JP2002220655A - 蒸着源及び蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同軸型アーク蒸着源のメンテナンスに要するコ
ストを低減する技術を提供する。 【解決手段】本発明の蒸着源５は、蒸着材料１１と絶縁
碍子１４とを有し、蒸着材料１１は、蒸発により主に消
耗する部分である主蒸発部分１１ａと、消耗が少ない従
蒸発部分１１ｂとに分離でき、絶縁碍子１４は、主とし
て消耗するつば状碍子１４ｂと、消耗が少ない内筒碍子
１４ａ等とに分離できるように構成されている。このた
め、蒸着材料１１や絶縁碍子１４が消耗して交換が必要
になった場合でも、主として消耗する主蒸発部分１１ａ
やつば状碍子１４ｂのみを交換すればよいので、交換の
たびごとに、消耗が少ない部分を含めて蒸着材料や絶縁
碍子の全体を交換していた従来に比して、コストを低減
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸着源及び蒸着装置
に係り、特に、いわゆる同軸型真空アーク蒸着源と、そ
の蒸着源を用いた蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜は、従来より、半導体装置や液晶表
示装置等の種々の分野に用いられており、スパッタリン
グ装置や蒸着装置等の薄膜形成装置によって、金属薄膜
や磁性薄膜等の多種の薄膜が形成されている。それらの
うち、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置は、高
真空雰囲気で薄膜を形成できることから、近年注目され
ている技術である。

【０００３】従来の蒸着装置の一例を図４の符号１０１
に示す。この蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、真空
槽１０２の内部天井側に配置された基板ホルダ１０３
と、真空槽１０２の内部に、基板ホルダ１０３に対向す
るように配置された蒸着源１０５とを有している。

【０００４】この蒸着源１０５の詳細な構成を図５に示
す。この蒸着源１０５は、ステンレスが筒状に成形され
てなるアノード電極１２３を有している。

【０００５】図４に示すように、真空槽１０２の内部底
面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するよ
うに、取付フランジ１５０が配置されている。取付フラ
ンジ１５０には、鉛直に配置された複数本の支柱１５１
の下端が固定されており、支柱１５１の上端には、蒸着
源１０５のアノード電極１２３が固定されている。

【０００６】この蒸着源１０５は、図５に示すように板
状のベースプレート１１９と、カソード電極１１２と、
蒸着材料１１１と、トリガ電極１１３と絶縁碍子１１４
とを有している。

【０００７】上述したアノード電極１２３の内部側面に
は、円板状のベースプレート１１９の端部が固定されて
おり、カソード電極１１２は、このベースプレート１１
９と絶縁された状態で、ベースプレート１１９の表面側
に配置されている。

【０００８】蒸着材料１１１は、円柱状に形成された蒸
発部分１１１ａと、一端が蒸発部分の底面に垂直に配置
された棒状のねじ部１１１ｂとを有している。ねじ部１
１１ｂの先端には、ねじが切られている。他方、カソー
ド電極１１２の表面には、ねじ孔が設けられており、ね
じ部１１１ｂ先端のねじにより、蒸着材料１１１はカソ
ード電極１１２にねじ止め固定されている。

【０００９】また、カソード電極１１２と蒸着材料１１
１との間には、絶縁碍子１１４及びその周囲に配置され
たリング状のトリガ電極１１３が配置されており、トリ
ガ電極１１３は絶縁碍子１１４により、カソード電極１
１２と蒸着材料１１１との両方と絶縁されている。この
とき蒸着材料１１１、絶縁碍子１１４及びトリガ電極１
１３の側面は、面一になっている。

【００１０】上述したベースプレート１１９には、貫通
孔が設けられており、その貫通孔には、円筒部分１１６
ａと、その上部に配置されたリング状部分１１６ｂとを
備えたスリーブ１１６が挿通されており、円筒部分１１
６ａはベースプレート１１９の裏面側から露出してい
る。露出した円筒部分１１６ａの周囲には、アルミナな
どの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１１７が配
置されている。スリーブ１１６の上には、上述したカソ
ード電極１１２が配置されている。カソード電極１１２
の下端は円筒部分１１６ａを挿通してベースプレート１
１９の裏面側に露出している。カソード電極１１２の下
端にはねじが切られており、そのねじがナット１１８で
ねじ止めされることにより、カソード電極１１２は、ス
リーブ１１６及びスリーブ押え１１７を挟み付けた状態
で、ベースプレート１１９表面に固定されている。この
状態で、カソード電極１１２の下端は、ベースプレート
１１９の裏面側に露出している。

【００１１】トリガ電極１１３には、トリガ配線１２１
の一端が接続されている。トリガ配線１２１は、その周
囲がトリガ配線碍子１２２によって被覆されている。上
述したベースプレート１１９には、その表裏を貫通する
小孔が設けられ、トリガ配線１２１及びトリガ配線碍子
１２２は、この小孔を気密に挿通されてベースプレート
１１９の裏面側に引き出されている。

