JP2006328438A - アーク蒸発源および真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空アーク放電のカソードから放出された蒸発物質を適正に回収することを可能にしたアーク蒸発源および真空蒸着装置を提供する。
【解決手段】 アーク蒸発源１００は、間隙Ｇを隔てて互いに対向する第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂを備え、前記第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂのうちの少なくとも何れか一方の電極をカソードとして、前記カソードとアノードとの間に発生する真空アーク放電に基づいて、前記第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂのうちの他方の電極が、前記カソードから放出された蒸発物質を回収可能に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アーク蒸発源および真空蒸着装置に係り、更に詳しくは、真空アーク蒸着法における蒸発材料の回収性能を改良したアーク蒸発源および真空蒸着装置に関する。

真空アーク放電では、通常、陰極（カソード；ターゲット）上に高温かつ活性の小さな陰極点が形成され、この陰極点から高エネルギーの電極材料（例えば、陰極材料イオン）が真空中に放出される。こうした電極材料を利用してワーク表面に被膜を形成する手法が、真空アーク蒸着法と称されている。そして、この真空アーク蒸着法は、固体金属から直接高エネルギーの電極材料が得られることによりワークとの密着性に優れる点や、坩堝やボート等の電極材料を溜める容器を無くし得る点等、各種の利点を備えている。

しかしながら、真空アーク蒸着法の最大の欠点は、真空アーク放電のカソードの陰極点からドロップレットと呼ばれる粒子（粒子径：２０μｍ〜１００μｍ）を生じせしめることにあり、こうしたドロップレットのワーク表面への付着によって、ワーク表面の被膜の均一性劣化が懸念されている。

このため、従来からドロップレットの発生自体を抑制する手法（例えば、パルス放電法）およびドロップレットを除去した真空空間を利用する手法（例えば、シールド法）並びに元々ドロップレットの少ない真空空間を利用する手法等、各種のドロップレット対処技術が提案されている。

このようなドロップレット対処技術の一例として、真空雰囲気中に、互いに近接して対向する第１電極と第２電極の間に放電電力を印加する方法がある。これにより、第１および第２電極の表面が相互加熱されると共に、第１および第２の電極からの熱電子放出が活性化されて、これらの電極の表面が更に加熱される。そうすると、カソードとしての第１または第２の電極の陰極点が大きくなって、第１または第２の電極におけるドロップレットの発生を極端に減少させる効果が発揮される（特許文献１参照）。
特開２００２−６９６６４号公報

以上に述べた状況において、本件発明者等は、既存のドロップレット対処技術の枠組みから離れ、真空アーク放電のカソードにおいて発生したドロップレットやワークの表面の蒸着に利用可能なカソードイオン被膜材料等の電極材料（以下、これらを総称して「蒸発物質」という。）を、積極的に回収し再利用する技術の開発に取り組んでいる。

なお、互いに対向する第１および第２電極を備えた、特許文献１に記載のプラズマ加工技術でも一見すると、第１および第２電極から放出されたドロップレットは、両電極間の間隙を移動して互いに付着し合い、あたかもドロップレットを回収できる如くなっている。

しかしながら、この特許文献１に記載のプラズマ加工技術では、ドロップレットの発生自体を抑制することにのみ着眼点が置かれ、その結果として、蒸発物質の回収や再利用という課題認識を欠くものであって、蒸発物質を可能な限り放出し易い条件に調整してこれを回収かつ再利用するという本発明の課題と完全に相反するものである。

また、特許文献１に記載のプラズマ加工技術では、第１および第２電極の一方の電極がカソードになる場合には、その他方の電極は、アノード（陽極）になる。そうなると仮に、アノードがドロップレットを回収できたとしても、カソードから放出されたカソードイオン（プラスイオン）を回収することが困難である。このため、特許文献１に記載の技術は、蒸発物質の回収および再利用という本発明の課題から見て中途半端なものと言える。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、真空アーク放電のカソードから放出された蒸着物質を適正に回収することを可能にしたアーク蒸発源および真空蒸着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るアーク蒸発源は、間隙を隔てて互いに対向する第１および第２の電極を備え、前記第１および第２の電極のうちの少なくとも何れか一方の電極をカソードとして、前記カソードとアノードとの間に発生する真空アーク放電に基づいて、前記第１および第２の電極のうちの他方の電極が、前記カソードから放出された蒸発物質を回収可能に構成されている。

