JP4229736B2 - 同軸型真空アーク蒸着源、それを用いた真空蒸着装置、及び薄膜形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸着装置の技術分野にかかり、特に、同軸型真空アーク蒸着源に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2の符号131は、真空蒸着装置であり、真空槽110と、該真空槽110内に配置された従来の同軸型真空アーク蒸着源132とを有している。
【0003】
真空槽110は、真空槽110の一部である細長のポート部114を有しており、該ポート部114の端部には、固定フランジ111が設けられている。
【0004】
同軸型真空アーク蒸着源132は、ポート部114内に配置され、後述するように固定フランジ111に取り付けられている。
【0005】
同軸型真空アーク蒸着源132の構成を説明すると、この同軸型真空アーク蒸着源132は、円盤状のアノード台座101と円筒状のアノード電極102を有している。アノード台座101の外周部分とアノード電極102の端部の内周面にはネジ部が設けられており、アノード電極102の端部がアノード台座101にネジ止め固定されている。
【0006】
アノード台座101の中央位置には、アルミナ製のスリーブ碍子104が固定されており、このスリーブ碍子104には、カソード取付台座103が固定されている。
【0007】
カソード取付台座103の先端には、絶縁円筒121を介してカソード電極106が取り付けられている。カソード電極106とカソード取付台座103との間は、この絶縁円筒121によって電気的に絶縁されている。
【0008】
絶縁円筒121には、円筒形状のトリガ電極109が配置されている。トリガ電極109とカソード電極106の間、及びトリガ電極109とカソード取付台座103との間は絶縁ワッシャ107によって電気的に絶縁されている。
【0009】
アノード台座101は、サポート118によって、取付フランジ115に固定されている。
【0010】
同軸型アーク蒸着源132は、その取付フランジ115が真空槽111の外部に配置された状態で、取付フランジ115と固定フランジ111とが、互いに気密に固定されており、カソード電極106と、アノード電極102と、トリガ電極109とは、ポート部114内に位置するように構成されている。
【0011】
取付フランジ115には二個の電流導入端子117、119が設けられている。各電流導入端子117、119には、トリガ配線105とカソード配線116とがそれぞれ挿通されている。真空槽110の外部には、電源装置112が配置されており、トリガ配線105により、トリガ電極109は電源装置112に接続され、カソード配線116により、カソード電極106は電源装置112に接続されている。
また、取付フランジ115には、グランド端子120が接続されている。
【0012】
アノード電極102とアノード台座101とは真空槽110と電気的に接続されており、グランド端子120を接地電位に接続すると、アノード電極102とアノード台座101と真空槽110とは、取付フランジ115を介して接地電位に接続される。
【0013】
上記構成の真空蒸着装置131において、真空槽110内を所定圧力まで真空排気し、アノード電極102を接地電位に接続した状態で電源装置112を動作させ、カソード電極106に負電圧を印加し、トリガ電極109に、カソード電極106対して正電圧を印加するとトリガ電極109とカソード電極106との間にトリガ放電が生じ、トリガ電極109から放出された蒸着材料の粒子によってアノード電極102内の圧力が上昇し、アノード電極103とトリガ電極109の間にアーク放電が誘起される。電源装置112内にはコンデンサが設けられており、アーク放電によって流れるアーク電流は、そのコンデンサの放電によって供給される。
【0014】
アーク電流がトリガ電極109を流れるとトリガ電極109が部分的に蒸発し、トリガ電極109から蒸着材料の粒子が多量に放出される。
【0015】
アーク電流はカソード取付台座103とカソード配線116とを流れ、磁界を形成する。
【0016】
それによって生じた磁界により、電子や蒸着材料の粒子中に含まれる微小荷電粒子がアーク電流が流れる方向とは逆方向に曲げられ、アノード電極102の開口から放出される。
【0017】
微小粒子が飛行する方向には、成膜対象の基板を保持する基板ステージ113が配置されており、微小粒子が基板ステージ113上の基板の表面に到達すると、薄膜が成長する。
【0018】
他方、カソード電極106から放出された蒸着材料の微小粒子のうち、中性粒子や質量の大きな荷電粒子は磁界から受けるローレンツ力が小さいため、アノード電極102の壁面に衝突し、そこに付着してアノード電極102の外部には放出されない。従って、微小な粒子だけが基板ステージ113上の基板に到達し、緻密な膜が形成される。
【0019】
このような成膜装置131では、薄膜成長速度や使用可能な基板の大きさは、アーク電流を供給するコンデンサの容量や、カソード電極106の先端部分と基板表面との間の距離TSに依存する(TSは、正確にはカソード電極106先端と基板ステージ113との間の距離を示している。)。
【0020】
また、カソード電極106の寿命を長くするためには、カソード電極106に最適な大きさの電力を投入する必要があり、そのためにもコンデンサの容量や距離TSの大きさは重要であり、最適な容量に対し、最適な距離TSが存在する。
【0021】
