃに向けて傾斜するように形成されているので、アークスポットを内側領域Ｃに向けて戻す効果がある。Ｒｏｂｓｏｎら（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ社、Ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃｓ， ｐ．１４０）によると、蒸発面１１に生じる磁場がアークスポットに作用する力は、図８のＢで示す磁場を例にとると、蒸発面１１に平行な磁場成分ＢＨは、この磁場成分に対して９０°傾いた方向の力ＡＨとなり、蒸発面１１に垂直な磁場成分ＢＶは、平行な磁場成分ＢＨと同じ方向の力ＡＶを作用する。そして、これら磁場から作用する力ＡＨ，ＡＶの合成力によってアークスポットＡが移動する。したがって、蒸発面１１の法線に対する磁力線の角度θを内側領域Ｃに向けることにより、磁場からアークスポットＡに作用する力ＡＶの方向を内側領域Ｃに向けることができる。また、蒸発面１１に垂直な磁場成分ＢＶを大きくすることにより、力ＡＶの大きさを大きくすることができ、アークスポットＡを内側領域Ｃに戻す力を大きくすることができる。
【００２４】
これら端部領域Ｅの磁束密度を大きくしたこと、及びその磁力線を内側領域Ｃに向けて傾斜させたことにより、図７に矢印で示したようにアークスポットＡは端部領域Ｅに移動しようとすると戻されて内側領域Ｃに戻される。
そして、このようにアークスポットＡを内側領域Ｃ内に閉じ込め、端部領域Ｅを超えることが拘束されるので、アークスポットが蒸発源表面部以外に入り込む現象が防止され、安定した放電を維持することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態のアークイオンプレーティング装置１においては、裏側リング状磁石１７を設け、その磁界の一部を蒸発源５の端部領域Ｅにおいては外側リング状磁石１６の磁界の一部と打ち消し合うように作用させることによって、中央磁石１５、裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６により蒸発源５の表面に生じる磁場の初期設定値を、蒸発面１１の広範囲（内側領域Ｃ）で、磁束密度が７〜１０ｍＴとなるように設定できるとともに、その磁束密度の標準偏差を０．６以下に抑えることができる。したがって、蒸発面１１の内側領域Ｃ表面においては、磁場の分布を平滑にでき、蒸発源を均等に消耗させることができるので、蒸発源の利用効率を飛躍的に向上させることが可能となる。また、アークスポットの移動速度を一定にできるので、薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、均一な膜質に成膜できる。
【実施例】
【００２６】
本発明の効果を確認するために行った実施例および比較例について説明する。実施例を表１、比較例を表２に示す。
実施例のアークイオンプレーティング装置においては、中央磁石および外側リング状磁石、裏側リング状磁石を備え、中央磁石および外側リング状磁石には永久磁石のネオジム磁石を用い、裏側リング状磁石には永久磁石のフェライト磁石を用いた。ネオジム磁石は、保磁力が２０００ｋＡ／ｍ、表面磁束密度が１１５０ｍＴの磁石を用い、フェライト磁石は、保磁力が２５０ｋＡ／ｍ、表面磁束密度が３５０ｍＴの磁石を用いた。また、比較例のアークイオンプレーティング装置においては、中央磁石および外側リング状磁石のみを備える構成とし、中央磁石および外側リング状磁石には永久磁石のネオジム磁石を用いた。ネオジム磁石は、保磁力が２０００ｋＡ／ｍ、表面磁束密度が１１５０ｍＴの磁石を用いた。
また、蒸発源として、直径Ｄ＝１００ｍｍ、厚さｔ＝１６ｍｍのＴｉまたはＴｉＡｌ（Ｔｉ：Ａｌ＝５０：５０）を用いた。そして、実施例のアークイオンプレーティング装置においては、裏側リング状磁石を、そのリング幅の中心位置が、蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内（５ｍｍの範囲内）になるように配置した。
【００２７】
次に、実施例および比較例のアークイオンプレーティング装置に蒸発源を配置し、蒸発面の磁場を測定したところ、表１及び表２に示すものとなった。表中の「サンプルＮｏ．」においては、実施例に「実」を付し、比較例に「比」を付した。
なお、磁束密度は、磁束計にて、蒸発源表面において蒸発源表面の中心を通る直線上を測定した。蒸発源の表面では、測定箇所を５ｍｍ間隔と設定し、各測定点で蒸発源表面の垂直方向及び平行方向の磁束密度を測定した。また、これらの測定値から各測定点での磁束密度及び磁力線と蒸発面の法線とのなす角度（傾斜角）を算出した。また、蒸発源表面での磁束密度の標準偏差は、端部領域の磁束密度が大きい部分を除いた磁束密度の数値から算出した。
