JP4448004B2 - 物品処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、物質蒸発に供するカソードを含む蒸発源を有し、アーク放電用電源による該カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施す物品処理装置に関する。

かかるカソードを含む蒸発源を利用した物品処理装置は、具体的には、イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品に飛翔させて該物品に膜形成する成膜装置、イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品に飛翔させて該物品にイオンを注入するイオン注入装置、イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品に飛翔させて該物品をエッチングするエッチング装置、イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品に飛翔させて該物品表面をクリーニングするクリーニング装置などである。

カソードを含む蒸発源を利用した物品処理装置である上記各種具体的装置のうち成膜装置を例にとると、それは、アーク式イオンプレーティング、真空アーク蒸着などと称されているアーク式ＰＶＤ（アーク式物理的気相成長）による成膜装置であり、自動車部品、各種機械の部品、各種工具、さらには、自動車部品、機械部品等の成形に用いる金型等の成形用型、医療用物品や部材等などの物品への膜形成に広く採用されている。

アーク式ＰＶＤによる成膜装置により物品の表面に膜を形成することにより、該物品の耐摩耗性、他物品等との摺動性、化学的安定性、光学特性等の性質を改善し、物品に求められる性能をより優れたたものにすることができる。
アーク式ＰＶＤによる膜形成は、膜の被成膜物品への密着性が良好である、膜形成速度が高く、膜生産性が高いといった利点があり、工具等の表面処理において広く用いられている。

かかるアーク式ＰＶＤによる成膜装置は、例えば特開平１１−３６０６３号公報等に記載されており、概ね図１２に示す構造の成膜装置である。図１２に示す成膜装置は、成膜チャンバ１、チャンバ１内に設置された、被成膜物品Ｗを支持するホルダ２、チャンバ１に付設された蒸発源３及びチャンバ１内を排気減圧する排気装置４等を含んでいる。

チャンバ１には、必要に応じて所定のガスをチャンバ内へ導入するためのガス導入ポート１１も設けられている。
ホルダ２には、成膜時に、該ホルダに支持される被成膜物品Ｗにバイアス電源ＰＷからバイアス電圧を印加できるようにしてある。このバイアスは、膜形成のためのイオンを引き寄せるためのものである。

蒸発源３は、カソード３１、トリガー電極３２、アーク放電用電源３３、磁場形成部３５等を備えている。
カソード３１は形成しようとする膜に応じて選択した材料で形成される。カソード３１の端面（蒸発面）３１１はホルダ２に向けられている。このカソードに対するアノードはこの例では接地された成膜チャンバ１がこれを兼ねている。なお、アノードは別途設けてもよい。

トリガー電極３２はカソード３１の端面（蒸発面）３１１に臨んでおり、往復駆動装置３２Ｄによりカソード蒸発面に対し接触離反可能である。
アーク放電用電源３３はカソード３１とアノードとの間にアーク放電用電圧を印加できるように、また、カソード３１とアノード間のアーク放電を誘発するためにカソード３１とトリガー電極３２との間にトリガー用電圧を印加してアーク点弧できるように、カソード３１等に配線接続されている。

アーク放電用電源３３とカソード３１との間には、アーク放電を安定化するための直流リアクトル３６を接続してあり、トリガー電極３２はアーク電流が流れないように抵抗３７を介して接地されている。

図１２に例示する成膜装置では、磁場形成部３５はカソード３１を囲む、磁性材料からなる筐体３５１内に磁場形成コイル３５２を収納して形成してある。筐体３５１はカソード３１を囲み、成膜チャンバに通じる短いダクトを兼ねており、トリガー電極３２と同電位となるように該電極に電気的に接続されている。また、筐体３５１には必要に応じ、冷却水等の冷媒を供給循環させてコイル３５２を冷却することもできる。

蒸発源３には、必要に応じて所定のガスを導入するためのガス導入ポート３８が設けられている。
排気装置４は、成膜チャンバ１内及びこれに連通しているカソード３１周囲の領域（筐体３５１によるダクト内）を所定の成膜圧に減圧維持することができる。
なお、図１２においてカソード３１と筐体３５１との間の部材ｍ１や筐体３５１とチャンバ壁との間の部材ｍ２は絶縁性材料で形成されている。