ここで、本発明に係る真空蒸着装置は、請求項１記載のアーク蒸発源を減圧可能な内部に配置した真空槽と、前記カソードと前記アノードとの間に真空アーク放電を生じせしめる電力を、前記カソードおよび前記アノードに供給する電力供給手段と、を備えた装置である。

このようなアーク蒸発源および真空蒸着装置の構成によれば、真空アーク放電の際にカソードから放出された蒸発物質がアノードに付着して回収され好適である。

なお、前記アノードが、前記真空槽であれば、真空アーク放電の回路構成を簡素化可能である。

また、前記蒸発物質は、前記カソードの材料からなるドロップレットおよびイオンである。

また、前記真空槽の内部に配置されたワークを備え、前記第１および第２の電極は棒材であり、前記第１および第２の電極は、これらの端面により前記間隙が挟まれるように前記第１および第２の電極の長手方向を揃えて配置され、前記ワークは前記間隙から臨める位置に配置されても良い。

更に、前記真空槽の内部に配置され、前記蒸発物質を回収する回収部材を備え、前記回収部材の面が、前記ワークと前記間隙との間の領域を除き、前記間隙を囲むように湾曲して構成されても良い。

こうした回収部材の配置構成により、ワークを配置した領域を除いた間隙を臨める各方向について、第１および第２の電極から放出した電極材料が、殆ど回収部材の内面に付着することになる。

ここで、真空蒸着装置は、前記第１の電極が、前記カソードである第１の使用状態と、前記第２の電極が、前記カソードである第２の使用状態と、を有しても良い。そして、前記第１の使用状態と前記第２の使用状態との間の切り替えを実行する切り替え手段を備えても良い。

こうすると、真空蒸着装置における第１の使用状態と第２の使用状態とを、切り替え手段を介して一定期間毎に切り替えて反復させると、第１の使用状態の間において第２の電極に回収された蒸発物質が、次回の第２の使用状態の間には、カソードとして機能する第２の電極の一部として再利用され、第２の使用状態の間において第１の電極に回収された蒸発物質は、次回の第１の使用状態の間には、カソードとして機能する第１の電極の一部として再利用され好適である。

ここで、前記電力供給手段は、直流電力源であり、前記切り替え手段は、前記直流電力源の陰極側の端子との接続を、前記第１の電極と第２の電極との間でスイッチングするスイッチであっても良い。

また、前記電力供給手段は、交流電力源であり、前記切り替え手段は、前記交流電力源の一方の端子と前記第１の電極との間、および前記交流電力源の他方の端子と第２の電極との間において、前記交流電力源から供給される電力を整流する整流素子を有しても良い。

このような交流電力源を使った真空蒸着装置によれば、交流電力源の交流周期を適正に調整することにより、第１の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第２の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

また、前記電力供給手段は、前記第１の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第１の直流電力源と、前記第２の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第２の直流電力源と、を備えても良い。

このような第１および第２の直流電力源を使った真空蒸着装置によれば、第１の直流電力源による第１の電極への真空アーク放電用の電力供給および第２の直流電力源による第２の電極への真空アーク放電用の電力供給が同時期に実行され、これにより、第１の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第２の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

本発明によれば、真空アーク放電のカソードから放出された蒸発物質を適正に回収することを可能にしたアーク蒸発源および真空蒸着装置が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２は、本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置用のアーク蒸発源の構成を示した断面図である。図１は、アーク蒸発ユニット１０Ａ、１０Ｂの第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの中央部分における、フランジ１５と平行な平面に沿った断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った面の断面図である。

アーク蒸発源１００は、図１および図２に示す如く、一対のアーク蒸発ユニット１０Ａ、１０Ｂと、アーク蒸発ユニット１０Ａ、１０Ｂの絶縁部材１７Ａ、１７Ｂを介して、アーク蒸発ユニット１０Ａ、１０Ｂの給電棒部材１６Ａ、１６Ｂを保持する円盤状の金属製フランジ１５と、を有している。