このようなアークイオンプレーティング装置を用いて、表１及び表２に示す各種の条件で成膜し、膜の表面粗さを測定した。なお、反応ガスとしては窒素ガスを用いた。表面粗さは、レーザー顕微鏡にて１０μｍ角の範囲を１０回測定し、その平均値を測定値とした。
表１及び表２に結果を示す。「蒸発源の利用効率」とは、成膜前の蒸発源の厚さｔに対する蒸発源を使用できる限界の厚さに達するまでの消耗厚さｔ１の比率を表し、ｔ１／ｔ×１００（％）により算出される。なお、消耗厚さｔ１は、蒸発源の面内平均値である。消耗厚さｔ１の算出方法は、例えば実施例と同様の円形の蒸発源である場合、蒸発源表面において中心を通る直線上を５ｍｍ間隔にて消耗深さを測定し、その平均値を消耗厚さｔ１とした。また、表中の「端部領域」とは、蒸発源の端面からＤ／２０の範囲を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
表１及び表２の結果から明らかなように、磁束密度の標準偏差が０．６以下の実施例の装置においては、「蒸発源の利用効率」が７０％以上と大きいことがわかる。また、「最大表面粗さＲａ」の数値に対して、その「表面粗さの標準偏差」の数値が小さく、膜表面での表面粗さのバラツキが小さいことがわかる。
磁束密度の標準偏差が０．６を超える比較例の装置においては、「蒸発源の利用効率」が６０％以下と小さいことがわかる。また、「最大表面粗さＲａ」の数値に対して、その「表面粗さの標準偏差」の数値が大きく、膜表面での表面粗さのバラツキが大きいことがわかる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、蒸発源を円板状に形成したが、柱状、筒状等のものにも適用することができ、その場合も、端面からＤ／２０の範囲内を端部領域として、前述したような磁界を設定すればよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ アークイオンプレーティング装置
２ 真空チャンバ
３ ワーク
４ テーブル
５ 蒸発源
６ 支持棒
７ ガス導入口
８ ガス排出口
９ ヒータ
１１ 蒸発面
１２ アノード電極
１３ アーク電源
１４ バイアス電源
１５ 中央磁石
１６ 外側リング状磁石
１７ 裏側リング状磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク放電によって蒸発源をイオン化させてワークの上に成膜させるアークイオンプレーティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アークイオンプレーティング装置は、真空中で金属材料やセラミックス材料の蒸発源を陰極（カソード）としてアーク放電を起こし、それにより蒸発源を蒸発させると同時にイオンとして放出させ、一方、ワーク（被コーティング物）には負のバイアス電圧を印加しておき、そのワーク表面にイオンを加速供給して成膜する装置である。蒸発源としては、チタンやクロムが広く用いられており、例えば、高速度鋼や超硬合金、サーメットなどからなる切削工具の表面に、耐摩耗性向上のためにＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＡｌＮなどの硬質皮膜を形成する技術に利用されている。
【０００３】
この種のアークイオンプレーティング装置では、蒸発源表面の微小領域にアーク電流が集中することにより、その微小領域がアークスポットとなって蒸発源を溶解蒸発させる。このアークスポットが滞留すると、その滞留部の付近の材料が蒸発せずに溶解して飛散するので、蒸発源の背部に磁石を設置して、アークスポットの移動を促進させることが行われる。
その磁界として、特許文献１には、蒸発源の蒸発面における磁界の強さが５ｍＴ（ミリテスラ）以上で、アーク電流値が２００Ａ以上であることが推奨されている。また、蒸発面における法線に対する磁力線の最大角度θが６０°以下であることが推奨されている。
また、特許文献２には、蒸発面の中心から蒸発面の径方向に沿った任意の線分上における磁束密度の最小値が４．５ｍＴ以上、平均値が８ｍＴ以上、標準偏差が３以下である磁界を形成することで、陰極（カソード）の蒸発面に対し、磁力線の向きが垂直で、かつ陰極の蒸発面上における磁束密度を均一化することができ、陰極の利用効率を向上させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０３４５６３号公報
