JP2019112708A - Tip antifouling type ignition apparatus of vacuum arc plasma vapor deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空アークプラズマ蒸着装置において、蒸発源となる陰極にトリガ電極を接触して引き離すことによりアーク放電を生起させて陰極物質のアークプラズマを発生させる着火装置に関し、より詳細にはトリガ電極の先端に陰極物質が堆積して汚染されることを防止する先端防汚型着火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device for generating an arc plasma of a cathode material by causing an arc discharge by bringing a trigger electrode into contact with a cathode serving as an evaporation source and pulling it apart in a vacuum arc plasma deposition apparatus, more specifically, the trigger electrode. The present invention relates to a tip antifouling igniter for preventing the deposition and contamination of a cathode material on the tip of the tip.
従来の真空アークプラズマ蒸着装置とその着火装置については、総論的には図9及び図10に示されている。 A conventional vacuum arc plasma deposition apparatus and its ignition apparatus are generally shown in FIGS. 9 and 10.
図9に示された真空アークプラズマ蒸着装置は、真空容器21にダクト22が配置され、ダクト22の中には陰極支持体24に固定された陰極23が配設されている。陰極23はアーク電源27により負の高電位に設定されている。陰極23の近傍には、回転軸26により正逆回転可能なトリガ電極25が取着され、トリガ電極25には抵抗器28が接続されて、アーク電流を流出するように構成されている。
In the vacuum arc plasma vapor deposition apparatus shown in FIG. 9, a duct 22 is disposed in a
アーク電源27により高電圧を印加しながら回転軸26によりトリガ電極25を回転させると、トリガ電極先端部25aは回転軌跡26aを描きながら陰極表面23aに接触する。そして、回転軸26を逆回転させてトリガ電極先端部25aを陰極表面23aから引き離すと、トリガ電極先端部25aと陰極表面23aとの間にアーク放電が発生し、プラズマ状態の陰極物質29が陰極表面23aから放出される。このとき、陰極表面23aは放電面23aになる。
When the
プラズマである陰極物質29は、陰極表面23aからその半球限界面LLから表側の半球空間に放出される。トリガ電極先端部25aを逆回転により退避位置まで後退させてもトリガ電極先端部25aは前記半球限界面LLの表側半球空間に存在するから、トリガ電極先端部25aは常にプラズマに曝露され、トリガ電極先端部25aは陰極物質の堆積により汚染される。汚染されたトリガ電極先端部25aで再着火させるときには、アーク放電熱で陰極表面23aと前記堆積物質の両者が同一物質である故に同時的に軟化し、また陰極自体が水冷により冷却されるから、トリガ電極先端部25aは陰極表面23aに強力に固着して引き離すことができず、再着火不能になる。再着火可能にするためには、真空アークプラズマ蒸着装置の真空を破って、トリガ電極先端部25aを陰極表面23aから物理的に分離して陰極物質を除去し、再度調整して真空引きをするという極めて煩雑な手間と費用を掛けなければならない。
The
図10に示された真空アークプラズマ蒸着装置は、コ字形のトリガ電極25を使用する点を除いて、他の構成は図9と同一である。この従来例でも、トリガ電極25を退避状態にさせても、トリガ電極先端部25aは半球限界面LLから表側の半球空間に存在し、プラズマ発生中にトリガ電極先端部25aは陰極物質29のプラズマに常に曝露されている。従って、図9と同様の作用により同様の上記欠点を有することに変わりはない。
前述した半球限界面LLは暗視野空間と明視野空間の境界線であるから、暗視野境界線と言ってもよい。本発明では、暗視野空間と明視野空間の境界線を暗視野境界線として統一する。
The vacuum arc plasma deposition apparatus shown in FIG. 10 is the same as that of FIG. 9 except that a
Since the above-mentioned hemispherical limit surface LL is a boundary between dark field space and bright field space, it may be called a dark field boundary. In the present invention, the boundary between the dark field space and the bright field space is unified as the dark field boundary.
次に、具体的に、従来の真空アークプラズマ蒸着装置とその着火装置について特許文献1〜特許文献5で説明する。
Next, the conventional vacuum arc plasma vapor deposition apparatus and its ignition device will be specifically described in
特開平10−226875号公報(特許文献1)には、トリガ電極を陰極の表面に直交する方向に平行移動させて接触・引き離しを行う引き込み式トリガ装置が開示されている。しかし、トリガ電極の先端は常にアークプラズマに曝露されるために、トリガ電極の先端は陰極物質の堆積により汚染されてしまう。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-226875 (Patent Document 1) discloses a retractable trigger device in which a trigger electrode is moved in parallel in a direction perpendicular to the surface of a cathode to perform contact and separation. However, since the tip of the trigger electrode is always exposed to the arc plasma, the tip of the trigger electrode is contaminated by the deposition of the cathode material.
特開2005−267909号公報(特許文献2)には、トリガ電極を回転させて陰極表面に接触させ逆回転させて引き離しを行う回転式トリガ装置が開示されている。しかし、逆回転させても退避位置にあるトリガ電極の先端はアークプラズマに曝露されており、トリガ電極の先端は作動中に常に陰極物質が堆積して汚染されることになる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-267909 (patent document 2) discloses a rotary trigger device which rotates a trigger electrode to be in contact with the surface of a cathode and reversely rotated to separate. However, the tip of the trigger electrode, which is in the retracted position even after reverse rotation, is exposed to the arc plasma, and the tip of the trigger electrode is always deposited and contaminated with the cathode material during operation.