アーク蒸発ユニット１０Ａは、図１に示す如く、貴金属からなる円柱状（棒状）の第１の電極１４Ａと、中央に丸孔を有しこの丸孔に第１の電極１４Ａを挿入せしめてこの第１の電極１４Ａを保持する角板状の金属製電極保持具１３Ａと、第１の電極１４Ａの一端の円形面ＳＡ１を当接させた状態で電極保持具１３Ａを適宜の固定手段（螺子等；不図示）により固定して保持する略矩形状の金属製ブラケット１２Ａと、を備えて構成されている。

また、アーク蒸発ユニット１０Ａは、図２に示す如く、フランジ１５の貫通孔（不図示）を貫通してフランジ１５を跨ぐように延びてブラケット１２Ａの側面（第１の電極１４Ａの当接面に直交する面）に適宜の固定手段（螺子等；不図示）により固定され、ブラケット１２Ａを介して第１の電極１４Ａに対して所定の電力を供給可能に構成された円柱状の金属製給電棒部材１６Ａと、給電棒部材１６Ａとフランジ１５の貫通孔の周面との間に挿入されこの給電棒部材１６Ａとフランジ１５との間の電気的な絶縁を保つことを可能にする円筒状の絶縁部材１７Ａと、第１の電極１４Ａをその他端の円形面ＳＡ２から所定長分貫通させる貫通孔を有して、ブラケット１２Ａ、電極保持具１３Ａ、第１の電極１４Ａ、フランジ１５を境にした給電棒部材１６Ａのうちの第１の電極１４Ａの側の部分およびフランジ１５を境にした絶縁部材のうちの第１の電極１４Ａの側の部分を覆って適宜の固定手段（螺子等；不図示）によりフランジ１５に取り付けられた金属製（ステンレス製）のカバー部材１１Ａと、を備えて構成されている。

なお、アーク蒸発ユニット１０Ｂの構成は、アーク蒸発ユニット１０Ａの構成と同一であって、アーク蒸発ユニット１０Ａの各構成要素に対応するアーク蒸発ユニット１０Ｂの各構成要素については、参照符号の末尾を「Ａ」から「Ｂ」に振り替えて図示している。よって、ここではアーク蒸発ユニット１０Ｂの各構成要素の詳細な説明は省略する。

円柱状の第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂは、カバー部材１１Ａ、１１Ｂの貫通孔を貫通して互いに近接するように軸方向に延び、その結果として、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの他端の円形面ＳＡ２、ＳＢ２により挟まれた所定の円盤状の間隙Ｇを保つように互いに対向して配置されている。そして、後程詳しく述べるように、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂは、真空アーク放電のカソード（陰極；ターゲット）としての役割および真空アーク放電のカソードから放出された蒸発物質を回収する部材として役割を兼ね備えることになる。

また、図１および図２に示すように、電極保持具１３Ａを介して第１の電極１４Ａを保持した状態のブラケット１２Ａは、給電棒部材１６Ａを周方向に回すことにより、この給電棒部材１６Ａの軸中心ＰＡを中心にして所定の回転範囲に亘って回動し得る。同様に、電極保持具１３Ｂを介して第２の電極１４Ｂを保持した状態のブラケット１２Ｂは、給電棒部材１６Ｂを周方向に回すことにより、この給電棒部材１６Ｂの軸中心ＰＢを中心にして所定の回転範囲に亘って回動し得る。このようなブラケット１２Ａ、１２Ｂの回転によって、第１の電極１４Ａの他端の円形面ＳＡ２と第２の電極１４Ｂの他端の円形面ＳＢ２との間の間隙Ｇの寸法が簡易に調整され得ると共に、両電極１４Ａ、１４Ｂを互いに接触させて引き離すという真空アーク放電のアーク点弧（後記）が行われる。

電極保持具１３Ａ、１３Ｂは、詳しくは、これらの電極保持具１３Ａ、１３Ｂの側面から突出する突出部（不図示）を有し、この突出部の幅方向中央部分を丸孔の径方向に沿って欠いて、この丸孔に至るスリット孔（不図示）が形成されている。そして、この突出部を丸孔の周方向に締め付ける締め付け手段（螺子等；不図示）によって、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂが各々、電極保持具１３Ａ、１３Ｂに固定されている。なお、この電極保持具１３Ａ、１３Ｂは、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂを介した真空アーク放電による加熱に耐え得るような金属（例えば、ステンレス）で構成されている。