【００１２】このように、トリガ配線１２１、カソード
電極１１２、アノード電極１２３は、真空槽１０２の内
部に収納され、これらのカソード電極１１２、トリガ配
線１２１及びアノード電極１２３は、取付フランジ１５
０を気密に挿通して配置された電流導入端子１６３₁、
１６３₂、１６３₃の一端にそれぞれ接続されている。各
電流導入端子１６３₁、１６３₂、１６３₃の他端は真空
槽１０２の外部に露出しており、ともに真空槽１０２の
外部に配置された電源装置１０６と接続されている。

【００１３】この電源装置１０６はトリガ電源１３１と
アーク電源１３２とを有している。トリガ電源１３１
は、トリガ電極１１３に、蒸着材料１１１に対して正の
パルス状の電圧を印加することができるように構成され
ている。他方、アーク電源１３２は、アノード電極１２
３に対して、蒸着材料１１１に負の直流電圧を印加する
ことができるように構成されている。

【００１４】上記のような構成の蒸着装置１０１を用い
て、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽
１０２内に基板１０４を搬入して、基板ホルダ１０３に
保持させて蒸着源１０５と対向配置させておき、真空槽
１０２内を高真空雰囲気にしておく。

【００１５】次いで、アーク電源１３２により、アノー
ド電極１２３に対して、蒸着材料１１１に負の直流電圧
を印加しておく。その状態でトリガ電源１３１を起動
し、トリガ電極１１３に正のパルス電圧を印加する。

【００１６】すると、図６にその拡大図を示すように、
蒸着材料１１１の側面１４４とトリガ電極１１３の側面
１４２との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、蒸着材
料の側面１４４から蒸着材料１１１の構成物質が蒸発
し、蒸気や、イオンや電子等が発生する。

【００１７】それらの蒸気、イオン、電子等によってア
ノード電極１２３内の圧力が上昇し、アノード電極１２
３と蒸着材料１１１との間の絶縁耐圧が低下すると、蒸
着材料１１１とアノード電極１２３との間でアーク放電
が発生する。アーク放電により、蒸着材料１１１が蒸発
すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料の側面
１４４からアノード電極１２３に向けて大量に放出され
る。

【００１８】かかるアーク放電によって生じたアーク電
流により、アノード電極１２３内に磁場が形成される。
その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極
１２３の開口部１２５方向に押しやる力を及ぼすので、
アノード電極１２３に向けて放出された荷電微粒子１５
１は、飛行方向が開口部１２５側に曲げられ、真空槽１
０２内に放出され、開口部１２５に対向配置された基板
１０４の表面に到達すると、基板１０４の表面に、薄膜
が成長する。

【００１９】蒸着材料の側面１４４からは、荷電微粒子
１５１の他、電荷を有さない中性粒子１５２や、正電荷
を有していても電荷量に比べて質量が大きい巨大粒子１
５３もアノード電極１２３に向けて放出されるが、それ
らの中性粒子１５２や巨大粒子１５３は、アノード電極
１２３内の磁場による力をほとんど受けないため、その
まま直進し、アノード電極１２３の内周面に衝突し、大
部分はそこに付着する。このため、基板１０４表面に
は、質量が小さい荷電微粒子１５１のみが到達できるの
で、その結果、基板１０４表面に、結晶性の優れた薄膜
を形成できる。

【００２０】上述した蒸着材料１１１は蒸発して消耗す
るため、長期間使用するとトリガ放電が生じなくなり、
使用できなくなる。そのときには、蒸着材料１１１を新
しいものと交換する必要がある。

【００２１】図７(ａ)、(ｂ)に、蒸着材料１１１や、絶
縁碍子１１４の拡大断面図を示す。図７(ａ)は使用前の
新しい状態の蒸着材料等を示しており、同図(ｂ)は、交
換必要な状態の蒸着材料等を示している。

【００２２】上述した絶縁碍子１１４は、トリガ碍子１
１４ｃと、ハット型碍子１１４ａとを有している。トリ
ガ碍子１１４ｃは、リング状に形成され、カソード電極
１１２の表面に配置されている。

【００２３】ハット型碍子１１４ａは、円筒状の内筒部
分１１４ａ₁と、その底面に形成されたフランジ部分１
１４ａ₂とを備えている。内筒部分１１４ａ₁は、フラン
ジ部分１１４ａ₂が上方に位置した状態でトリガ電極１
１３の中空内部に挿通されている。この内筒部分１１４
ａ₁は、外径が円筒状のトリガ電極１１３の内径と等し
く、かつその高さがトリガ電極１１３の高さと等しくな
っており、内筒部分１１４ａ₁はトリガ電極１１３の内
部に納まっている。

【００２４】かかるハット型碍子１１４ａの内部中空及
びトリガ碍子１１４ｃの内部中空とカソード電極１１２
の孔は連通しており、その内部には、蒸着材料１１１の
ねじ部１１１ｂが挿通されている。トリガ碍子１１４
ｃ、フランジ部分１１４ａ₂、トリガ電極１１３及び蒸
発部分１１１ａの外径は互いに等しくなっており、これ
らの側面は面一になっている。