以上説明した図１２に示す成膜装置によると次のように被成膜物品Ｗに膜形成できる。 例えば、カソード３１に高純度チタンからなるカソードを用いて基板タイプの物品Ｗ上に窒化チタン膜を形成する場合について説明すると、まず、ホルダ２上に被成膜基板Ｗを支持させ、次いで排気装置４を運転して成膜チャンバ１内及びこれに連通しているカソード３１周囲の領域（筐体３５１により形成されているダクト）から排気し、それらを成膜圧力に減圧維持する。

また、ホルダ２上の基板Ｗには、膜形成用イオンを引き寄せるためのバイアス電圧を電源ＰＷから印加する。さらに、チャンバ１内にガス導入ポート１１及び（又は）蒸発源３におけるガス導入ポート３８から窒素含有ガス（代表的には窒素ガス）を導入する。
なお、被成膜物品上に例えばダイアモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）を形成するようなときは、高純度カーボンからなるカソードを採用するが、この場合はガスを導入しない場合もある。

かかる状態で、蒸発源３におけるトリガー電極３２をカソード３１の蒸発面３１１に接触させると、放電用電源３３よって、直流リアクトル３６、カソード３１、トリガー電極３２、抵抗３７を含む閉ループに電流が流れる。ひき続きトリガー電極３２をカソード３１の蒸発面３１１から離すとアーク放電が誘発され、これをトリガーにしてカソード３１とアノード（ここではチャンバ１）の間でアーク放電が開始され、カソード３１が溶融蒸発するとともにカソード前方にイオン化されたカソード材料を含むプラズマが形成される。

トリガー電極３２は、アーク放電誘発後はカソード３１から遠ざけるが、抵抗３７が入っているので、トリガー電極３２を含む、アーク放電（予備アーク放電）を誘発した閉ループにはほとんど電流は流れなくなる。また、磁場形成部３５の筐体３５１は通常は図示のとおりトリガー電極３２と同じ電位にするので、該筐体には殆ど電流は流れない。
アーク放電は、放電用電源３３によってカソード３１、チャンバー１、直流リアクトル３６を含む閉ループで持続する。直流リアクトル３６は放電を安定化させる。

また、磁場形成部３５が、図示省略の電源から磁場形成コイル３５２に通電されることでカソード３１の蒸発面３１１及びその前方に縦磁場を形成する。この縦磁場は磁力線の方向がカソード蒸発面上の任意の位置に立てた法線の方向及び該法線方向に近い方向の磁場であり、アーク放電によって生成した前記プラズマを効率的に閉じ込め、プラズマ密度を高める。

アーク放電によりカソード蒸発面３１１におけるアークスポットからは陰極材料であるチタンが溶融蒸発し、既述のとおりイオン化されたカソード材料、すなわち、この例ではチタンイオンを含むプラズマが生成し、該チタンイオンが、電源ＰＷからバイアスを印加された被成膜基板Ｗへ向け加速されるとともにチャンバ１内へ導入された窒素ガスと反応して窒化チタンとなり、基板Ｗ上に堆積して窒化チタン膜を形成する。

以上、アーク式ＰＶＤによる成膜装置を具体例にとって説明したが、図１２に示す装置は、例えば、カソード３１として基板Ｗに注入すべきイオンを生成する材料からなるカソードを採用し、基板Ｗにイオン注入を可能にする大きさのバイアス電圧を電源ＰＷから印加すれば、基板Ｗにイオンを注入することができる。
また、基板Ｗのエッチング処理対象部分の材質に応じて、カソード３１として該エッチング処理対象部分をドライエッチングできるイオンを生成するカソードを採用すれば、基板Ｗをドライエッチングできる。

カソード３１として、例えば基板Ｗ表面に付着した不純物をそれと結合して蒸発してしまう物質に変換できるイオンを生成するカソードを採用したり、基板Ｗ表面に付着した汚れを例えばイオンボンバードにより除去できるイオンを生成するカソードを採用するなどして基板表面をクリーニングすることもできる。