ブラケット１２Ａ、１２Ｂの内部および給電棒部材１６Ａ、１６Ｂの内部は共に、中空領域（不図示）を有しており、この中空領域に冷却剤供給手段（不図示）から供給された水等の冷却剤を循環させている。このため、ブラケット１２Ａ、１２Ｂを介した冷却剤との熱交換により真空アーク放電に伴う第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの高温化が適正に抑制されている。

カバー部材１１Ａ、１１Ｂはフランジ１５および真空槽２０（後記）を介して接地され、これにより、給電棒部材１６Ａ、１６Ｂおよびブラケット１２Ａ、１２Ｂおよび電極保持具１３Ａ、１３Ｂ並びに第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂに真空アーク放電用の電力が印加された際の放電領域を、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの他端の円形面ＳＡ２、ＳＢ２に制限して異常放電を防止可能なシールド板の役割を果たしている。

次に、以上に述べたアーク蒸発源１００を、真空槽２０の内部に装着させた真空蒸着装置の構成例を説明する。

図３は、本実施の形態に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

なおここでは、図面の簡素化を図るため、アーク蒸発源１００として、その構成要素のうちの第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂのみを代表的に図示しているが、実際には、真空蒸着装置１１０の真空槽２０の壁部に設けた開口部（不図示）を介して、図１および図２に示したアーク蒸発源１００におけるアーク蒸発ユニット１０Ａ、１０Ｂの第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂを、真空槽２０の内部に挿入した上で、アーク蒸発源１００のフランジ１５をシール部材（Ｏリング等；不図示）に基づく真空シールを施して適宜の固定手段（螺子等；不図示）により真空槽２０の壁部に固定している（以下、図５および図６並びに図７においても同じ。）。

図３によれば、真空蒸着装置１１０は、内部を減圧可能な真空槽２０と、この真空槽２０の内部の適所に配置された第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂを有するアーク蒸発源１００と、真空槽２０の内部の適所に配置されたワーク２１と、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂのうちの何れか一方の電極と真空槽２０（陽極；アノード）との間に真空アーク放電を生じせしめるように、真空槽２０に正極側の端子が接続される共に、切り替えスイッチ２２を介して第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂのうちの何れか一方の電極に負極側の端子が接続される直流電力源（電力供給手段）２３と、を備えて構成されている。なお、真空槽２０は接地されており、このことから直流電力源２３の正極側の端子は接地電位に保たれる。

またここでは、真空槽２０の構造部材は、導電性の材料からなり、真空アーク放電を実行するための回路（部材）の一部として構成されている一方、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂは、真空槽２０と絶縁して構成されているが、勿論、真空槽２０の内部に真空槽２０と別体のアノード（金属板等；不図示）を配置して、これに直流電力源２３の正極側の端子を接続させても良い。

第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂは詳しくは、これらの円形面ＳＡ２、ＳＢ２（端面）により間隙Ｇが形成されるようにして第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの長手方向に揃えて配置される一方、ワーク２１は間隙Ｇから臨めるように、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの側方にて径方向に離れて配置されている。ワーク２１を、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂに対してこの様な方向に配置すれば、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂのうちの何れか一方の電極と真空槽２０との間の真空アーク放電に起因して発生するドロップレットのワーク２１の方向への飛散量が少なく好適であることが分かっている。勿論、ドロップレットのワーク２１への付着が確認されれば、既存の各種のドロップレット対処技術をこの真空槽２０の内部に導入して、ドロップレットのワーク２１への付着を防止しても良い。