特開2009−220260号公報(特許文献3)や特開2001−316800号公報(特許文献4)のように、アークプラズマを用いて金属膜を中間層として成膜する手法が近年一部で提案されている。これらの例では0.1Pa程度の極めて低圧のArガス雰囲気下で金属製陰極を用いてアーク放電される。
この場合、上述した従来の着火装置では、トリガ電極の先端に付着する膜は比較的低融点なTiやCr、V、TiAl、AlCr等の金属膜である。また、低ガス圧での放電となるため、放電そのものが不安的になり、頻繁に再着火を行うことになりがちである。しかしながら、プラズマに曝露されているトリガ電極は、プラズマからの輻射熱で高温となりやすい。このため、トリガ先端に付着した膜が熱で軟化しやすく、先端部が再着火のため水冷されている陰極と接触する際にトリガ電極の先端が急冷されて陰極と溶着してしまい、引き離せなくなってしまう。
このようなトリガ電極溶着が発生すると、アークプラズマの着火が不可能となるため、成膜を中断して真空炉を大気開放し、トリガ電極をメンテナンスする必要がある。この結果、成膜工程の途中で装置の運転が停止するため、製造効率や歩留まりが低下するという問題生じる。
As described in JP 2009-220260 A (Patent Document 3) and JP A 2001-316800 A (Patent Document 4), a method of forming a metal film as an intermediate layer using arc plasma has been proposed in recent years. It is done. In these examples, arc discharge is performed using a metal cathode under an extremely low pressure Ar gas atmosphere of about 0.1 Pa.
In this case, in the above-described conventional ignition device, the film attached to the tip of the trigger electrode is a metal film of Ti, Cr, V, TiAl, AlCr or the like having a relatively low melting point. In addition, since the discharge is performed at a low gas pressure, the discharge itself becomes unstable and tends to be frequently reignited. However, the trigger electrode exposed to the plasma is likely to be hot due to the radiant heat from the plasma. For this reason, the film attached to the tip of the trigger is easily softened by heat, and the tip of the trigger electrode is rapidly cooled and welded to the cathode when the tip comes into contact with the water-cooled cathode for reignition. It will be gone.
When such trigger electrode welding occurs, ignition of the arc plasma becomes impossible, so it is necessary to interrupt the film formation, open the vacuum furnace to the atmosphere, and maintain the trigger electrode. As a result, since the operation of the apparatus is stopped in the middle of the film forming process, there arises a problem that the manufacturing efficiency and the yield decrease.
トリガ電極を用いた着火装置には上記のような欠点があるため、これに替わる着火装置が開発されている。特開平11−61383号公報(特許文献5)では、トリガ電極ではなく高圧パルスを用いてアークプラズマを着火している。原理的にトリガ電極の溶着の問題は生じないものの、高い絶縁性を維持する必要があり、また着火のためだけに高価な高電圧電源が必要になるなど、動作の維持管理に手間が掛かる他、装置のコストも高価になる。 Since the ignition device using the trigger electrode has the above-mentioned drawbacks, an alternative ignition device has been developed. In JP-A-11-61383 (Patent Document 5), the arc plasma is ignited using a high voltage pulse instead of the trigger electrode. Although there is no problem of welding of the trigger electrode in principle, it is necessary to maintain high insulation, and expensive high-voltage power supply is required only for ignition, etc. , The cost of the device will also be expensive.
上述したように、特許文献1〜5及び図9、10に示された従来の真空アークプラズマ蒸着装置の着火装置では、トリガ電極の先端が陰極物質の放射に関して明視野下に配置されているため、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積する。その結果、再着火するときに、トリガ電極先端部が陰極表面に固着し、トリガ電極先端部を陰極表面から引き離すことができなくなる。即ち、アーク放電を生起できないから、プラズマを発生できない、という事態が生じる。
再記するならば、このようなトリガ電極溶着が発生すると、アークプラズマの着火が不可能となるため、成膜を中断して真空炉を大気開放し、トリガ電極をメンテナンスする必要が生じる。この結果、成膜工程の途中で装置の運転が停止するため、製造効率や歩留まりが低下するという問題生じる。
As described above, in the ignition device of the conventional vacuum arc plasma vapor deposition apparatus shown in
As described above, when such trigger electrode welding occurs, the arc plasma can not be ignited, so it is necessary to interrupt the film formation, open the vacuum furnace to the atmosphere, and maintain the trigger electrode. As a result, since the operation of the apparatus is stopped in the middle of the film forming process, there arises a problem that the manufacturing efficiency and the yield decrease.
従って、本発明の目的は、蒸発源である陰極の表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させて前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有することを特徴とする真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置を提供することである。
この先端防汚型着火装置により、プラズマ着火後にトリガ電極先端部を放電面となる陰極表面から見て暗視野になる位置まで回転させて退避させ、トリガ電極先端部に陰極物質の堆積を大幅に低減し、且つ放電のプラズマからも遮蔽することでトリガ電極先端部の過度の温度上昇を防ぎ、先端に付着した金属膜の軟化を防止することで、結果として再着火時にトリガ電極と陰極が溶着することを防止するものである。
Therefore, an object of the present invention is to use a trigger electrode for igniting an arc discharge and releasing a cathode material to generate plasma when the tip of the trigger electrode is brought into contact with the surface of the cathode which is an evaporation source and pulled apart, and the contact or detachment. In order to perform this operation, the trigger electrode is rotated or reversely rotated, the dark field space where the emitted cathode material does not reach directly, and the trigger electrode is reversely rotated except at the time of ignition to turn the trigger electrode tip into the dark It is an object of the present invention to provide a front end antifouling type ignition device of a vacuum arc plasma deposition apparatus characterized by having an antifouling mechanism which is evacuated to a visual field space and the cathode material does not reach the front end of the trigger electrode directly.
