JP2008150632A

JP2008150632A - 蒸着源、蒸着装置

Info

Publication number: JP2008150632A
Application number: JP2006336542A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Agawa; 阿川　　義昭; Masayuki Tanemura; 眞幸種村; Tsugiko Miyawaki; 亜子宮脇
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Ulvac Inc
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Ulvac Inc
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: JP4730558B2

Abstract

【課題】使用効率が高く、交換が容易にできるカソード電極を提供する。
【解決手段】カソード単板５₁〜５₅が積層されたカソード電極６_aが消耗した場合、トリガ電極４に最も近く、最も消耗したカソード単板５₁を取り外し、他のカソード単板５₂〜５₅をトリガ電極４に近づく方向に移動させ、トリガ電極４から最も遠い位置に、未使用のカソード単板５₆を配置する。各カソード単板５₁〜５₆は、交換直前にトリガ電極４に近い位置で使用されるので、使用効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は同軸型真空アーク蒸着源、及びその蒸着源を用いた蒸着装置の技術分野に係り、特に、蒸着材料の使用効率が高い同軸型真空アーク蒸着源及び蒸着装置に関する。

従来技術の同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置を図４の符号１０１に示す。
この蒸着装置１０１は、真空槽１１１を有しており、真空槽１１１の内部に蒸着源１１０が配置されている。
この蒸着源１１０は、同軸型真空アーク蒸着源であり、筒状のアノード電極１０３の内部に台座が設けられており、台座１０７上には、トリガ電極１０４とカソード電極１０６とがこの順序で配置されている。

台座１０７とトリガ電極１０４とカソード電極１０６の間には、絶縁部材１２１、１２２が配置されており、互いに絶縁されている。
カソード電極１０６の上端には、押さえ板１０９が配置されている。

台座１０７上の部材(トリガ電極１０４、カソード電極１０６、絶縁部材１２１、１２２、押さえ板１０９)はリング形状であり、中央には貫通孔が形成されている。
各部材の貫通孔は連通しており、その内部にはロッド１０８が挿通されている。
ロッド１０８の上端は、押さえ板１０９の内周よりも大径のフランジ部１１４が形成され、ロッド１０８の下端にはネジが形成されている。

台座１０７の貫通孔の下方位置には、ネジが設けられた孔が形成されており、ロッド１０８の下端は孔内にネジ込まれ、ロッド１０８の上端が、押さえ板１０９を介してカソード電極１０６を押圧している。これにより、カソード電極１０６とトリガ電極１０４は台座１０７に固定されている。
台座１０７は互いに絶縁した状態で真空槽１１１に固定されている。

真空槽１１１の外部には、電源装置１２５が配置されており、アノード電極１０３を接地電位に置き、電源装置１２５によって、ロッド１０８及び押さえ板１０９を介してカソード電極１０６にアーク電圧を印加し、その状態で、トリガ電極１０４とアノード電極１０３の間にトリガ電圧を印加すると、トリガ電極１０４とカソード電極１０６の間にトリガ放電が発生し、これによってカソード電極１０６とアノード電極１０３の間にアーク放電が発生する。

アーク放電によってカソード電極１０６に、大電流のアーク電流が流れると、カソード電極１０６の表面が溶融し、カソード電極１０６を構成する蒸着材料の蒸気がアノード電極１０３の内部に放出され、アノード電極１０３の開口から真空槽１１１内に放出される。

真空槽１１１の内部の蒸着材料の蒸気の飛行方向には、基板ホルダ１１２が配置されており、基板ホルダ１１２には成膜対象物である基板１１５が配置されている。
この基板１１５の表面に蒸着材料の蒸気が到達すると、基板１１５の表面に薄膜が形成される。

上記のような蒸着源１１０では、カソード電極１０６の表面のうち、トリガ電極１０４に近い部分にトリガ放電が発生し、従って、アーク放電もカソード電極１０６のトリガ電極１０４に近い部分に発生し、その部分が消耗して削れてしまう。