直流電力源２３は、約１０〜１００Ｖ（ボルト）程度の電圧と、約１０〜５００Ａ（アンペア）程度の電流を直流電力として出力する。

以上に述べた真空蒸着装置１１０の構成により、直流電力源２３の負極側の端子が、切り替えスイッチ２２のスイッチングによって貴金属（金や銀等）の第１の電極１４Ａに接続されると共に、第２の電極１４Ｂが電気的にフローティングに置かれる場合には、第１の電極１４Ａが真空アーク放電のカソード（陰極；ターゲット）として機能するという真空蒸着装置１１０の使用状態（以下、「第１の使用状態」という。）が実現される。そうなると、第１の電極１４Ａと真空槽２０との間に発生する真空アーク放電に基づき、第１の電極１４Ａの他端の円形面ＳＡ２からこの第１の電極１４Ａを構成する貴金属の電極材料（貴金属プラスイオン等）が、この円形面ＳＡ２を臨める各方向に向け一様に放出され、その結果、この電極材料の一部が被膜材料としてワーク２１の表面に到達してこの表面に蒸着される。同時に、第１の電極１４Ａの他端の円形面ＳＡ２からこの第１の電極１４Ａを構成する貴金属のドロップレットは主として、第１の電極１４Ａの軸方向に放出される。このため、第１の電極１４Ａの他端の円形面ＳＡ２と間隙Ｇを隔てて対向する第２の電極１４Ｂの他端の円形面ＳＢ２に、第１の電極１４Ａから放出された電極材料の一部およびドロップレット（蒸発物質）が付着され、これにより、この蒸発物質が効率的に第２の電極１４Ｂに回収され得る。

一方、直流電力源２３の負極側の端子が、切り替えスイッチ２２のスイッチングによって貴金属（金や銀等）の第２の電極１４Ｂに接続される共に、第１の電極１４Ａが電気的にフローティングに置かれる場合には、第２の電極１４Ｂが真空アーク放電のカソード（陰極；ターゲット）として機能するという真空蒸着装置１１０の使用状態（以下、「第２の使用状態」という。）が実現される。そうなると、第２の電極１４Ｂと真空槽２０との間に発生する真空アーク放電に基づき、第２の電極１４Ｂの他端の円形面ＳＢ２からこの第２の電極１４Ｂを構成する貴金属の電極材料が、この円形面ＳＢ２を臨める各方向に向け一様に放出され、その結果、この電極材料の一部が被膜材料としてワーク２１の表面に到達してこの表面に蒸着される。同時に、第２の電極１４Ｂの他端の円形面ＳＢ２からこの第２の電極１４Ｂを構成する貴金属のドロップレットは主として、第２の電極１４Ｂの軸方向に放出される。このため、第２の電極１４Ｂの他端の円形面ＳＢ２と間隙Ｇを隔てて対向する第１の電極１４Ａの他端の円形面ＳＡ２に、第２の電極１４Ｂから放出された蒸発物質が付着され、これにより、この蒸発物質が効率的に第１の電極１４Ａに回収され得る。

こうして真空蒸着装置１１０における第１の使用状態と第２の使用状態とを、切り替えスイッチ２２を介して一定期間毎（例えば、一バッチ期間毎）に切り替えて繰り返すと、第１の使用状態の間において第２の電極１４Ｂに回収された蒸発物質が、次回の第２の使用状態の間には、カソードとして機能する第２の電極１４Ｂの一部として再利用され、第２の使用状態の間において第１の電極１４Ａに回収された蒸発物質は、次回の第１の使用状態の間には、カソードとして機能する第１の電極１４Ａの一部として再利用され好適である。

なお、真空蒸着装置１１０は、その動作を制御する制御装置（不図示）を備え、この制御装置が、真空蒸着装置１１０における真空アーク放電を適正に制御している。

次に、本実施の形態に係る真空蒸着装置１１０の動作を説明する。

なお、真空アーク放電を発生する電力供給条件や真空槽２０の内部のガス条件は共に、公知技術に基づいており、ここでは、これらの詳細な説明は省略する。

真空蒸着装置１１０の真空槽２０の内部にワーク２１およびアーク蒸発源１００を設置した後、真空槽２０の壁部の適所から放電ガスを導いて、真空槽２０を所定の真空度（例えば、１Ｐａ）に保つように真空排気装置を動作させる。

この状態で、真空アーク放電の点弧を、例えば接触点弧法によって実行する。即ち、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂを各々、軸中心ＰＡ、ＰＢを中心に互いに近づくように回転させて（図１参照）、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂを互いに接触させた状態にする。この状態で、両電極１４Ａ、１４Ｂの間に電流を流して、その後、両電極１４Ａ、１４Ｂを引き離すと、両電極１４Ａ、１４Ｂを引き離した瞬間に発生する火花放電によって真空アーク放電が誘起される。