【特許文献２】特開２００９−１４４２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されるように設定された磁界においても、その磁束密度の均一化は十分ではなく、蒸発源の一部が優先的に消耗して偏りが生じることにより、薄膜表面の平滑性が変化するという問題がある。消耗量に偏りが生じた蒸発源は、大部分を残して新しいものに交換しなければならず、利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、蒸発源の消耗に伴って変化する薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、蒸発源の利用効率を向上させることができるアークイオンプレーティング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアークイオンプレーティング装置は、蒸発源が載置される陰極の背面中央に配置された中央磁石と、前記陰極の背面の外周端部に対峙して配置された裏側リング状磁石と、前記蒸発源の半径方向外方に配置された外側リング状磁石とを備え、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きは同一に設定され、前記中央磁石の極性の向きは前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きと逆に設定され、前記蒸発源の直径をＤとした場合に、前記裏側リング状磁石は、そのリング幅の中心位置が、該蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内に配置されており、前記中央磁石、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石により前記蒸発源の表面に生じる磁場の初期設定値は、その蒸発面の端面から内方にＤ／２０の範囲の端部領域を除く内側領域表面の磁束密度が７〜１０ｍＴ、前記端部領域表面において蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域の最端部が１５ｍＴ以上、前記内側領域表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下となるように設定されていることを特徴とする。
【０００８】
蒸発面に生じるアークスポットは電子の放出点であるから、蒸発源の利用効率を高めるには、蒸発面の全域でアークスポットが平均的に動き回れるようにすることが重要である。
蒸発面の磁束密度を７〜１０ｍＴとした内側領域表面においては、アークスポットは高速でランダムに動き回ることができる。また、その内側領域において、局部的な集中をなくすことにより、全体に均一にアークスポットを移動させることができ、均一な膜質に成膜できるとともに、蒸発源を均等に消耗させることができる。
本発明では、裏側リング状磁石を設け、そのリング幅の中心位置を蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内に配置し、蒸発源の端部領域において裏側リング状磁石の磁界の一部を、外側リング状磁石の磁界の一部と打ち消し合うように作用させることにより、中央磁石、裏側リング状磁石および外側リング状磁石による蒸発源の表面の磁束密度を、広範囲で７〜１０ｍＴとなるように設定するとともに、その磁束密度の標準偏差を０．６以下に抑え、蒸発面の磁場の分布が平滑になるようにしている。したがって、アークスポットの移動速度を一定にでき、薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、均一な膜質に成膜できる。また、蒸発源を均等に消耗させることができるので、蒸発源の利用効率を飛躍的に向上させることができる。
なお、放電領域にアークスポットを閉じ込める効果を得るには、磁束密度として７ｍＴ以上必要である。磁束密度が１５ｍＴを超えると、アークスポットの存在自体が著しく制限され、成膜速度が著しく低下してしまう問題がある。また、アーク放電の電圧値が通常時より上昇する問題も発生してしまう。
一方、蒸発源の端部領域においては、内側領域表面よりも磁束密度が大きいので、内側領域表面のアークスポットが端部領域に向かおうとしても、端部領域の強い磁場によって跳ね返されるようにして、内側領域に戻される。したがって、アークスポットを端部領域から表面部以外に入り込む現象を防止して、ほぼ内側領域内に閉じ込めた状態で移動させることができる。