【００２５】上述したように、蒸着材料１１１はその側
面から蒸発するが、トリガ電極１１３近傍の蒸着材料１
１１の側面では、トリガ放電によって生じた荷電微粒子
の空間密度は均一ではなく、トリガ電極近傍の位置にお
ける荷電微粒子の空間密度は、トリガ電極から離れた位
置における荷電微粒子の空間密度に比して大きい。従っ
て、アーク電流は、トリガ電極近傍に位置する蒸着材料
１１１の側面において大きく流れ、その結果、蒸着材料
１１１は、図７(ｂ)に示すように、トリガ電極近傍のご
く一部の側面でその大部分が蒸発して消耗することにな
る。この場合、ねじ部１１１ｂ等はほとんど消耗しない
が、蒸着材料１１１を交換する際には、このようにほと
んど消耗しないねじ部１１１ｂまで含めた蒸着材料１１
１全体を交換しなければならなかった。

【００２６】また、図７(ｂ)に示すように、ハット型碍
子１１４ａも放電により消耗するが、このハット型碍子
１１４ａも、トリガ電極１１３近傍に位置するフランジ
部分１１４ａ₂のみが消耗し、トリガ電極１１３内部に
配置される円筒部１１４ａはほとんど消耗しないにも関
わらず、その円筒部１１４ａを含めたハット型碍子１１
４ａ全体を交換しなければならない。

【００２７】さらに、放電により、蒸着材料の一部は、
トリガ配線碍管１２２の表面に付着する。蒸着装置を長
期間使用すると、付着した蒸着材料の付着量が増え、蒸
着材料がベースプレートとトリガ配線の両方に付着する
と、ベースプレート及びトリガ配線が、その蒸着材料を
介して電気的に接続されてしまうことがある。ベースプ
レート１１９はアノード電極１２３に直接接触し、互い
に電気的に接続されているので、絶縁されるべきトリガ
電極１１３とアノード電極１２３とが短絡するという不
都合が生じてしまう。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、同軸型真空アーク蒸着源のメンテナンスのコス
トを低減する技術を提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、アノード電極と、カソード
電極と、トリガ電極と、前記カソード電極に接続された
蒸着材料とを有し、前記蒸着材料は、その一面が前記ア
ノード電極と対向し、前記トリガ電極に近接した位置に
配置され、前記カソード電極と前記アノード電極との間
に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加
すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放
電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間に
アーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発
するように構成された蒸着源であって、前記蒸着材料
は、前記アノード電極と対向する一面が前記トリガ電極
に近い位置に位置し、かつ前記構成物質が主として蒸発
する部分である主蒸発部分と、前記アノード電極と対向
する一面が前記主蒸発部分に比して前記トリガ電極と遠
い位置に位置し、前記主蒸発部分に比して前記構成物質
の蒸発量が少ない部分である従蒸発部分とを有し、前記
主蒸発部分は、前記従蒸発部分に対して交換可能に構成
されている。請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸
着源であって、前記従蒸発部分は、前記カソード電極に
着脱可能に取り付けられるように構成されている。請求
項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１
項記載の蒸着源であって、前記主蒸発部分はリング状に
形成され、前記従蒸発部分は、軸部分と、該軸部分の先
端に固定されたフランジ部とを有し、前記軸部分が、前
記主蒸発部分を挿通して配置されている。請求項４記載
の発明は、請求項２又は請求項３のいずれか１項記載の
蒸着源であって、前記軸部分の先端には、ねじが設けら
れ、前記従蒸発部分は、前記カソード電極にねじ止め固
定できるように構成されている。請求項５記載の発明
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の蒸着源
であって、前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に配置
された絶縁部材を有し、前記絶縁部材は、主として前記
アーク放電又はトリガ放電により消耗する部分である主
消耗部分と、前記主消耗部分に比して前記アーク放電又
はトリガ放電により消耗する量が少ない部分である従消
耗部分とを備え、前記主消耗部分は、前記蒸着材料の前
記従蒸発部分を前記カソード電極から取り外した状態で
交換可能に構成されている。請求項６記載の発明は、請
求項５記載の蒸着源であって、前記従消耗部分は、円筒
状に形成され、前記主消耗部分は、リング状に形成さ
れ、前記従消耗部分の底面に配置されている。請求項７
記載の発明は、筒状のアノード電極と、端部が前記アノ
ード電極の内部壁面に固定された状態で、前記アノード
電極内に配置された板状のベースプレートと、カソード
電極と、前記カソード電極に接続された状態で前記アノ
ード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料近傍
に配置されたトリガ電極と、前記トリガ電極に接続され
たトリガ配線とを有し、前記カソード電極と前記アノー
ド電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極
に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との
間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着
材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構
成物質が蒸発して、前記アノード電極の開口から放出さ
れるように構成された蒸着源であって、前記ベースプレ
ートの端部の一部は、前記アノード電極の内部壁面と非
接触であって、前記ベースプレートの端部の一部と前記
アノード電極の内部側面との間に空隙が形成され、前記
トリガ配線は、前記空隙を挿通するように配置されてい
る。請求項８記載の発明は、蒸着装置であって、真空槽
と、前記真空槽の内部天井側に配置された基板ホルダ
と、前記基板ホルダと対向して前記真空槽の内部底面側
に配置された請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載
の蒸着源とを有する。