特開平１１−３６０６３号公報

ところが、カソードを含む蒸発源を備えており、該カソードの蒸発面に接離可能のトリガー電極を用いてアーク放電用電源により該カソード蒸発面と該トリガー電極との間にアーク点弧し、それにより該カソードとアノード間の真空アーク放電を誘発し、該真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施す物品処理装置では、カソード上のアークスポットの位置がカソードの被処理物品に向けられた蒸発面から外れ、カソード蒸発面とカソード側周面との境界付近やカソード側周面上に位置し、そのはずれた位置に長時間連続して止まることがある。

このような事態が発生すると、成膜装置では成膜速度が低下したり、形成される膜の各部における膜厚が不均一化するなどの問題が生じる。
アーク式ＰＶＤによる膜形成においては、カソードの材質はチタンやカーボンに限定されるものではなく、アルミニウム、クロム等々を用いることもあり、そのようなカソードを採用する場合でも、同様の問題が発生する。

イオン注入装置ではイオン注入速度が低下したり、被処理物品のイオン注入量分布が不均一になったりする。
エッチング装置の場合は、エッチング速度が低下したり、被処理物品各部におけるエッチング量が不均一化する。
クリーニング装置の場合は、クリーニング速度が低下したり、被処理物品各部におけるクリーニング状態が不均一化する。

そこで本発明は、カソードを含む蒸発源を備えており、該カソードの蒸発面に接離可能のトリガー電極を用いてアーク放電用電源により該カソード蒸発面と該トリガー電極との間にアーク点弧し、それにより該カソードとアノード間の真空アーク放電を誘発し、該真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施す物品処理装置であって、該真空アーク放電におけるカソード上のアークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分に発生したとき、該アークスポットをカソード蒸発面上に戻して正規のアーク放電を再開させることができ、それにより被処理物品に所望の目的とする処理を実施できる物品処理装置を提供することを課題とする。

本発明者は前記課題を解決すべく研究を重ねたところ、カソードの側周面に対し電流検出部材を臨設して真空アーク放電中に該電流検出部材に流れる電流の波形を観察すると、真空アーク放電におけるカソード上のアークスポットがカソード蒸発面にある正常な状態での電流波形は、電流変動が少なく、乱れの少ない波形となるのに対し、カソード上のアークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分にあるときは、該電流波形が、電流変動の大きい、乱れの大きい波形となることを見いだした。

本発明は前記課題を解決するため、かかる知見に基づき、次の物品処理装置を提供する。すなわち、
カソードを含む蒸発源を備えており、該カソードの蒸発面に接離可能のトリガー電極を用いてアーク放電用電源により該カソード蒸発面と該トリガー電極との間にアーク点弧し、それにより該カソードとアノード間の真空アーク放電を誘発し、該真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施す物品処理装置であって、該カソードの側周面に対し臨設された電流検出部材と、前記真空アーク放電中に該電流検出部材に流れる電流の波形を検出する電流波形検出部と、該電流波形検出部で検出される電流波形が、カソード上アークスポットがカソード蒸発面上にあることを示す正常電流波形か、カソード蒸発面以外のカソード部分にあることを示す異常電流波形かを判定し、異常電流波形であると判定すると、カソード上アークスポットをカソード蒸発面上へ戻すように前記アーク放電用電源及びトリガー電極を制御する制御部とを含んでいる物品処理装置である。

本発明に係る物品処理装置によると、カソードとアノード間の真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施している間、カソードの側周面に対し臨設された電流検出部材に流れる電流の波形が電流波形検出部において検出される。さらに、制御部において、該電流波形検出部で検出される電流波形が、カソード上アークスポットがカソード蒸発面上にあることを示す正常電流波形か、カソード蒸発面以外のカソード部分にあることを示す異常電流波形かが判定される。該制御部は、電流波形検出部で検出される電流波形が異常電流波形であると判定すると、カソード上アークスポットをカソード蒸発面上へ戻すように前記アーク放電用電源及びトリガー電極を制御する。

かくして、真空アーク放電におけるカソード上のアークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分に発生したとき、アークスポットをカソード蒸発面上に戻して正規のアーク放電を再開させることができ、それにより被処理物品に所望の目的とする処理をそれだけ円滑に、安定して実施できる。