【０００９】
本発明のアークイオンプレーティング装置において、前記蒸発面における磁力線は、前記蒸発面の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°であり、前記端部領域表面では前記内側領域に向けて傾いているとよい。
磁力線が蒸発面の法線に対して上記の角度に設定されていると、蒸発面にアークスポットを閉じ込める効果がある。
また、アークスポットを移動させる力は、磁場における蒸発面に平行な成分と、蒸発面に垂直な成分とのそれぞれの大きさにより決まり、その向きは、蒸発面に平行な成分に直角の方向と、平行な成分に同じ方向との合成方向となる。したがって、磁場における蒸発面に平行な成分を蒸発面の内側領域に向けるようにすれば、端部領域表面にアークスポットが移動しようとしても蒸発面の内側領域に戻す方向に力が働き、端部領域から外に飛び出すことが防止される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアークイオンプレーティング装置によれば、蒸発源表面の磁場の分布を平滑にすることができるので、蒸発源の利用効率を飛躍的に向上させることが可能となる。また、アークスポット発生領域の磁力を一定にすることで、アークスポット速度を一定にでき、均一な膜質に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のアークイオンプレーティング装置の一実施形態を模式的に示した平断面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】各磁石が形成する磁力線の模式図であり、（ａ）が外側リング状磁石、（ｂ）が中央磁石、（ｃ）が裏側リング状磁石の磁力線を示す。
【図４】裏側リング状磁石の配置を説明する図である。
【図５】各磁石が形成する磁界による磁束密度分布図であり、（ａ）が外側リング状磁石、（ｂ）が中央磁石、（ｃ）が裏側リング状磁石の分布図を示す。
【図６】蒸発面上の磁束密度、磁力線の角度の分布を示すグラフである。
【図７】蒸発面上の磁力線のベクトルを示す模式図である。
【図８】蒸発面上の磁力線によるアークスポットの移動原理を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のアークイオンプレーティング装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
この実施形態のアークイオンプレーティング装置１は、図１及び図２に示すように、真空チャンバ２内に、ワーク（被コーティング物）３を保持するテーブル４が設けられるとともに、このテーブル４を介して両側に、カソードとしての蒸発源５がそれぞれ設けられている。テーブル４は、その上面に複数のワーク３を保持する支持棒６が周方向に間隔をおいて複数本立設されるとともに、これら支持棒６を図１の矢印で示すように水平回転する機構を有しており、自身も旋回機構（図示略）により水平に旋回させられるターンテーブルとなっている。そして、支持棒６に保持したワーク３を自転させながら公転させる構成である。
また、真空チャンバ２には、内部に反応ガスを導入するガス導入口７と、内部から反応ガスを排出するガス排出口８とが設けられているとともに、テーブル４の後方に、テーブル４上のワーク３を加熱して被膜の密着力を高めるためにヒータ９が設けられている。
【００１３】
蒸発源５は、図示例のものは、円板状に形成され、その一面をテーブル４上のワーク３に向けて（テーブル４の半径方向と直交させて）配置されており、テーブル４に向けた面が蒸発面１１となる配置とされる。そして、この蒸発源５の表面（蒸発面１１）の適宜箇所を向けてアノード電極１２が配置され、蒸発源５をカソードとし、アノード電極１２と蒸発源５との間に負のバイアス電圧をかけるアーク電源１３が接続されている。
また、テーブル４にも、これに保持されるワーク３に負のバイアス電圧をかけるバイアス電源１４が接続されている。
【００１４】
また、蒸発源５の背面中央部に中央磁石１５が設けられるとともに、蒸発源５の背面の外周端部に裏側リング状磁石１７が設けられ、蒸発源５の半径方向外側位置に蒸発源５の外周面を囲むように外側リング状磁石１６が設けられている。
各磁石１５，１６，１７は永久磁石である。本実施形態においては、例えば、中央磁石１５および外側リング状磁石１６がネオジム磁石、裏側リング状磁石１７がそれら磁石１５，１６よりも磁力の弱いフェライト磁石等により形成されている。
裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６の極性の向きは同一に設定され、中央磁石１５の極性の向きは、裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６の極性の向きと逆に設定され、これら磁石１５，１６，１７によって生じる磁場の一部は、相互に重なり合うように作用している。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、蒸発源５の外側に配置される外側リング状磁石１６は、例えば、蒸発源５の前方側がＳ極、後方側がＮ極とされ、磁界は、外側リング状磁石１６のＮ極からＳ極に向かう磁力線が、蒸発源５の後方から蒸発源５を通過して前方に至るように形成される。一方、蒸発源５の背面中央部の中央磁石１５は、図３（ｂ）に示すように、蒸発源５に向けた側がＮ極で、反対側がＳ極とされ、その磁界は、蒸発源５の裏面側から蒸発源５を通過して蒸発源５の前方に抜けるように形成される。したがって、蒸発源５の中心部分では、両磁石１５，１６の磁界の一部が相互に重なり合うように作用する。
また、裏側リング状磁石１７は、図３（ｃ）及び図４に示すように、蒸発源５に向けた側がＳ極で、反対側がＮ極とされており、蒸発源５の直径をＤとした場合に、裏側リング状磁石１７のリング幅Ｗの中心位置Ｏが、蒸発源５の端面からＤ／２０の範囲内（蒸発源５の端部領域Ｅ）に配置されている。これにより、裏側リング状磁石１７による磁界の一部は、蒸発源５の外周端部においては、外側リング状磁石１６の磁界の一部と打ち消し合うように作用する。
【００１６】
これら磁石１５，１６，１７が蒸発源５の蒸発面１１上に形成する磁界について、図５により具体的に説明する。なお、図５においては、Ｎ極からＳ極に向かう磁束密度を正として表している。
外側リング状磁石１６により生じる磁界は、図５（ａ）に示すように、蒸発面１１の端部領域において高い磁束密度で形成され、中央磁石１５により生じる磁界は、図５（ｂ）に示すように、外側リング状磁石１６と同じ向きに蒸発面の中央部を中心にして形成される。また、裏側リング状磁石１７により生じる磁界は、図５（ｃ）に示すように、蒸発面１１の端部領域に、外側リング状磁石１６及び中央磁石１５の磁界と逆向きに形成される。
そして、これら磁石１５，１６，１７の磁束密度を適宜に設定することにより、蒸発源５の蒸発面１１上に作用する磁場は、図６に示す磁束密度ａのように形成される。なお、磁束密度ｂは、中央磁石１５と外側リング状磁石１６とにより形成される磁場を示しており、この磁束密度ｂに対して、裏側リング状磁石１７を作用させることにより、磁束密度ａに示すように、蒸発面１１の外周端部の磁束密度を中央部の磁束密度に揃えるように全面的にほぼ均等な磁束密度とすることができる。
【００１７】
本実施形態のアークイオンプレーティング装置１においては、上述したように、裏側リング状磁石１７を設け、その磁界の一部を外側リング状磁石１６の磁界の一部と打ち消し合うように作用させることによって、図６に示すように、中央磁石１５、裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６により蒸発源５の表面に生じる磁場の初期設定値（磁束密度ａ）を、蒸発面１１の端面から内方にＤ／２０の範囲のリング状の端部領域Ｅを除く内側領域Ｃの磁束密度が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面の磁束密度が蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域Ｅ表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域Ｅ表面最端部が１５ｍＴ以上、内側領域Ｃ表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下となるように設定している。
【００１８】
また、蒸発源５を通過する磁力線は、その蒸発面１１の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°とされ、リング状の端部領域Ｅ表面では、その角度が内側領域Ｃに向けて傾斜するように形成される。