【００３０】本発明の蒸着源によれば、蒸着材料は、構
成物質が主に蒸発する部分である主蒸発部分と、主蒸発
部分に比して構成物質の蒸発量が少ない部分である従蒸
発部分とを有し、主蒸発部分は、従蒸発部分に対して交
換可能に構成されている。

【００３１】このため、主蒸発部分のみが蒸発して消耗
しても、蒸着材料全体を交換しなければならなかった従
来と異なり、従蒸発部分は交換せずに、主蒸発部分のみ
を交換することにより、蒸着材料の交換に要するコスト
を低減できる。

【００３２】なお、本発明の蒸着源において、蒸着材料
とトリガ電極との間に配置された絶縁部材を有し、この
絶縁部材は放電により主として消耗する部分である主消
耗部分と、主消耗部分に比して消耗する量が少ない部分
である従消耗部分とを備え、主消耗部分は、蒸着材料の
従蒸発部分を前記電極から取り外した状態で交換可能に
構成してもよい。

【００３３】このように構成することにより、主消耗部
分のみが蒸発して消耗しても、絶縁部材全体を交換しな
ければならなかった従来と異なり、従消耗部分は交換せ
ずに、主消耗部分のみを交換することにより、交換に要
するコストを低減できる。

【００３４】また、本発明の蒸着源において、筒状のア
ノード電極と、ベースプレートと、トリガ配線とを有
し、ベースプレートの端部の一部は、アノード電極の内
部壁面と非接触であり、トリガ配線は、ベースプレート
の端部の一部とアノード電極の内部壁面との間の空隙を
通ってベースプレートの表面側から裏面側に位置するよ
うに構成してもよい。

【００３５】このように構成することにより、トリガ配
線とベースプレートとの間の距離を大きくとることがで
きるので、蒸着源を長期間使用し、カソードターゲット
の構成物質がトリガ配線に付着し、その付着量が多くな
っても、ベースプレートにはほとんど接触しないように
なるので、トリガ配線とベースプレートとが構成物質を
介して短絡しにくくなる。また、トリガ配線の周囲を絶
縁碍管で被覆した場合には、トリガ配線とベースプレー
トとの間の距離が大きくなることにより、従来に比して
その絶縁碍管の交換を容易にすることができる。また、
本発明の蒸着装置によれば、本発明の蒸着源を備えてい
るので、蒸着源のメンテナンスに要するコストや手間を
軽減することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１(ａ)の符号１は本発明の蒸着
装置であり、真空槽２を有している。真空槽２内部に
は、基板ホルダ３と、同軸型真空アーク方式の蒸着源５
とが配置されている。

【００３７】本発明の一実施形態の蒸着装置を図１の符
号１に示す。この蒸着装置１は、真空槽２と、真空槽２
の内部天井側に配置された基板ホルダ３と、真空槽２の
内部底面に、基板ホルダ３に対向するように配置された
蒸着源５とを有している。

【００３８】この蒸着源５の詳細な構成を図２に示す。
この蒸着源５は、ステンレスが円筒状に成形されてなる
アノード電極２３を有している。真空槽２の内部底面に
は貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するよう
に、取付フランジ５０が配置されている。取付フランジ
５０には、鉛直に配置された支柱５１の下端が固定され
ており、その上端には、蒸着源５のアノード電極２３が
固定されている。

【００３９】この蒸着源５は、板状のベースプレート１
９と、カソード電極１２と、蒸着材料１１と、トリガ電
極１３と絶縁碍子１４とを有している。上述したアノー
ド電極２３の内部には、その外径がアノード電極２３の
内径に等しく、円板状に形成された金属製のベースプレ
ート１９が取り付けられており、カソード電極１２は、
このベースプレート１９と絶縁された状態で、ベースプ
レート１９の表面側に配置されている。

【００４０】蒸着材料１１は、リング状の主蒸発部分１
１ａと、従蒸発部分１１ｂとを有している。この従蒸発
部分１１ｂは、軸部１１ｂ₁と、その一端に固定された
フランジ部１１ｂ₂を備え、軸部１１ｂ₁は主蒸発部分１
１ａを挿通して配置されている。この軸部１１ｂ₁の他
端にはねじが切られている。他方、カソード電極１２の
表面にはねじ孔が設けられ、軸部１１ｂ₁先端がこのね
じ孔に締め付けられることで、蒸着材料１１はカソード
電極１２にねじ止め固定されている。

【００４１】カソード電極１２と蒸着材料１１との間に
は、本発明の絶縁部材の一例である絶縁碍子１４と、そ
の周囲に配置されたリング状のトリガ電極１３とが配置
されており、トリガ電極１３、絶縁碍子１４及び蒸着材
料１１の側面は面一になっている。この状態で、トリガ
電極１３は絶縁碍子１４により、カソード電極１２と蒸
着材料１１との両方と電気的に絶縁されている。

