JP2018024917A

JP2018024917A - 成膜装置

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Publication number: JP2018024917A
Application number: JP2016158011A
Authority: JP
Inventors: 祥太松田; Shota Matsuda; 中田　博道; Hiromichi Nakada; 博道中田; 貴康佐藤; Takayasu Sato; 羊治佐藤; Youji Satou; 和孝橘; Kazutaka Tachibana; 大樹坪井; Hiroki Tsuboi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: DE102017213793B4; CN107723668B; US20180044777A1; US10378097B2; CN107723668A; JP6380483B2; DE102017213793A1

Abstract

【課題】ガス通路の端部に生成される金属膜の脱落を促進できる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置は、ワーク１００を収容する内部空間１０Ａを有する筒状の蒸発源１０と、電極１５と、蒸発源１０の内部空間１０Ａへガスを供給するガス通路１８とを備えている。成膜装置は、蒸発源１０と電極１５との間で発生するアーク放電によって蒸発源１０から放出された金属イオンＩをワーク１００に堆積させて成膜する。ガス通路１８は、蒸発源１０の内部空間１０Ａ側に配置されている端部である導出路１８Ｃが、第１素材によって構成されている第１部位としての電極１５と、第２素材によって構成されている第２部位としての防着材１４とを有し、第１素材及び第２素材は、互いに熱膨張係数の異なる素材である。【選択図】図１

Description

本発明は、アーク放電を利用してワークに膜を生成する成膜装置に関する。

特許文献１に記載された成膜装置は、アーク放電によって蒸発源から放出された金属イオンをワークの表面に堆積させて成膜する装置である。この成膜装置は、ワークを収容する内部空間を有する筒状の蒸発源と、その内部空間を密閉する閉塞部材と、蒸発源の内壁面に沿って設けられた電極とを有している。こうした成膜装置では、蒸発源に外部電源から放電電圧を加え、蒸発源の内部空間に収容したワークにバイアス電源によってバイアス電圧を加え、閉塞部材を接地する。そして、蒸発源に対してストライカを接触させ、直ちに該蒸発源からストライカを離間させることで、蒸発源をカソード、閉塞部材をアノードとしたアーク放電を発生させる。これにより、蒸発源の内壁面のアークスポットに高密度の電流が集中してイオンが放出される。上記特許文献１に記載の成膜装置では、電極は、例えば接地され、又は、蒸発源の電圧よりも低い正電圧が加えられることで、閉塞部材と同様にアノードとして機能する。

特開２０１６‐２０５１８号公報

特許文献１に記載の成膜装置の場合、電極は、蒸発源の内部空間にプロセスガスを供給するガス通路を備えている。蒸発源から放出された金属イオンはワークだけでなく、電極にも堆積することがある。この場合、アーク放電が繰り返し実行され、電極への金属イオンの堆積量が多くなると、電極に設けられたガス通路の開口部を閉塞するように金属膜が生成されることもある。特許文献１に記載の成膜装置では、こうした点については考慮されておらず、未だ改善の余地がある。

上記課題を解決するための成膜装置は、ワークを収容する内部空間を有するように筒状をなし、金属で構成される蒸発源と、前記蒸発源の内部空間に配置された電極と、前記蒸発源の内部空間へ前記蒸発源の外部空間からガスを供給するガス通路とを備え、前記蒸発源と前記電極との間で発生するアーク放電によって前記蒸発源から放出された金属イオンを前記ワークに堆積させて成膜する成膜装置であって、前記ガス通路は、前記蒸発源の内部空間側に配置されている端部が第１素材によって構成されている第１部位と第２素材によって構成されている第２部位とを有し、前記第１素材及び前記第２素材は、互いに熱膨張係数の異なる素材である。

上記構成では、ガス通路の端部が、互いに熱膨張係数の異なる素材から構成されている第１部位と第２部位とを備えている。アーク放電の熱を受けてガス通路が膨張する際には、第１部位と第２部位との熱膨張の度合いに差が生じる。すなわち、成膜に際して発生するアーク放電の熱を利用して、ガス通路の端部を繰り返し熱膨張させることで、第１部位と第２部位との距離が変化する。したがって、上記構成によれば、ガス通路の端部に金属イオンが堆積して、仮にガス通路の端部を閉塞するように金属膜が生成されたとしても、該金属膜の脱落を促進できる。

