JP3924832B2 - 真空アーク蒸着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空アーク放電によって陰極（カソード）物質を蒸発させるアーク式蒸発源を有していて、当該陰極物質を基材に蒸着させて薄膜を形成する真空アーク蒸着装置に関し、より具体的には、そのアーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の真空アーク蒸着装置の従来例を図４に示す。真空排気装置４によって真空排気される真空容器２内に、基材３０を保持するホルダ３２が設けられており、このホルダ３２上の基材３０に向くように、この例では真空容器２の側壁部に、アーク式蒸発源１０が取り付けられている。この例のアーク式蒸発源１０は、以下に詳述するけれども、その陰極１２と、陽極を兼ねる真空容器２との間の真空アーク放電によって、陰極１２を溶解させてそこから陰極物質１４を蒸発させる。１６はフランジ、２０は絶縁物である。陰極１２と真空容器２との間には、前者を負極側にして直流のアーク電源２４が接続されている。真空容器２は通常は接地されている。
【０００３】
ホルダ３２上の基材３０には、通常は、直流のバイアス電源３６から、例えば−数十Ｖ〜−１０００Ｖ程度の負のバイアス電圧が印加される。３４は絶縁物である。また、基材３０に対する成膜の均一性を良好にするために、基材３０を保持したホルダ３２を、矢印Ｂ方向またはその逆方向に回転させる場合もある。
【０００４】
真空容器２内には、例えばガス導入口６から、通常はガス８が導入される。このガス８は、例えば、基材３０の表面に化合物薄膜を形成する場合は陰極物質１４と反応する反応性ガス（例えば窒素ガス）、あるいは基材３０の表面に陰極物質１４単独の金属薄膜を形成する場合は陰極物質１４と反応しない不活性ガス（例えばアルゴンガス）、等である。
【０００５】
アーク放電によって蒸発された陰極物質１４の一部はイオン化しており、このイオン化した陰極物質１４は、負のバイアス電圧が印加された基材３０に引き付けられて衝突すると共に、反応性ガスを導入している場合はそれと化合し、基材３０の表面に密着性の高い薄膜が形成される。これによって、基材３０の表面に、例えば、ＴiＮ、ＣrＮ等の耐摩耗性に優れた化合物薄膜や、Ｔi 、Ｃr 等の
金属薄膜を形成することができる。
【０００６】
上記アーク式蒸発源１０の詳細例を図５に示す。このアーク式蒸発源１０は、前述した陰極１２と、それを支持する非磁性金属製のフランジ１６と、その背面に取り付けられたアーク状態制御用の磁石（例えば永久磁石）１８とを有しており、これらは絶縁物２０を介して非磁性金属製の取付板４２に取り付けられており、この取付板４２は絶縁物４４を介して真空容器２に取り付けられている。陰極１２と真空容器２との間には、フランジ１６を経由して、前述したアーク電源２４から、例えば数十Ｖ程度の直流電圧が印加される。
【０００７】
フィードスルー５０を介して取付板４２を貫通する軸４８の先端部に、アーク点弧用のトリガ電極４６が取り付けられている。このトリガ電極４６は、駆動装置５２によって、矢印Ａのように陰極１２の前後方向に、即ち陰極１２に接触する状態と接触しない状態とに駆動される。軸４８ひいてはトリガ電極４６と真空容器２との間には、アーク点弧時の電流制限用の抵抗器３８が接続されている。この抵抗器３８の値は、例えば１Ω〜数十Ω程度である。
【０００８】
陰極１２の側方の周囲には、アークを広げるために、即ち陰極１２とそれからある程度離れたところの陽極兼用の真空容器２との間でアーク放電を持続させるために、環状のシールド板２６が陰極１２を取り囲むように配置されており、このシールド板２６によって陰極１２の側方の周囲を覆っている。このシールド板２６は、陰極１２に対して電気的に絶縁されており、陰極１２との間には隙間２５があけられている。このシールド板２６は、導電性の支柱２７および電流制限用の抵抗器２８を介して真空容器２に接続されている。このシールド板２６も、この例では、磁石１８の磁界を乱すのを避けるために、非磁性の金属から成る。抵抗器２８の値は、例えば１Ω〜数十Ω程度である。
【０００９】
トリガ電極４６を駆動装置５２によって移動させて、アーク電源２４から直流電圧を印加している陰極１２と接触させた後に離すと、トリガ電極４６と陰極１２との間に火花が生じ、これが引金となって初めは陰極１２とシールド板２６との間にアーク放電が生じるけれども、抵抗器２８によってシールド板２６に流れる電流が制限されるため、すぐにアーク放電は陰極１２と陽極兼用の真空容器２との間の放電に移行して広がり、この両者間でアーク放電が持続し、それによって陰極１２の表面が溶解されて陰極物質１４が蒸発する。アーク放電が陰極１２と真空容器２間に移行した後は、トリガ電極４６には電流は流れなくなる。
【００１０】
なお、アーク式蒸発源１０用の陽極を真空容器２とは別に設ける場合もあり、その場合は、前記アーク電源２４の正極、抵抗器２８および抵抗器３８は当該陽極に接続され、真空容器２は通常は接地される（図６参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記トリガ電極４６の駆動時に、トリガ電極４６の固定の仕方が悪くて初めからトリガ電極４６が陰極１２に接触したままの状態で陰極１２から離れなかったり、逆に、陰極１２が減ってトリガ電極４６の接触動作を行ったにも拘わらずトリガ電極４６が陰極１２に接触できないことによって、陰極１２においてアーク放電が発生せず、蒸着が正常に行えないことがある。このことが、長時間をかけて真空容器２内の真空排気を行った後の蒸着を始めるときになって初めて明らかになると、真空容器２内を再び大気圧に戻してアーク式蒸発源１０のトリガ電極４６の不良箇所の修復を行わなければならず、時間的損失が大きくなってしまう。
【００１２】
これを避けるために従来は、真空容器２内の真空排気を行う前に毎回、作業者が実際にトリガ電極４６を駆動して、トリガ電極４６を陰極１２に接触させる動作およびトリガ電極４６を陰極１２から引き離す動作を行い、そのときのトリガ電極４６の動作状態を目視によって確認していた。このような方法は、動作確認に人手がかかるため、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化を図る場合の障害になる。また、作業者による動作確認では時間がかかるため、生産性が低下する。特に、アーク式蒸発源１０を複数台設けている場合や、大型の真空容器２で高い場所や作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源１０が配置されている場合等においては、動作確認に特に多くの時間を要するので、生産性の低下は大きい。