【００４２】上述したベースプレート１９には、貫通孔
が設けられており、その貫通孔には、円筒部分１６ａ
と、その上部に配置されたリング状部分１６ｂとを備え
たスリーブ１６が挿通され、この円筒部分１６ａはベー
スプレート１９の裏面側から露出している。露出した円
筒部分１６ａの周囲には、アルミナなどの絶縁材からな
るリング状のスリーブ押え１７が配置されている。スリ
ーブ１６の上には、上述したカソード電極１２が配置さ
れている。カソード電極１２の下端は円筒部分１６ａを
挿通してベースプレート１９の裏面側に突出している。
カソード電極１２の下端にはねじが切られており、その
ねじがナット１８でねじ止めされることにより、カソー
ド電極１２は、スリーブ１６及びスリーブ押え１７を挟
み付けた状態で、ベースプレート１９表面に固定されて
いる。この状態でカソード電極１２は、スリーブ１６及
びスリーブ押え１７でベースプレート１９とは絶縁され
ており、カソード電極１２の下端は、ベースプレート１
９の裏面側に突出している。

【００４３】ベースプレート１９の端部の一部は切削さ
れており、アノード電極２３がベースプレート１９の側
面に固定された状態では、その端部の一部とアノード電
極２３の内部側面との間に空隙が形成されている。その
空隙を図２の符号１９ａに示す。

【００４４】また、トリガ電極１３には、トリガ配線２
１の一端が接続されている。トリガ配線２１は、その周
囲がトリガ配線碍管２２によって被覆されている。これ
らのトリガ配線２１及びトリガ配線碍管２２は、ベース
プレート１９の端部と所定距離離間した状態で空隙１９
ａを挿通し、ベースプレート１９の裏面側に引き出され
ている。ここではトリガ配線碍管２２と、ベースプレー
ト１９端部との距離は約２mmになっている。

【００４５】上述したように、カソード電極１２及びト
リガ配線２１は、それぞれがベースプレート１９の裏面
側に突出している。取付フランジ５０には、それを気密
に挿通する３本の電流入力端子６３₁、６３₂、６３₃が
垂直に配置されており、カソード電極１２及びトリガ配
線２１は、ベースプレート１９の裏面側に配置されたコ
ネクタ６２₁、６２₂を介して、二本の電流入力端子６３
₁、６３₂の一端にそれぞれ接続されている。また、アノ
ード電極２３はベースプレート１９と電気的に接続され
ているが、ベースプレート１９には残り一本の電流入力
端子６３₃が接続されており、カソード電極１２、トリ
ガ配線２１及びアノード電極２３はそれぞれ電流入力端
子６３₁、６３₂、６３₃と電気的に接続されている。

【００４６】各電流入力端子６３₁、６３₂、６３₃の下
端は、取付フランジ５０の下方から真空槽２の外部に露
出しており、これらの電流入力端子６３₁、６３₂、６３
₃は、ともに真空槽２の外部に配置された電源装置６と
接続されている。

【００４７】この電源装置６はトリガ電源３１とアーク
電源３２とを有している。トリガ電源３１は、その出力
端子がそれぞれ電流入力端子６３₁、６３₂及びコネクタ
６２₁、６２₂を介して、トリガ配線２１とカソード電極
１２に接続されている。トリガ配線２１はトリガ電極１
３と電気的に接続され、カソード電極１２は蒸着材料１
１と電気的に接続されており、トリガ電源３１を起動す
ると、トリガ電極１３に、蒸着材料１１に対して正のパ
ルス状電圧が印加される。ここでは、トリガ電極１３
に、蒸着材料１１に対して＋３．４ｋＶのパルス状の電
圧が印加される。

【００４８】他方、アーク電源３２は、その出力端子が
電流入力端子６３₁、６３₃を介してアノード電極２３と
カソード電極１２に接続されており、その出力端子間に
電圧を生じさせ、その電圧をアノード電極２３と蒸着材
料１１との間に印加することができるように構成されて
いる。かかるアーク電源３２は、アノード電極２３に対
して、蒸着材料１１に負の直流電圧を印加できるように
なっており、ここでは−９０Ｖの直流電圧を印加してい
る。

【００４９】上記のような構成の蒸着装置１を用いて、
基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、予め真空槽
２内に基板４を搬入し、基板４の表面が蒸着源５と対向
するように基板ホルダ３に保持させ、真空槽２内を高真
空雰囲気にしておく。

【００５０】次いで、アーク電源３２により、アノード
電極２３に対して、蒸着材料１１に負の直流電圧を印加
した状態で、トリガ電源３１を起動し、トリガ電極１３
に正のパルス電圧を印加する。

【００５１】すると、蒸着材料１１の側面とトリガ電極
１３の側面との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、蒸
着材料１１の側面から、その構成物質が蒸発し、蒸気が
発生する。

【００５２】その蒸気によってアノード電極２３内部の
圧力が上昇し、アノード電極２３と蒸着材料１１との間
の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料１１とアノード電極
２３との間でアーク放電が発生する。