続いて、真空蒸着装置１１０における第１の使用状態を実行するように、第１の電極１４Ａと真空槽２０に所定の電力が印加される。そうすると、第１の電極１４Ａと真空槽２０との間の真空アーク放電に基づいてワーク２１に第１の電極１４Ａを構成する貴金属の被膜材料が蒸着されると共に、第２の電極１４Ｂに第１の電極１４Ａから放出された蒸発物質が回収され、回収された蒸発物質は次回の第２の使用状態において再利用される。

そして一バッチ期間を終えて、真空蒸着装置１１０の真空を大気開放して、真空槽２０の内部のワーク２１を取り替えた後、再び、同様の真空アーク放電誘起動作が実行される。その後、ワーク２１を真空蒸着装置１１０における第２の使用状態を実行するように、第２の電極１４Ｂと真空槽２０に所定の電力が印加される。そうすると、第２の電極１４Ｂと真空槽２０との間の真空アーク放電に基づいてワーク２１に第２の電極１４Ｂを構成する貴金属の被膜材料が蒸着されると共に、第１の電極１４Ａに第２の電極１４Ｂから放出された蒸発物質が回収され、回収された蒸発物質は次回の第１の使用状態において再利用される。

〔変形例１〕
上記実施の形態では、真空蒸着装置１１０における第１の使用状態と第２の使用状態との間の切り替えを、一バッチ毎に実行する例を説明した。しかしながら、こうしたバッチ単位の切り替えを行った場合には、図４に示すように、第１の使用状態によるワーク２１への被膜材料の蒸着は、実線で示したＡパターンの被膜材料飛散形態に基づきなされ、第２の使用状態によるワーク２１への被膜材料の蒸着は、点線で示したＢパターンの被膜材料飛散形態に基づきなされる。このことから被膜材料の飛散分布が、切り替え毎（即ち、バッチ毎）に変化して、延いては、ワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラを誘発させかねない。

ここでは、このようなワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラ誘発を適切に防止する真空蒸着装置の一構成例を説明する。

図５は、本変形例に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

図５によれば、実施の形態の真空蒸着装置１１０（図３）における直流電力源２３および切り替えスイッチ２２に替えて、本変形例に係る真空蒸着装置１２０は、交流電力源３２（電力供給手段）および４個の第１〜第４のダイオード（整流素子）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを備えて構成されている。

なお、上記以外の真空蒸着装置１２０の構成は、真空蒸着装置１１０（図３）の構成と同じため、両者に共通する構成の説明は省く。

交流電力源３２は、約１０〜１００Ｖ（ボルト）程度の電圧と、約１０〜５００Ａ（アンペア）程度の電流を矩形波等の交流電力として出力する。

第１のダイオード３１Ａは、交流電力源３２の一方の端子と真空槽２０との間の配線間に、この一方の端子から真空槽２０に向かって導電する方向（順方向）になるように挿入されている。また、第２のダイオード３１Ｂは、交流電力源３２の一方の端子と第２の電極１４Ｂとの間の配線間に、この一方の端子から第２の電極１４Ｂに向かって導電しない方向（逆方向）になるように挿入されている。

第３のダイオード３１Ｃは、交流電力源３２の他方の端子と真空槽２０との間の配線間に、この他方の端子から真空槽２０に向かって導電する方向（順方向）になるように挿入されている。また、第４のダイオード３１Ｂは、交流電力源３２の他方の端子と第１の電極１４Ａとの間の配線間に、この他方の端子から第１の電極１４Ａに向かって導電しない方向（逆方向）になるように挿入されている。

このような真空蒸着装置１２０の構成によれば、真空槽２０の電位（実際には接地電位）を基準にして、交流電力源３２の交流周期に従って、第１の電極１４Ａおよび第２の電極１４Ｂに対し交互にマイナス電位が印加されることになる。

そうすると、真空蒸着装置１２０の一バッチ期間中に真空蒸着装置１２０における第１の使用状態（図４のＡパターンの被膜材料飛散形態）と、第２の使用状態（図４のＢパターンの被膜材料飛散形態）と、が、交流電力源３２の交流周波数相当分、一バッチ期間中に単インターバルで多数回数に亘って自動的に切り替えられる。このため、交流電力源３２の交流周波数を適正に調整することにより、第１の使用状態によるワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第２の使用状態によるワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