上記成膜装置は、前記蒸発源と前記電極との間に配置され、前記蒸発源及び前記電極に対して電気的に絶縁されている防着材を備え、前記電極が前記第１部位を構成し、前記防着材が前記第２部位を構成しており、前記ガス通路の前記端部が前記電極及び前記防着材によって構成されていることが望ましい。

上記構成によれば、ガス通路の端部を構成する部材を電極及び防着材とは別に設ける必要がない。そのため、成膜装置の構成部品の削減に貢献できる。
また、この成膜装置において、前記電極を構成する前記第１素材は、前記防着材を構成する前記第２素材よりも熱伝導係数が高いことが望ましい。

上記構成では、電極の熱伝導係数が防着材の熱伝導係数よりも高くなる。そのため、電極は、防着材に比して、その熱が他の部材へ伝わりやすくなる。このように、電極の熱を他の部材へ逃がしやすくすることで、該電極の温度が過度に高くなった状態が継続することを抑えることができる。

また、この成膜装置において、前記電極を構成する前記第１素材は、前記防着材を構成する前記第２素材よりも熱膨張係数が低いことが望ましい。
上記構成では、防着材は、電極に比して熱膨張の度合いが大きくなる。また、上述のように防着材は、電極に比して熱を逃がしにくい。そのため、防着材は、温度が高くなった状態が電極に比して持続する。したがって、上記構成によれば、防着材と電極と熱膨張による寸法差をより大きくして、熱膨張の前後における防着材と電極との距離の変化をより大きくすることができる。

成膜装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図。連結材の構成を示す斜視図。成膜装置において繰り返しアーク放電を行ったときの金属膜の生成態様を模式的に示す断面図。（ａ）及び（ｂ）は、アーク放電による熱膨張の前後における電極及び防着材の距離の変化を示す断面図。成膜装置の変形例の構成を模式的に示す断面図。（ａ）及び（ｂ）は、成膜装置の他の変形例において、アーク放電による熱膨張の前後におけるガス通路の端部の変形態様を示す断面図。

成膜装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、成膜装置は、蒸発源１０を有している。蒸発源１０は、例えばチタンなどの金属から構成されており、内側に内部空間１０Ａを有する円筒状に形成されている。蒸発源１０は、外部電源１１と電気的に接続されている。蒸発源１０には、中心軸線Ｃの延伸方向（以下「軸方向」という。）における一端（図１の下端）に第１密閉部材１２が連結されている。第１密閉部材１２は円板状に形成されており、その直径が蒸発源１０の外径と同じである。第１密閉部材１２と蒸発源１０とは、図示しない絶縁性のシール材を介して連結されている。なお、第１密閉部材１２は接地されている。蒸発源１０の上記軸方向における他端（図１の上端）には、連結材１３が連結されている。

図２に示すように、連結材１３は、環状に形成されている。連結材１３は、その一端面１３Ａ（図２の下端面）に蒸発源１０の上端が連結されている。連結材１３には、一端面１３Ａとは反対側の他端面１３Ｂ（図２の上端面）側から切り欠かれた形状の導入溝１３Ｃが形成されている。連結材１３は、導入溝１３Ｃが形成されている部分の肉厚（前記軸方向における連結材１３の長さ）が、他の部分の肉厚に比して薄くなっている。連結材１３は、その外径が蒸発源１０の外径と同じである一方、その内径が蒸発源１０の内径よりも小さい。連結材１３は蒸発源１０と同軸上に配置されている。そのため、図１に示すように、連結材１３は、その内周側の部分が径方向（図１の左右方向）において、蒸発源１０よりも中心軸線Ｃ側に位置している。連結材１３は、導電性の素材によって成形した後、例えばアルミナなどの絶縁性の素材によってその表面全体を被覆することで製造されている。そのため、連結材１３は絶縁性を有している。

連結材１３の一端面１３Ａには、円筒状の防着材１４が連結されている。防着材１４は、ステンレス鋼を素材として形成されており、連結材１３から第１密閉部材１２側に延びている。防着材１４は、その外径が蒸発源１０の内径よりも小さく、その内径が連結材１３の内径と同じである。防着材１４は、蒸発源１０と同軸上に配置されている。そのため、防着材１４の外壁面と、蒸発源１０の内壁面とは周方向全周に亘って離間して互いに対向している。また、防着材１４の内壁面と連結材１３の内壁面とは面一になっている。

