JP3924833B2

JP3924833B2 - Vacuum arc evaporation system

Info

Publication number: JP3924833B2
Application number: JP05242297A
Authority: JP
Inventors: 浩村上; 修宮崎
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JPH10226876A

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陰極とその周囲に配置されたシールド板との間の絶縁不良を、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】
上記陰極１２とシールド板２６との間に陰極物質１４やゴミ等の導電性の付着物が付着していたり、シールド板２６の固定が不十分でこのシールド板２６と陰極１２とが接触したりしていて、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと、アーク放電が陰極面で、即ち陰極１２と真空容器２との間で正常に発生せず、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の上記絶縁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、作業者がテスターやメガー等を利用して、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁状態のチェックを行っていた。このような方法は、絶縁チェック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、作業者による絶縁チェック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、絶縁チェック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陰極とシールド板との間の絶縁不良を、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、前記シールド板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、前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記比較手段を能動化する制御手段とを備える絶縁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、アーク電源からアーク式蒸発源の陰極に電圧を印加すると共に、比較手段を能動化することができる。このとき陰極とシールド板間の絶縁が保たれていないと、シールド板に幾らかの（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。これによって、アーク式蒸発源の陰極とシールド板間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００１６】
上記のような絶縁診断を、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、絶縁診断時に仮に導電性の付着物等によって陰極とシールド板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。
【００１７】
シールド板に流れる電流の代わりに、シールド板と、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（請求項２）、または陰極とシールド板間の抵抗そのものによって（請求項３）、陰極とシールド板間の絶縁不良を検出するようにしても良い。
【００１８】
【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絶縁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。
【００１９】
この実施の形態では、シールド板２６に流れる電流Ｉによってその絶縁診断を行う絶縁診断装置６０ａを設けている。この絶縁診断装置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２８に直列に接続されていて当該抵抗器２８を経由して前記シールド板２６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を出力する比較器６６ａ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▼前記アーク電源２４に電圧出力指令Ｃ₁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、▲２▼前記比較器６６ａに比較指令Ｃ₂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機能を有する制御回路６４ａとを備えている。
【００２０】
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およびＣ₂を出して絶縁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、絶縁診断時に仮に導電性の付着物等によって陰極１２とシールド板２６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。
【００２１】
上記絶縁診断装置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、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ことができる。このとき、陰極１２とシールド板２６との間に導電性の付着物が付着している、あるいはシールド板２６が陰極１２に接触している等によって、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと（即ち絶縁が正常時より悪化していると）、アーク電源２４から陰極１２を経由してシールド板２６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、上記絶縁診断時にシールド板２６には最大で３０Ａの電流Ｉが流れる。
【００２２】
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。陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれている場合は、シールド板２６に流れる上記電流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。
【００２３】
上記のようにして、この絶縁診断装置６０ａによれば、アーク式蒸発源１０の陰極１２とシールド板２６との間の絶縁不良を、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、絶縁チェックの時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【００２４】
なお、上記制御回路６４ａと同じ機能を有する制御手段および上記比較器６６ａ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および図３の実施の形態における制御回路６４ｂおよび比較器６６ｂならびに制御回路６４ｃおよび比較器６６ｃについても同様）。
【００２５】