〔変形例２〕
ここでは、図４を参照して述べたワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラ誘発を、適切に防止する真空蒸着装置に他の構成例を説明する。

図６は、本変形例に係るアーク蒸発源を装着した真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

図６によれば、実施の形態の真空蒸着装置１１０（図３）における直流電力源２３および切り替えスイッチ２２に替えて、本変形例に係る真空蒸着装置１３０は、第１の電極１４Ａに電力を供給可能な第１の直流電力源４１（電力供給手段）と、第２の電極１４Ｂに電力を供給可能な第２の直流電力源４２（電力供給手段）と、を備えて構成されている。

なお、上記以外の真空蒸着装置１２０の構成は、真空蒸着装置１１０（図３）の構成と同じため、両者に共通する構成の説明は省く。

第１の直流電力源４１では、第１の電極１４Ａ（カソード；ターゲット）と真空槽２０（陽極；アノード）との間に真空アーク放電を生じせしめるように、真空槽２０に第１の直流電力源４１の正極側の端子が接続される共に、第１の電極１４Ａにその負極側の端子が接続されている。なお、真空槽２０は接地されており、このことから第１の直流電力源４１の正極側の端子は接地電位に保たれる。

同様に、第２の直流電力源４２では、第２の電極１４Ｂ（カソード；ターゲット）と真空槽２０（陽極；アノード）との間に真空アーク放電を生じせしめるように、真空槽２０に第２の直流電力源４２の正極側の端子が接続される共に、第２の電極１４Ｂにその負極側の端子が接続されている。なお、真空槽２０は接地されており、このことから第２の直流電力源４２の正極側の端子は接地電位に保たれる。

このような真空蒸着装置１３０の構成によれば、第１の直流電力源４１による第１の電極１４Ａへの真空アーク放電用の電力供給および第２の直流電力源４２による第２の電極１４Ｂへの真空アーク放電用の電力供給が同時期に実行され、これにより、第１の使用状態によるワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第２の使用状態によるワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワーク２１への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

もっとも、本変形例のデメリットとして、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂにおいてカソードイオン（プラスイオン）の回収が困難になることが想定される。

〔変形例３〕
真空蒸着装置１１０の第１の使用状態によれば、第１の電極１４Ａと真空槽２０との間に発生する真空アーク放電に基づき、第１の電極１４Ａの他端の円形面ＳＡ２からこの第１の電極１４Ａを構成する貴金属の電極材料が、この円形面ＳＡ２を臨める各方向に向け一様に放出される。同様に、真空蒸着装置１２０の第２の使用状態によれば、第２の電極１４Ｂと真空槽２０との間に発生する真空アーク放電に基づき、第２の電極１４Ｂの他端の円形面ＳＢ２からこの第２の電極１４Ｂを構成する貴金属の電極材料が、この円形面ＳＢ２を臨める各方向に向け一様に放出される。このため、ワーク２１を配置した領域を除いた間隙Ｇ（円形面ＳＡ２、ＳＢ２）を臨める各方向に、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂから放出した電極材料は、回収されること無く真空槽２０の壁部や真空槽２０の内部の構造体に付着される。

ここでは、このような電極材料を回収する真空蒸着装置の一構成例を説明する。

図７は、本変形例に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図であり、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの軸方向から見た図である。

図７によれば、真空蒸着装置１４０は、真空槽２０の内部に配置され、円筒部材を略半割りした回収部材５１を備えて構成されている。

即ち、この回収部材５１は回収部材５１の長手方向（幅方向と直交する方向）を、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂの軸方向に並行にして配置されると共に、回収部材５１の内面５２は、ワーク２１と間隙Ｇとの間の領域を除き間隙Ｇを囲むように湾曲している。

このような回収部材５１によれば、ワーク２１を配置した領域を除いた間隙Ｇ（円形面ＳＡ２、ＳＢ２）を臨める各方向に、第１および第２の電極１４Ａ、１４Ｂから放出した電極材料が、殆ど回収部材５１の内面５２に付着する。そして、電極材料を付着した状態の回収部材５１を真空槽２０から取り出すと、この電極材料を、適宜の剥離法により回収部材５１から剥離でき電極材料が確実に回収される。