【００５３】アーク放電により、蒸着材料１１が蒸発す
ると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１の側
面からアノード電極２３に向けて大量に放出される。か
かるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノ
ード電極２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電
荷を有する粒子に対し、アノード電極２３の開口部２５
方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極２３に向
けて放出された荷電微粒子は、飛行方向が開口部２５側
に曲げられ、真空槽２内に放出され、開口部２５に対向
配置された基板４の表面に到達すると、基板４の表面に
薄膜が成長する。

【００５４】蒸着材料１１の側面からは、中性粒子や、
質量が大きい巨大粒子もアノード電極２３に向けて放出
されるが、それらの中性粒子や巨大粒子は、アノード電
極２３内の磁場による力をほとんど受けないため、その
まま直進し、アノード電極２３の内周面に衝突し、大部
分はそこに付着する。

【００５５】従って、基板４表面には、巨大粒子は到達
しにくくなり、質量が小さい荷電微粒子が到達できるの
で、その結果、基板４表面に、結晶性の優れた薄膜を形
成できる。

【００５６】以上のように、本実施形態の蒸着装置１で
は基板４の表面に結晶性の良い薄膜を形成することがで
きるが、かかる蒸着装置１を長期間使用すると、蒸着材
料１１が蒸発により消耗し、トリガ放電が生じなくなっ
てしまう。また、上述したトリガ放電又はアーク放電に
より、トリガ電極１３近傍の絶縁碍子１４も消耗して、
トリガ電極１３と蒸着材料１１との間の絶縁性が確保で
きなくなる。従って、これらの蒸着材料１１や、絶縁碍
子１４は、一定の期間ごとに交換する必要がある。

【００５７】上述した絶縁碍子１４の詳細な構成を以下
で説明する。この絶縁碍子１４は図２に示すように、内
筒碍子１４ａと、つば状碍子１４ｂと、トリガ碍子１４
ｃとからなる。このうち、内筒碍子１４ａは本発明の主
消耗部分の一例を構成し、つば状碍子１４ｂとトリガ碍
子１４ｃは本発明の従消耗部分の一例を構成している。

【００５８】内筒碍子１４ａは、絶縁材が円筒上に形成
されてなる。内筒碍子１４ａは、その外径は円筒状のト
リガ電極１３の内径と等しく、かつ、その高さがトリガ
電極１３の高さと等しくなっており、内筒碍子１４ａは
トリガ電極１３の中空内部にちょうど納まった状態で配
置されている。

【００５９】かかる内筒碍子１４ａの内部中空と、つば
状碍子１４ｂ及びトリガ碍子１４ｃの内部中空とは連通
しており、その内部には、蒸着材料１１の軸部１１ｂ₁
が挿通されている。

【００６０】つば状碍子１４ｂ及びトリガ碍子１４ｃ
は、いずれもリング状に形成され、それぞれが内筒碍子
１４ａの上下に配置されている。つば状碍子１４ｂ、ト
リガ碍子１４ｃ、トリガ電極１３の外径は、蒸着材料の
主蒸発部分１１ａの外径と等しくなっており、主蒸発部
分１１ａ、つば状碍子１４ｂ、トリガ電極１３及びトリ
ガ碍子１４ｃの側面は面一になっている。

【００６１】以下で、蒸着材料１１及び絶縁碍子１４の
交換工程について図３(ａ)〜(ｄ)を参照しながら説明す
る。図３(ａ)は、蒸着材料１１及び絶縁碍子１４が消耗
して、交換が必要になった状態を示している。

【００６２】図３(ａ)に示すように、蒸着材料１１のう
ち、主として消耗しているのは、トリガ電極１３の側面
近傍に配置された主蒸発部分１１ａのみであり、従蒸発
部分１１ｂはほとんど消耗していない。

【００６３】同様に、絶縁碍子１４のうち、主として消
耗しているのは、その側面がトリガ電極１３の側面近傍
に配置されたつば状碍子１４ｂであり、内筒碍子１４ａ
や、トリガ碍子１４ｃはほとんど消耗していない。

【００６４】図３(ａ)の状態から、まず、蒸着材料１１
の従蒸発部分１１ｂを回し、軸部１１ｂ₁先端のねじを
緩め、カソード電極１２から従蒸発部分１１ｂを取り外
した後、従蒸発部分１１ｂを主蒸発部分１１ａ、つば状
碍子１４ｂ、内筒碍子１４ａ及びトリガ碍子１４ｃから
引き抜く。その状態を図３(ｂ)に示す。

【００６５】上述したように、主として消耗しているの
は主蒸発部分１１ａとつば状碍子１４ｂのみであるの
で、図３(ｂ)に示す状態から、消耗したつば状碍子１４
ｂと、主蒸発部分１１ａのみを取り外す。

【００６６】次いで、トリガ電極１３及び内筒碍子１４
ａの上に、新しいつば状碍子１４ｂ′と新しい主蒸発部
分１１ａ′とを順次乗せ、新しいつば状碍子１４ｂ′の
中空の開口及び新しい主蒸発部分１１ａ′の中空の開口
とが内筒碍子１４ａの中空と連通するように位置合わせ
する。その後、主蒸発部分１１ａの上方に、軸部１１ｂ
₁の先端が下方に位置するように、従蒸発部分１１ｂを
配置する(図３(ｃ))。