【００１３】
そこでこの発明は、上記のようなアーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができるようにすることを主たる目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空アーク蒸着装置の一つは、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記トリガ電極に流れる電流を計測する電流計測器と、この電流計測器で計測した電流が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する第１の比較手段と、前記電流計測器で計測した電流が０のときに異常検出信号を出力する第２の比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触しない状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第１の比較手段を能動化する第１の機能および前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触する状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第２の比較手段を能動化する第２の機能を有する制御手段とを備える異常診断装置を設けたことを特徴としている（請求項１）。
【００１５】
上記構成によれば、制御手段による制御によって、真空容器内の圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上のときに、（１）トリガ電極を陰極に接触しない状態に駆動した後に、アーク電源から陰極に電圧を印加すると共に、第１の比較手段を能動化する第１の工程と、（２）トリガ電極を陰極に接触する状態に駆動した後に、アーク電源から陰極に電圧を印加すると共に、第２の比較手段を能動化する第２の工程とを実施することができる。
【００１６】
上記第１の工程のときに、正常ならばトリガ電極と陰極との間の絶縁が保たれているのに、何らかの異常でトリガ電極が陰極と接触していて両者間の絶縁が保たれていないと、トリガ電極に幾らかの（即ち０よりも大きい）電流が流れるので、それがそのとき能動化されている第１の比較手段によって検出され、当該比較手段から異常検出信号が出力される。
【００１７】
また、上記第２の工程のときに、正常ならばトリガ電極が陰極に接触しているのに、何らかの異常でトリガ電極が陰極に接触していないと、トリガ電極に電流は流れないので、それがそのとき能動化されている第２の比較手段によって検出され、当該比較手段から異常検出信号が出力される。
【００１８】
このようにして、アーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００１９】
上記のような異常診断を、真空容器内の圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上のときに行うようにしているのは、そのような圧力下では真空アーク放電が持続しないので、異常診断時に仮にトリガ電極と陰極間で火花が発生しても、これが種となって陰極とシールド板や真空容器との間でアーク放電が発生し持続することを防止することができるからである。
【００２０】
トリガ電極に流れる電流の代わりに、トリガ電極と、陽極または陽極を兼ねる真空容器との間の電圧によって、トリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を検出するようにしても良い（請求項２）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および異常診断装置周りの一例を示す断面図である。図４および図５の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。真空アーク蒸着装置全体としての構成は、例えば先に図４を参照して説明したものと同じであるので、ここでは重複説明を省略する。
【００２２】
この実施の形態では、トリガ電極４６に流れる電流Ｉによってその異常診断を行う異常診断装置６０ａを設けている。この異常診断装置６０ａは、前記真空容器２内の圧力Ｐを計測する真空計６２と、前記抵抗器３８に直列に接続されていて当該抵抗器３８を経由して前記トリガ電極４６に流れる電流Ｉを計測する電流計測器６８と、この電流計測器６８で計測した電流Ｉと所定の基準値Ｅ1 （この例では０Ａ）とを比較して当該電流Ｉが基準値Ｅ1 すなわち０よりも大きいときに異常検出信号Ｓを出力する第１の比較器６６ａと、前記電流計測器６８で計測した電流Ｉと前記基準値Ｅ1 （即ち０Ａ）とを比較して当該電流Ｉが基準値Ｅ1 以下のときに、具体的には当該電流Ｉが０のときに、異常検出信号Ｓを出力する第２の比較器６７ａと、真空計６２で計測した圧力Ｐが数（１〜３）Ｔｏｒｒ以上の条件下で、▲１▼トリガ電極４６の前記駆動装置５２に非接触指令Ｃ1 を与えてトリガ電極４６を前記陰極１２に接触しない状態に駆動した後に、前記アーク電源２４に電圧出力指令Ｃ3 を与えて当該アーク電源２４から電圧を出力させて陰極１２に電圧を印加すると共に、第１の比較器６６ａに比較指令Ｃ4 を与えて当該比較器６６ａを能動化して前記比較を行わせる第１の機能および▲２▼前記駆動装置５２に接触指令Ｃ2 を与えてトリガ電極４６を陰極１２に接触する状態に駆動した後に、前記アーク電源２４に電圧出力指令Ｃ3 を与えて当該アーク電源２４から電圧を出力させて陰極１２に電圧を印加すると共に、第２の比較器６７ａに比較指令Ｃ5 を与えて当該比較器６７ａを能動化して前記比較を行わせる第２の機能を有する制御回路６４ａとを備えている。
【００２３】
真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上のときに、制御回路６４ａから上記指令Ｃ1 〜Ｃ5 を出して異常診断を行うようにしているのは、そのような圧力下では真空アーク放電が持続しないので、異常診断時に仮にトリガ電極４６と陰極１２間で火花が発生しても、これが種となって陰極１２とシールド板２６や真空容器２との間でアーク放電が発生し持続することを防止することができ、基材３０に対する不本意な成膜を防止することができるからである。上記数Ｔｏｒｒ以上の圧力の内でも、大気圧が最も簡単で好ましいと言える。