図７に蒸発面１１上の磁力線のベクトルを模式的に示したように、内側領域Ｃにおいては、破線で示すように、蒸発面１１の法線に対する角度が０°≦θ＜２０°とされ、端部領域Ｅにおいては、実線で示すように、内側領域Ｃの磁力線よりも大きい磁束密度の磁力線が蒸発面１１の法線に対する角度は０°≦θ＜２０°とされるが、内側領域Ｃに向けて傾いた状態に形成される。
【００１９】
このように構成したアークイオンプレーティング装置１を用いてワーク３に成膜する方法について説明する。
まず、テーブル４の支持棒６にワーク３を保持して、真空チャンバ２内を真空引きした後、Ａｒ等をガス導入口７より導入して、蒸発源５とワーク３上の酸化物等の不純物をスパッタすることにより除去する。そして、再度真空チャンバ２内を真空引きした後、窒素ガス等の反応ガスをガス導入口７から導入し、蒸発源５に向けたアノード電極１２をトリガとしてアーク放電を発生させることにより、蒸発源５を構成する物質をプラズマ化して反応ガスと反応させ、テーブル４上のワーク３表面に窒化膜等を成膜する。
【００２０】
この成膜工程時に蒸発源５の蒸発面１１上には放電電流が微小領域に集中して、高温で極めて活性な数μｍ径のアークスポットが発生し、蒸発面１１上を１０ｍ／ｓ以上の速さでランダムに動き回りながら、蒸発源５を瞬時に溶解蒸発させるとともに、イオンとして放出する。
蒸発源５の蒸発面１１上には、前述した磁石１５，１６，１７によって図６に実線で示す磁束密度ａのように磁界が発生しており、この初期設定値（磁束密度ａ）に設定された磁界の作用によりアークスポットの移動が制御される。
【００２１】
具体的には、蒸発源５の外周の端部領域Ｅを除く内側領域Ｃの表面においては、磁束密度が７〜１０ｍＴとされていることから、その内側領域Ｃの表面で発生したアークスポットは、この内側領域Ｃに閉じ込められる。また、蒸発面１１上の磁力線が前述した磁石１５，１６，１７の相互作用により、蒸発面１１の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°とされているので、アークスポットを蒸発面１１に閉じ込めるように作用する。
また、内側領域Ｃにおいて、磁束密度の標準偏差は０．６以下とされており、局部的な集中がなく、アークスポットの移動速度を一定にすることができる。これにより、蒸発源５を均等に消耗させることができるとともに、薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、均一な膜質に成膜できる。
【００２２】
一方、蒸発源５の端部領域Ｅにおいては、内側領域Ｃ表面よりも磁束密度が大きい１５ｍＴ以上に設定されているので、内側領域Ｃ表面のアークスポットが端部領域Ｅに向かおうとしても、端部領域Ｅの強い磁場によって跳ね返されるようにして、内側領域Ｃに戻される。
【００２３】
また、蒸発面１１の法線に対する磁力線の角度が端部領域Ｅにおいては、内側領域Ｃに向けて傾斜するように形成されているので、アークスポットを内側領域Ｃに向けて戻す効果がある。Ｒｏｂｓｏｎら（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ社、Ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃｓ， ｐ．１４０）によると、蒸発面１１に生じる磁場がアークスポットに作用する力は、図８のＢで示す磁場を例にとると、蒸発面１１に平行な磁場成分ＢＨは、この磁場成分に対して９０°傾いた方向の力ＡＨとなり、蒸発面１１に垂直な磁場成分ＢＶは、平行な磁場成分ＢＨと同じ方向の力ＡＶを作用する。そして、これら磁場から作用する力ＡＨ，ＡＶの合成力によってアークスポットＡが移動する。したがって、蒸発面１１の法線に対する磁力線の角度θを内側領域Ｃに向けることにより、磁場からアークスポットＡに作用する力ＡＶの方向を内側領域Ｃに向けることができる。また、蒸発面１１に垂直な磁場成分ＢＶを大きくすることにより、力ＡＶの大きさを大きくすることができ、アークスポットＡを内側領域Ｃに戻す力を大きくすることができる。
【００２４】
これら端部領域Ｅの磁束密度を大きくしたこと、及びその磁力線を内側領域Ｃに向けて傾斜させたことにより、図７に矢印で示したようにアークスポットＡは端部領域Ｅに移動しようとすると戻されて内側領域Ｃに戻される。