The tip antifouling type ignition device rotates the tip of the trigger electrode to a position where it can provide a dark field as viewed from the cathode surface serving as a discharge surface after plasma ignition and retracts, and deposition of the cathode material on the tip of the trigger electrode is greatly reduced. By reducing it and shielding it from the discharge plasma, it prevents excessive temperature rise of the trigger electrode tip and prevents softening of the metal film attached to the tip, resulting in welding of the trigger electrode and cathode at reignition. To prevent
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第1の形態は、蒸発源である陰極と、前記陰極の陰極表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させて前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and the first form of the present invention is characterized in that when the trigger electrode tip is brought into contact with the cathode which is an evaporation source and the cathode surface of the cathode A trigger electrode for igniting an arc discharge and emitting a cathode material to generate plasma, a rotating shaft for rotating or reversing the trigger electrode to perform the contact or separation, and the cathode material to be discharged do not reach directly A vacuum arc having a dark field space and an antifouling mechanism which reversely rotates the trigger electrode except at the time of ignition to retract the tip of the trigger electrode to the dark field space so that the cathode material does not reach the tip of the trigger electrode directly. It is a tip antifouling type ignition device of a plasma vapor deposition device.
本発明の第2の形態は、陰極表面から陰極物質が放射される表側領域を区画する陰極表面からの暗視野境界線の裏側領域を前記暗視野空間とした真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a vacuum arc plasma vapor deposition apparatus according to a second aspect of the present invention, in which the back side area of the dark field boundary line from the cathode surface is defined. Type ignition device.
本発明の第3の形態は、トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットを配設し、この格納ポケットの内部にトリガ電極を退避させたときにトリガ電極先端部の周囲が前記暗視野空間になっている真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 According to the third aspect of the present invention, a storage pocket for reversely rotating and retracting the trigger electrode is provided, and when the trigger electrode is retracted inside the storage pocket, the dark field space is around the tip of the trigger electrode. It is a tip antifouling type ignition device of the vacuum arc plasma vapor deposition device which becomes.
本発明の第4の形態は、格納ポケットの開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置し、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 The fourth aspect of the invention places the duct side shield around the opening of the storage pocket and prevents the cathode material from entering the dark field space of the storage pocket. Type ignition device.
本発明の第5の形態は、開口部を挟む両側縁周辺の夫々にダクト側遮蔽板を配置し、開口部から暗視野空間に陰極物質が侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, a tip end of a vacuum arc plasma vapor deposition apparatus which arranges a duct side shielding plate around each of both side edges sandwiching an opening and prevents cathode material from entering the dark field space from the opening. It is an antifouling type ignition device.
本発明の第6の形態は、トリガ電極の回転軸に又は回転軸付近にトリガ側遮蔽板を配置し、陰極物質が暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 The sixth embodiment of the present invention places the trigger side shield plate at or near the rotation axis of the trigger electrode, and prevents the cathode material from entering the dark field space. Type ignition device.
本発明の第7の形態は、トリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れているオフセット状態になるように回転軸を偏移して配置し、陰極物質の到達量を低減させる真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, a vacuum is provided to shift the rotation axis so that the rotation locus of the tip of the trigger electrode is offset from the diameter direction of the cathode, thereby reducing the reach of the cathode material. It is a tip antifouling type ignition device of the arc plasma deposition device.
本発明の第1の形態によれば、蒸発源である陰極と、前記陰極の陰極表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させて前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本発明形態によれば、陰極表面(放電面)から放出される陰極物質が直達しない暗視野空間を設け、着火後に少なくともトリガ電極先端部を暗視野空間に退避させるから、トリガ電極先端部に陰極物質の金属膜の堆積を大幅に低減することができ、且つトリガ電極先端部を放電のプラズマからも遮蔽することでトリガ電極先端部の過度の温度上昇を防ぐことができる。従って、陰極表面に接触するトリガ電極先端部に陰極物質膜の形成を防止でき、たとえトリガ電極先端部に陰極物質膜ができたとしても膜の軟化を防ぐことができ、その結果として再着火時にトリガ電極先端部が陰極表面に溶着することを防止できる。
トリガ電極はコスト等の問題からMo等の高融点金属のロッドであることが好ましいが、異なる材質やパット状等のその他の形態であっても、陰極と接触する先端部が放電面から暗視野空間となれば、同様な効果が得られる。
また、成膜工程の途中で装置の運転が停止することを防止できるため、製造効率や歩留まりの改善を図ることができる。
更に、本発明は単純な回転機構のみであるため、維持管理を極めて簡素化することが可能になる他、装置の製造コストの低減にも繋がる。
According to the first aspect of the present invention, when the tip of the trigger electrode is brought into contact with the cathode surface as the evaporation source and the cathode surface of the cathode and brought apart, the arc discharge is ignited and the cathode material is emitted to generate plasma. An electrode, a rotating shaft that rotates or reversely rotates the trigger electrode to perform the contact or separation, a dark field space where the cathode material to be discharged does not reach directly, and the trigger electrode is reversely rotated except at the time of ignition According to another aspect of the present invention, there is provided a tip antifouling type ignition device of a vacuum arc plasma deposition apparatus having an antifouling mechanism in which the trigger electrode tip is retracted to the dark field space and the cathode material does not directly reach the trigger electrode tip.