例えば、電源装置112内のコンデンサ容量が2200μFの場合は、10cm〜25cmが最適な距離TSである。
【0022】
同軸型アーク蒸着源132は、取付フランジ115上に組み立てた状態で用意されており、カソード電極106が消耗したり、異なる種類の蒸着材料によって成膜を行う場合などは、取付フランジ115を含む全体を交換している。
【0023】
しかしながら真空蒸着装置131が異なると、ポート部114の長さやコンデンサの容量が変わるため、取付フランジ115からカソード電極106の先端までの長さLが一種類では対応することができない。
【0024】
逆に、色々な長さのポート部114に対応するため、各ポート部114の長さに応じた長さLの同軸型アーク蒸着源132を用意し、距離TSを一定にして成膜することも可能である。
【0025】
しかしながら、その場合は、異なる長さLを持つ同軸型アーク蒸着源132毎にカソード取付台座103と電流導入端子117の間の長さが変わってしまい、アーク電流が流れる経路のインピーダンス、特にコンデンサとカソード電極106の間のインピーダンスが異なる結果、アーク電流が流れる期間や流れ始めのタイミングが変わり、アーク電流の最大値も変化してしまう。
そのため、成膜速度や微小荷電粒子の到達範囲が変わってしまう。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、最適な放電条件を維持できる同軸型アーク蒸着源と、その同軸型アーク蒸着源を用いた真空蒸着装置を提供することにある。
【0027】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、アノード台座と、前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に対し、絶縁された状態で固定されたトリガ電極と、前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源であって、一端に取付部が配置され、他端にフランジ部が配置された調節部材を有し、前記取付部は、前記端子取付プレートの前記アノード台座が位置する側とは反対側の面に対して着脱可能に構成され、前記フランジ部は、当該同軸型真空アーク蒸着源が取り付けられるべき真空槽に対して着脱可能に構成された同軸型真空アーク蒸着源である。
請求項2記載の発明は、前記取付部と前記端子取付プレートの間と、前記フランジ部と前記真空槽との間は気密に密着可能に構成された請求項1記載の同軸型真空アーク蒸着源である。
請求項3記載の発明は、前記端子取付プレートには、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子が気密に設けられ、前記カソード電極と前記トリガ電極は、前記電流導入端子にそれぞれ接続された請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の同軸型真空アーク蒸着源である。
請求項4記載の発明は、真空槽と請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の同軸型真空アーク蒸着源とを有し、前記同軸型真空アーク蒸着源は、真空槽内に挿通され、前記真空槽に設けられた固定フランジと、前記フランジ部とが気密に密着された真空蒸着装置である。
請求項5記載の発明は、アノード台座と、前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に対し、絶縁部材を介して固定されたトリガ電極と、前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源を真空槽に固定し、前記真空槽内に配置された基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、一端に取付部が配置され、他端にフランジ部が配置され、前記取付部は、前記端子取付プレートの前記アノード台座が位置する側とは反対側の面に対して着脱可能に構成され、前記フランジ部は、当該同軸型真空アーク蒸着源が取り付けられるべき真空槽に対して着脱可能に構成された調節部材であって、異なる長さの前記調節部材を用意し、前記真空槽に応じて前記調節部材を交換し、前記カソード電極と前記基板との間を所望距離に設定して薄膜を形成する薄膜形成方法である。
請求項6記載の発明は、前記端子取付プレートに、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子を気密に設け、前記カソード電極をカソード配線によって前記電流導入端子に接続し、前記調節部材を交換しても、前記端子と前記カソード電極との間の配線の長さが変わらないようにする請求項5記載の薄膜形成方法である。
【0028】
本発明は上記のように構成されており、端子取付プレートとアノード台座を固定し、それとは別に、調節部材を設け、調節部材の長さを調節することで、カソード電極と基板との間の距離TSを変更可能にした。
【0029】
調節部材を交換し、距離TSを変更した場合であっても、カソード電極と電流導入端子の間の距離は変わらない。従って、距離TSばかりでなく、アノード電流が流れる経路のインピーダンスを一定にすることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1の符号31は、真空蒸着装置であり、真空槽10と、該真空槽10内に配置された従来の同軸型真空アーク蒸着源32とを有している。
真空槽10は、真空槽10の一部である細長のポート部14を有しており、該ポート部14の端部には、固定フランジ11が設けられている。