成膜装置には、電極１５も設けられている。電極１５は、アルミニウムを素材として構成されており、接地されている。電極１５は、連結材１３の他端面１３Ｂに当接している円環状の当接板部１５Ａと、該当接板部１５Ａの内周側の部分から屈曲して上記軸方向に延びている円筒状の放電部１５Ｂとを有している。放電部１５Ｂは、当接板部１５Ａから第１密閉部材１２側に延びている。放電部１５Ｂは、その外径が防着材１４の内径よりも小さく、防着材１４と同軸上に配置されている。そのため、防着材１４は、蒸発源１０と電極１５との間に配置されており、放電部１５Ｂの外壁面と、防着材１４の内壁面及び連結材１３の内壁面とは離間して互いに対向している。軸方向において、放電部１５Ｂの先端は、防着材１４の先端と同じ位置にある。また、放電部１５Ｂは蒸発源１０と同軸上に配置されていることから、放電部１５Ｂの外壁面から蒸発源１０の内壁面までの径方向における距離は、周方向全周において等しい。

また、電極１５の当接板部１５Ａには、第２密閉部材１６が連結されている。すなわち、当接板部１５Ａは、第２密閉部材１６と連結材１３とによって挟まれている。第２密閉部材１６は、円板状に形成されており、その直径が蒸発源１０の外径と同じである。第２密閉部材１６と電極１５とは図示しない絶縁性のシール材を介して連結されている。第２密閉部材１６は接地されている。蒸発源１０の内部空間１０Ａは、第１密閉部材１２及び第２密閉部材１６によって密閉されている。

図１に示すように、成膜装置には、内部をプロセスガスが流れる導入管１７も設けられている。なお、プロセスガスとしては、アセチレンガスやアルゴンガスなどを採用することができる。導入管１７は、電極１５の外周面と連結材１３の外周面とに連結されており、導入溝１３Ｃと連通している。そのため、導入管１７の内部を流れるプロセスガスは、導入溝１３Ｃを通じて防着材１４と電極１５との間に流入し、蒸発源１０の内部空間１０Ａに供給される。すなわち、連結材１３、防着材１４、及び電極１５によって、蒸発源１０の内部空間１０Ａへ蒸発源１０の外部空間からプロセスガスを供給するガス通路１８が構成されている。ガス通路１８は、連結材１３の導入溝１３Ｃ及び電極１５の当接板部１５Ａによって構成されている導入路１８Ａと、連結材１３の内壁面及び電極１５の放電部１５Ｂの外壁面によって構成されている連通路１８Ｂとを有している。また、ガス通路１８は、防着材１４及び電極１５によって構成され、ガス通路１８における蒸発源１０の内部空間１０Ａ側に配置されている端部である導出路１８Ｃも有している。

ここで、電極１５を構成するアルミニウムは、防着材１４を構成するステンレス鋼に比して、熱膨張係数の高い素材である。そのため、ガス通路１８における導出路１８Ｃは、互いに熱膨張係数の異なる素材から構成されていることとなる。すなわち、本実施形態では、電極１５を構成するアルミニウムが第１素材に相当し、防着材１４を構成するステンレス鋼が第２素材に相当する。そして、ガス通路１８の導出路１８Ｃのうち、電極１５によって構成されている内周側の部位が第１部位に相当し、防着材１４によって構成されている外周側の部位が第２部位に相当する。なお、電極１５を構成するアルミニウムは、防着材１４を構成するステンレス鋼に比して、熱伝導係数が高い。

また、成膜装置には、蒸発源１０の外周を囲うように配置され、通電によって磁界を生成する電磁コイル１９も設けられている。
この成膜装置では、蒸発源１０の内部空間１０Ａにワーク１００を収容して、第１密閉部材１２及び第２密閉部材１６により該内部空間１０Ａを密閉する。そして、ガス通路１８を通じてプロセスガスを供給しつつ、蒸発源１０に外部電源１１から放電電圧を加え、ワーク１００にバイアス電源１０１によってバイアス電圧を加える。なお、ワーク１００と第１密閉部材１２との間は図示しない絶縁シート等によって絶縁されている。この場合、蒸発源１０をカソード、電極１５をアノードとしたアーク放電が生じる。蒸発源１０と電極１５との間に配置された防着材１４は、絶縁性を有する連結材１３に接続されており、蒸発源１０及び電極１５に対して電気的に絶縁されている。そのため、図１に示すように、防着材１４が配置されている部分においてグロー放電の発生が抑えられ、防着材１４を避けるようにして電極１５の放電部１５Ｂの先端と蒸発源１０との間でアーク放電が行われる。蒸発源１０及び電極１５の間でアーク放電が発生すると、蒸発源１０の内壁面のアークスポットＡＳに高密度の電流が集中して金属イオンＩが放出される。そしてこの金属イオンＩが、バイアス電圧が加えられたワーク１００に堆積することで成膜する。なお、電磁コイル１９に流れる電流を変化させることにより、成膜装置においてアーク放電の発生する位置を周方向に変化させて、特定の位置でアーク放電が繰り返し発生することを抑えている。