前記制御部としては、前記電流波形検出部で検出される電流波形が、カソード上アークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分にあることを示す異常電流波形であると判定すると、前記アーク放電用電源を一旦オフしたのち再びオンするとともに前記トリガー電極にて真空アーク放電を誘発再開させるように該アーク放電用電源及びトリガー電極を制御するものを例示できる。

アーク放電用電源を一旦オフすることで、アークスポットがカソード蒸発面以外の部分にあるアーク放電を消すことができる。そして、トリガー電極はカソード蒸発面に接離可能であるから、ひき続き該電源をオンするとともにトリガー電極にて真空アーク放電を誘発再開させることで、アークスポットをカソード蒸発面上に戻すことができ、それによりアークスポットをカソード蒸発面に位置させた正常なアーク放電を再開して物品処理を再開することができる。

前記電流波形検出部としては、前記電流検出部材に直列接続された抵抗の両端間の電圧波形を計測することで該電流検出部材に流れる電流の波形を検出するものを例示できる。この場合、該電圧波形は、実質上電流波形をあらわしている。

また、前記電流波形検出部として、前記電流検出部材に直列接続された抵抗の両端間の電圧波形を計測することで該電流検出部材に流れる電流の波形を検出するものを採用する場合、前記制御部として、例えば、該電圧波形における電圧値Ｖ₀ の絶対値が、前記異常電流波形を示す電圧値か否かを判定するために予め定めた電圧値以上で所定時間以上継続すると、前記異常電流波形が認められると判定し、カソード上アークスポットをカソード蒸発面上へ戻すように前記アーク放電用電源及びトリガー電極を制御するものを採用することもできる。

この場合、該制御部として、前記異常電流波形が認められると判定すると、前記アーク放電用電源を一旦オフしたのち再びオンするとともに前記トリガー電極にて真空アーク放電を誘発再開させるように該アーク放電用電源及びトリガー電極を制御するものを例示できる。

いずれにしても本発明に係る物品処理装置は、具体例として次のものを例示できる。 （１）前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品に膜形成する成膜装置。
（２）前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品にイオンを注入するイオン注入装置。
（３）前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品をエッチングするエッチング装置。
（４）前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品表面をクリーニングするクリーニング装置。

以上説明したように本発明によると、カソードを含む蒸発源を備えており、該カソードの蒸発面に接離可能のトリガー電極を用いてアーク放電用電源により該カソード蒸発面と該トリガー電極との間にアーク点弧し、それにより該カソードとアノード間の真空アーク放電を誘発し、該真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施す物品処理装置であって、該真空アーク放電におけるカソード上のアークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分に発生したとき、アークスポットをカソード蒸発面上に戻して正規のアーク放電を再開させることができ、それにより被処理物品に所望の目的とする処理を実施できる物品処理装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る物品処理装置に属するアーク式ＰＶＤによる成膜装置の１例を示している。図１に示す成膜装置Ａは、図１２に示す従来例の成膜装置において、蒸発源３のカソード３１の蒸発面３１１に近い位置で該カソードの側周面に臨むリング形の電流検出プレート５を設けるとともに、このプレート５に流れる電流の波形を検出する電流波形検出部６及び制御部Ｃｏｎｔを設けたものである。

電流検出プレート５は導電性材料で形成されており、数オーム程度の検出用抵抗６１を介して接地されている。ここでの電流波形検出部６は、図２に示すように、検出用抵抗６１と、その両端に接続された、抵抗ＲとコンデンサＣを含むＲＣ形積分回路６２とからなっている。電流波形検出部６は、抵抗６１の両端間の電圧Ｖｉの波形をＲＣ形積分回路６２で電圧Ｖ₀ の波形として取り出すものであり、電圧Ｖ₀ の波形は、実質上プレート５に流れる電流の波形をあらわしている。

制御部Ｃｏｎｔは、電流波形検出部６により検出される、電流波形をあらわす電圧波形に基づいてアーク放電用電源３３及びトリーガー電極３２（より正確にはその往復駆動装置３２Ｄ）を制御する。その制御の詳細は後述する。