図５(ａ)、(ｂ)は、アーク放電によって消耗したカソード電極１０６の拡大図であり、トリガ電極１０４から遠い部分は未使用状態と変わらないが、トリガ電極１０４に近い部分が削れ、凹部１１７₁が形成されている。
このように、凹部１１７₁が形成されると、アーク放電が不安定になったり、蒸着材料の蒸気の放出効率が低下してしまうため、カソード電極１０６を交換する必要が生じる。

この場合、カソード電極１０６を上下逆転させて入れ替え、凹部１１７₁が形成された部分を先端に配置すると、アーク放電が生じるトリガ電極１０４に近い位置には未使用状態の部分が配置されるため、一個のカソード電極１０６を二回使用できることになる。

しかしながら、上記のように上下が入れ替えられたカソード電極１０６が、二回使用され、同図(ｂ)にように、両端に凹部１１７₁、１１７₂が形成されると寿命となり、それ以上使用することはできず、中央付近は未使用状態と変わらないのに交換が必要となる。
同軸型真空アーク蒸着源については、例えば下記文献に記載されている。
特開２００１−１１６０６号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、カソード電極の使用効率が高い蒸着源と、その蒸着源を用いた蒸着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、アノード電極と、トリガ電極と、カソード電極とを有し、前記アノード電極と前記カソード電極の間にアーク電圧を印加した状態で前記トリガ電極にトリガ電圧を印加すると、前記トリガ電極と前記カソード電極の間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記カソード電極の間にアーク放電が誘起され、前記カソード電極を構成する蒸着材料の蒸気が放出されるように構成された蒸着源であって、前記カソード電極は、貫通孔を有する複数のカソード単板が積層されて構成され、前記貫通孔にはロッドが挿通され、前記各カソード単板は、前記ロッドで台座に固定された蒸着源である。
また、本発明は、前記ロッドは導電性を有し、前記カソード電極は、前記ロッドを介して前記アーク電圧が印加されるように構成された蒸着源である。
また、本発明は前記トリガ電極は前記カソード電極と前記台座の間に配置された蒸着源である。
また、本発明は、真空槽と、上記いずれかの蒸着源とを有し、前記蒸着材料の蒸気は、前記真空槽内に放出されるように構成された蒸着装置である。

本発明は上記のように構成されており、複数のカソード単板が積層されたカソード電極は、各カソード単板毎に分離可能であり、カソード電極中のいずれのカソード単板も交換することが可能である。

トリガ電極に近いカソード単板の消耗が大きいため、その位置のカソード単板を取りはずし、他のカソード単板を、トリガ電極に近い位置に順次移動させ、トリガ電極から最も遠い位置に未使用のカソード単板を配置して、新しいカソード電極を構成すると、各カソード単板の使用効率が向上するため、カソード電極の使用効率も向上する。

カソード電極の使用効率が向上する。
カソード電極の交換が容易である。

図１を参照し、符号１は本発明の一例の蒸着装置を示している。
この蒸着装置１は、真空槽１１と蒸着源１０を有しており、真空槽１１の内部の上方には基板ホルダ１２が配置されている。
蒸着源１０は、筒状のアノード電極３を有しており、該アノード電極３の下端は真空槽１１の底面に取り付けられている。アノード電極３の上端は開放されており、基板ホルダ１２に向けられている。ここではアノード電極３は円筒であるが、角筒等であってもよい。
アノード電極３内部の下端には、真空槽１１とは絶縁した状態で、導電性の台座７が配置されている。

台座７の上には、第一の絶縁部材２１と、トリガ電極４と、第二の絶縁部材２２とがこの順序で配置されている。第二の絶縁部材２２上には、蒸着材料が板状に成型された複数枚のカソード単板５₁〜５₅が積層されている。

各カソード単板５₁〜５₅は外周が円形であって中央部分に貫通孔が形成された円形リング形状であり、各カソード単板５₁〜５₅の外径同士と内径同士は等しく形成されおり、複数のカソード単板５₁〜５₅が積層された状態では、隣接するカソード単板５₁〜５₅の表面同士がそれぞれ密着され、円筒形状のカソード電極６が構成されている。
カソード電極６の上には、導電性の押さえ板９が配置されている。