次に本実施形態の作用効果について、図３及び図４を参照して説明する。
（１）アーク放電の発生により蒸発源１０から放出された金属イオンＩは、ワーク１００だけでなく、防着材１４、電極１５、及び各密閉部材１２，１６などにも堆積する。

図３に示すように、アーク放電が繰り返し実行され、防着材１４や電極１５への金属イオンＩの堆積量が多くなると、防着材１４と電極１５とを繋ぐように金属膜Ｍが生成され、ガス通路１８の導出路１８Ｃの一部が閉塞されることもある。

図４（ａ）に示すように、ガス通路１８の導出路１８Ｃの一部が金属膜Ｍによって閉塞されている状態において、アーク放電を発生させると、該アーク放電の熱を受けて防着材１４及び電極１５が熱膨張する。このとき、防着材１４と電極１５とで熱膨張の度合いに差が生じることから、図４（ｂ）に示すように、防着材１４と電極１５との距離が変化する。すなわち、電極１５は、防着材１４よりも熱膨張係数の高い素材によって構成されているため、電極１５の外周側への膨張度合いは、防着材１４の外周側への膨張度合いに比して大きくなり、熱膨張前の電極１５と防着材１４との距離Ｌ１に比して、熱膨張後の電極１５と防着材１４との距離Ｌ２は短くなる（Ｌ１＞Ｌ２）。一方で、アーク放電の発生が停止されると、電極１５及び防着材１４の温度は低下し、電極１５と防着材１４との距離が熱膨張前の距離Ｌ１に戻る。このように、成膜に際して発生するアーク放電の熱を利用して、ガス通路１８の導出路１８Ｃを繰り返し熱膨張させることで、電極１５と防着材１４との距離が変化する。これにより、金属膜Ｍに圧縮応力を繰り返し作用させて、図４（ｂ）に示すように、該金属膜Ｍの脱落を促す。したがって、防着材１４及び電極１５に金属イオンＩが堆積して、仮にガス通路１８の導出路１８Ｃを閉塞するように金属膜Ｍが生成されたとしても、該金属膜Ｍがそのまま付着した状態となることが抑えられる。

（２）ガス通路１８の導出路１８Ｃを防着材１４と電極１５とによって構成したため、ガス通路１８の導出路１８Ｃを構成する部材を防着材１４及び電極１５とは別に設ける必要がない。そのため、成膜装置の構成部品の削減に貢献できる。

（３）防着材１４と電極１５とが金属膜Ｍによって短絡すると、防着材１４と蒸発源１０とが電気的に接続可能な状態となり、電極１５よりも蒸発源１０に近い位置にある防着材１４をアノードとし、蒸発源１０をカソードとしたアーク放電が発生する。こうした場合には、電磁コイル１９への電流を制御することによりアーク放電の発生位置を変化させることが困難となり、短絡した部分においてアーク放電が繰り返し行われることとなる。そのため、電極１５の周方向における特定の位置に熱が集中することにもなる。

本実施形態では、ガス通路１８を構成する防着材１４と電極１５とが互いに熱膨張係数の異なる素材から形成されている。そのため、アーク放電の熱を利用して防着材１４と電極１５との間の距離を変化させて、電極１５と防着材１４との短絡の原因となる金属膜Ｍを取り除くことで、結果的に、電極１５の特定の位置に熱が集中することも抑えることができる。

（４）電極１５を構成するアルミニウムは、防着材１４を構成するステンレス鋼に比して、熱伝導係数が高い。そのため、電極１５は、防着材１４に比して、アーク放電が停止されているときにその熱を他の部材へ伝えやすくなる。このように、電極１５の熱を他の部材へ逃がしやすくすることで、該電極１５の温度が過度に高くなった状態が継続されることを抑えることもできる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・電極１５を構成する第１素材として銅を採用し、防着材１４を構成する第２素材としてアルミニウムを採用してもよい。この構成では、電極１５を構成する素材は、防着材１４を構成する素材に比して、熱伝導係数が高く熱膨張係数が低い。そのため、上記（１）〜（４）の作用効果に加えて、以下の作用効果も得られる。