図２に示す実施の形態では、シールド板２６に加わる電圧Ｖによって絶縁診断を行う絶縁診断装置６０ｂを設けている。この絶縁診断装置６０ｂは、前記と同じ真空計６２と、前記抵抗器２８に並列に接続されていて当該抵抗器２８の両端の電圧Ｖ、即ちシールド板２６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を出力する比較器６６ｂ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。
【００２６】
この絶縁診断装置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、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ことができる。このとき、陰極１２とシールド板２６との間に導電性の付着物が付着している、あるいはシールド板２６が陰極１２に接触している等によって、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと、陰極１２からシールド板２６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、上記絶縁診断時にシールド板２６には最大で５０Ｖの電圧Ｖが加わる。
【００２７】
そしてこの電圧Ｖが電圧計測器７０によって計測され、この計測した電圧Ｖが比較器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。陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれている場合は、シールド板２６に加わる上記電圧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、この絶縁診断装置６０ｂによっても、アーク式蒸発源１０の陰極１２とシールド板２６との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００２８】
図３に示す実施の形態では、陰極１２とシールド板２６との間の抵抗Ｒそのものによって絶縁診断を行う絶縁診断装置６０ｃを設けている。この絶縁診断装置６０ｃは、陰極１２とシールド板２６との間の抵抗Ｒを計測する抵抗計測器７２と、この抵抗計測器７２で計測した抵抗Ｒと所定の基準値Ｅ₃とを比較して当該抵抗Ｒが基準値Ｅ₃よりも小さいときに異常検出信号Ｓを出力する比較器６６ｃと、陰極１２を前記アーク電源２４側と抵抗計測器７２側とに切り換えるスイッチ７４とを備えている。スイッチ７４を設けているのは、アーク電源２４の抵抗が、陰極１２とシールド板２６間の絶縁診断に支障を来すのを避けるためである。
【００２９】
更にこの絶縁診断装置６０ｃでは、必須ではないけれども、▲１▼スイッチ７４にスイッチ切換指令Ｃ₃を与えて当該スイッチ７４を抵抗計測器７２側に切り換えると共に、▲２▼比較器６６ｃに比較指令Ｃ₂を与えて当該比較器６６ｃを能動化して前記比較を行わせる機能を有する制御回路６４ｃを設けている。
【００３０】
上記基準値Ｅ₃は、例えば、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が正常に保たれているときに、スイッチ７４を抵抗計測器７２側に切り換えた場合の、陰極１２につながる回路とシールド板２６につながる回路との間の抵抗に相当する値に設定しておけば良い。具体的には、数（１〜３）ＭΩに設定しておけば良い。
【００３１】
なお、この絶縁診断装置６０ｃでは、絶縁診断時にアーク電源２４から陰極１２に電圧を印加する必要はないので、真空容器２内の圧力がどのような場合でも絶縁診断を行うことができ、従って前述した真空計６２は不要である。
【００３２】
この絶縁診断装置６０ｃによれば、制御回路６４ｃによる制御によって、スイッチ７４を抵抗計測器７２側に切り換えると共に、比較器６６ｃを能動化して比較を行わせることができる。このとき、陰極１２とシールド板２６との間に導電性の付着物が付着している、あるいはシールド板２６が陰極１２に接触している等によって、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと、抵抗計測器７２で計測する抵抗Ｒは基準値Ｅ₃よりも小さくなり、比較器６６ｃから異常検出信号Ｓが出力される。例えば、シールド板２６が陰極１２に接触している場合は、抵抗計測器７２で計測する抵抗Ｒは数Ω以下になる。陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれている場合は、抵抗計測器７２で計測する抵抗Ｒは基準値Ｅ₃よりも大きいので、比較器６６ｃから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、この絶縁診断装置６０ｃによっても、アーク式蒸発源１０の陰極１２とシールド板２６との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００３３】
なお、比較器６６ｃを常に能動化しておいても、スイッチ７４をアーク電源２４側に切り換えている場合は、抵抗計測器７２の入力は開放となってそれで計測する抵抗Ｒは無限大近くになるので、比較器６６ｃから異常検出信号Ｓが出力されることはない。従って、外部からの信号等によって単にスイッチ７４を切り換えるだけで、上記絶縁診断を行うことも可能であり、従って、上記制御回路６４ｃを敢えて設けなくても良い。
【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および図３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、上記のような絶縁診断装置を設けたので、アーク式蒸発源の陰極とシールド板との間の絶縁不良を、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、絶縁チェック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絶縁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絶縁診断装置周りの他の例を示す断面図である。
【図３】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絶縁診断装置周りの更に他の例を示す断面図である。
【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
２６シールド板
２８抵抗器
３０基材
３２ホルダ
６０ａ〜６０ｃ絶縁診断装置
６２真空計
６４ａ〜６４ｃ制御回路（制御手段）
６６ａ〜６６ｃ比較器（比較手段）
６８電流計測器
７０電圧計測器
７２抵抗計測器
７４スイッチ
７６陽極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum arc evaporation apparatus having an arc evaporation source for evaporating a cathode (cathode) material by vacuum arc discharge and forming a thin film by evaporating the cathode material on a substrate. Relates to a means for easily detecting an insulation failure between the cathode of the arc evaporation source and the shield plate disposed around the cathode without requiring manual operation.
