JP2004076160A - シールド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　陰極アーク蒸着装置用の改良されたシールド装置を提供する。
【解決手段】　導電性材料で形成され、軸方向に伸びるシャフト２４と陰極１４とを有するコンタクタを２２含む陰極アーク蒸着装置結用のシールド装置は、導電性材料から形成されコンタクタ２２のシャフト２４の一部を取り囲むカップ部材２６、および材料がカップ部材２６に堆積するのを防ぐためのシールド装置を含んでいる。シールド装置は、カップ部材２６に取付けられた取り外し自在のリング状シールド部材と、非導電性材料から形成されると共にカップ部材２６およびシャフト２４の一部を取り囲む円筒状シールド部材５０を含んでいる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は陰極アーク蒸着システムのための改良されたシールド装置に関する。

　基材にコーティングを施すための手段としての蒸着、は公知の技術であり、化学蒸着、物理蒸着、および陰極アーク蒸着などの方法を包含するものである。化学蒸着では、１つまたは２つ以上のコーティングすべき基材を入れた蒸着室中に反応性の気体元素が導入される。物理蒸着では、原料物質とコーティングすべき基材とが真空にされた蒸着室（堆積室）中に配置される。原料物質は、抵抗、誘導あるいは電子線手段などによる加熱の如きエネルギー入力によって、蒸気に変換される。

　陰極アーク蒸着では、原料物質とコーティングされるべき基材とは、真空にされた蒸着室中に配置される。蒸着室には比較的少量の気体のみが入れられている。直流電源からのマイナスのリード線が原料物質（以後“陰極”と呼ぶ）に接続され、プラスのリード線が陽極部材に接続される。多くの場合、プラスのリード線は蒸着室に接続され、これによって蒸着室は陽極となる。陽極と同じ、あるいはこれと近似した電位を有するアーク誘発トリガーが陰極に接触し、次いで陰極から離れる。トリガーがまだ陰極の近傍にあるときに、トリガーと陰極の間の電位差によって電気アークが起こり、両者の間に伸びる。さらにトリガーが遠ざかると、アークは陰極と陽極たる蒸着室との間でジャンプする。アークがまさに陰極表面に接触する点を陰極光点と呼ぶ。ステアリング機構がない場合は、陰極光点は陰極表面上を不規則に動きまわる。

　アークによって陰極光点に与えられるエネルギーは強力で、平方センチ当たりおよそ１０^５から１０^７アンペアであり、持続時間は２、３ないし数マイクロ秒である。エネルギーが強力であるために陰極光点の局部温度が陰極材料の沸点（真空にされた蒸着室の圧力において）にほぼ等しい温度にまで上昇する。結果として陰極光点の陰極材料は蒸発し、原子、分子、イオン、電子および粒子を含むプラスマとなる。陰極から遊離したプラスに荷電したイオンは、プラスに荷電したイオンにたいしてマイナスの電位を有する蒸着室内の全ての物体に向かって引きつけられる。一部の蒸着法では、コーティングされる基材は陽極と同じ電位に保たれる。他の蒸着法では、バイアス電源を用いてコーティングされる基材の電位を低め、これによってプラスに荷電されたイオンが相対的に基材の方により強く引きつけられるようにしている。いずれの場合も、基材は陰極から遊離した蒸発物質によってコーティングされる。成膜速度、コーティング密度、およびコーティング厚さは応用事例の要求を満たすように調整可能である。

　現在、製造の際において、蒸着が始まった後、発生したアークが電源に向かって移動してシステムを短絡させてしまう傾向がある。この現象は、蒸気がいろいろな細部に堆積して、アークが追随するような経路を作るために起こる。従って、このような経路をなくす、あるいは除去する方法が求められている。

　従って、本発明の目的は、陰極アーク蒸着装置用の改良されたシールド装置（シールド配置）を提供することである。
　本発明の他の目的は、電気アークをより長時間だけ陰極上に維持する、上記のシールド装置を提供することである。

　上記の各目的は本発明のシールド装置によって達成される。

　本発明によれば、導電性の材料で形成され軸方向に伸びるシャフトを有するコンタクタ（接触器））を含む陰極アーク蒸着装置（陰極アーク堆積装置）に用いられるシールド装置（シールド配置）は、コンタクタの一部を囲む（取り囲む）導電性材料で形成されたカップ部材と、カップ部材に材料が堆積するのを防ぐシールド手段とを有してなる。シールド手段は、第１の態様においては、カップ部材に取り付けられた取り外し自在のリング状シールド部材である。シールド手段は、第２の態様においては、、カップ部材と、コンタクタのシャフトの一部とを囲む、非導電性の材料で形成されたシールド部材である。