（５）本実施形態では、防着材１４は、電極１５に比して熱膨張の度合いが大きくなる。そのため、アーク放電の熱を受けたときに、電極１５の外周側への膨張度合いは、防着材１４の外周側への膨張度合いに比して小さくなり、熱膨張前の電極１５と防着材１４との距離に比して、熱膨張後の電極１５と防着材１４との距離は長くなる。これにより、金属膜Ｍに引張り応力を作用させて、該金属膜Ｍの脱落を促すことができる。また、防着材１４を構成する素材は、電極１５を構成する素材に比して熱伝導係数が低いため、防着材１４は、電極１５に比して熱を逃がしにくい。そのため、防着材１４は、温度が高くなった状態が電極１５に比して持続する。すなわち、電極１５の温度が低下して熱膨張が収まっていく過程において、防着材１４の温度が高くなった状態を継続して該防着材１４の熱膨張を維持することで、防着材１４と電極１５との熱膨張による寸法差を大きくすることもできる。

・電極１５を構成する第１素材及び防着材１４を構成する第２素材はステンレス鋼やアルミニウムに限らず、例えば、銅、ニッケル、タングステン、モリブテンなどの金属を適宜採用することが可能である。なお、第１素材の熱膨張係数が第２素材の熱膨張係数よりも高くなるように、且つ第１素材の熱伝導係数が第２素材の熱伝導係数よりも低くなるように第１素材及び第２素材を選択することもできる。また、第１素材の熱膨張係数が第２素材の熱膨張係数よりも低くなるように、且つ第１素材の熱伝導係数が第２素材の熱伝導係数よりも低くなるように第１素材及び第２素材を選択してもよい。また、第１素材の熱伝導係数と第２素材の熱伝導係数とが同じになるように第１素材及び第２素材を選択してもよい。なお、第１素材の熱膨張係数と第２素材の熱膨張係数との差は、例えば、ＳＵＳ３０４の熱膨張係数とアルミニウムの熱膨張係数との差以上であることが好ましく、さらにはＳＵＳ４０３の熱膨張係数とアルミニウムの熱膨張係数との差以上であるとより好ましい。

・成膜装置では、電極１５及び防着材１４以外の部材を用いてガス通路を構成することも可能である。例えば、図５に示す構成を採用してもよい。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成については共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図５に示すように、成膜装置は、連結材１３の一端面１３Ａに連結された防着材１４を有している。防着材１４は、ステンレス鋼からなる円筒状に形成されており、連結材１３から第１密閉部材１２側に延びている。防着材１４は、その外径が蒸発源１０の内径よりも小さく、その内径が連結材１３の内径よりも大きい。そのため、防着材１４は、蒸発源１０の内壁面と連結材１３の内壁面との間の位置に配置されている。また、第２密閉部材１６には、円筒状の電極５０の一端が連結されている。電極５０は、アルミニウムからなり、図示しない絶縁性のシール材を介して第２密閉部材１６に連結されている。電極５０は接地されている。電極５０は連結材１３よりも中心軸線Ｃ側に配置されている。

電極５０と防着材１４との間には、蒸発源１０の内部空間１０Ａへ蒸発源１０の外部空間からガスを供給するガス通路５１が設けられている。ガス通路５１は、連結材１３の一端面１３Ａに連結されている外筒部５２と、連結材１３の他端面１３Ｂに連結されている内筒部５３とによってその一部が構成されている。外筒部５２は、円筒状に形成されており、その軸方向における長さは防着材１４の軸方向における長さと等しい。また、外筒部５２は、その内径が連結材１３の内径と同じであり、その外径が防着材１４の内径よりも小さい。

内筒部５３は、連結材１３の他端面１３Ｂに当接している円環状の当接部５３Ａと、該当接部５３Ａの内周側の部分から屈曲して上記軸方向に延びている円筒状の筒状部５３Ｂとを有している。当接部５３Ａには、第２密閉部材１６が連結されている。すなわち、当接部５３Ａは、第２密閉部材１６と連結材１３とによって挟まれている。第２密閉部材１６と当接部５３Ａとは図示しない絶縁性のシール材を介して連結されている。筒状部５３Ｂは、当接部５３Ａから第１密閉部材１２側に延びている。筒状部５３Ｂは、その外径が連結材１３の内径よりも小さい。そのため、筒状部５３Ｂは、連結材１３から離間して配置され、外筒部５２と離間して互いに対向している。また、筒状部５３Ｂは、その内径が電極５０の外径よりも大きい。外筒部５２は、例えばステンレス鋼によって構成され、内筒部５３は例えばアルミニウムによって構成されている。