【0031】
同軸型真空アーク蒸着源32は、ポート部14内に配置され、後述するように固定フランジ11に取り付けられている。
同軸型真空アーク蒸着源32の構成を説明すると、同軸型真空アーク蒸着源32は、調節部材27と、端子取付プレート23と、アノード台座1と、アノード電極2とを有している。
アノード台座1は円盤状であり、その外周部分にはネジが設けられている。
【0032】
アノード電極2は、内径約φ30mmの円筒形であり、一端部の内周面にネジが設けられ、その部分にアノード台座1がはめ込まれ、ネジ止め固定されている。
【0033】
アノード台座1の中央位置には、アルミナ製のスリーブ碍子4が固定されており、このスリーブ碍子4には、カソード取付台座3が挿通されている。カソード取付台座3は、スリーブ碍子4を介してアノード台座1に固定されている。
【0034】
カソード取付台座3の先端には、絶縁円筒21を介してカソード電極6が取り付けられている。カソード電極6とカソード取付台座3との間は、この絶縁円筒21によって電気的に絶縁されている。
【0035】
カソード電極6は、蒸着材料が成形され、先端が、直径10mm、長さ5mm〜10mmの柱状に成形されており、カソード電極6の中心軸線はアノード電極2の中心軸線と一致するように配置されている。
【0036】
また、カソード電極6の長さは、その先端がアノード電極2の筒内側に位置する長さにされている。
【0037】
アノード電極2の内径は、カソード電極6の外形よりも大きくなっており、カソード電極6とアノード電極2の間には一定距離(ここでは10mm)の間隔が開けられている。
【0038】
絶縁円筒21には、ステンレスから成り、円筒形状のトリガ電極9が配置されている。トリガ電極9とカソード電極6の間、及びトリガ電極9とカソード取付台座3との間は絶縁ワッシャ7によって電気的に絶縁されている。
【0039】
アノード台座1の底面には、サポート18によって、端子取付プレート23が固定されている。
【0040】
端子取付プレート23には、二個の電流導入端子17、19が設けられている。電流導入端子17、19には、トリガ配線5とカソード配線16とがそれぞれ挿通されている。真空槽10の外部には、電源装置12が配置されており、トリガ電極9は、トリガ配線5によって電源装置12に接続され、カソード電極6はカソード配線16によって電源装置12に接続されている。なおトリガ配線5はステンレス製であり、アルミナの被覆8で覆われている。
【0041】
また、端子取付プレート23には、グランド端子20が接続されており、このグラウンド端子20が接地電位に接続されると、アノード電極2は、真空槽10と共に接地電位に接続されるように構成されている。
端子取付プレート23の底面には、調節部材27が配置されている。
【0042】
調節部材27は、フランジ部15と、支柱24と、取付部25とで構成されており、フランジ部15と支柱24と取付部25とは一体構成であり、支柱24によって取付部25が、フランジ部15から一定距離だけ離間するように構成されている。
【0043】
調節部材27は、フランジ部15が固定フランジ11に取り付けられており、取付部25は端子取付プレート23に固定されている。その状態では、カソード電極6やトリガ電極9はポート部14の内部に位置しており、それらはカソード電極6やトリガ電極9は、アノード台座1と、サポート18と、端子取付プレート23及び調節部材27を介して真空槽10に固定されている。
【0044】
上記構成の真空蒸着装置31の動作も、従来技術の真空蒸着装置131の動作と同じであり、真空槽10内を所定圧力まで真空排気し、アノード電極2を接地電位に接続した状態で電源装置12を動作させ、カソード電極6とトリガ電極9との間にトリガ放電を発生させ、アーク放電を誘起させると、電源装置12内に配置されたコンデンサCからアーク電流が供給され、そのアーク電流によってカソード電極9を構成する蒸着材料物質が放出され、真空槽10内に配置された基板ステージ13上の基板の表面に微小粒子が到達し、薄膜が形成される。
【0045】
カソード電極6に印加される電圧は−100V、トリガ電極9に印加される電圧は、約3.4kVである。
【0046】
コンデンサCの容量は2200μFであり、アーク電流は50μs〜100μsの間流れる。アーク電流の尖塔電流値は、約1200〜1400A程度である。
【0047】
コンデンサCの負電圧側の端子と電流導入端子17間を結ぶケーブルの長さは50mmであり、正電圧側の端子とグラウンド端子20を結ぶケーブルの長さは50から100cmの間である。
【0048】
図1の符号Lは、取付プレート23の底面からカソード電極6の先端部までの長さであり、符号aは、固定フランジ11の端部から取付プレート23の底面までの長さ、即ち、調節部材27の長さである。
【0049】
フランジ部15と固定フランジ11の間は着脱可能に構成されており、従って、フランジ部15と固定フランジ11との間の固定状態を解除し、調節部材27をポート部14から引き出すと、アノード台座1上のカソード電極6やトリガ電極9は、調節部材27と一緒にポート部14から引き出される。
【0050】
調節部材27と取付プレート23の間は着脱可能に構成されており、支柱24の長さが異なる調節部材に交換すると、電流導入端子17からカソード電極6までのインピーダンスを替えることなく、距離aを変更することができる。
【0051】
アノード電流を供給するコンデンサCは、電流導入端子17、20間に近接して接続することができるので、ポート部14の外部のインピーダンスは無視することができる。