【００２４】
上記異常診断装置６０ａによれば、制御回路６４ａによる制御によって、真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上（例えば大気圧）のときに、図３のフローチャートにも示すように、▲１▼トリガ電極４６を陰極１２に接触しない状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６６ａを能動化して比較を行わせる第１の工程（ステップ８１〜８４）と、▲２▼この第１の工程に引き続いて、トリガ電極４６を陰極１２に接触する状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６７ａを能動化して比較を行わせる第２の工程（ステップ８５〜８８）とを実施することができる。なお、図３中のステップ８３および８７に示す電流計測を行うのは上記電流計測器６８であり、（）内の電圧計測を行うのは後述する図２に示す実施の形態における電圧計測器７０である。
【００２５】
上記第１の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁が保たれているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２と接触していて両者間の絶縁が保たれていないと、アーク電源２４から陰極１２を経由してトリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きい）電流Ｉが流れる。例えば、上記アーク電源２４が、定常的なアーク放電時に陰極１２に、５０Ｖ、３０Ａの電力を供給することができるものの場合、上記異常診断時にトリガ電極４６には最大で３０Ａの電流Ｉが流れる。そしてこの電流Ｉが電流計測器６８によって計測され、この計測された電流Ｉが、そのとき能動化されている比較器６６ａによって基準値Ｅ1 （ここでは０Ａ）と比較され、Ｉ＞０なのでこの比較器６６ａから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６と陰極１２の接触がなく両者間の絶縁が保たれている場合は、トリガ電極４６に流れる電流Ｉは０であるので、比較器６６ａから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良を自動的に検出することができる。
【００２６】
また、上記第２の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６が陰極１２に接触しているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２に接触していないと、トリガ電極４６に電流Ｉは流れない。即ちＩ＝０であり、それがそのとき能動化されている比較器６７ａによって検出され、当該比較器６７ａから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６が陰極１２に接触している場合は、トリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きく、最大で３０Ａ近くの）電流Ｉが流れるので、比較器６７ａから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の接触不良を自動的に検出することができる。
【００２７】
上記のようにして、この異常診断装置６０ａによれば、アーク式蒸発源１０のトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。その結果、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化にも対応することができる。また、アーク式蒸発源１０を複数台有している場合や、例えば高所のような作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源１０が配置されている場合においても、動作確認の時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【００２８】
なお、上記制御回路６４ａと同じ機能を有する制御手段、上記比較器６６ａと同じ機能を有する比較手段および上記比較器６７ａと同じ機能を有する比較手段を、コンピュータを用いて構成しても良い（図２の実施の形態における制御回路６４ｂ、比較器６６ｂおよび比較器６７ｂについても同様）。
【００２９】
図２に示す実施の形態では、トリガ電極４６に加わる電圧Ｖによって異常診断を行う異常診断装置６０ｂを設けている。この異常診断装置６０ｂは、前記と同じ真空計６２と、前記抵抗器３８に並列に接続されていて当該抵抗器３８の両端の電圧Ｖ、即ちトリガ電極４６と真空容器２との間の電圧Ｖを計測する電圧計測器７０と、この電圧計測器７０で計測した電圧Ｖと所定の基準値Ｅ2 （ここでは０Ｖ）とを比較して当該電圧Ｖが基準値Ｅ2 すなわち０よりも大きいときに異常検出信号Ｓを出力する第１の比較器６６ｂと、前記電圧計測器７０で計測した電圧Ｖと前記基準値Ｅ2 （即ち０Ｖ）とを比較して当該電圧Ｖが基準値Ｅ2 以下のときに、具体的には当該電圧Ｖが０のときに、異常検出信号Ｓを出力する第２の比較器６７ｂと、前記制御回路６４ａと同様の機能を有する制御回路６４ｂとを備えている。
【００３０】
この異常診断装置６０ｂによれば、制御回路６４ｂによる制御によって、真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上（例えば大気圧）のときに、図３のフローチャートにも示すように、▲１▼トリガ電極４６を陰極１２に接触しない状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６６ｂを能動化して比較を行わせる第１の工程（ステップ８１〜８４）と、▲２▼この第１の工程に引き続いて、トリガ電極４６を陰極１２に接触する状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６７ｂを能動化して比較を行わせる第２の工程（ステップ８５〜８８）とを実施することができる。
【００３１】