導入管１７は、連結材１３の外周面と内筒部５３の外周面とに連結されており、導入溝１３Ｃと連通している。導入管１７の内部を流れるプロセスガスは、導入溝１３Ｃを通じて外筒部５２と内筒部５３との間に流入し、蒸発源１０の内部空間１０Ａに供給される。すなわち、連結材１３、外筒部５２、及び内筒部５３によって、ガス通路５１が構成されている。ガス通路５１は、連結材１３の導入溝１３Ｃ及び内筒部５３の当接部５３Ａによって構成されている導入路５１Ａと、連結材１３の内壁面及び内筒部５３における筒状部５３Ｂの外壁面によって構成されている連通路５１Ｂとを有している。また、ガス通路５１は、外筒部５２及び内筒部５３によって構成され、ガス通路５１における蒸発源１０の内部空間１０Ａ側に配置されている端部である導出路５１Ｃも有している。

この構成では、ガス通路５１の端部は、互いに熱膨張係数の異なる素材からなる外筒部５２と内筒部５３とによって構成されている。したがって、この構成では、内筒部５３を構成するアルミニウムが第１素材に相当し、外筒部５２を構成するステンレス鋼が第２素材に相当する。そして、ガス通路５１の導出路５１Ｃのうち、内筒部５３によって構成されている内周側の部位が第１部位に相当し、外筒部５２によって構成されている外周側の部位が第２部位に相当する。なお、内筒部５３及び外筒部５２は、絶縁性のシール材及び連結材１３によって支持されていることから、電極５０及び蒸発源１０に対して電気的に絶縁されている。

この成膜装置では、ガス通路５１を通じてプロセスガスを供給しつつ、蒸発源１０に外部電源から放電電圧を加え、ワーク１００にバイアス電源１０１によってバイアス電圧を加える。これにより、電極５０の先端と蒸発源１０との間でアーク放電が行われる。上述したように、外筒部５２と内筒部５３とは、互いに熱膨張係数の異なる素材から構成されているため、アーク放電の熱を受けて、内筒部５３及び外筒部５２が熱膨張すると、内筒部５３と外筒部５２との距離が短くなる。一方で、アーク放電の発生が停止されると、外筒部５２及び内筒部５３の温度が低下し、外筒部５２と内筒部５３との距離が熱膨張前の距離に戻る。したがって、この構成であっても、成膜に際して発生するアーク放電の熱を利用して、ガス通路５１の導出路５１Ｃを繰り返し熱膨張させることで、外筒部５２と内筒部５３との距離を断続的に変化させることができる。そのため、上述した（１）と同様の作用効果を得ることはできる。なお、内筒部５３を構成する第１素材及び外筒部５２を構成する第２素材はステンレス鋼やアルミニウムに限らず、例えば、銅、ニッケル、タングステン、モリブテンなどの金属を適宜採用することが可能である。また、内筒部５３を構成する第１素材としてステンレス鋼を採用し、外筒部５２を構成する第２素材としてアルミニウムを採用すれば、アーク放電の熱を受けて、内筒部５３及び外筒部５２が熱膨張したときに、内筒部５３と外筒部５２との距離を長くすることもできる。

なお、上述した構成において、電極５０を構成する素材の熱膨張係数と内筒部５３を構成する素材の熱膨張係数とが互いに異なるようにこれらの素材を選択することも可能である。また、防着材１４を構成する素材の熱膨張係数と外筒部５２を構成する素材の熱膨張係数とが互いに異なるようにこれらの素材を選択してもよい。また、防着材１４を省略してもよい。