【0052】
従って、長さの異なる調節部材27に交換すると、カソード電極6先端と基板との間の距離を変更し、インピーダンスを悪化させることなく、距離TSを最適値10cm〜25cmにして成膜することができる。
【0053】
図1の符号31は、ガスケットやオーリング等の真空シール部材であり、調節部材27と固定フランジ11の間、及び調節部材27と端子取付プレート23の間は、真空シール部材31によって気密に密着されている。電流導入端子17、19は、端子取付プレート23に気密に取り付けられており、従って、真空槽10内を真空排気したときに、同軸型真空アーク蒸着源32の構成部品や同軸型真空アーク蒸着源32とポート部14との間から大気が侵入しないようになっている。
【0054】
なお、上記は調節部材27を交換することで長さを調節していたが、支柱24の長さが伸縮できるように構成してもよい。
【0055】
【発明の効果】
取付フランジにカソード用の電流導入端子やトリガ用の電流導入端子を装備せず、別個に設けることで、真空槽の取付ポートの長さと無関係にカソード用の電流導入端子とカソード取付台座との間の配線を一定保つことができる。
【0056】
また、カソード電極の先端部から基板ステージまでの長さを最適な距離の範囲に設定するために取付フランジから取付プレートまでの長さを変えてあわせる。それにより、端子取付プレートからカソード取付台座までの配線の長さを最適な同じ長さに保つことができるため、放電形態を最適な同じ状態に保っておくことができる。また、カソード電極の先端部分から基板ステージまでの距離TSを最適な大きさに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の同軸型真空アーク蒸着源とそれを用いた真空蒸着装置の一例
【図2】従来技術の同軸型真空アーク蒸着源とそれを用いた真空蒸着装置
【符号の説明】
1……アノード台座
2……アノード電極
6……カソード電極
9……トリガ電極
10……真空槽
15……フランジ部
16……カソード配線
17、19……電流導入端子
23……端子取付プレート
25……取付部
27……調節部材
31……真空蒸着装置
32……同軸型真空アーク蒸着源
Claims (6)
- アノード台座と、
前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、
前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、
前記カソード電極に対し、絶縁された状態で固定されたトリガ電極と、
前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源であって、
一端に取付部が配置され、他端にフランジ部が配置された調節部材を有し、
前記取付部は、前記端子取付プレートの前記アノード台座が位置する側とは反対側の面に対して着脱可能に構成され、
前記フランジ部は、当該同軸型真空アーク蒸着源が取り付けられるべき真空槽に対して着脱可能に構成された同軸型真空アーク蒸着源。 - 前記取付部と前記端子取付プレートの間と、前記フランジ部と前記真空槽との間は気密に密着可能に構成された請求項1記載の同軸型真空アーク蒸着源。
- 前記端子取付プレートには、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子が気密に設けられ、
前記カソード電極と前記トリガ電極は、前記電流導入端子にそれぞれ接続された請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の同軸型真空アーク蒸着源。 - 真空槽と請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の同軸型真空アーク蒸着源とを有し、
前記同軸型真空アーク蒸着源は、真空槽内に挿通され、前記真空槽に設けられた固定フランジと、前記フランジ部とが気密に密着された真空蒸着装置。 - アノード台座と、
前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に対し、絶縁部材を介して固定されたトリガ電極と、前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源を真空槽に固定し、前記真空槽内に配置された基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
一端に取付部が配置され、他端にフランジ部が配置され、前記取付部は、前記端子取付プレートの前記アノード台座が位置する側とは反対側の面に対して着脱可能に構成され、前記フランジ部は、当該同軸型真空アーク蒸着源が取り付けられるべき真空槽に対して着脱可能に構成された調節部材であって、
異なる長さの前記調節部材を用意し、
前記真空槽に応じて前記調節部材を交換し、前記カソード電極と前記基板との間を所望距離に設定して薄膜を形成する薄膜形成方法。 - 前記端子取付プレートに、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子を気密に設け、
前記カソード電極をカソード配線によって前記電流導入端子に接続し、
前記調節部材を交換しても、前記端子と前記カソード電極との間の配線の長さが変わらないようにする請求項5記載の薄膜形成方法。
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