　本発明の陰極アーク用の使い捨て式スティングシールド構造の他の詳細、および他の目的並びにこれに伴う特長は、以下の詳細な説明および添付図面に説明されている。添付図面において、類似の参照符号は類似の要素を表す。なお、スティングシールドとは、物理蒸着装置などにおいて基材の移動や回転などを基材運動を制御するスティング機構をシールすること、およびそのためのシールド部材を意味する。

　図面を参照して、図１には本発明のシールド装置を有する陰極アーク蒸着装置（陰極アーク堆積装置）の一部を図示されている。図示したように、陰極アーク蒸着装置１０は、プラッター（円盤状部材）１２と、複数の積層部品１６、１８および２０によってプラッター１２上に支持された陰極１４とを含んでいる。蒸着装置１０はさらに、軸方向に延在ないし伸びるシャフト２４を有するコンタクタ（接触器）２２を含んでいる。コンタクタ２２は、当業分野において公知のいずれかの適切な導電性材料で形成され、またＢｅｅｒｓなどに付与された米国特許第５，９３２，０７８号に示される構造を有してもよい。この特許は参考文献として本明細書に組み入れられてる。

　カップ部材２６はコンタクタ２２の一部を囲んでおり、またフランジ（図示せず）によってコンタクタ２２に接続している。カップ部材２６の下面２８は陰極１４と接触している。カップ部材２６は好ましくは銅合金材料などの導電性材料で形成される。

　図１から図３に示したように、カップ部材２６は上部部分３０と下部部分３２を有している。上部部分３０は第１の直径Ｄ_１を有し、下部部分３２は第１の直径Ｄ_１より小さい第２の直径Ｄ_２を有している。これにより、カップ部材２６にはアンダーカットまたはリップ部３４が生じる。カップ部材２６の下部部分３２は、一体に形成されたピンなどの複数の取付部材３６を有している。取付部材３６の目的は以下の説明で明らかになる。

　従来、カップ部材２６のようなカップ部材は、陰極アーク蒸着法の結果として、特にアンダーカット３４の部分が蒸着した材料でコーティングされるのが常であった。蒸着装置は定期的に停止し、カップ部材を取外した上で蒸着した材料を除去する必要があった。これは時間損失と共に作業員に大きな負担をもたらしていた。

　本発明によれば、この問題を除去するようなシールド装置が提供される。シールド装置は取外し自在なリング状シールド部材（リングシールド）４０を含んでおり、これはカップ部材２６の一部を囲むように、取付部材３６によってカップ部材に取付けられている。リング状シールド部材４０は、好ましくはステンレス鋼材料で形成され、カップ部材２６の特にアンダーカット３４の近傍に材料が堆積するのを防ぐための周辺リップ部４２を有している。周辺リップ部は、リング状シールド部材４０と一体に形成されてもよく、またリング状シールド部材４０を取り囲む別体の環状部品であってもよい。リング状シールド部材４０の取り付けおよび取り外しを容易化するため、リング状シールド部材内には複数のバヨネットスロット（つまり差し込み用の細長溝）４４が離間つまり間隔を置いて形成されている。バヨネットスロット４４を用いることで、リング状シールド部材４０を一方向に廻せばカップ部材２６と係合する位置になり、反対方向に回せば分離つまり係合解除位置になってカップ部材２６から取り外される。

　材料がカップ部材２６に堆積するのを防止する他、リング状シールド部材４０は製造および使用が安価であるという利点を有する。従って、必要に応じて廃棄できる。リング状シールド部材４０を用いることでカップ部材２６を取り外す必要がなくなり、それによる損失時間がなくなるという利益が得られる。

　本発明のシールド装置はまた、セラミック材料などの非導電性材料で形成された円筒状シールド部材５０を含んでいる。図１から分かるように、シールド部材５０はカップ部材２６およびコンタクタシャフト２４の一部を取り囲んでいる。シールド部材５０には複数の開口部５２が加工されている。開口部５２は複数のピン５４を受け入れ、これにより、シールド部材５０を定位置に保持する。ピン５４もまたセラミック材料などの非導電性材料で形成されている。使用状態ではピン５４はカップ部材２６の表面に係止される。

　本発明のシールド装置はさらに、伸縮式のスティングシールド部材６０を含んでおり、これは円筒状シールド部材５０の一端部に接触し、かつそれとオーバーラップつまり重なり合う。図１から分かるように、シールド部材６０はスカート部６２を有し、これはシールド部材５０の一部と重なり合う。