第一、第二の絶縁部材２１、２２と、トリガ電極４と、押さえ板９も、外周が円形であって中央部分に貫通孔が形成された円形リング形状であり、それら第一、第二の絶縁部材２１、２２とトリガ電極４と押さえ板９の貫通孔の中心は、カソード電極６の貫通孔の中心を通る中心軸線上に配置されている。従って、各部材の貫通孔は一直線に並び、連通されている。

連通された貫通孔内には、ロッド８が配置されている。
ロッド８の上端には、押さえ板９の貫通孔よりも大径のフランジ部１４が形成されており、下端の外周にはネジが形成されている。
台座７の表面の貫通孔の底面位置には、孔が形成されており、孔の内周面にはネジが形成されている。

貫通孔内のロッド８は、下端が押さえ板９側から挿入されており、ロッド８を挿入したとき、ロッド８の下端は台座７の孔に当接されている。ロッド８は、その状態でねじ込まれ、ロッド８の下端が台座７の孔内に螺合されており、ロッド８をねじ込む際、ロッド８の下端は台座７の孔内を、台座７の表面から底面方向に向かって移動する。

ロッド８を挿入し、その下端が台座７の孔と当接されたときには、フランジ部１４と押さえ板９の間には隙間が形成されているが、ロッド８のねじ込みにより、ロッド８の下端が台座７の表面から底面方向に移動すると、その移動に伴ってフランジ部１４は押さえ板９に近づき、フランジ部１４が押さえ板９に接触し、押さえ板９がフランジ部１４で押圧されたところで、ロッド８はそれ以上台座７の底面方向に移動できなくなる。

この状態では、カソード電極６と、トリガ電極４と、第一、第二の絶縁部材２１、２２は、フランジ部１４により、押さえ板９と共に台座７上に押圧されており、それにより、台座７上に固定されている。

図１は、その状態の蒸着源１０を示している。
真空槽１１には真空排気系２８が接続されており、真空槽１１の外部には電源装置２５が配置されている。
台座７とトリガ電極４は、真空槽１１とは絶縁された状態で、それぞれ電源装置２５に接続されている。
台座７とロッド８と押さえ板９は金属等の導電性材料で構成されており、カソード電極６は、ロッド８と押さえ板９を介して、台座７に電気的に接続されている。
真空槽１１とアノード電極３は電気的に接続されており、両方とも接地電位に接続されている。

基板ホルダ１２に成膜対象物１５を配置し、真空排気系２８によって真空槽１１の内部を真空排気し、電源装置２５によってカソード電極６に負電圧(アーク電圧)を印加した状態で、トリガ電極４に対し、カソード電極６に対して正電圧のパルス状の電圧(トリガ電圧)を印加し、トリガ電極４とカソード電極６の間にトリガ放電を発生させると、アノード電極３とカソード電極６の間にアーク放電が誘起され、カソード電極６からアノード電極３内に蒸着材料の蒸気が放出される。

アノード電極３内に放出された蒸気は、アノード電極３の開口１６から真空槽１１内に放出され、成膜対象物１５表面に到達すると蒸着材料の薄膜が形成される。
なお、押さえ板９の外周には、円筒状のカバー２３が立設されており、フランジ部１４はカバー２３によって取り囲まれ、フランジ部１４にはアーク放電が生じないようにされている。

アーク放電は、カソード電極６表面のトリガ電極４に近い位置に発生し、蒸着材料の蒸気はトリガ電極４に近い位置から放出されるため、カソード電極６は、トリガ電極４に近い位置が消耗し、削れてしまう。

図２(ａ)の符号６ａは、消耗した状態のカソード電極を示しており、このカソード電極６ａは、カソード電極６ａを構成するカソード単板５₁〜５₅のうち、トリガ電極４に近い複数のカソード単板５₁〜５₃が削れており、カソード電極６ａのトリガ電極４に近い位置の外周に、凹部１７ａが形成されている。
凹部１７ａの大きさが大きくなると、アーク放電が不安定になったり、カソード電極６ａからの蒸気放出量が低下してしまう。