[0002]
[Prior art]
A conventional example of this type of vacuum arc deposition apparatus is shown in FIG. A holder 32 that holds the base material 30 is provided in the vacuum container 2 that is evacuated by the evacuation device 4, and in this example, the side wall of the vacuum container 2 faces the base material 30 on the holder 32. An arc evaporation source 10 is attached to the part. As will be described in detail below, the arc evaporation source 10 of this example dissolves the cathode 12 and evaporates the cathode material 14 therefrom by vacuum arc discharge between the cathode 12 and the vacuum vessel 2 which also serves as the anode. Let 16 is a flange and 20 is an insulator. A DC arc power supply 24 is connected between the cathode 12 and the vacuum vessel 2 with the former as the negative electrode side. The vacuum vessel 2 is normally grounded.
[0003]
A negative bias voltage of, for example, about several tens of volts to about −1000 V is applied to the base material 30 on the holder 32 from a DC bias power source 36. Reference numeral 34 denotes an insulator. In addition, in order to improve the uniformity of film formation on the base material 30, the holder 32 holding the base material 30 may be rotated in the arrow B direction or the opposite direction.
[0004]
A gas 8 is usually introduced into the vacuum vessel 2 from, for example, a gas inlet 6. For example, when the compound thin film is formed on the surface of the base material 30, the gas 8 is a reactive gas (for example, nitrogen gas) that reacts with the cathode material 14, or a metal thin film of the cathode material 14 alone on the surface of the base material 30. In the case of formation, an inert gas (for example, argon gas) that does not react with the cathode material 14 is used.
[0005]
A part of the cathode material 14 evaporated by the arc discharge is ionized, and the ionized cathode material 14 is attracted to and collides with the substrate 30 to which a negative bias voltage is applied, and a reactive gas is introduced. If it does, it combines with it, and a thin film with high adhesion is formed on the surface of the substrate 30. Thus, for example, a compound thin film having excellent wear resistance such as TiN or CrN or a metal thin film such as Ti or Cr can be formed on the surface of the base material 30.
[0006]
A detailed example of the arc evaporation source 10 is shown in FIG. The arc evaporation source 10 includes the cathode 12 described above, a non-magnetic metal flange 16 that supports the cathode 12, and an arc state control magnet (for example, a permanent magnet) 18 attached to the back surface thereof. These are attached to a nonmagnetic metal mounting plate 42 via an insulator 20, and this mounting plate 42 is attached to the vacuum vessel 2 via an insulator 44. A DC voltage of about several tens of volts, for example, is applied between the cathode 12 and the vacuum vessel 2 via the flange 16 from the arc power supply 24 described above.
[0007]
A trigger electrode 46 for arc ignition is attached to the tip of a shaft 48 that penetrates the attachment plate 42 via the feedthrough 50. The trigger electrode 46 is driven in the front-rear direction of the cathode 12 as indicated by an arrow A by the driving device 52. A resistor 38 for limiting the current during arc ignition is connected between the shaft 48 and the trigger electrode 46 and the vacuum vessel 2. The value of the resistor 38 is, for example, about 1Ω to several tens of Ω.
[0008]
An annular shield plate 26 is provided around the side of the cathode 12 in order to spread the arc, that is, to maintain an arc discharge between the cathode 12 and the vacuum vessel 2 serving as an anode at some distance from the cathode 12. It is arranged so as to surround the cathode 12, and the shield plate 26 covers the periphery of the cathode 12. The shield plate 26 is electrically insulated from the cathode 12, and a gap 25 is opened between the shield plate 26 and the cathode 12. The shield plate 26 is connected to the vacuum vessel 2 via a conductive column 27 and a current limiting resistor 28. In this example, the shield plate 26 is also made of a non-magnetic metal in order to avoid disturbing the magnetic field of the magnet 18. The value of the resistor 28 is, for example, about 1Ω to several tens of Ω.
[0009]
When the trigger electrode 46 is moved by the driving device 52 and brought into contact with the cathode 12 to which a DC voltage is applied from the arc power source 24, the trigger electrode 46 is separated from the trigger electrode 46 and the cathode 12, and this triggers. At first, arc discharge is generated between the cathode 12 and the shield plate 26. However, since the current flowing through the shield plate 26 is limited by the resistor 28, the arc discharge is immediately applied to the vacuum vessel serving as the cathode 12 and the anode. 2 and the arc discharge continues between the two, whereby the surface of the cathode 12 is dissolved and the cathode material 14 evaporates. After the arc discharge is transferred between the cathode 12 and the vacuum vessel 2, no current flows through the trigger electrode 46.
