電弧蒸發(fā)源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電弧離子鍛（arcionplating)裝置中使用的電弧蒸發(fā)源。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了在基材上成膜陶瓷硬質(zhì)膜，W前一般使用電弧離子鍛法，該電弧離子鍛法使 用電弧離子鍛裝置在真空中利用電弧放電使電弧蒸發(fā)源的陰極材料蒸氣化、離子化，而在 基材（工件）的表面上成膜（例如專利文獻(xiàn)1、2)。
[0003] 將此種電弧離子鍛法中使用的電弧蒸發(fā)源的一例表示于圖24。圖24中，加工成圓 盤形狀的陰極1被固定環(huán)2固定，在陰極1的與放電面為相反側(cè)的面上W磁極的朝向?yàn)檠?著陰極1的軸方向的朝向的方式配置著永久磁鐵4,從而構(gòu)成電弧蒸發(fā)源。另外，3表示由 永久磁鐵4發(fā)出的磁力線中的1條。
[0004]利用電弧放電，在該陰極1的放電面依次形成著電弧斑點(diǎn)（arcspot)，而陰極材 料蒸發(fā)，但該電弧斑點(diǎn)具有向與磁場(chǎng)成銳角的方向移動(dòng)的性質(zhì)。
[00化]因此，圖24中，為了控制電弧狀態(tài)，在陰極1的背面配置磁鐵4,并且將陰極1的外 周部附近加工成堤岸形狀。通過使用此種陰極，由磁鐵4發(fā)出的磁力線3W朝向陰極半徑方 向的外側(cè)擴(kuò)展的方式形成，并且防止電弧斑點(diǎn)從陰極放電面向外部散逸。然而，因放電區(qū)主 要集中于堤岸內(nèi)側(cè)的外周部附近，所W隨著成膜批次化atch)數(shù)增加而陰極1的形狀從圖 25中虛線所示的形狀變?yōu)閷?shí)線所示的形狀，從而無法將陰極材料有效利用到放電面的中央 部。
[0006] 而且，如圖26所示，還提出了如下技術(shù)，即，代替將陰極1的外周部附近加工成堤 岸形狀，而是在陰極1的外周部設(shè)置錐形狀的閉合環(huán)5而構(gòu)成電弧蒸發(fā)源，由此防止電弧斑 點(diǎn)的脫離。
[0007] 然而，該情況下，因陰極1的外周部由閉合環(huán)5覆蓋，所W無法充分利用放電面的 外周部，從而妨礙陰極材料的有效利用。
[000引目P，如圖27(a)、化）所示，即便利用W剖面圖觀察為相同面積（圖的陰影部分）的 陰極材料，考慮到=維情況下所利用的陰極材料的體積也能夠表示為
[0009] V2=VlX值2今Dl)
[0010] 且D2 >D1，因而可知通過充分利用外周部，能夠利用更大體積的陰極材料，從而 能夠得到有效利用。
[0011] [現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0012] [專利文獻(xiàn)]
[0013] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利3924833號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2009-543951號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015][發(fā)明所要解決的問題]
[0016] 本發(fā)明的課題在于提供一種通過充分利用外周面的整體或一部分露出的結(jié)構(gòu)的 陰極的外周部，而能夠顯著提高陰極材料的利用效率的電弧蒸發(fā)源。
[0017][解決問題的技術(shù)手段]
[001引技術(shù)方案1記載的發(fā)明為一種電弧蒸發(fā)源，在真空中利用電弧放電使陰極材料烙 解、蒸發(fā)而在基材表面成膜，所述電弧蒸發(fā)源的特征在于：
[0019] 包括形成為大致圓板形狀的陰極、及配置于所述陰極的背面?zhèn)鹊拇艌?chǎng)產(chǎn)生單元，
[0020] 所述磁場(chǎng)產(chǎn)生單元構(gòu)成為如下，即，利用在所述陰極的背面磁極朝向相對(duì)于陰極 的放電面為20°~50°的方向配置的至少一個(gè)永久磁鐵而產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)在所述陰 極的外周面形成相對(duì)于所述基材方向?yàn)殇J角的磁力線、在所述陰極的放電面的最外周部形 成相對(duì)于放電面大致垂直的磁力線、在所述陰極的放電面的靠外周面的部分形成相對(duì)于陰 極的中屯、方向?yàn)殇J角的磁力線。