ロッド８とカソード電極６ａの間には絶縁物２９が配置されており、凹部１７ａが大きくなった場合、トリガ電極４に一番近いカソード単板５₁の部分で絶縁物２９が露出してしまう前に、そのカソード単板５₁を交換する必要がある。
その場合、先ず、カソード電極６ａを固定したときとは逆方向にロッド８を回し、図２(ｂ)に示すようにロッド８を抜去すると、各カソード単板５₁〜５₅は分離可能なため、いずれのカソード単板５₁〜５₅も取り外すことが可能な状態になる。

押さえ板９をカソード電極６ａから分離し、図３(ａ)に示すように、トリガ電極４に一番近いカソード単板５₁を取り外すと共に、新しいカソード単板５₆をトリガ電極４から最も遠くなる位置に配置すると、今回積層されたカソード単板５₂〜５₆によって新しいカソード電極６ｂが形成される。同図(ａ)の符号１９は、各カソード単板５₂〜５₆の中央に位置し、連通する貫通孔を示している。

カソード電極６ｂの上に押さえ板９を乗せ、ロッド８をカソード電極６ｂの貫通孔内に挿入し、カソード電極６ｂを固定すると、同図(ｂ)に示すように、蒸着ができる状態になる。

凹部１７ａが大きくなった際、上述した場合においては、新しいカソード単板５₆をトリガ電極４から最も遠い位置に配置するときに、トリガ電極４に最も近い位置に、取り除いたカソード単板５₁の隣の位置であったカソード単板５₂が移動されたが、トリガ電極４に最も近いカソード単板５₁を、他の位置のカソード単板５₂〜５₅と交換することもできる。

例えば、トリガ電極４に最も近い２枚以上のカソード単板５₁〜５₃(ここでは３枚)の積層体を、上下逆転させ、トリガ電極４から近い順に、符号５₃、５₂、５₁、５₄、５₅のカソード単板の順番で配置することもできる。このとき、逆・された各カソード単板５₃、５₂、５₁は、それぞれ、トリガ電極４に近く、消耗が大きかった方の面がトリガ電極４から遠くなり、トリガ電極４から遠かった方の面がトリガ電極４に近くなる。

このように、もっとも消耗したカソード単板だけを交換でき、消耗の程度が少ないカソード単板は、それぞれ消耗の程度が大きくなる場所に順次移動させることができる。各カソード単板は、トリガ電極４に最も近い位置で使用された後、交換させることができるから、各カソード単板の使用効率が向上する。

本発明の蒸着装置を説明するための図面 (ａ)：本発明の蒸着源を説明するための図面 (ｂ)：その蒸着源のカソード電極交換方法を説明するための図面(１) (ａ)：カソード電極交換方法を説明するための図面(２) (ｂ)：カソード電極交換方法を説明するための図面(３) 従来技術の蒸着装置を説明するための図面 (ａ)：従来技術のカソード電極の消耗状態を説明するための図面(１) (ｂ)：従来技術のカソード電極の消耗状態を説明するための図面(２)

符号の説明

１……蒸着装置
３……アノード電極
４……トリガ電極
５₁〜５₆……カソード単板
６……カソード電極
７……台座
８……ロッド
１０……蒸着源
１１……真空槽
１９……貫通孔

Claims

アノード電極と、トリガ電極と、カソード電極とを有し、前記アノード電極と前記カソード電極の間にアーク電圧を印加した状態で前記トリガ電極にトリガ電圧を印加すると、前記トリガ電極と前記カソード電極の間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記カソード電極の間にアーク放電が誘起され、前記カソード電極を構成する蒸着材料の蒸気が放出されるように構成された蒸着源であって、
前記カソード電極は、貫通孔を有する複数のカソード単板が積層されて構成され、
前記貫通孔にはロッドが挿通され、
前記各カソード単板は、前記ロッドで台座に固定された蒸着源。
前記ロッドは導電性を有し、
前記カソード電極は、前記ロッドを介して前記アーク電圧が印加されるように構成された請求項１記載の蒸着源。
前記トリガ電極は前記カソード電極と前記台座の間に配置された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着源。
真空槽と、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸着源とを有し、
前記蒸着材料の蒸気は、前記真空槽内に放出されるように構成された蒸着装置。