本発明によるアーク蒸発源および真空蒸着装置は、例えば、真空アーク放電によってワークに被膜を形成する装置として有用である。

本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置用のアーク蒸発源の構成を示した断面図である。 本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置用のアーク蒸発源の構成を示した断面図である。 本実施の形態に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。 第１の使用状態によるワークへの被膜材料飛散形態と第２の使用状態によるワークへの被膜材料飛散形態を説明した図である。 変形例１に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。 変形例２に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。 変形例３に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図であり、

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ アーク蒸発ユニット
１１Ａ、１１Ｂ カバー部材
１２Ａ、１２Ｂ ブラケット
１３Ａ、１３Ｂ 電極保持具
１４Ａ 第１の電極
１４Ｂ 第２の電極
１５ フランジ
１６Ａ、１６Ｂ 給電棒部材
１７Ａ、１７Ｂ 絶縁部材
２０ 真空槽
２１ ワーク
２２ 切り替えスイッチ
２３ 直流電力源
３１Ａ 第１のダイオード
３１Ｂ 第２のダイオード
３１Ｃ 第３のダイオード
３１Ｄ 第４のダイオード
３２ 交流電力源
４１ 第１の直流電力源
４２ 第２の直流電力源
５１ 回収部材
５２ 内面
１００ アーク蒸発源
１１０、１２０、１３０、１４０ 真空蒸着装置
ＰＡ、ＰＢ 軸中心
Ｇ 間隙
ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２ 円形面

Claims (11)

1. 間隙を隔てて互いに対向する第１および第２の電極を備え、
   前記第１および第２の電極のうちの少なくとも何れか一方の電極をカソードとして、前記カソードとアノードとの間に発生する真空アーク放電に基づいて、前記第１および第２の電極のうちの他方の電極が、前記カソードから放出された蒸発物質を回収可能に構成されているアーク蒸発源。
2. 請求項１記載のアーク蒸発源を減圧可能な内部に配置した真空槽と、前記カソードと前記アノードとの間に真空アーク放電を生じせしめる電力を、前記カソードおよび前記アノードに供給する電力供給手段と、を備えた真空蒸着装置。
3. 前記アノードが、前記真空槽である請求項２記載の真空蒸着装置。
4. 前記蒸発物質は、前記カソードの材料からなるドロップレットおよびイオンである請求項２記載の真空蒸着装置。
5. 前記真空槽の内部に配置されたワークを備え、
   前記第１および第２の電極は棒材であり、前記第１および第２の電極は、これらの端面により前記間隙が挟まれるように前記第１および第２の電極の長手方向を揃えて配置され、前記ワークは前記間隙から臨める位置に配置されている請求項２記載の真空蒸着装置。
6. 前記真空槽の内部に配置され、前記蒸発物質を回収する回収部材を備え、
   前記回収部材の面が、前記ワークと前記間隙との間の領域を除き、前記間隙を囲むように湾曲して構成される請求項５記載の真空蒸着装置。
7. 前記第１の電極が、前記カソードである第１の使用状態と、前記第２の電極が、前記カソードである第２の使用状態と、を有する請求項２記載の真空蒸着装置。
8. 前記第１の使用状態と前記第２の使用状態との間の切り替えを実行する切り替え手段を備えた請求項７記載の真空蒸着装置。
9. 前記電力供給手段は、直流電力源であり、
   前記切り替え手段は、前記直流電力源の陰極側の端子との接続を、前記第１の電極と第２の電極との間でスイッチングするスイッチである請求項８記載の真空蒸着装置。
10. 前記電力供給手段は、交流電力源であり、
    前記切り替え手段は、前記交流電力源の一方の端子と前記第１の電極との間、および前記交流電力源の他方の端子と第２の電極との間において、前記交流電力源から供給される電力を整流する整流素子を有する請求項８記載の真空蒸着装置。
11. 前記電力供給手段は、前記第１の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第１の直流電力源と、前記第２の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第２の直流電力源と、を備えた請求項２記載の真空蒸着装置。

Images