・ガス通路１８，５１における上記端部は、導出路１８Ｃ，５１Ｃの全体を意味するとは限らない。例えば、上述した電極１５及び防着材１４によって導出路１８Ｃを構成する実施形態において、電極１５における放電部１５Ｂの先端部と、防着材１４の先端部とによって構成されている部分を上記端部とすることも可能である。例えば、電極１５における放電部１５Ｂの先端部をアルミニウムによって構成し、電極１５のそれ以外の部分をステンレス鋼によって構成する。この構成では、防着材１４の先端部を含む全体がステンレス鋼によって構成されていることから、互いに対向する電極１５の先端部と防着材１４の先端部とは、熱膨張係数の異なる素材によってそれぞれ構成され、それ以外の部分において電極１５と防着材１４とを構成する素材は同じになる。また、電極１５の全体をアルミニウムで構成しつつ、防着材１４の先端部をステンレス鋼によって構成し、防着材１４のそれ以外の部分をアルミニウムによって構成してもよい。これらの場合には、電極１５の先端部と防着材１４の先端部とによって構成されている部分をガス通路１８において蒸発源１０の内部空間１０Ａ側に配置されている端部とすることができる。なお、電極１５の上記先端部が第１部位を構成し、防着材１４の上記先端部が第２部位を構成する。こうした構成によっても、アーク放電の熱を利用してガス通路１８における第１部位及び第２部位との距離を変化させることは可能であり、ガス通路１８の端部に付着した金属膜Ｍを脱落させることはできる。

・ガス通路の構成は上述したものに限られない。例えば、図６に示す構成を採用することもできる。
図６（ａ）に示すように、ガス通路１８の上記端部を構成する導出路１８Ｃを、円筒状の第１部材６０と、該第１部材６０の外径よりもその内径が大きい円筒状の第２部材６１とによって構成する。第２部材６１は、バイメタル構造であり、第１部材６０側の内周部６１Ａと該内周部６１Ａの外周面に連結されている外周部６１Ｂとからなる。内周部６１Ａは、外周部６１Ｂよりも熱膨張係数の高い素材から構成されている。また、外周部６１Ｂは、第１部材６０よりも熱膨張係数の高い素材から構成されている。すなわち、第２部材６１を構成する素材は双方とも第１部材６０よりも熱膨張係数の高い素材から構成されている。ガス通路１８の導出路１８Ｃのうち、第１部材６０によって構成されている内周側の部位が第１部位に相当し、第２部材６１によって構成されている外周側の部位が第２部位に相当する。

図６（ｂ）に示すように、この構成では、第１部材６０の外周側への膨張度合いが第２部材６１の外周側への膨張度合いに比して小さいため、アーク放電の熱を受けて第１部材６０及び第２部材６１が熱膨張すると、熱膨張前の第１部材６０と第２部材６１との距離Ｌ３に比して、熱膨張後の第１部材６０と第２部材６１との距離Ｌ４は長くなる。さらに、第２部材６１はバイメタル構造であり、内周部６１Ａは、外周部６１Ｂよりも熱膨張係数が高いことから、第２部材６１は、その先端部が第１部材６０から離間する方向に湾曲する。こうした構成によれば、熱膨張の前後において、第１部材６０と第２部材６１との距離をより大きく変化させることができる。そのため、上述した（１）と同様の作用効果を得ることはできる。

なお、第１部材６０を構成する素材と第２部材６１を構成する素材の熱膨張係数の関係は、上述したものに限られず、例えば、第２部材６１を構成する素材の双方よりも第１部材６０を構成する素材の熱膨張係数が高くてもよい。そして、第２部材６１において、内周部６１Ａを外周部６１Ｂよりも熱膨張係数の低い素材によって構成してもよい。また、第１部材６０を構成する素材の熱膨張係数が、第２部材６１を構成する素材の一方よりも低く他方よりも高くてもよい。要は、ガス通路１８の導出路１８Ｃを構成する第１部材６０及び第２部材６１において、これらが互いに熱膨張係数が異なる素材によって構成されていればよい。

また、第１部材６０を上述のようなバイメタル構造とすることも可能である。
・蒸発源１０は円筒状に限られない。例えば、断面が多角形の筒状であってもよい。また、蒸発源１０が有底筒状であってもよい。この場合には、第１密閉部材１２を省略できる。

・連結材１３の構成は上記実施形態のものに限られない。例えば、導入溝１３Ｃを周方向に複数設けるようにしてもよい。この場合には、各導入溝１３Ｃに対応させて導入管１７を複数配設すればよい。また、ガス通路１８，５１の導入路１８Ａ，５１Ａの構成としては、導入溝１３Ｃに限定されない。例えば、導入溝１３Ｃに代えて、連結材１３を貫通する貫通孔を設けてもよい。また、連結材１３に導入溝１３Ｃを設けるのではなく、電極１５の当接板部１５Ａや内筒部５３の当接部５３Ａに、連結材１３と対向する面から連結材１３まで延びる複数の支持柱などを設けてもよい。この構成によれば、支持柱によって連結材１３と電極１５または内筒部５３との間に隙間が保持され、ガス通路１８，５１の導入路１８Ａ，５１Ａが形成される。