上記第１の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁が保たれているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２と接触していて両者間の絶縁が保たれていないと、陰極１２からトリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きい）電圧Ｖが加わる。例えば、上記アーク電源２４が、前述したように陰極１２に５０Ｖ、３０Ａの電力を供給することができるものの場合、上記異常診断時にトリガ電極４６には最大で５０Ｖの電圧Ｖが加わる。そしてこの電圧Ｖが電圧計測器７０によって計測され、この計測された電圧Ｖが、そのとき能動化されている比較器６６ｂによって基準値Ｅ2 （ここでは０Ｖ）と比較され、Ｖ＞０なのでこの比較器６６ｂから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６と陰極１２の接触がなく両者間の絶縁が保たれている場合は、トリガ電極４６に加わる電圧Ｖは０であるので、比較器６６ｂから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良を自動的に検出することができる。
【００３２】
また、上記第２の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６が陰極１２に接触しているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２に接触していないと、トリガ電極４６に電圧Ｖは加わらない。即ちＶ＝０であり、それがそのとき能動化されている比較器６７ｂによって検出され、当該比較器６７ｂから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６が陰極１２に接触している場合は、トリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きく、最大で５０Ｖ近くの）電圧Ｖが加わるので、比較器６７ｂから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の接触不良を自動的に検出することができる。
【００３３】
上記のようにして、この異常診断装置６０ｂによっても、アーク式蒸発源１０のトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００３４】
図６に、アーク式蒸発源１０用の陽極７６を真空容器２とは別に設けた場合の実施の形態を示す。これは、図１に示した実施の形態に対応している。この場合、アーク電源２４の正極、抵抗器２８および抵抗器３８は陽極７６に接続され、真空容器２は通常は接地される。図２に示した実施の形態についても同様である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、上記のような異常診断装置を設けたので、アーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。その結果、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化にも対応することができる。また、アーク式蒸発源を複数台有している場合や、例えば高所のような作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源が配置されている場合においても、動作確認の時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および異常診断装置周りの一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および異常診断装置周りの他の例を示す断面図である。
【図３】図１および図２中の異常診断装置を構成する制御回路による制御内容の一例を示すフローチャートである。
【図４】従来の真空アーク蒸着装置の一例を示す概略図である。
【図５】図４中のアーク式蒸発源周りの一例を示す断面図である。
【図６】アーク式蒸発源の陽極を真空容器とは別に設けた場合の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 真空容器
１０ アーク式蒸発源
１２ 陰極
１４ 陰極物質
２４ アーク電源
３０ 基材
３２ ホルダ
３８ 抵抗器
４６ トリガ電極
５２ 駆動装置
６０ａ、６０ｂ 異常診断装置
６２ 真空計
６４ａ、６４ｂ 制御回路（制御手段）
６６ａ、６６ｂ 第１の比較器（第１の比較手段）
６７ａ、６７ｂ 第２の比較器（第２の比較手段）
６８ 電流計測器
７０ 電圧計測器
７６ 陽極
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空アーク放電によって陰極（カソード）物質を蒸発させるアーク式蒸発源を有していて、当該陰極物質を基材に蒸着させて薄膜を形成する真空アーク蒸着装置に関し、より具体的には、そのアーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の真空アーク蒸着装置の従来例を図４に示す。真空排気装置４によって真空排気される真空容器２内に、基材３０を保持するホルダ３２が設けられており、このホルダ３２上の基材３０に向くように、この例では真空容器２の側壁部に、アーク式蒸発源１０が取り付けられている。この例のアーク式蒸発源１０は、以下に詳述するけれども、その陰極１２と、陽極を兼ねる真空容器２との間の真空アーク放電によって、陰極１２を溶解させてそこから陰極物質１４を蒸発させる。１６はフランジ、２０は絶縁物である。陰極１２と真空容器２との間には、前者を負極側にして直流のアーク電源２４が接続されている。真空容器２は通常は接地されている。
【０００３】
ホルダ３２上の基材３０には、通常は、直流のバイアス電源３６から、例えば−数十Ｖ〜−１０００Ｖ程度の負のバイアス電圧が印加される。３４は絶縁物である。また、基材３０に対する成膜の均一性を良好にするために、基材３０を保持したホルダ３２を、矢印Ｂ方向またはその逆方向に回転させる場合もある。
【０００４】
真空容器２内には、例えばガス導入口６から、通常はガス８が導入される。このガス８は、例えば、基材３０の表面に化合物薄膜を形成する場合は陰極物質１４と反応する反応性ガス（例えば窒素ガス）、あるいは基材３０の表面に陰極物質１４単独の金属薄膜を形成する場合は陰極物質１４と反応しない不活性ガス（例えばアルゴンガス）、等である。
【０００５】