[0021] 本發(fā)明人關(guān)于所述課題的解決而進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)與研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用磁場(chǎng)沿 銳角的方向移動(dòng)的電弧斑點(diǎn)的性質(zhì)，如圖1中3根箭頭所示，在產(chǎn)生磁場(chǎng)的情況下，電弧斑 點(diǎn)不向外周面移動(dòng)而停留于放電面且沿放電面的內(nèi)側(cè)大范圍地移動(dòng)，因而能夠更有效率地 利用陰極材料，所述磁場(chǎng)在陰極的外周面形成相對(duì)于基材方向?yàn)殇J角的磁力線、在陰極的 放電面的最外周部形成相對(duì)于放電面大致垂直的磁力線、在陰極的放電面的靠外周面的部 分形成相對(duì)于陰極的中屯、方向?yàn)殇J角的磁力線。
[0022] 具體來說，如圖2所示，如果將放電面與磁場(chǎng)（磁場(chǎng)矢量）所成的角設(shè)為0，則形 成如下S個(gè)條件一致的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)分布）：在放電面的最外周部形成0大致為90°磁力 線，在放電面形成0小于90°(銳角）的磁力線，在放電面的外側(cè)形成0超過90°(純 角）的磁力線。另外，在最外周部"0大致為90°"是指可存在±5°左右的偏差。
[0023] 接下來，本發(fā)明人利用磁場(chǎng)模擬對(duì)用W形成所述磁場(chǎng)的具體的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元進(jìn)行 研究。
[0024] 首先，如圖3所示，將環(huán)狀永久磁鐵W磁極的朝向與陰極的軸方向平行的方式設(shè) 置于陰極的背面的外周附近。然而，該情況下，無法"在陰極的放電面的最外周部"產(chǎn)生"相 對(duì)于放電面大致垂直的磁力線"，而且，也無法在"陰極的放電面"的最外周附近產(chǎn)生"相對(duì) 于陰極的中屯、方向?yàn)殇J角的磁力線"。
[00巧]接下來，如圖4所示，將環(huán)狀永久磁鐵W磁極的朝向與陰極放電面平行的方式，磁 化?設(shè)置于陰極的背面。該情況下，通過適當(dāng)進(jìn)行永久磁鐵的配置而能夠產(chǎn)生所述磁場(chǎng)。
[0026] 然而，該情況下，成為陰極背面的空間的大部分為環(huán)狀永久磁鐵占據(jù)的結(jié)構(gòu)，因而 無法進(jìn)行具備后述的"獨(dú)立的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元"等的進(jìn)一步的改良，陰極材料的有效利用存在 極限。或者，也有陰極過分增大的擔(dān)屯、。
[0027] 因此，本發(fā)明人認(rèn)為在WN極、S極為斜向的方式將永久磁鐵配置于陰極外周附近 的情況下，如圖5所示，能夠分別產(chǎn)生=條磁力線，并且能夠很大程度地確保陰極背面的空 間。而且，認(rèn)為通過在該得到確保的空間內(nèi)進(jìn)而配置與所述永久磁鐵不同的另一磁場(chǎng)產(chǎn)生 單元，能夠?qū)崿F(xiàn)陰極材料的更有效的利用。 陽(yáng)02引基于所述考慮，本發(fā)明人如圖6~圖16所示，使磁極的朝向與放電面所成的角度 在0°到90°之間發(fā)生變化，并對(duì)此時(shí)形成的磁場(chǎng)進(jìn)行了研究。結(jié)果可知，W磁極的朝向與 放電面所成的角度為20°~50°的方式配置永久磁鐵即可。
[0029] 旨P，在磁極的朝向與放電面所成的角度小于20°的情況下，如圖6及圖7所示，雖 能夠形成=條磁力線，但因磁鐵的配置位置靠近陰極的中屯、方向而無法充分確保陰極背面 的空間。另一方面，在超過了 50°的情況下，如圖13~圖16所示，因磁鐵的配置位置靠近 陰極的外側(cè)所W雖能夠確保陰極背面的空間，但無法在陰極的放電面的外側(cè)形成相對(duì)于陰 極的中屯、方向?yàn)榧兘堑拇帕€。另外，圖6~圖16中，也可將N極與S極進(jìn)行更換。
[0030] 而且，根據(jù)所述結(jié)果可知更優(yōu)選的角度為40。~45。。
[0031] 目P，技術(shù)方案2記載的發(fā)明為技術(shù)方案1記載的電弧蒸發(fā)源，其特征在于：
[0032] 所述永久磁鐵的磁極朝向相對(duì)于所述陰極的放電面為40°~45°的方向而配 置。
[0033] 接下來，技術(shù)方案3記載的發(fā)明為技術(shù)方案1或技術(shù)方案2記載的電弧蒸發(fā)源，其 特征在于：
[0034] 在陰極的背面設(shè)置至少一個(gè)獨(dú)立的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，所述獨(dú)立的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元W與 陰極的放電面大致平行的面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0035] 本發(fā)明人基于所述發(fā)現(xiàn)，接下來對(duì)在陰極的背面得到大幅確保的空間內(nèi)配置的優(yōu) 選的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元進(jìn)行研究。