以上の点を除けば、図１に示す成膜装置Ａは図１２に示す成膜装置と実質上同構成である。図１２に示す成膜装置における部品、部分等と同じ部品、部分等には図１２と同じ参照符号を付してある。

成膜装置Ａにおいても、基本的には図１２に示す成膜装置と同様に被成膜物品（図示例では基板）Ｗに膜形成できる。
例えば、カソード３１として高純度チタンからなるカソードを採用し、被成膜基板Ｗに電源ＰＷからバイアス電圧を印加し、チャンバ１内及びカソード３１周囲領域を排気装置４により所定の成膜圧力に減圧維持しつつ、ガス導入ポート１１及び（又は）ガス導入ポート３８から窒素含有ガス（ここでは窒素ガス）をチャンバ１内に導入する。

かかる状態で、蒸発源３においてアーク放電を発生させ、カソード３１を溶融蒸発させるとともにカソード前方にイオン化されたカソード材料を含むプラズマ、すなわち、この例ではチタンイオンを含むプラズマを生成させる。該チタンイオンは、電源ＰＷからバイアス印加された被成膜基板Ｗへ向け加速されるとともに窒素ガスと反応して窒化チタンとなり、基板Ｗ上に堆積して窒化チタン膜を形成する。

成膜装置Ａにおいては、膜形成処理において電流検出プレート５に電流が流れる。この現象は、カソード３１と電流検出プレート５との間の僅かな放電により僅かに電流が流れることによると考えられる。

検出プレート５を流れる電流は検出用抵抗６１を流れるが、抵抗６１における電流波形と電圧波形は実質上同じである。ここでは図２に示すように、抵抗６１の両端の電圧波形を常時計測するようにしている。

アーク放電中、アークスポットがカソード蒸発面３１１上に位置している正常な状態では、抵抗６１の両端間の電圧波形（従って電流波形）は、図３に例示するように、安定し、電圧値も小さい。このとき電流波形検出部６で検出される電圧Ｖ₀ の波形（従って電流波形）は図６に示すように乱れや変動が少なく、安定した波形である。

しかし、アークスポットがカソード３１の側周面に移動すると、抵抗６１の両端間の電圧値は、図４に例示するように、大きくなるとともに大きく変動し、波形は大きく乱れる。また、アークスポットがカソード側周面近傍（カソード蒸発面３１１とカソード側周面との境界付近）へ移動すると、抵抗６１の両端間の電圧波形（従って電流波形）は、図５に例示するように、非常に不安定になる。
これらの場合、電流波形検出部６で検出される電圧Ｖ₀ の波形（従って電流波形）は、図４に対応する図７や、図５に対応する図８に示す大きく乱れた波形となる。

図６、図７、図８に示される波形は、抵抗６１が２Ω、ＲＣ形積分回路６２における抵抗Ｒが２ｋΩ、コンデンサＣが１００μＦの場合である。
図６に示す正常波形では、電圧Ｖ₀ は常時ほぼ−８Ｖ以上（絶対値で言えば常時略８Ｖ以下）である。しかし、図７に示す異常波形では、Ｖ₀ ＝−２０Ｖ程度の電圧が２秒程度も持続している。図８に示す異常波形では、Ｖ₀ ＝−１５Ｖ程度の電圧が３秒程度も持続している。

カソード上アークスポットの位置がこのようにカソード蒸発面３１１以外のカソード部分に移動した異常な状態が続くと、成膜速度が低下したり、形成される膜の各部における膜厚が不均一化するなどの問題が生じる。

そこで成膜装置Ａでは、制御部Ｃｏｎｔが、電流波形検出部６で検出される電圧波形（従って電流波形）が図６に例示するように、アークスポットがカソード蒸発面３１１上に位置することを示す正常な波形か、図７や図８に示すように、アークスポットがカソード蒸発面３１１以外のカソード部分にあることを示す異常な波形かを判定し、異常波形であると判定すると、アーク放電用電源３３を一旦オフしてアーク放電を消滅させ、ひきつづき電源３３を再びオンし、往復駆動装置３２Ｄに指示してトリガー電極３２をカソード蒸発面３１１に接触、離反させて蒸発面３１１にアーク点弧し、かくしてアークスポットがカソード蒸発面３１１に位置するアーク放電を誘発再開させる。