アーク放電によって蒸発された陰極物質１４の一部はイオン化しており、このイオン化した陰極物質１４は、負のバイアス電圧が印加された基材３０に引き付けられて衝突すると共に、反応性ガスを導入している場合はそれと化合し、基材３０の表面に密着性の高い薄膜が形成される。これによって、基材３０の表面に、例えば、ＴiＮ、ＣrＮ等の耐摩耗性に優れた化合物薄膜や、Ｔi 、Ｃr 等の
金属薄膜を形成することができる。
【０００６】
上記アーク式蒸発源１０の詳細例を図５に示す。このアーク式蒸発源１０は、前述した陰極１２と、それを支持する非磁性金属製のフランジ１６と、その背面に取り付けられたアーク状態制御用の磁石（例えば永久磁石）１８とを有しており、これらは絶縁物２０を介して非磁性金属製の取付板４２に取り付けられており、この取付板４２は絶縁物４４を介して真空容器２に取り付けられている。陰極１２と真空容器２との間には、フランジ１６を経由して、前述したアーク電源２４から、例えば数十Ｖ程度の直流電圧が印加される。
【０００７】
フィードスルー５０を介して取付板４２を貫通する軸４８の先端部に、アーク点弧用のトリガ電極４６が取り付けられている。このトリガ電極４６は、駆動装置５２によって、矢印Ａのように陰極１２の前後方向に、即ち陰極１２に接触する状態と接触しない状態とに駆動される。軸４８ひいてはトリガ電極４６と真空容器２との間には、アーク点弧時の電流制限用の抵抗器３８が接続されている。この抵抗器３８の値は、例えば１Ω〜数十Ω程度である。
【０００８】
陰極１２の側方の周囲には、アークを広げるために、即ち陰極１２とそれからある程度離れたところの陽極兼用の真空容器２との間でアーク放電を持続させるために、環状のシールド板２６が陰極１２を取り囲むように配置されており、このシールド板２６によって陰極１２の側方の周囲を覆っている。このシールド板２６は、陰極１２に対して電気的に絶縁されており、陰極１２との間には隙間２５があけられている。このシールド板２６は、導電性の支柱２７および電流制限用の抵抗器２８を介して真空容器２に接続されている。このシールド板２６も、この例では、磁石１８の磁界を乱すのを避けるために、非磁性の金属から成る。抵抗器２８の値は、例えば１Ω〜数十Ω程度である。
【０００９】
トリガ電極４６を駆動装置５２によって移動させて、アーク電源２４から直流電圧を印加している陰極１２と接触させた後に離すと、トリガ電極４６と陰極１２との間に火花が生じ、これが引金となって初めは陰極１２とシールド板２６との間にアーク放電が生じるけれども、抵抗器２８によってシールド板２６に流れる電流が制限されるため、すぐにアーク放電は陰極１２と陽極兼用の真空容器２との間の放電に移行して広がり、この両者間でアーク放電が持続し、それによって陰極１２の表面が溶解されて陰極物質１４が蒸発する。アーク放電が陰極１２と真空容器２間に移行した後は、トリガ電極４６には電流は流れなくなる。
【００１０】
なお、アーク式蒸発源１０用の陽極を真空容器２とは別に設ける場合もあり、その場合は、前記アーク電源２４の正極、抵抗器２８および抵抗器３８は当該陽極に接続され、真空容器２は通常は接地される（図６参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記トリガ電極４６の駆動時に、トリガ電極４６の固定の仕方が悪くて初めからトリガ電極４６が陰極１２に接触したままの状態で陰極１２から離れなかったり、逆に、陰極１２が減ってトリガ電極４６の接触動作を行ったにも拘わらずトリガ電極４６が陰極１２に接触できないことによって、陰極１２においてアーク放電が発生せず、蒸着が正常に行えないことがある。このことが、長時間をかけて真空容器２内の真空排気を行った後の蒸着を始めるときになって初めて明らかになると、真空容器２内を再び大気圧に戻してアーク式蒸発源１０のトリガ電極４６の不良箇所の修復を行わなければならず、時間的損失が大きくなってしまう。
【００１２】
これを避けるために従来は、真空容器２内の真空排気を行う前に毎回、作業者が実際にトリガ電極４６を駆動して、トリガ電極４６を陰極１２に接触させる動作およびトリガ電極４６を陰極１２から引き離す動作を行い、そのときのトリガ電極４６の動作状態を目視によって確認していた。このような方法は、動作確認に人手がかかるため、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化を図る場合の障害になる。また、作業者による動作確認では時間がかかるため、生産性が低下する。特に、アーク式蒸発源１０を複数台設けている場合や、大型の真空容器２で高い場所や作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源１０が配置されている場合等においては、動作確認に特に多くの時間を要するので、生産性の低下は大きい。
【００１３】
そこでこの発明は、上記のようなアーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができるようにすることを主たる目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空アーク蒸着装置の一つは、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記トリガ電極に流れる電流を計測する電流計測器と、この電流計測器で計測した電流が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する第１の比較手段と、前記電流計測器で計測した電流が０のときに異常検出信号を出力する第２の比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触しない状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第１の比較手段を能動化する第１の機能および前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触する状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第２の比較手段を能動化する第２の機能を有する制御手段とを備える異常診断装置を設けたことを特徴としている（請求項１）。
【００１５】