そして、このようにアークスポットＡを内側領域Ｃ内に閉じ込め、端部領域Ｅを超えることが拘束されるので、アークスポットが蒸発源表面部以外に入り込む現象が防止され、安定した放電を維持することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態のアークイオンプレーティング装置１においては、裏側リング状磁石１７を設け、その磁界の一部を蒸発源５の端部領域Ｅにおいては外側リング状磁石１６の磁界の一部と打ち消し合うように作用させることによって、中央磁石１５、裏側リング状磁石１７および外側リング状磁石１６により蒸発源５の表面に生じる磁場の初期設定値を、蒸発面１１の広範囲（内側領域Ｃ）で、磁束密度が７〜１０ｍＴとなるように設定できるとともに、その磁束密度の標準偏差を０．６以下に抑えることができる。したがって、蒸発面１１の内側領域Ｃ表面においては、磁場の分布を平滑にでき、蒸発源を均等に消耗させることができるので、蒸発源の利用効率を飛躍的に向上させることが可能となる。また、アークスポットの移動速度を一定にできるので、薄膜表面の平滑性の変化を低減でき、均一な膜質に成膜できる。
【実施例】
【００２６】
本発明の効果を確認するために行った実施例および比較例について説明する。実施例を表１、比較例を表２に示す。
実施例のアークイオンプレーティング装置においては、中央磁石および外側リング状磁石、裏側リング状磁石を備え、中央磁石および外側リング状磁石には永久磁石のネオジム磁石を用い、裏側リング状磁石には永久磁石のフェライト磁石を用いた。ネオジム磁石は、保磁力が２０００ｋＡ／ｍ、表面磁束密度が１１５０ｍＴの磁石を用い、フェライト磁石は、保磁力が２５０ｋＡ／ｍ、表面磁束密度が３５０ｍＴの磁石を用いた。また、比較例のアークイオンプレーティング装置においては、中央磁石および外側リング状磁石のみを備える構成とし、中央磁石および外側リング状磁石には永久磁石のネオジム磁石を用いた。ネオジム磁石は、保磁力が２０００ｋＡ／ｍ、表面磁束密度が１１５０ｍＴの磁石を用いた。
また、蒸発源として、直径Ｄ＝１００ｍｍ、厚さｔ＝１６ｍｍのＴｉまたはＴｉＡｌ（Ｔｉ：Ａｌ＝５０：５０）を用いた。そして、実施例のアークイオンプレーティング装置においては、裏側リング状磁石を、そのリング幅の中心位置が、蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内（５ｍｍの範囲内）になるように配置した。
【００２７】
次に、実施例および比較例のアークイオンプレーティング装置に蒸発源を配置し、蒸発面の磁場を測定したところ、表１及び表２に示すものとなった。表中の「サンプルＮｏ．」においては、実施例に「実」を付し、比較例に「比」を付した。
なお、磁束密度は、磁束計にて、蒸発源表面において蒸発源表面の中心を通る直線上を測定した。蒸発源の表面では、測定箇所を５ｍｍ間隔と設定し、各測定点で蒸発源表面の垂直方向及び平行方向の磁束密度を測定した。また、これらの測定値から各測定点での磁束密度及び磁力線と蒸発面の法線とのなす角度（傾斜角）を算出した。また、蒸発源表面での磁束密度の標準偏差は、端部領域の磁束密度が大きい部分を除いた磁束密度の数値から算出した。
このようなアークイオンプレーティング装置を用いて、表１及び表２に示す各種の条件で成膜し、膜の表面粗さを測定した。なお、反応ガスとしては窒素ガスを用いた。表面粗さは、レーザー顕微鏡にて１０μｍ角の範囲を１０回測定し、その平均値を測定値とした。
表１及び表２に結果を示す。「蒸発源の利用効率」とは、成膜前の蒸発源の厚さｔに対する蒸発源を使用できる限界の厚さに達するまでの消耗厚さｔ１の比率を表し、ｔ１／ｔ×１００（％）により算出される。なお、消耗厚さｔ１は、蒸発源の面内平均値である。消耗厚さｔ１の算出方法は、例えば実施例と同様の円形の蒸発源である場合、蒸発源表面において中心を通る直線上を５ｍｍ間隔にて消耗深さを測定し、その平均値を消耗厚さｔ１とした。また、表中の「端部領域」とは、蒸発源の端面からＤ／２０の範囲を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
表１及び表２の結果から明らかなように、磁束密度の標準偏差が０．６以下の実施例の装置においては、「蒸発源の利用効率」が７０％以上と大きいことがわかる。また、「最大表面粗さＲａ」の数値に対して、その「表面粗さの標準偏差」の数値が小さく、膜表面での表面粗さのバラツキが小さいことがわかる。
磁束密度の標準偏差が０．６を超える比較例の装置においては、「蒸発源の利用効率」が６０％以下と小さいことがわかる。また、「最大表面粗さＲａ」の数値に対して、その「表面粗さの標準偏差」の数値が大きく、膜表面での表面粗さのバラツキが大きいことがわかる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、蒸発源を円板状に形成したが、柱状、筒状等のものにも適用することができ、その場合も、端面からＤ／２０の範囲内を端部領域として、前述したような磁界を設定すればよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ アークイオンプレーティング装置