【００６７】その状態で、従蒸発部分１１ｂを下降さ
せ、従蒸発部分１１ｂの軸部１１ｂ₁を、新しい主蒸発
部分１１ａ′、新しいつば状碍子１４ｂ′、内筒碍子１
４ａ及びトリガ碍子１４ｃの中空に挿通させ、従蒸発部
分１１ｂの先端を、トリガ碍子１４ｃ下方のカソード電
極１２の表面に形成された孔まで到達させる。軸部１１
ｂ₁の先端にはねじが切られており、このねじをカソー
ド電極１２にねじ止めすると、新しい主蒸発部分１１
ａ′、新しいつば状碍子１４ｂ′、内筒碍子１４ａ、ト
リガ電極１３及びトリガ碍子１４ｃは、従蒸発部分１１
ｂとカソード電極１２との間に挟み付けられた状態で、
密着して固定される。その状態を図３(ｄ)に示す。以上
の工程を経て交換は終了する。

【００６８】以上説明したように、本実施形態の蒸着材
料１１は、主として蒸発する主蒸発部分１１ａと、これ
に比して蒸発が少ない従蒸発部分１１ｂとに分離可能で
あり、また、絶縁碍子１４は、主として消耗するつば状
碍子１４ｂと、消耗が少ない内筒碍子１４ａとに分離可
能であるので、蒸着材料１１やハット型碍子１４の交換
の際には、消耗した部分である主蒸発部分１１ａや、つ
ば状碍子１４ｂのみを交換することができる。

【００６９】交換した後に、蒸着源５を使用し、主蒸発
部分１１ａや、つば状碍子１４ｂが交換必要な状態にな
っても、従蒸発部分１１ｂや内筒碍子１４ａはほとんど
消耗しないため、主蒸発部分１１ａや、つば状碍子１４
ｂを複数回交換した場合においても、従蒸発部分１１ｂ
や内筒碍子１４ａ等の交換回数は、主蒸発部分１１ａ
や、つば状碍子１４ｂの交換回数に比してごく少なくて
済む。

【００７０】その結果、従蒸発部分１１ｂや内筒碍子１
４ａは、かなりの長期にわたって交換しなくともよいの
で、交換のたびごとに、消耗しない部分を含めた蒸着材
料全体やハット型碍子全体を交換していた従来に比し
て、新品の部品に要するコストを削減することができ、
交換の際に要するコストを従来に比して低減することが
できる。

【００７１】さらに、本発明では、上述したように、ア
ノード電極２３がベースプレート１９の側面に固定され
た状態で、ベースプレート１９の端部の一部とアノード
電極２３の内部側面との間には空隙１９ａが形成されて
おり、この空隙１９ａを通ってトリガ配線２１及びトリ
ガ配線碍管２２は、ベースプレート１９の裏面側に引き
出されている。

【００７２】このとき、ベースプレート１９とトリガ配
線碍管２２の表面との間の距離は、従来に比して約２倍
に大きくなっているので、蒸着装置１を長期間使用し、
トリガ配線碍管２２の表面に蒸着材料が付着し、その付
着量が増えても、付着した蒸着材料がベースプレート１
９とトリガ配線２１の両方に付着し、ベースプレート１
９及びトリガ配線２１が、その蒸着材料を介して短絡す
るという不都合はほとんど生じない。また、ベースプレ
ート１９とトリガ配線碍管２２の表面との間の距離が３
〜４mmと大きいことにより、トリガ配線碍管表面がベー
スプレートと密着していた従来よりも、トリガ配線碍管
２２の交換が容易になる。

【００７３】なお、本実施形態では、蒸着材料１１がリ
ング状の主蒸発部分１１ａと、フランジ部１１ｂ₂及び
軸部１１ｂ₁を備えた従蒸発部分１１ｂとを備えたもの
としたが、本発明の従蒸発部分はカソード電極１２に着
脱可能に取り付けられるように構成されていればいかな
る形状でもよく、また、主蒸発部分は、従蒸発部分をカ
ソード電極１２から取り外した状態で、交換できるよう
に構成されていれば、いかなる形状でもよい。

【００７４】これと同様に、本発明の主消耗部分の一例
であるつば状碍子１４ａ₂は、リング状に形成されてい
るが、本発明の主消耗部分はこれに限られるものではな
く、従蒸発部分１１ｂを取り外した状態で交換できるよ
うな形状に構成されていれば、いかなる形状でもよい。

【００７５】また、本発明において、ベースプレート１
９端部とトリガ配線碍管２２との間の距離を２mmとして
いるが、この間の距離はこれに限られるものではなく、
この距離が２mm以上、例えば３mmになるように構成して
もよい。この距離を大きくとることにより、トリガ配線
２１とベースプレート１９との間の絶縁性を十分に確保
することができる。