上記構成によれば、制御手段による制御によって、真空容器内の圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上のときに、（１）トリガ電極を陰極に接触しない状態に駆動した後に、アーク電源から陰極に電圧を印加すると共に、第１の比較手段を能動化する第１の工程と、（２）トリガ電極を陰極に接触する状態に駆動した後に、アーク電源から陰極に電圧を印加すると共に、第２の比較手段を能動化する第２の工程とを実施することができる。
【００１６】
上記第１の工程のときに、正常ならばトリガ電極と陰極との間の絶縁が保たれているのに、何らかの異常でトリガ電極が陰極と接触していて両者間の絶縁が保たれていないと、トリガ電極に幾らかの（即ち０よりも大きい）電流が流れるので、それがそのとき能動化されている第１の比較手段によって検出され、当該比較手段から異常検出信号が出力される。
【００１７】
また、上記第２の工程のときに、正常ならばトリガ電極が陰極に接触しているのに、何らかの異常でトリガ電極が陰極に接触していないと、トリガ電極に電流は流れないので、それがそのとき能動化されている第２の比較手段によって検出され、当該比較手段から異常検出信号が出力される。
【００１８】
このようにして、アーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００１９】
上記のような異常診断を、真空容器内の圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上のときに行うようにしているのは、そのような圧力下では真空アーク放電が持続しないので、異常診断時に仮にトリガ電極と陰極間で火花が発生しても、これが種となって陰極とシールド板や真空容器との間でアーク放電が発生し持続することを防止することができるからである。
【００２０】
トリガ電極に流れる電流の代わりに、トリガ電極と、陽極または陽極を兼ねる真空容器との間の電圧によって、トリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を検出するようにしても良い（請求項２）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および異常診断装置周りの一例を示す断面図である。図４および図５の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。真空アーク蒸着装置全体としての構成は、例えば先に図４を参照して説明したものと同じであるので、ここでは重複説明を省略する。
【００２２】
この実施の形態では、トリガ電極４６に流れる電流Ｉによってその異常診断を行う異常診断装置６０ａを設けている。この異常診断装置６０ａは、前記真空容器２内の圧力Ｐを計測する真空計６２と、前記抵抗器３８に直列に接続されていて当該抵抗器３８を経由して前記トリガ電極４６に流れる電流Ｉを計測する電流計測器６８と、この電流計測器６８で計測した電流Ｉと所定の基準値Ｅ1 （この例では０Ａ）とを比較して当該電流Ｉが基準値Ｅ1 すなわち０よりも大きいときに異常検出信号Ｓを出力する第１の比較器６６ａと、前記電流計測器６８で計測した電流Ｉと前記基準値Ｅ1 （即ち０Ａ）とを比較して当該電流Ｉが基準値Ｅ1 以下のときに、具体的には当該電流Ｉが０のときに、異常検出信号Ｓを出力する第２の比較器６７ａと、真空計６２で計測した圧力Ｐが数（１〜３）Ｔｏｒｒ以上の条件下で、▲１▼トリガ電極４６の前記駆動装置５２に非接触指令Ｃ1 を与えてトリガ電極４６を前記陰極１２に接触しない状態に駆動した後に、前記アーク電源２４に電圧出力指令Ｃ3 を与えて当該アーク電源２４から電圧を出力させて陰極１２に電圧を印加すると共に、第１の比較器６６ａに比較指令Ｃ4 を与えて当該比較器６６ａを能動化して前記比較を行わせる第１の機能および▲２▼前記駆動装置５２に接触指令Ｃ2 を与えてトリガ電極４６を陰極１２に接触する状態に駆動した後に、前記アーク電源２４に電圧出力指令Ｃ3 を与えて当該アーク電源２４から電圧を出力させて陰極１２に電圧を印加すると共に、第２の比較器６７ａに比較指令Ｃ5 を与えて当該比較器６７ａを能動化して前記比較を行わせる第２の機能を有する制御回路６４ａとを備えている。
【００２３】
真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上のときに、制御回路６４ａから上記指令Ｃ1 〜Ｃ5 を出して異常診断を行うようにしているのは、そのような圧力下では真空アーク放電が持続しないので、異常診断時に仮にトリガ電極４６と陰極１２間で火花が発生しても、これが種となって陰極１２とシールド板２６や真空容器２との間でアーク放電が発生し持続することを防止することができ、基材３０に対する不本意な成膜を防止することができるからである。上記数Ｔｏｒｒ以上の圧力の内でも、大気圧が最も簡単で好ましいと言える。
【００２４】
上記異常診断装置６０ａによれば、制御回路６４ａによる制御によって、真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上（例えば大気圧）のときに、図３のフローチャートにも示すように、▲１▼トリガ電極４６を陰極１２に接触しない状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６６ａを能動化して比較を行わせる第１の工程（ステップ８１〜８４）と、▲２▼この第１の工程に引き続いて、トリガ電極４６を陰極１２に接触する状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６７ａを能動化して比較を行わせる第２の工程（ステップ８５〜８８）とを実施することができる。なお、図３中のステップ８３および８７に示す電流計測を行うのは上記電流計測器６８であり、（）内の電圧計測を行うのは後述する図２に示す実施の形態における電圧計測器７０である。
【００２５】
上記第１の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁が保たれているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２と接触していて両者間の絶縁が保たれていないと、アーク電源２４から陰極１２を経由してトリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きい）電流Ｉが流れる。例えば、上記アーク電源２４が、定常的なアーク放電時に陰極１２に、５０Ｖ、３０Ａの電力を供給することができるものの場合、上記異常診断時にトリガ電極４６には最大で３０Ａの電流Ｉが流れる。そしてこの電流Ｉが電流計測器６８によって計測され、この計測された電流Ｉが、そのとき能動化されている比較器６６ａによって基準値Ｅ1 （ここでは０Ａ）と比較され、Ｉ＞０なのでこの比較器６６ａから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６と陰極１２の接触がなく両者間の絶縁が保たれている場合は、トリガ電極４６に流れる電流Ｉは０であるので、比較器６６ａから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良を自動的に検出することができる。