　シールド部材５０があることで、カップ部材２６とシャフト２４への材料堆積がさらに防止される。この場合も、材料がシールド部材５０に堆積したときは容易にこれを取り外して交換することができる。

　本発明によれば、上述した各目的、手段、および特長を完全に満足する陰極アーク用の使い捨て式スティングシールド構造が提供されることは明らかである。本発明をその特定の実施例に関して説明したが、以上の説明を読むことで当業者にはその他の代替、変更、および変形が明らかとなろう。従って、添付の特許請求の範囲の広い範囲はこれらの代替、変更および変形を包含するように意図されている。

本発明に係わるシールド装置の断面図である。 図１のシールド装置の一部の側面図である。 図２のシールド装置の一部の分解図である。

符号の説明

　１０　　陰極アーク蒸着装置
　１２　　プラッター
　１４　　陰極
　２２　　コンタクタ
　２４　　シャフト
　２６　　カップ部材
　４０　　リング状シールド部材
　５０　　円筒状シールド部材
　５２　　開口部
　５４　　ピン
　６０　　スティングシールド部材

Claims (19)

1. 陰極アーク蒸着装置用のシールド装置であって、前記陰極アーク蒸着装置が導電性の材料から形成されると共に軸方向に伸びるシャフトと陰極とを有するコンタクタを含むものにおいて、前記シールド装置が、
   　前記シャフトの一部を囲む導電性材料で形成されたカップ部材と、
   　前記カップ部材上に材料が堆積することを防ぐためのシールド手段とを有してなる、ことを特徴とするシールド装置。
2. 前記シールド手段が前記カップ部材に取付けられた取外し自在なリング状シールド部材である、ことを特徴とする請求項１記載のシールド装置。
3. 前記リング状シールド部材が複数のバヨネットスロットを有し、また前記カップが前記スロットと係合する複数の取付部材を有し、これにより、前記リング状シールド部材が係合位置と係合解除位置との間で回転できる、ことを特徴とする請求項２記載のシールド装置。
4. 　前記リング状シールド部材がステンレス鋼材料で形成されている、ことを特徴とする請求項２記載のシールド装置。
5. 前記リング状シールド部材が周辺リップ部をさらに有してなる、ことを特徴とする請求項２記載のシールド装置。
6. 　前記シールド手段が、前記カップを囲む非導電性材料で形成されたスリーブ部材である、ことを特徴とする請求項１記載のシールド装置。
7. 　前記非導電性材料がセラミック材料である、ことを特徴とする請求項６記載のシールド装置。
8. 　前記スリーブが前記シャフトの一部を囲む部分を有している、ことを特徴とする請求項６記載のシールド装置。
9. 　前記スリーブが前記上側部分内に複数の開口部を有し、また前記スリーブが前記開口部を貫通する複数のピンによって定位置に装着されている、ことを特徴とする請求項８記載のシールド装置。
10. 　前記ピンがセラミックピンである、ことを特徴とする請求項９記載のシールド装置。
11. 　前記シャフトの周囲に配置されると共に前記スリーブの一端部に接触する伸縮式スティングシールド部材をさらに有してなる、ことを特徴とする請求項６記載のシールド装置。
12. 　前記伸縮式スティングシールド部材が、前記スリーブの一部と重なり合うスカート部を有する、ことを特徴とする請求項１１記載のシールド装置。
13. 陰極アーク蒸着装置において交換可能のリング状シールド部材と共に用いられるカップ部材であって、
    　上部部分と、下部部分と、前記リング状シールド部材を支持するために前記下部部分と一体に形成された複数の取付部材とを有する、ことを特徴とするカップ部材。
14. 前記上部部分が第１の直径を有し、前記下部部分が前記第１の直径より小さい第２の直径を有する、ことを特徴とする請求項１３記載のカップ部材。
15. 　前記カップが銅合金で形成されている、ことを特徴とする請求項１３記載のカップ部材。
16. 　陰極アーク蒸着装置のカップ部材と共に用いられる使い捨て式のリング状シールド部材であって、
    　周辺リップ部を有する環状部材と、
    　前記環状部材を前記カップ部材に取り付けるための手段とを有してなる、ことを特徴とする使い捨て式のリング状シールド部材。
17. 　前記取付手段が、離間して設けられた複数のバヨネットスロットを有してなる、ことを特徴とする請求項１６記載の使い捨て式のリング状シールド部材。
18. 　前記スロットが、前記周辺リップ部の上方に位置する、ことを特徴とする請求項１７記載の使い捨て式のリング状シールド部材。
19. 　前記環状部材と前記リップ部とが、ステンレス鋼材料で形成されている、ことを特徴とする請求項１６記載の使い捨て式のリング状シールド部材。

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