According to the embodiment of the present invention, the dark field space where the cathode material discharged from the cathode surface (discharge surface) does not reach directly is provided, and at least the tip of the trigger electrode is retracted to the dark field after ignition. The deposition of the metal film of the substance can be greatly reduced, and the trigger electrode tip can also be shielded from the discharge plasma to prevent an excessive temperature rise of the trigger electrode tip. Therefore, the cathode material film can be prevented from being formed on the tip of the trigger electrode in contact with the cathode surface, and even if the cathode material film is formed on the tip of the trigger electrode, the film can be prevented from being softened. The trigger electrode tip can be prevented from welding to the cathode surface.
The trigger electrode is preferably a rod of high melting point metal such as Mo from the viewpoint of cost etc. However, even if it is a different material or other form such as a pad shape, the tip portion in contact with the cathode is dark field from the discharge surface If it is space, the same effect can be obtained.
In addition, since the operation of the apparatus can be prevented from stopping in the middle of the film forming process, the manufacturing efficiency and the yield can be improved.
Furthermore, since the present invention is only a simple rotation mechanism, maintenance and management can be extremely simplified, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced.
本発明の第2の形態によれば、陰極表面から陰極物質が放射される表側領域を区画する陰極表面からの暗視野境界線の裏側領域を前記暗視野空間とした真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
陰極表面から陰極物質が放射されるときに、放射粒子の最大放射角度の両端線が暗視野境界線を与える。両端線で囲まれる内側領域は放射粒子が存在する表側領域になり、両端線の外側領域は放射粒子が存在しない裏側領域になる。この裏側領域が暗視野空間に相当する。
上記の裏側領域の中でも、特に、陰極物質は陰極表面から放射されるから、陰極物質が陰極表面の延長線である暗視野境界線の裏側半球には基本的に放射されることは無いと考えられる。
従って、裏側領域、特に裏側半球のいずれの部分も暗視野空間とすることができ、この暗視野空間にトリガ電極先端部を退避すれば、トリガ電極先端部への陰極物質の堆積を確実に防止することができる。
According to the second aspect of the present invention, the tip of a vacuum arc plasma vapor deposition apparatus in which the back side area of the dark field boundary from the cathode surface that divides the front side area where the cathode material is emitted from the cathode surface An antifouling type ignition device can be provided.
When the cathode material is emitted from the surface of the cathode, the extremes of the emission angle of the emitting particles provide a dark field boundary. The inner area surrounded by the end lines is the front side area where the emitting particles are present, and the outer area of the both ends lines is the back side area where the emitting particles are not present. This backside area corresponds to the dark field space.
Among the above-mentioned backside areas, in particular, since the cathode material is emitted from the cathode surface, it is considered that the cathode material is basically not emitted to the backside hemisphere of the dark field boundary which is an extension of the cathode surface. Be
Therefore, the back side area, in particular, any part of the back side hemisphere can be made a dark field space, and if the tip of the trigger electrode is retracted into this dark field space, the deposition of the cathode material on the tip of the trigger electrode is reliably prevented. can do.
本発明の第3の形態によれば、トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットを配設し、この格納ポケットの内部にトリガ電極を退避させたときにトリガ電極先端部の周囲が前記暗視野空間になっている真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本形態では、トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットが設けられ、この格納ポケットの内部にトリガ電極を収納したときに、トリガ電極先端部の周囲が少なくとも陰極物質が直達しない暗視野空間になっておればよい。陰極物質は格納ポケットの内部壁面に衝突してそこに付着してもよいが、トリガ電極先端部の周囲が暗視野空間になっておれば、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することは防止できる。
即ち、陰極がダクトの奥面に設置されている場合、ダクト側面に少なくともトリガ電極の先端部分/又はその全体が格納されるポケットを設置すればよい訳である。特に磁気フィルタ型の真空アーク法(Filterd Arc Deposition:FAD)においては、通常、陰極はプラズマ輸送ダクトの一番奥にありスペースに余裕が無い場合が殆どであるため、トリガ電極の格納ポケットを設置する方法が現実的な実施方法となる。
According to the third aspect of the present invention, a storage pocket for reversely rotating and retracting the trigger electrode is provided, and when the trigger electrode is retracted inside the storage pocket, the periphery of the tip of the trigger electrode is dark as described above It is possible to provide a tip antifouling type ignition device of a vacuum arc plasma vapor deposition device which is a visual field space.
In the present embodiment, a storage pocket is provided for retracting and retracting the trigger electrode, and when the trigger electrode is stored in the storage pocket, at least the periphery of the tip of the trigger electrode is a dark field space where the cathode material does not reach directly. It should be. The cathode material may collide with and adhere to the inner wall surface of the storage pocket, but the dark field space around the trigger electrode tip prevents the cathode material from being deposited on the trigger electrode tip it can.
That is, when the cathode is installed at the back of the duct, it is sufficient to install a pocket in the side of the duct in which at least the tip portion of the trigger electrode and / or the whole thereof is stored. In particular, in the magnetic filter type vacuum arc method (Filtered Arc Deposition: FAD), usually the cathode is at the deep end of the plasma transport duct and there is almost no case where there is no space, so the storage pocket of the trigger electrode is installed. Method is a practical implementation method.