さらに説明すると、ここでは制御部Ｃｏｎｔは図９に示すように電源３３及びトリガー電極３２を制御する。すなわち、検出部６で検出される電圧Ｖ₀ の絶対値が、アークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分にある異常状態を示す１５Ｖ以上であるか否かを判断し、１５Ｖ以上であるとタイマーをスタートさせ、２秒経過後に再び電圧Ｖ₀ の絶対値が１５Ｖ以上であると、アーク電源３３を一旦オフしたのち、、直ちにオンし、トリガー電極３２をカソード蒸発面３１１に接触、離反させてアーク点弧し、それにより真空アーク放電を誘発、再開させるのである。

このような制御を行うことで、アークスポットはカソード３１の蒸発面３１１以外の部分（側面或いは側面近傍）に長時間連続して滞在することはなくなるから、成膜速度が低下したり、形成した膜の膜厚分布が悪くなるということはなくなり、安定した成膜を行うことができる。

図１０に本発明に係る物品処理装置に属する成膜装置の他の例を示す。図１０の成膜装置Ｂは、図１に示す成膜装置Ａにおいて、電流検出プレート５に代えて磁場形成部３５の筐体３５１にネジ留め等により接続されたリング形の電流検出プレート５’を採用している。また、この電流検出プレート５’に流れる電流の波形を、筐体３５１に接続された抵抗３７の両端間に接続したＲＣ形積分回路６２’で、該抵抗両端間の電圧波形を検出することで検出するようにしている。すなわち、この装置Ｂでは抵抗３７に検出用抵抗を兼ねさせ、この抵抗３７と回路６２’でプレート５’に流れる電流の波形を検出する検出部６’を構成している。

さらに、装置Ａにおける制御部Ｃｏｎｔに代えて制御部Ｃｏｎｔ’を採用している。
その他の点は、図１に示す装置Ａと実質上同構成であり、装置Ａと同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。

制御部Ｃｏｎｔ’は、電流波形検出部６’で検出される電圧波形（従って電流波形）が正常か、異常かを判断し、異常であると判定すると、アーク放電用電源３３を一旦オフしたのち、直ちにオンし、トリガー電極３２をカソード蒸発面３１１に接触、離反させてアーク点弧し、それにより真空アーク放電を誘発、再開させる。

成膜装置Ｂの変形例として、電流検出プレート５’を省略し、筐体３５１に電流検出プレートを兼ねさせてもよい。しかしこの場合は、カソード３１と筐体３５１との間隔が広いために、アークスポットがカソード３１の側面或いは側面近傍に滞在した場合に筐体３５１に流れる電流は、検出プレート５’を設けた場合に比べると小さく、また検出される電圧波形の乱れも小さいので、制御部における正常・異常判定が困難になる場合もある。よってそのような場合は、カソード３１と筐体３５１との間隔をより狭くすればよい。

図１１に本発明に係る物品処理装置に属する成膜装置の他の例を示す。図１１の成膜装置Ｃは、図１に示す成膜装置Ａにおいて、カソード３１に代えて、それとは形状の異なるカソード３１’を採用するとともに、装置Ａにおける磁場形成部３５に代えて永久磁石からなるカソードマグネット３５’とカソード３１’の側周面に臨設された磁性材料且つ導電性材料である材料からなるシールドプレート５”からなる磁場形成部を採用したものである。

この磁石３５’とシールドプレート５”によりカソード３１’の蒸発面３１１’に沿う横磁場が形成され、該横磁場によりアークスポットがカソード蒸発面全体にわたって走行し、それによりカソード３１’の局部的損耗が抑制されるとともにカソード材料の効率的な使用が可能となっている。さらに、このように形成される磁場によりプラズマを効率的に閉じ込め、プラズマ密度を高めることもできる。

成膜装置Ｃでは、シールドプレート５”はトリガー電極３２と同電位に設定され、抵抗３７を介して接地されている。シールドプレート５”は電流検出プレートを兼ねており、プレート５”に流れる電流の波形を、抵抗３７の両端間に接続したＲＣ形積分回路６２”で、該抵抗両端間の電圧波形を検出することで検出するようにしている。すなわち、この装置Ｃでは抵抗３７に検出用抵抗を兼ねさせ、この抵抗３７と回路６２”でプレート５”に流れる電流の波形を検出する検出部６”を構成している。