【００２６】
また、上記第２の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６が陰極１２に接触しているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２に接触していないと、トリガ電極４６に電流Ｉは流れない。即ちＩ＝０であり、それがそのとき能動化されている比較器６７ａによって検出され、当該比較器６７ａから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６が陰極１２に接触している場合は、トリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きく、最大で３０Ａ近くの）電流Ｉが流れるので、比較器６７ａから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の接触不良を自動的に検出することができる。
【００２７】
上記のようにして、この異常診断装置６０ａによれば、アーク式蒸発源１０のトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。その結果、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化にも対応することができる。また、アーク式蒸発源１０を複数台有している場合や、例えば高所のような作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源１０が配置されている場合においても、動作確認の時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【００２８】
なお、上記制御回路６４ａと同じ機能を有する制御手段、上記比較器６６ａと同じ機能を有する比較手段および上記比較器６７ａと同じ機能を有する比較手段を、コンピュータを用いて構成しても良い（図２の実施の形態における制御回路６４ｂ、比較器６６ｂおよび比較器６７ｂについても同様）。
【００２９】
図２に示す実施の形態では、トリガ電極４６に加わる電圧Ｖによって異常診断を行う異常診断装置６０ｂを設けている。この異常診断装置６０ｂは、前記と同じ真空計６２と、前記抵抗器３８に並列に接続されていて当該抵抗器３８の両端の電圧Ｖ、即ちトリガ電極４６と真空容器２との間の電圧Ｖを計測する電圧計測器７０と、この電圧計測器７０で計測した電圧Ｖと所定の基準値Ｅ2 （ここでは０Ｖ）とを比較して当該電圧Ｖが基準値Ｅ2 すなわち０よりも大きいときに異常検出信号Ｓを出力する第１の比較器６６ｂと、前記電圧計測器７０で計測した電圧Ｖと前記基準値Ｅ2 （即ち０Ｖ）とを比較して当該電圧Ｖが基準値Ｅ2 以下のときに、具体的には当該電圧Ｖが０のときに、異常検出信号Ｓを出力する第２の比較器６７ｂと、前記制御回路６４ａと同様の機能を有する制御回路６４ｂとを備えている。
【００３０】
この異常診断装置６０ｂによれば、制御回路６４ｂによる制御によって、真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上（例えば大気圧）のときに、図３のフローチャートにも示すように、▲１▼トリガ電極４６を陰極１２に接触しない状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６６ｂを能動化して比較を行わせる第１の工程（ステップ８１〜８４）と、▲２▼この第１の工程に引き続いて、トリガ電極４６を陰極１２に接触する状態に駆動した後に、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に比較器６７ｂを能動化して比較を行わせる第２の工程（ステップ８５〜８８）とを実施することができる。
【００３１】
上記第１の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁が保たれているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２と接触していて両者間の絶縁が保たれていないと、陰極１２からトリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きい）電圧Ｖが加わる。例えば、上記アーク電源２４が、前述したように陰極１２に５０Ｖ、３０Ａの電力を供給することができるものの場合、上記異常診断時にトリガ電極４６には最大で５０Ｖの電圧Ｖが加わる。そしてこの電圧Ｖが電圧計測器７０によって計測され、この計測された電圧Ｖが、そのとき能動化されている比較器６６ｂによって基準値Ｅ2 （ここでは０Ｖ）と比較され、Ｖ＞０なのでこの比較器６６ｂから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６と陰極１２の接触がなく両者間の絶縁が保たれている場合は、トリガ電極４６に加わる電圧Ｖは０であるので、比較器６６ｂから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良を自動的に検出することができる。
【００３２】
また、上記第２の工程のときに、正常ならばトリガ電極４６が陰極１２に接触しているのに、何らかの異常でトリガ電極４６が陰極１２に接触していないと、トリガ電極４６に電圧Ｖは加わらない。即ちＶ＝０であり、それがそのとき能動化されている比較器６７ｂによって検出され、当該比較器６７ｂから異常検出信号Ｓが出力される。トリガ電極４６が陰極１２に接触している場合は、トリガ電極４６に幾らかの（即ち０よりも大きく、最大で５０Ｖ近くの）電圧Ｖが加わるので、比較器６７ｂから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、トリガ電極４６と陰極１２との間の接触不良を自動的に検出することができる。