本発明の第4の形態によれば、格納ポケットの開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置し、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
格納ポケットの形状は任意の形状を有することができるが、回転軸の逆回転によりトリガ電極を内部に収納するために、格納ポケットは開口部を有している。陰極物質もこの開口部を通過して直達するから、陰極物質の直達路を遮断するように、開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置することができる。その結果、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止でき、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することを確実に防止できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the tip of the vacuum arc plasma vapor deposition apparatus is provided with a duct side shielding plate around the opening of the storage pocket to prevent the cathode material from entering the dark field space of the storage pocket An antifouling type ignition device can be provided.
The shape of the storage pocket can have any shape, but the storage pocket has an opening in order to store the trigger electrode inside by reverse rotation of the rotation axis. Since the cathode material also passes directly through this opening, a duct side shield can be arranged around the opening so as to block the direct passage of the cathode material. As a result, the cathode material can be prevented from entering the dark field space of the storage pocket, and the cathode material can be reliably prevented from being deposited on the tip of the trigger electrode.
本発明の第5の形態によれば、開口部を挟む両側縁周辺の夫々にダクト側遮蔽板を配置し、開口部から暗視野空間に陰極物質が侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
開口部には両側縁があり、これら両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板を配置すれば、両側縁の片方又は両方から開口部を通過して内部に侵入しようとする陰極物質を遮断できる。両側縁の夫々にダクト側遮蔽板を配置することによって、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止でき、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することを確実に防止できることは云うまでもない。
According to the fifth aspect of the present invention, a vacuum arc plasma vapor deposition apparatus is provided, in which the duct side shielding plates are disposed around the side edges sandwiching the opening, and the cathode material is prevented from entering the dark field space from the opening. Can provide a front-end antifouling type ignition device.
The openings have side edges, and if the duct side shields are disposed respectively near the both side edges, it is possible to block the cathode material that is going to pass from the one side or both sides of the side edges into the inside. By arranging the duct side shielding plate at each side edge, it is possible to prevent the cathode material from invading the dark field space of the storage pocket, and to surely prevent the cathode material from being deposited on the tip of the trigger electrode. It's too late.
本発明の第6の形態によれば、トリガ電極の回転軸に又は回転軸付近にトリガ側遮蔽板を配置し、陰極物質が暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本形態では、回転軸にトリガ側遮蔽板を設ければトリガ側遮蔽板も回転軸の回転に応じて回転するが、回転軸付近にトリガ側遮蔽板を設ければ回転軸が回転してもトリガ側遮蔽板は固定状態に保持される。いずれの形式のトリガ側遮蔽板も本形態に包含される。
このようなトリガ側遮蔽板を設けることにより、放出された陰極物質はトリガ側遮蔽板により遮断され、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止でき、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することを確実に防止できることは云うまでもない。
According to the sixth aspect of the present invention, the tip of the vacuum arc plasma vapor deposition apparatus which arranges the trigger side shield plate at or near the rotation axis of the trigger electrode and prevents the cathode material from entering the dark field space. An antifouling type ignition device can be provided.
In this embodiment, the trigger side shield plate is also rotated according to the rotation of the rotation shaft if the trigger side shield plate is provided on the rotation axis, but if the trigger side shield plate is provided near the rotation shaft, the rotation axis is rotated The trigger side shield plate is held in a fixed state. Both types of trigger side shielding plates are included in the present embodiment.
By providing such a trigger side shield plate, the cathode material released is blocked by the trigger side shield plate, so that the cathode material can be prevented from entering the dark field space of the storage pocket, and the cathode material at the tip of the trigger electrode Needless to say, it is possible to prevent the deposition of
本発明の第7の形態によれば、トリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れているオフセット状態になるように回転軸を偏移して配置し、陰極物質の到達量を低減させる真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本形態で、オフセット状態とは回転軸の回転に応じたトリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れていることを云い、オフセットしていない状態(オンセット状態とも云う)とはトリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向に一致していることを云う。
陰極が円柱又は略円柱の場合に陰極表面は円形になり、しかも格納ポケットの開口部が陰極表面に対して開く開口角度が一定角であるとする。トリガ電極は格納ポケットに回転収納されるから、トリガ電極先端部の回転軌跡は開口角度の中央に位置する。従って、オフセットしていない状態、即ちトリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向に一致しているオンセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面の面積(トリガ電極先端部への明視野領域ともいう)が最大になり、トリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れているオフセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面の面積(トリガ電極先端部への明視野領域)は外れが大きくなるほど小さくなる。
つまり、開口角度の領域に入る陰極表面の面積(トリガ電極先端部への明視野領域)が小さいほど陰極物質の侵入量が小さくなるから、本形態では、オフセット状態になるように回転軸を偏移して配置し、陰極物質の到達量を低減させることに成功した。従って、オフセットが大きいほど、トリガ電極先端部に堆積する陰極物質の量が少なくなり、本形態ではオフセット状態に配置する。
According to the seventh aspect of the present invention, the rotational axis of the trigger electrode tip portion is offset from the diameter direction of the cathode so that the rotational locus is offset from the diameter direction of the cathode, thereby reducing the reach of the cathode material. The tip antifouling type ignition device of the vacuum arc plasma deposition device can be provided.
In this embodiment, the offset state means that the rotation locus of the tip of the trigger electrode according to the rotation of the rotation axis is deviated from the diameter direction of the cathode, and the non-offset state (also referred to as the on-set state) is a trigger. It can be said that the rotational trajectory of the electrode tip coincides with the diameter direction of the cathode.