・連結材１３の製造方法として、導電性の素材によって連結材１３を成形した後に、絶縁性の素材によってその表面を被覆する方法を例示したが、他の方法によって連結材１３を製造してもよい。例えば、絶縁性の素材を用いて所望の形状に成形することで絶縁性の連結材１３を製造することも可能である。

・上記成膜装置に、ストライカを設けてもよい。ストライカは、蒸発源１０に当接する位置と、蒸発源１０に当接しない退避位置とに変位可能であり、接地されている。この構成では、蒸発源１０に外部電源１１から放電電圧を加え、ワーク１００にバイアス電源１０１によってバイアス電圧を加える。そして、蒸発源１０に対してストライカを接触させ、直ちに該蒸発源１０からストライカを離間させることで、蒸発源１０をカソード、電極１５をアノードとしたアーク放電を発生させる。

・ガス通路１８，５１の上記端部において、第１部位及び第２部位のうち熱膨張係数の高い素材によって構成されている一方の厚さを、他方に比して薄くしてもよい。この構成によれば、アーク放電による受熱量に対して肉厚の薄い一方の変形量を他方に比して大きくできるため、第１部位と第２部位との距離を大きく変化させることができる。

・防着材１４や電極１５の放電部１５Ｂ、並びに外筒部５２や内筒部５３の筒状部５３Ｂを円筒状に形成したが、これらの形状を適宜変更してもよい。すなわち、軸方向と直交する方向における断面において、上記各部材は環状に限らず、例えば円弧状であってもよい。こうした構成では、結果として、ガス通路１８，５１が上記断面において円弧状に構成される。このように、ガス通路１８，５１は、上記断面において環状に構成されるものに限られない。こうした構成であっても、ガス通路１８，５１の端部が熱膨張係数の異なる素材によって構成された第１部位と第２部位とを有していることから、アーク放電の熱を利用して、第１部位と第２部位との径方向や軸方向における距離を変化させることが可能である。

１０…蒸発源、１０Ａ…内部空間、１１…外部電源、１２…第１密閉部材、１３…連結材、１３Ａ…一端面、１３Ｂ…他端面、１３Ｃ…導入溝、１４…防着材、１５…電極、１５Ａ…当接板部、１５Ｂ…放電部、１６…第２密閉部材、１７…導入管、１８…ガス通路、１８Ａ…導入路、１８Ｂ…連通路、１８Ｃ…導出路（端部）、１９…電磁コイル、５０…電極、５１…ガス通路、５１Ａ…導入路、５１Ｂ…連通路、５１Ｃ…導出路、５２…外筒部、５３…内筒部、５３Ａ…当接部、５３Ｂ…筒状部、６０…第１部材、６１…第２部材、６１Ａ…内周部、６１Ｂ…外周部、１００…ワーク、１０１…バイアス電源。

Claims

ワークを収容する内部空間を有するように筒状をなし、金属で構成される蒸発源と、
前記蒸発源の内部空間に配置された電極と、
前記蒸発源の内部空間へ前記蒸発源の外部空間からガスを供給するガス通路と
を備え、前記蒸発源と前記電極との間で発生するアーク放電によって前記蒸発源から放出された金属イオンを前記ワークに堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記ガス通路は、前記蒸発源の内部空間側に配置されている端部が第１素材によって構成されている第１部位と第２素材によって構成されている第２部位とを有し、前記第１素材及び前記第２素材は、互いに熱膨張係数の異なる素材である成膜装置。
前記蒸発源と前記電極との間に配置され、前記蒸発源及び前記電極に対して電気的に絶縁されている防着材を備え、
前記電極が前記第１部位を構成し、前記防着材が前記第２部位を構成しており、
前記ガス通路の前記端部が前記電極及び前記防着材によって構成されている
請求項１に記載の成膜装置。
前記電極を構成する前記第１素材は、前記防着材を構成する前記第２素材よりも熱伝導係数が高い
請求項２に記載の成膜装置。
前記電極を構成する前記第１素材は、前記防着材を構成する前記第２素材よりも熱膨張係数が低い
請求項３に記載の成膜装置。