また、制御部として、制御部Ｃｏｎｔ”を採用している。
その他の点は、図１や図１０に示す装置Ａ、Ｂと実質上同構成であり、装置Ａ、Ｂと同じ部品、部分等には装置ＡやＢと同じ参照符号を付してある。

制御部Ｃｏｎｔ”は、電流波形検出部６”で検出される電圧波形（従って電流波形）が正常か、異常かを判断し、異常であると判定すると、アーク放電用電源３３を一旦オフしたのち、、直ちにオンし、トリガー電極３２をカソード蒸発面３１１に接触、離反させてアーク点弧し、それにより真空アーク放電を誘発、再開させる。

シールドプレート５”は上記例では磁性材料で形成してあるが、例えばＤＬＣ膜を形成するような場合は、カソード３１として高融点材料であるカーボンからなるものを用いるため、プラズマ生成のための電子放出メカニズムは熱電子放出が支配的となり、従ってアークスポットの移動速度は相当遅くしなければならない。そのようの場合は、シールドプレート５”を非磁性材料で形成したり、カソードマグネット３５’による磁場を弱くしたりすればよい。場合によっては、カソードマグネット３５’を省略してもよい。

以上説明した成膜装置Ａ、Ｂ、Ｃでは電流検出部材に直列接続された抵抗の両端間の電圧波形を検出することで電流検出部材に流れる電流の波形を間接的に検出したが、電流検出部材を流れる電流の波形は、かかる抵抗に電流計を直列接続する等して直接的に検出してもよい。また、ホール素子などを使用した非接触式電流センサーなどによって検出してもよい。

前記した電流検出プレート５、５’や電流検出用のシールドプレート５”は、通常は、ステンレススチール等の鉄系材料によって形成すればよいが、非磁性材料を用いる場合において、モリブデン、タングステンなどの高融点材料を使用すると、アークスポットがカソードの側面或いは側面近傍に滞在した場合でも、かかるプレートの溶融などの損傷が少なくなり、従って、不純物の発生も少なくなるので、膜中への不純物混入による膜質の低下を抑制することができる。

電流検出部材は一つでよいが、アークスポットがカソードの側面の奥側（深部）に入り込んで、電流波形検出が不可能になる恐れがある場合は、電流検出部材を２以上設けてもよい。その場合、個々の電流検出部材に別々の検出用抵抗を接続して接地してもよいし、或いは１個（共通）の検出用抵抗を接続して接地してもよい。

以上、本発明に係る物品処理装置の例として成膜装置について説明したが、本発明は既述のとおりカソードを含む蒸発源を利用したイオン注入装置、エッチング装置、クリーニング装置等にも適用できる。また、蒸発源における磁場形成装置として、いわゆるカソードから生じるドロップレットの被処理物品への飛翔を抑制する湾曲ダクトとその周囲に巻回した磁場形成用コイルとからなるものを採用する場合等にも適用できる。

本発明は、カソードを含む蒸発源を利用して、自動車部品、各種機械の部品、各種工具、さらには、自動車部品、機械部品等の成形に用いる金型等の成形用型などの物品に、高速に、膜厚均一性良好に膜形成すること等に利用できる。