[0010]
In some cases, an anode for the arc evaporation source 10 may be provided separately from the vacuum vessel 2. In this case, the positive electrode, the resistor 28 and the resistor 38 of the arc power supply 24 are connected to the anode, and the vacuum vessel 2 is provided. Is normally grounded (see FIG. 6).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Conductive deposits such as the cathode material 14 and dust are adhered between the cathode 12 and the shield plate 26, or the shield plate 26 is not sufficiently fixed and the shield plate 26 and the cathode 12 are in contact with each other. If the insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is not maintained, the arc discharge is not normally generated on the cathode surface, that is, between the cathode 12 and the vacuum vessel 2, and the vapor deposition is normally performed. There are things you can't do. When this becomes apparent for the first time when vapor deposition is started after evacuating the vacuum vessel 2 over a long period of time, the inside of the vacuum vessel 2 is returned to atmospheric pressure again, and the arc evaporation source 10 Repair of the defective portion of the insulation must be performed, resulting in a large time loss.
[0012]
In order to avoid this, conventionally, the operator checks the insulation state between the cathode 12 and the shield plate 26 by using a tester, a megger, or the like each time before the vacuum chamber 2 is evacuated. It was. Such a method is troublesome when automatic operation of the vacuum arc vapor deposition apparatus is attempted because the insulation check takes time. Further, since the insulation check by the operator takes time, productivity is lowered. In particular, when a plurality of arc evaporation sources 10 are provided, or when the arc evaporation source 10 is arranged in a high place or a place where it is difficult for an operator to reach the large vacuum vessel 2, insulation is performed. Since the check takes a particularly long time, the productivity is greatly reduced.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a primary object of the present invention to make it possible to easily detect an insulation failure between a cathode and a shield plate of an arc evaporation source as described above without requiring manual operation.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
One of the vacuum arc vapor deposition apparatuses according to the present invention includes a vacuum gauge for measuring the pressure in the vacuum vessel, a current measuring instrument for measuring a current flowing through the shield plate, and a current measured by the current measuring instrument is 0. Control means for outputting an abnormality detection signal when the pressure is larger than the above, and control for activating the comparison means while outputting a voltage from the arc power source under a condition where the pressure measured by the vacuum gauge is 1 to 3 Torr or more And an insulation diagnostic device including the means (Claim 1).
[0015]
According to the above configuration, when the pressure in the vacuum vessel is 1 to 3 Torr or higher, the voltage is applied from the arc power source to the cathode of the arc evaporation source and the comparison unit is activated by the control by the control unit. Can do. At this time, if insulation between the cathode and the shield plate is not maintained, some current (that is, greater than 0) flows through the shield plate, which is detected by the comparison means, and an abnormality detection signal is output from the comparison means. Is output. As a result, it is possible to easily detect an insulation failure between the cathode of the arc evaporation source and the shield plate without requiring manual operation.
[0016]
The insulation diagnosis as described above is performed when the pressure in the vacuum vessel is 1 to 3 Torr or more, because vacuum arc discharge does not continue under such pressure, so it is assumed that the insulation diagnosis is conducted at the time of insulation diagnosis. Even if a spark is generated between the cathode and the shield plate due to deposits, etc., this can be used as a seed to prevent arc discharge from occurring and continuing between the cathode and the shield plate or vacuum vessel. is there.
[0017]
Instead of the current flowing through the shield plate , the voltage between the shield plate and the anode or the vacuum vessel serving as the anode (Claim 2), or the resistance between the cathode and the shield plate itself (Claim 3), An insulation failure between the shield plates may be detected.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example around an arc evaporation source and an insulation diagnostic apparatus of a vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present invention. Portions that are the same as or correspond to those in the conventional example of FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below. The overall configuration of the vacuum arc vapor deposition apparatus is the same as that described above with reference to FIG.