【００３３】
上記のようにして、この異常診断装置６０ｂによっても、アーク式蒸発源１０のトリガ電極４６と陰極１２との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００３４】
図６に、アーク式蒸発源１０用の陽極７６を真空容器２とは別に設けた場合の実施の形態を示す。これは、図１に示した実施の形態に対応している。この場合、アーク電源２４の正極、抵抗器２８および抵抗器３８は陽極７６に接続され、真空容器２は通常は接地される。図２に示した実施の形態についても同様である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、上記のような異常診断装置を設けたので、アーク式蒸発源のトリガ電極と陰極との間の絶縁不良および接触不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。その結果、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化にも対応することができる。また、アーク式蒸発源を複数台有している場合や、例えば高所のような作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源が配置されている場合においても、動作確認の時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および異常診断装置周りの一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および異常診断装置周りの他の例を示す断面図である。
【図３】図１および図２中の異常診断装置を構成する制御回路による制御内容の一例を示すフローチャートである。
【図４】従来の真空アーク蒸着装置の一例を示す概略図である。
【図５】図４中のアーク式蒸発源周りの一例を示す断面図である。
【図６】アーク式蒸発源の陽極を真空容器とは別に設けた場合の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 真空容器
１０ アーク式蒸発源
１２ 陰極
１４ 陰極物質
２４ アーク電源
３０ 基材
３２ ホルダ
３８ 抵抗器
４６ トリガ電極
５２ 駆動装置
６０ａ、６０ｂ 異常診断装置
６２ 真空計
６４ａ、６４ｂ 制御回路（制御手段）
６６ａ、６６ｂ 第１の比較器（第１の比較手段）
６７ａ、６７ｂ 第２の比較器（第２の比較手段）
６８ 電流計測器
７０ 電圧計測器
７６ 陽極
Claims (2)
- 真空容器と、真空アーク放電によって陰極から陰極物質を蒸発させるアーク式蒸発源と、このアーク式蒸発源の前記陰極とそれに対する陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に前記陰極を負極側にして接続されたアーク電源とを備え、前記真空容器内において前記陰極物質を基材に蒸着する装置であって、前記アーク式蒸発源が、アーク放電点弧用のトリガ電極と、このトリガ電極を前記陰極に接触する状態と接触しない状態とに駆動する駆動装置と、前記トリガ電極と前記陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に接続された抵抗器とを有する真空アーク蒸着装置において、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記トリガ電極に流れる電流を計測する電流計測器と、この電流計測器で計測した電流が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する第１の比較手段と、前記電流計測器で計測した電流が０のときに異常検出信号を出力する第２の比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触しない状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第１の比較手段を能動化する第１の機能および前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触する状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第２の比較手段を能動化する第２の機能を有する制御手段とを備える異常診断装置を設けたことを特徴とする真空アーク蒸着装置。
- 真空容器と、真空アーク放電によって陰極から陰極物質を蒸発させるアーク式蒸発源と、このアーク式蒸発源の前記陰極とそれに対する陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に前記陰極を負極側にして接続されたアーク電源とを備え、前記真空容器内において前記陰極物質を基材に蒸着する装置であって、前記アーク式蒸発源が、アーク放電点弧用のトリガ電極と、このトリガ電極を前記陰極に接触する状態と接触しない状態とに駆動する駆動装置と、前記トリガ電極と前記陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に接続された抵抗器とを有する真空アーク蒸着装置において、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記トリガ電極と陽極または陽極を兼ねる真空容器との間の電圧を計測する電圧計測器と、この電圧計測器で計測した電圧が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する第１の比較手段と、前記電圧計測器で計測した電圧が０のときに異常検出信号を出力する第２の比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触しない状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第１の比較手段を能動化する第１の機能および前記駆動装置を制御して前記トリガ電極を前記陰極に接触する状態に駆動した後に前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記第２の比較手段を能動化する第２の機能を有する制御手段とを備える異常診断装置を設けたことを特徴とする真空アーク蒸着装置。
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