２ 真空チャンバ
３ ワーク
４ テーブル
５ 蒸発源
６ 支持棒
７ ガス導入口
８ ガス排出口
９ ヒータ
１１ 蒸発面
１２ アノード電極
１３ アーク電源
１４ バイアス電源
１５ 中央磁石
１６ 外側リング状磁石
１７ 裏側リング状磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発源が載置される陰極の背面中央に配置された中央磁石と、前記陰極の背面の外周端部に対峙して配置された裏側リング状磁石と、前記蒸発源の半径方向外方に配置された外側リング状磁石とを備え、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きは同一に設定され、前記中央磁石の極性の向きは前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きと逆に設定され、前記蒸発源の直径をＤとした場合に、前記裏側リング状磁石は、そのリング幅の中心位置が、該蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内に配置されており、前記中央磁石、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石により前記蒸発源の表面に生じる磁場の初期設定値は、その蒸発面の端面から内方にＤ／２０の範囲の端部領域を除く内側領域表面の磁束密度が７〜１０ｍＴ、前記端部領域表面の磁束密度が蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域の最端部が１５ｍＴ以上、前記内側領域表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下となるように設定されていることを特徴とするアークイオンプレーティング装置。
【請求項２】
前記蒸発面における磁力線は、前記蒸発面の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°であり、前記端部領域表面では前記内側領域に向けて傾いていることを特徴とする請求項１記載のアークイオンプレーティング装置。
【請求項１】
蒸発源が載置される陰極の背面中央に配置された中央磁石と、前記陰極の背面の外周端部に対峙して配置された裏側リング状磁石と、前記蒸発源の半径方向外方に配置された外側リング状磁石とを備え、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きは同一に設定され、前記中央磁石の極性の向きは前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石の極性の向きと逆に設定され、前記蒸発源の直径をＤとした場合に、前記裏側リング状磁石は、そのリング幅の中心位置が、該蒸発源の端面からＤ／２０の範囲内に配置されており、前記中央磁石、前記裏側リング状磁石および前記外側リング状磁石により前記蒸発源の表面に生じる磁場の初期設定値は、その蒸発面の端面から内方にＤ／２０の範囲の端部領域を除く内側領域表面の磁束密度が７〜１０ｍＴ、前記端部領域表面の磁束密度が蒸発源中心部側から蒸発源端部まで連続的に増加し、端部領域表面中心側が７〜１０ｍＴ、端部領域の最端部が１５ｍＴ以上、前記内側領域表面の磁束密度の標準偏差が０．６以下となるように設定されていることを特徴とするアークイオンプレーティング装置。
【請求項２】
前記蒸発面における磁力線は、前記蒸発面の法線に対する角度θが０°≦θ＜２０°であり、前記端部領域表面では前記内側領域に向けて傾いていることを特徴とする請求項１記載のアークイオンプレーティング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２３７４１（Ｐ２０１３−２３７４１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１０１１（Ｐ２０１１−１６１０１１）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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