[0019]
In this embodiment, an insulation diagnosis device 60a that performs insulation diagnosis using the current I flowing through the shield plate 26 is provided. The insulation diagnostic device 60a includes a vacuum gauge 62 for measuring the pressure P in the vacuum vessel 2 and a current I that is connected in series to the resistor 28 and flows to the shield plate 26 via the resistor 28. A current measuring device 68 that measures the current I and a current I measured by the current measuring device 68 and a predetermined reference value E ₁ (0 A in this example) are compared, and the current I is larger than the reference value E _1, that is, 0. Under the condition that the pressure 66 measured by the comparator 66a that outputs the abnormality detection signal S and the vacuum gauge 62 is several (1-3) Torr or more, (1) the voltage output command C ₁ is sent to the arc power supply 24. A function to output the voltage from the arc power source 24 and apply a voltage to the cathode 12, and ( _{2) a function} of giving a comparison command C2 to the comparator 66a to activate the comparator 66a and perform the comparison. A control circuit 64a having It is provided.
[0020]
When the pressure P in the vacuum vessel 2 is several Torr or higher, the commands C ₁ and C ₂ are issued from the control circuit 64a to perform the insulation diagnosis. Under such pressure, vacuum arc discharge occurs. Since it does not last, even if a spark is generated between the cathode 12 and the shield plate 26 due to conductive deposits or the like during insulation diagnosis, this sparks as a seed and arcs between the cathode 12 and the shield plate 26 or the vacuum vessel 2. This is because discharge can be prevented from occurring and sustained, and unintentional film formation on the substrate 30 can be prevented. It can be said that atmospheric pressure is the simplest and preferable among the above-mentioned pressures of several Torr or more.
[0021]
According to the insulation diagnostic device 60a, a voltage is applied to the cathode 12 from the arc power source 24 and compared when the pressure P in the vacuum vessel 2 is several Torr or higher (for example, atmospheric pressure) by the control of the control circuit 64a. The device 66a can be activated to perform the comparison. At this time, an insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is caused by a conductive deposit between the cathode 12 and the shield plate 26 or by the shield plate 26 being in contact with the cathode 12. Is not maintained (that is, if the insulation is worse than normal), some (ie, greater than 0) current I flows from the arc power source 24 through the cathode 12 to the shield plate 26. For example, when the arc power supply 24 can supply 50 V and 30 A of power to the cathode 12 during steady arc discharge, a current I of 30 A at the maximum flows through the shield plate 26 during the insulation diagnosis.
[0022]
Then, the current I is measured by the current measuring device 68, and the measured current I is compared with the reference value E ₁ (here, 0A) by the comparator 66a. Since I> 0, the abnormality detection signal S is output from the comparator 66a. Is output. When the insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is maintained, the current I flowing through the shield plate 26 is 0, so the abnormality detection signal S is not output from the comparator 66a.
[0023]
As described above, according to the insulation diagnostic device 60a, it is possible to easily detect an insulation failure between the cathode 12 of the arc evaporation source 10 and the shield plate 26 without requiring manual operation. As a result, the vacuum arc vapor deposition apparatus can be automatically operated. Also, when there are a plurality of arc evaporation sources 10 or when the arc evaporation sources 10 are arranged in a place that is difficult to reach by an operator such as a high place, the time required for insulation check Productivity is improved.
[0024]
The control means having the same function as the control circuit 64a and the comparison means having the same function as the comparator 66a may be configured using a computer (the control circuit 64b in the embodiment of FIGS. 2 and 3). The same applies to the comparator 66b and the control circuit 64c and the comparator 66c).
[0025]
In the embodiment shown in FIG. 2, an insulation diagnostic device 60 b that performs insulation diagnosis using the voltage V applied to the shield plate 26 is provided. The insulation diagnostic device 60b is connected in parallel to the same vacuum gauge 62 and the resistor 28 as described above, and the voltage V across the resistor 28, that is, the voltage V between the shield plate 26 and the vacuum vessel 2. When the voltage V measured by the voltage meter 70 and the voltage V measured by the voltage meter 70 are compared with a predetermined reference value E ₂ (here, 0 V), the voltage V is greater than the reference value E _2, that is, 0. A comparator 66b for outputting an abnormality detection signal S and a control circuit 64b having the same function as the control circuit 64a.
[0026]
According to this insulation diagnostic device 60b, when the pressure P in the vacuum vessel 2 is several Torr or more (for example, atmospheric pressure), voltage is applied from the arc power source 24 to the cathode 12 and compared by the control by the control circuit 64b. The device 66b can be activated to perform the comparison. At this time, an insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is caused by a conductive deposit between the cathode 12 and the shield plate 26 or by the shield plate 26 being in contact with the cathode 12. Is not maintained, some voltage V (ie, greater than 0) is applied from the cathode 12 to the shield plate 26. For example, when the arc power supply 24 can supply 50 V and 30 A of power to the cathode 12 as described above, a voltage V of 50 V at the maximum is applied to the shield plate 26 during the insulation diagnosis.