【００７６】さらに、トリガ配線２１表面とベースプレ
ート１９端部との間の距離を３mm以上とることができる
場合には、トリガ配線２１とベースプレート１９端部と
の間の絶縁性を十分に確保することができるので、トリ
ガ配線碍管２２を設ける必要もなくなる。この場合に
は、メンテナンスの際にトリガ配線碍管２２を交換しな
くて済むので、メンテナンス作業を更に軽減することが
できる。

【００７７】

【発明の効果】同軸型アーク蒸着源のターゲット交換等
のメンテナンスに要するコストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の蒸着装置を説明する断面
図

【図２】本発明の一実施形態の蒸着源を説明する断面図

【図３】(ａ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際
の手順を説明する第１の図 (ｂ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を
説明する第２の図 (ｃ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を
説明する第３の図 (ｄ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を
説明する第４の図

【図４】従来の蒸着装置を説明する断面図

【図５】従来の蒸着源を説明する断面図

【図６】蒸着源の蒸発状態を説明する図

【図７】(ａ)：従来の蒸着源の構成を説明する断面図 (ｂ)：従来の蒸着源の動作を説明する断面図

【符号の説明】

１……蒸着装置 ２……真空槽 ５……蒸着源 １１…
…蒸着材料 １１ａ……主蒸発部分 １１ｂ……従蒸発
部分 １２……カソード電極 １３……トリガ電極 １
４……絶縁碍子(絶縁部材) １４ａ……内筒碍子(従消
耗部分) １４ｂ……つば状碍子(主消耗部分) １９…
…ベースプレート １９ａ……空隙 ２１……トリガ配
線 ２３……アノード電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アノード電極と、カソード電極と、トリガ
   電極と、前記カソード電極に接続された蒸着材料とを有
   し、 前記蒸着材料は、その一面が前記アノード電極と対向
   し、前記トリガ電極に近接した位置に配置され、 前記カソード電極と前記アノード電極との間に電圧を印
   加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該
   トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生
   し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放
   電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発するよう
   に構成された蒸着源であって、 前記蒸着材料は、前記アノード電極と対向する一面が前
   記トリガ電極に近い位置に位置し、かつ前記構成物質が
   主として蒸発する部分である主蒸発部分と、 前記アノード電極と対向する一面が前記主蒸発部分に比
   して前記トリガ電極と遠い位置に位置し、前記主蒸発部
   分に比して前記構成物質の蒸発量が少ない部分である従
   蒸発部分とを有し、 前記主蒸発部分は、前記従蒸発部分に対して交換可能に
   構成された蒸着源。
2. 【請求項２】前記従蒸発部分は、前記カソード電極に着
   脱可能に取り付けられるように構成された請求項１記載
   の蒸着源。
3. 【請求項３】前記主蒸発部分はリング状に形成され、 前記従蒸発部分は、軸部分と、該軸部分の先端に固定さ
   れたフランジ部とを有し、前記軸部分が、前記主蒸発部
   分を挿通して配置された請求項１又は請求項２のいずれ
   か１項記載の蒸着源。
4. 【請求項４】前記軸部分の先端には、ねじが設けられ、 前記従蒸発部分は、前記カソード電極にねじ止め固定で
   きるように構成された請求項２又は請求項３のいずれか
   １項記載の蒸着源。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載
   の蒸着源であって、前記蒸着材料と前記トリガ電極との
   間に配置された絶縁部材を有し、 前記絶縁部材は、主として前記アーク放電又はトリガ放
   電により消耗する部分である主消耗部分と、 前記主消耗部分に比して前記アーク放電又はトリガ放電
   により消耗する量が少ない部分である従消耗部分とを備
   え、 前記主消耗部分は、前記蒸着材料の前記従蒸発部分を前
   記カソード電極から取り外した状態で交換可能に構成さ
   れた蒸着源。
6. 【請求項６】前記従消耗部分は、円筒状に形成され、 前記主消耗部分は、リング状に形成され、前記従消耗部
   分の底面に配置された請求項５記載の蒸着源。
7. 【請求項７】筒状のアノード電極と、 端部が前記アノード電極の内部壁面に固定された状態
   で、前記アノード電極内に配置された板状のベースプレ
   ートと、 カソード電極と、 前記カソード電極に接続された状態で前記アノード電極
   内に配置された蒸着材料と、 前記蒸着材料近傍に配置されたトリガ電極と、 前記トリガ電極に接続されたトリガ配線とを有し、 前記カソード電極と前記アノード電極との間に電圧を印
   加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該
   トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生
   し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放
   電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発して、前
   記アノード電極の開口から放出されるように構成された
   蒸着源であって、 前記ベースプレートの端部の一部は、前記アノード電極
   の内部壁面と非接触であって、前記ベースプレートの端
   部の一部と前記アノード電極の内部側面との間に空隙が
   形成され、 前記トリガ配線は、前記空隙を挿通するように配置され
   た蒸着源。
8. 【請求項８】真空槽と、 前記真空槽の内部天井側に配置された基板ホルダと、 前記基板ホルダと対向して前記真空槽の内部底面側に配
   置された請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の蒸
   着源とを有する蒸着装置。