[0036] 結(jié)果可知，如果在該空間內(nèi)設(shè)置W與陰極的放電面大致平行的面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng) 產(chǎn)生單元，則利用旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)的作用，如圖18所示，電弧斑點(diǎn)一邊旋轉(zhuǎn)一邊沿陰極的放電 面移動(dòng)而放電區(qū)擴(kuò)大，因而能夠更大面積地利用陰極材料，從而陰極材料的利用效率進(jìn)一 步提高。作為此種磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，例如可列舉如圖17所示的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，該磁場(chǎng)產(chǎn)生單 元是將環(huán)狀永久磁鐵W錯(cuò)開旋轉(zhuǎn)臺(tái)的中屯、軸與環(huán)狀永久磁鐵的中屯、軸的方式載置于旋轉(zhuǎn) 臺(tái)上而構(gòu)成。
[0037] 另外，優(yōu)選不中斷電弧放電的過程（process)地進(jìn)行所述磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的旋轉(zhuǎn)。
[0038] 而且，技術(shù)方案4記載的發(fā)明為技術(shù)方案1或技術(shù)方案2記載的電弧蒸發(fā)源，其特 征在于：
[0039] 在陰極的背面設(shè)置著至少一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生單元設(shè)置著能夠使與 陰極的距離發(fā)生變化的移動(dòng)單元。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明人的研究可知，即便在該空間配置設(shè)置有能夠使與陰極的距離發(fā)生變 化的移動(dòng)單元的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，例如，配置著如圖19所示的在半徑方向的內(nèi)外為相反極性 的環(huán)狀永久磁鐵上設(shè)置著移動(dòng)單元而成的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，陰極材料的利用效率也進(jìn)一步提 局。
[0041] 目P，通過使永久磁鐵與陰極的距離發(fā)生變化，如圖20所示，也能夠使在陰極的放 電面中電弧斑點(diǎn)移動(dòng)的放電區(qū)的直徑發(fā)生變化，因而能夠更大面積地利用陰極材料，從而 陰極材料的利用效率進(jìn)一步提高。另外，在配置多個(gè)此種磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的情況下，陰極材料 的利用效率進(jìn)一步提高。
[0042] 另外，優(yōu)選與所述磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的旋轉(zhuǎn)同樣地，不中斷電弧放電的過程地進(jìn)行所 述磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的移動(dòng)。 陽(yáng)0創(chuàng)[發(fā)明的效果]
[0044] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種電弧蒸發(fā)源，其通過充分利用外周面的整體或一部分 露出的結(jié)構(gòu)的陰極的外周部，而能夠顯著提高陰極材料的利用效率。
【附圖說明】
[0045] 圖1是說明電弧蒸發(fā)源中形成的磁場(chǎng)的圖。
[0046] 圖2是說明電弧蒸發(fā)源中形成的放電面與磁場(chǎng)所成的角的圖。
[0047] 圖3是說明將環(huán)狀永久磁鐵W磁極的朝向與陰極的軸方向平行的方式設(shè)置于陰 極的背面的外周附近時(shí)形成的磁場(chǎng)的圖。
[0048] 圖4是說明將環(huán)狀永久磁鐵W磁極的朝向與陰極放電面平行的方式設(shè)置于陰極 的背面時(shí)形成的磁場(chǎng)的圖。
[0049] 圖5是說明將永久磁鐵在陰極外周附近配置于斜方向上時(shí)形成的磁場(chǎng)的圖。
[0050] 圖6是說明磁極的朝向與放電面所成的角度為0°時(shí)形成的磁場(chǎng)的圖。
[0051] 圖7是說明磁極的朝向與放電面所成的角度為10°時(shí)形成的磁場(chǎng)的圖。
[0052] 圖8是說明磁極的朝向與放電面所成的角度為