It is assumed that the surface of the cathode is circular when the cathode is cylindrical or substantially cylindrical, and that the opening of the storage pocket is at a constant opening angle with respect to the surface of the cathode. Since the trigger electrode is rotatably stored in the storage pocket, the rotation trajectory of the trigger electrode tip is located at the center of the opening angle. Therefore, in the non-offset state, that is, in the on-set state where the rotation locus of the trigger electrode tip coincides with the diameter direction of the cathode, the area of the cathode surface entering the area of the opening angle (bright field to the trigger electrode tip The area of the cathode surface that enters the area of the opening angle (bright field area to the tip of the trigger electrode) in the offset state where the rotation locus of the tip of the trigger electrode deviates from the diameter direction of the cathode. Becomes smaller as the deviation becomes larger.
That is, the smaller the area of the cathode surface (bright field area to the tip of the trigger electrode) entering the area of the opening angle, the smaller the penetration amount of the cathode material. Therefore, in this embodiment, the rotation axis is offset to be in the offset state. It was transferred and placed successfully to reduce the reach of the cathode material. Therefore, the larger the offset, the smaller the amount of cathode material deposited on the tip of the trigger electrode, which in this embodiment is placed in the offset state.
以下に、本発明に係る真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置の実施例を図面に従って詳細に説明する。 Below, the Example of the tip antifouling type igniter of the vacuum arc plasma vapor deposition apparatus which concerns on this invention is described in detail according to drawing.
図1は、本発明において、暗視野境界線Lの裏側半球を暗視野空間13とする第1実施例の断面概要図である。
真空容器1の内部にはダクト2が配置され、ダクト2の中には陰極支持体4に固定された陰極3が配設されている。陰極3はアーク電源7により負の高電位に設定されている。陰極3の近傍には、回転軸6により正逆回転可能なトリガ電極5が取着され、トリガ電極5には抵抗器8が接続されて、アーク電流を流出するように構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment in which the back hemisphere of the dark field boundary L is used as a
A
アーク電源7により高電圧を印加しながら回転軸6によりトリガ電極5を回転させると、トリガ電極先端部5aは回転軌跡6aを描きながら陰極表面3aに接触する。そして、回転軸6を逆回転させてトリガ電極先端部5aを陰極表面3aから引き離すと、トリガ電極先端部5aと陰極表面3aとの間にアーク放電が発生し、プラズマ状態の陰極物質9が陰極表面3aから放出され、陰極表面3aは放電面3aになる。
When the
アーク放電が安定しては生起すると、回転軸6は逆回転により、暗視野境界線L(半球限界面Lと云ってもよい)の裏側半球にある暗視野空間13に退避される。陰極物質9は半球限界面Lの表側半球に放出されるだけで、裏側半球にある暗視野空間13には直達されない。従って、トリガ電極先端部5aには陰極物質9が堆積せず、或いは殆ど堆積しないから、トリガ電極先端部5aはいつも清浄に保持される。前記暗視野境界線Lは暗視野空間13と明視野空間との境界線である。
陰極物質9が放出されるに連れて、陰極表面3aは次第に後退に、陰極3の厚みは次第に小さくなってゆく。トリガ電極先端部5aには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部5aを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
When the arc discharge stably occurs, the
As the cathode material 9 is released, the
図2は、本発明において、暗視野境界線Lの裏側半球を暗視野空間13としたコ字型のトリガ電極5を用いた第2実施例の断面概要図である。
図1では棒状のトリガ電極5が用いられているのに対し、図2ではコ字型のトリガ電極5を用いている点が異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第2実施例においても、アーク放電が安定しては生起すると、回転軸6は逆回転により、暗視野境界線Lの裏側半球にある暗視野空間13に退避される。陰極物質9は暗視野境界線Lの表側半球に放出されるだけで、裏側半球にある暗視野空間13には直達されない。従って、トリガ電極先端部5aには陰極物質9が堆積せず、或いは殆ど堆積しないから、トリガ電極先端部5aはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部5aには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部5aを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment using a
While the bar-shaped
Also in this second embodiment, when the arc discharge is stably generated, the
Since there is no deposition of the cathode material on the
図3は、本発明において、格納ポケット10の中に暗視野空間13を有する第3実施例の断面概要図である。
図3では格納ポケット10により暗視野空間13を形成している点が図1と異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第3実施例では、ダクト2の中に開口部10aを開放した格納ポケット10を設けており、回転軸6を逆転させることにより、トリガ電極5を開口部10aに通過させて内部に収納して退避させる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a third embodiment having a
In FIG. 3, the difference from FIG. 1 is that the
In the third embodiment, a
陰極表面3の角と格納ポケット10の角とを結んだ暗視野境界線Lが、左側の暗視野空間13と右側の明視野空間との境界線になっている。トリガ電極先端部5aを暗視野空間13の内部に位置させれば、陰極物質9は暗視野空間13には侵入しないから、トリガ電極先端部5aには陰極物質が堆積することは無いか、或いは殆ど堆積しないから、トリガ電極先端部5aはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部5aには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部5aを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