[0027]
The voltage V is measured by the voltage measuring device 70, and the measured voltage V is compared with the reference value E ₂ (here, 0V) by the comparator 66b. Since V> 0, the abnormality detection signal S is output from the comparator 66b. Is output. When the insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is maintained, the voltage V applied to the shield plate 26 is 0, so the abnormality detection signal S is not output from the comparator 66b. In this way, also with this insulation diagnostic device 60b, it is possible to easily detect an insulation failure between the cathode 12 of the arc evaporation source 10 and the shield plate 26 without requiring manpower.
[0028]
In the embodiment shown in FIG. 3, an insulation diagnosis device 60 c that performs insulation diagnosis using the resistance R itself between the cathode 12 and the shield plate 26 is provided. The insulation diagnosis apparatus 60c includes a resistor measuring 72 for measuring the resistance R between the cathode 12 and the shield plate 26, by comparing the resistor R and the predetermined reference value E ₃ measured by the resistance measuring instrument 72 It comprises a comparator 66c to output an abnormality detection signal S when the resistor R is smaller than the reference value E _3, a switch 74 for switching the cathode 12 to the resistor measuring instrument 72 side to the arc power supply 24 side. The switch 74 is provided in order to prevent the resistance of the arc power supply 24 from interfering with the insulation diagnosis between the cathode 12 and the shield plate 26.
[0029]
Furthermore, in the insulation diagnosis device 60c, although not essential, ▲ 1 ▼ to switch 74 gives the switch switching command C ₃ switches the corresponding switch 74 to the resistance measuring instrument 72 side, ▲ 2 ▼ comparator 66c to compare the command C is provided with a control circuit 64c has a function to perform the comparison by activated the comparator 66c gives _2.
[0030]
The reference value E ₃ is, for example, a circuit connected to the cathode 12 when the switch 74 is switched to the resistance measuring instrument 72 side when the insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is normally maintained. What is necessary is just to set to the value equivalent to the resistance between the circuits connected to the shield plate 26. Specifically, it may be set to a number (1-3) MΩ.
[0031]
In this insulation diagnostic device 60c, it is not necessary to apply a voltage from the arc power supply 24 to the cathode 12 at the time of insulation diagnosis. Therefore, the insulation diagnosis can be performed regardless of the pressure in the vacuum vessel 2. The vacuum gauge 62 is not necessary.
[0032]
According to the insulation diagnostic device 60c, the switch 74 can be switched to the resistance measuring device 72 side and the comparator 66c can be activated for comparison by the control by the control circuit 64c. At this time, an insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is caused by a conductive deposit between the cathode 12 and the shield plate 26 or by the shield plate 26 being in contact with the cathode 12. Is not maintained, the resistance R measured by the resistance measuring device 72 is smaller than the reference value E _3, and the abnormality detection signal S is output from the comparator 66c. For example, when the shield plate 26 is in contact with the cathode 12, the resistance R measured by the resistance measuring device 72 is several Ω or less. When the insulation between the cathode 12 and the shield plate 26 is maintained, the resistance R measured by the resistance measuring device 72 is larger than the reference value E ₃ , so that the abnormality detection signal S is not output from the comparator 66c. In this way, also with this insulation diagnostic device 60c, it is possible to easily detect an insulation failure between the cathode 12 of the arc evaporation source 10 and the shield plate 26 without requiring manual operation.
[0033]
Even if the comparator 66c is always activated, when the switch 74 is switched to the arc power supply 24 side, the input of the resistance measuring device 72 is opened, and the resistance R to be measured becomes close to infinity. Therefore, the abnormality detection signal S is not output from the comparator 66c. Therefore, it is possible to perform the insulation diagnosis by simply switching the switch 74 with an external signal or the like. Therefore, the control circuit 64c need not be provided.