A dark field boundary L connecting a corner of the
Since there is no deposition of the cathode material on the
図4は、本発明において、格納ポケット10の開口部10a付近にダクト側遮蔽板12を設け且つ回転軸6にトリガ側遮蔽板11を設けた第4実施例の断面概要図である。
図4ではダクト側遮蔽板12とトリガ側遮蔽板11を設けている点が図3と異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第4実施例では、格納ポケット10の開口部10aの端部付近にL字型のダクト側遮蔽板12を設け、且つ回転軸6にL字型のトリガ側遮蔽板11を設けている。そして、回転軸6を逆転させることにより、トリガ電極5を開口部10aに通過させてその内部に収納して退避させる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a fourth embodiment in which the duct
4 is different from FIG. 3 only in that the duct
In the fourth embodiment, an L-shaped duct
陰極表面3の角とダクト側遮蔽板12の端縁とを結んだ暗視野境界線Lが、左側の暗視野空間13と右側の明視野空間との境界線になっている。また、ダクト側遮蔽板12とトリガ側遮蔽板11により格納ポケット10の内部への陰極物質9の侵入を遮断しているから、格納ポケット10の内部はかなり清浄化されている。特に、トリガ電極先端部5aを暗視野空間13の内部に位置させるから陰極物質9の侵入が遮断されるだけでなく、ダクト側遮蔽板12とトリガ側遮蔽板11により、陰極物質9やプラズマの回り込みも遮断できるから、暗視野空間13の中は極めて清浄化されている。従って、トリガ電極先端部5aには陰極物質が堆積することは無いから、トリガ電極先端部5aはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部5aには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部5aを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
A dark field boundary L connecting the corner of the
Since there is no deposition of the cathode material on the
図5は、本発明において、開口部10aを挟む両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板12、12を設け且つ回転軸6にトリガ側遮蔽板11を設けた第5実施例の断面概要図である。
図5では開口部10aを挟む両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板12、12を対向して設ける点が図4と異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第5実施例では、格納ポケット10は断面コ字型の直方体形であり、後述する図7及び図8と共通した格納ポケット10を使用している。開口部10aを挟む両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板12、12を対向して設けているから、回転軸6を逆転させると、トリガ電極5はダクト側遮蔽板12、12の間を通過して開口部10aから内部に退避して収納される。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a fifth embodiment in which the duct
5 differs from FIG. 4 only in that the duct
In the fifth embodiment, the
陰極物質9はダクト側遮蔽板12、12の間を通過して内部に侵入する以外になく、その通路は極めて狭隘で深いから、陰極物質9はトリガ電極先端部5aに到達する前に格納ポケット10の内壁面に吸着されてしまう。
従って、トリガ電極先端部5aを暗視野空間13の内部に位置させるから陰極物質9の侵入が遮断されるだけでなく、トリガ側遮蔽板11の遮断作用に加えて、ダクト側遮蔽板12、12の遮断作用により、暗視野空間13の中は極めて清浄化されている。従って、トリガ電極先端部5aには陰極物質が堆積することは無いから、トリガ電極先端部5aはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部5aには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部5aを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
Since the cathode material 9 is not only to pass between the duct
Therefore, since the
Since there is no deposition of the cathode material on the
図6は、本発明において、格納ポケット10の中の暗視野空間13にコ字型のトリガ電極5を退避させた第6実施例の断面概要図である。
この第6実施例は、図2のコ字型のトリガ電極5を、格納ポケット10の中の暗視野空間13に収納した点で図2と異なっているだけであり、他の点は全て図2と同様であるから、それらの説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the sixth embodiment in which the
The sixth embodiment differs from FIG. 2 only in that the
暗視野境界線Lの左側は暗視野空間13であり、右側は明視野空間である。格納ポケット10の全体は暗視野空間13の中に包含され、格納ポケット10の内部の全ては暗視野空間13になっている。従って、トリガ電極5を格納ポケット10に退避させると、トリガ電極先端部5aを含むトリガ電極5の全てが暗視野空間13内にあり、陰極物質9がトリガ電極先端部5aに堆積することは無く、同時に、陰極物質9がトリガ電極5の表面に堆積することはあり得ない。
The left side of the dark field boundary L is the
この実施例6では、暗視野空間13の中は極めて清浄化されている。トリガ電極先端部5aには陰極物質が堆積することは無く、トリガ電極先端部5aはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部5aには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部5aを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
In the sixth embodiment, the
Since there is no deposition of the cathode material on the
図7は、本発明において、トリガ電極5の回転軸6を陰極3に対しオフセットした位置に配置した場合に、トリガ電極先端部5aへの明視野領域15が小さくなることを示すオフセットしたアーク式蒸発源の平面図である。
このオフセット配置の実施形態では、陰極3の表面におけるトリガ電極先端部5aへの明視野領域15の面積が相対的に小さくなるから、格納ポケット10の内部に侵入する陰極物質9の量が少なくなる効果がある。しかも、図示されるように、格納ポケット10の開口部10aの両側縁付近はダクト側遮蔽板12、12に保護されているから、陰極3に対しトリガ電極先端部5aは完全な暗視野領域の中に配置されることになり、トリガ電極先端部5aには陰極物質9が堆積することは無い。また、トリガ電極5を回転させる回転軸6の表面の中で、回転軸6のプラズマ曝露領域14も比較的小さくて済む効果がある。
更に詳細に説明すると、本形態で、オフセット状態とは回転軸6の回転に応じたトリガ電極先端部5aの回転軌跡6aが陰極3の直径方向から外れていることを云う。
陰極3が円柱又は略円柱の場合には陰極3の表面は円形になり、しかも格納ポケット10の開口部10aが陰極表面に対して開く開口角度が一定角であるとする。トリガ電極5は格納ポケット10に回転収納されるから、トリガ電極先端部5aの回転軌跡6aは開口角度の中央に位置する。従って、トリガ電極先端部5aの回転軌跡6aが陰極3の直径方向から外れているオフセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面3aの面積(トリガ電極先端部5aへの明視野領域15)は外れが大きくなるほど小さくなる。