[0034]
FIG. 6 shows an embodiment in which the anode 76 for the arc evaporation source 10 is provided separately from the vacuum vessel 2. This corresponds to the embodiment shown in FIG. In this case, the positive electrode of the arc power supply 24, the resistor 28 and the resistor 38 are connected to the anode 76, and the vacuum vessel 2 is normally grounded. The same applies to the embodiments shown in FIGS.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the insulation diagnosis apparatus as described above is provided, it is possible to easily detect an insulation failure between the cathode of the arc evaporation source and the shield plate without requiring manual operation. it can. As a result, the vacuum arc vapor deposition apparatus can be automatically operated. Also, when there are multiple arc evaporation sources, or when the arc evaporation source is placed in a place that is difficult to reach, such as a high place, the insulation check time is shortened. As a result, productivity is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example around an arc evaporation source and an insulation diagnostic device of a vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example around the arc evaporation source and the insulation diagnostic device of the vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing still another example around the arc evaporation source and the insulation diagnostic apparatus of the vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a conventional vacuum arc deposition apparatus.
5 is a cross-sectional view showing an example around the arc evaporation source in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an embodiment in which an anode of an arc evaporation source is provided separately from a vacuum vessel.
[Explanation of symbols]
2 Vacuum vessel 10 Arc type evaporation source 12 Cathode 14 Cathode material 24 Arc power supply 26 Shield plate 28 Resistor 30 Base material 32 Holder 60a-60c Insulation diagnostic device 62 Vacuum gauge 64a-64c Control circuit (control means)
66a-66c comparator (comparison means)
68 Current measuring instrument 70 Voltage measuring instrument 72 Resistance measuring instrument 74 Switch 76 Anode

Claims

The cathode is placed on the negative electrode side between a vacuum vessel, an arc evaporation source for evaporating a cathode material from the cathode by vacuum arc discharge, and the cathode of the arc evaporation source and the vacuum vessel serving as the anode or the anode. Connected to the arc power source, and deposits the cathode material on the base material in the vacuum vessel, wherein the arc evaporation source is insulated from the cathode and lateral to the cathode. A vacuum gauge for measuring a pressure in the vacuum vessel in a vacuum arc deposition apparatus having a shield plate covering the periphery and a resistor connected between the shield plate and the vacuum vessel serving as the anode or the anode; A current measuring device for measuring a current flowing through the shield plate, a comparison means for outputting an abnormality detection signal when the current measured by the current measuring device is greater than 0, and the vacuum In under the above measured pressure is 1 to 3 Torr, vacuum arc vapor deposition, characterized in that is provided with an insulating diagnostic apparatus and a control means for activating the comparing means together to output a voltage from the arc power source apparatus.

The cathode is placed on the negative electrode side between a vacuum vessel, an arc evaporation source for evaporating a cathode material from the cathode by vacuum arc discharge, and the cathode of the arc evaporation source and the vacuum vessel serving as the anode or the anode. Connected to the arc power source, and deposits the cathode material on the base material in the vacuum vessel, wherein the arc evaporation source is insulated from the cathode and lateral to the cathode. A vacuum gauge for measuring a pressure in the vacuum vessel in a vacuum arc deposition apparatus having a shield plate covering the periphery and a resistor connected between the shield plate and the vacuum vessel serving as the anode or the anode; , the abnormality detection signal when the voltage measuring device for measuring the voltage between the vacuum container serves as the shield plate and the anode or the anode, the voltage measured by the voltage measuring instrument is greater than 0 Comparison means for outputting, under the conditions of the more than 1 to 3 Torr pressure measured by the vacuum gauge, the insulation diagnosis apparatus and control means for activating the comparing means together to output a voltage from the arc power source A vacuum arc vapor deposition apparatus provided.

The cathode is placed on the negative electrode side between a vacuum vessel, an arc evaporation source for evaporating a cathode material from the cathode by vacuum arc discharge, and the cathode of the arc evaporation source and the vacuum vessel serving as the anode or the anode. Connected to the arc power source, and deposits the cathode material on the base material in the vacuum vessel, wherein the arc evaporation source is insulated from the cathode and lateral to the cathode. In a vacuum arc deposition apparatus having a shield plate covering the periphery and a resistor connected between the shield plate and the vacuum vessel serving as the anode or the anode, the resistance between the cathode and the shield plate is reduced. A resistance measuring instrument to be measured, comparison means for outputting an abnormality detection signal when the resistance measured by the resistance measuring instrument is smaller than a reference value, and the cathode connected to the arc power source side and the resistor Vacuum arc vapor deposition apparatus characterized by comprising an insulation diagnosis apparatus and a switch for switching on the instrument side.