つまり、開口角度の領域に入る陰極表面3aの面積(トリガ電極先端部5aへの明視野領域15)が小さいほど陰極物質9の侵入量が小さくなるから、本形態では、オフセット状態になるように回転軸6を上方へ偏移して配置し、陰極物質9の到達量を低減させることに成功した。従って、オフセットが大きいほど、トリガ電極先端部5aに堆積する陰極物質9の量が少なくなり、本形態ではオフセット状態に配置することになる。
FIG. 7 is an offset arc type showing that the
In this embodiment of the offset arrangement, the area of the
More specifically, in the present embodiment, the offset state means that the
When the
That is, the smaller the area of the
図8は、本発明において、トリガ電極5の回転軸6を陰極3に対しオフセットしていない位置に配置した場合に、トリガ電極先端部5aへの明視野領域15が大きくなることを示すオフセットしていないアーク式蒸発源の平面図である。
図8のオフセットしていない状態は、オフセット状態を表す図7の存在意義をより明瞭にするために比較して図示されている。オフセットしていない状態(オンセット状態とも云う)とは、トリガ電極先端部5aの回転軌跡6aが陰極3の直径方向に一致していることを云う。
オフセットしていない状態、即ちトリガ電極先端部5aの回転軌跡6aが陰極3の直径方向に一致しているオンセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面3aの面積(トリガ電極先端部5aへの明視野領域15ともいう)が最大になる。その結果、格納ポケット10に侵入する陰極物質9の量が最大になる配置状態である。しかも、トリガ電極5を回転させる回転軸6の表面の中で、回転軸6のプラズマ曝露領域14が増大する弱点もある。
本発明では、オフセットしていない配置状態よりも、オフセットした配置状態を使用して、格納ポケット10の内部への陰極物質9の侵入を極減し、トリガ電極先端部5aの清浄化を増進する。
FIG. 8 shows that in the present invention, when the
The non-offset state of FIG. 8 is illustrated in comparison to make the existence significance of FIG. 7 representing the offset state clearer. The non-offset state (also referred to as the on-set state) means that the
In the non-offset state, that is, in the on-set state where the
In the present invention, offset placement is used rather than non-offset placement to minimize penetration of the cathode material 9 into the interior of the
本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における別実施例、種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above embodiment and examples, and includes within the technical scope thereof other embodiments, various modifications, design changes and the like within the scope of the technical idea of the present invention. It is needless to say that it is a thing.
本発明に係る真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置を用いれば、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間を設けて、着火時以外はトリガ電極を逆回転させてトリガ電極先端部を暗視野空間に退避させてトリガ電極先端部に陰極物質が直達せず、トリガ電極先端部をいつも清浄に保持することが可能になる。
この先端防汚型着火装置により、プラズマ着火後にトリガ電極先端部を放電面となる陰極表面から見て暗視野になる位置まで回転させて退避させることができるから、トリガ電極先端部に陰極物質の堆積を大幅に低減し、且つ放電のプラズマからも遮蔽することでトリガ電極先端部の過度の温度上昇を防ぎ、先端に付着した金属膜の軟化を防止することで、再着火時にトリガ電極と陰極が溶着することを防止でき、再着火を自在且つ瞬時に実現でき、真空アークプラズマ蒸着装置の高性能化を図ることができる。
According to the present invention, when using the front end antifouling type ignition device of the vacuum arc plasma deposition apparatus, a dark field space where the cathode material to be released does not reach directly is provided, and the trigger electrode is reversely rotated except at the time of ignition. It is possible to retract the part into the dark field space so that the cathode material does not reach the tip of the trigger electrode directly and keep the tip of the trigger electrode clean at all times.
This tip antifouling type ignition device can rotate the tip end of the trigger electrode to a position where it can be a dark field as viewed from the cathode surface serving as a discharge surface after plasma ignition, thereby retracting the cathode material. By significantly reducing deposition and shielding from the discharge plasma, the trigger electrode and the cathode are re-ignited by preventing excessive temperature rise of the trigger electrode tip and preventing softening of the metal film attached to the tip. Can be prevented from being deposited, reignition can be realized freely and instantaneously, and the performance of the vacuum arc plasma deposition apparatus can be enhanced.
1 真空容器
2 ダクト
3 陰極(蒸発源)
3a 陰極表面(放電面)
4 陰極支持体
5 トリガ電極
5a トリガ電極先端部
6 回転軸
6a 回転軌跡
7 アーク電源
8 抵抗器
9 陰極物質
10 格納ポケット
10a 開口部
11 トリガ側遮蔽板
12 ダクト側遮蔽板
13 暗視野空間
14 回転軸のプラズマ曝露領域
15 トリガ電極先端部への明視野領域
L 暗視野境界線(半球限界面)
21 真空容器
22 ダクト
23 陰極(蒸発源)
23a 陰極表面(放電面)
24 陰極支持体
25 トリガ電極
25a トリガ電極先端部
26 回転軸
26a 回転軌跡
27 アーク電源
28 抵抗器
29 陰極物質
LL 半球限界面
1
3a cathode surface (discharge surface)
DESCRIPTION OF
21 vacuum vessel 22
23a cathode surface (discharge surface)
24
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