本発明に係る物品処理装置例である成膜装置の１例を示す図である。 電流波形検出部の１例の回路構成を示す図である。 アークスポットがカソード蒸発面にあるときの正常電圧波形（従って正常電流波形）の例を示す図である。 アークスポットがカソード蒸発面以外にあるときの異常電圧波形（従って異常電流波形）の例を示す図である。 アークスポットがカソード蒸発面以外にあるときの異常電圧波形（従って異常電流波形）の他の例を示す図である。 アークスポットがカソード蒸発面にあるとき電流波形検出部で検出される正常電圧波形（従って正常電流波形）の例を示す図である。 アークスポットがカソード蒸発面以外にあるとき電流波形検出部で検出される異常電圧波形（従って異常電流波形）の例を示す図である。 アークスポットがカソード蒸発面以外にあるとき電流波形検出部で検出される異常電圧波形（従って異常電流波形）の他の例を示す図である。 図１の成膜装置における制御部によるアーク電源等制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る物品処理装置例である成膜装置の他の例を示す図である。 本発明に係る物品処理装置例である成膜装置のさらに他の例を示す図である。 蒸発源利用の成膜装置の従来例を示す図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ、Ｃ 成膜装置
１ 成膜チャンバ
１１ ガス導入ポート
２ 被成膜物品支持ホルダ
３ 蒸発源
３１、３１’ カソード
３１１、３１１’ カソード蒸発面
３２ トリガー電極
３３ アーク放電用電源
３５ 磁場形成部
３５’カソードマグネット
３６ リアクトル
３７ 抵抗
３８ ガス導入ポート
４ 排気装置
５、５’ 電流検出プレート
５” 電流検出プレートを兼ねるシールドプレート
６、６’、６” 電流波形検出部
６１ 検出用抵抗
６２ ＲＣ形積分回路
ＰＷ バイアス電源

Claims (9)

1. カソードを含む蒸発源を備えており、該カソードの蒸発面に接離可能のトリガー電極を用いてアーク放電用電源により該カソード蒸発面と該トリガー電極との間にアーク点弧し、それにより該カソードとアノード間の真空アーク放電を誘発し、該真空アーク放電によりカソード材料を蒸発させるとともにイオン化したカソード材料を含むプラズマを発生させ、該イオン化したカソード材料であるイオンを被処理物品へ飛翔させて該物品に目的とする処理を施す物品処理装置であって、該カソードの側周面に対し臨設された電流検出部材と、前記真空アーク放電中に該電流検出部材に流れる電流の波形を検出する電流波形検出部と、該電流波形検出部で検出される電流波形が、カソード上アークスポットがカソード蒸発面上にあることを示す正常電流波形か、カソード蒸発面以外のカソード部分にあることを示す異常電流波形かを判定し、異常電流波形であると判定すると、カソード上アークスポットをカソード蒸発面上へ戻すように前記アーク放電用電源及びトリガー電極を制御する制御部とを含んでいることを特徴とする物品処理装置。
2. 前記制御部は、前記電流波形検出部で検出される電流波形が、カソード上アークスポットがカソード蒸発面以外のカソード部分にあることを示す異常電流波形であると判定すると、前記アーク放電用電源を一旦オフしたのち再びオンするとともに前記トリガー電極にて真空アーク放電を誘発再開させるように該アーク放電用電源及びトリガー電極を制御する請求項１記載の物品処理装置。
3. 前記電流波形検出部は、前記電流検出部材に直列接続された抵抗の両端間の電圧波形を計測することで該電流検出部材に流れる電流の波形を検出する請求項１又は２記載の物品処理装置。
4. 前記電流波形検出部は、前記電流検出部材に直列接続された抵抗の両端間の電圧波形を計測することで該電流検出部材に流れる電流の波形を検出し、前記制御部は、該電圧波形における電圧値Ｖ₀ の絶対値が、前記異常電流波形を示す電圧値か否かを判定するために予め定めた電圧値以上で所定時間以上継続すると、前記異常電流波形が認められると判定し、カソード上アークスポットをカソード蒸発面上へ戻すように前記アーク放電用電源及びトリガー電極を制御する請求項１記載の物品処理装置。
   
5. 前記制御部は、前記異常電流波形が認められると判定すると、前記アーク放電用電源を一旦オフしたのち再びオンするとともに前記トリガー電極にて真空アーク放電を誘発再開させるように該アーク放電用電源及びトリガー電極を制御する請求項４記載の物品処理装置。
6. 前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品に膜形成する成膜装置である請求項１から５のいずれかに記載の物品処理装置。
7. 前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品にイオンを注入するイオン注入装置である請求項１から５のいずれかに記載の物品処理装置。
8. 前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品をエッチングするエッチング装置である請求項１から５のいずれかに記載の物品処理装置。
9. 前記イオン化したカソード材料であるイオンを前記被処理物品に飛翔させて該物品表面をクリーニングするクリーニング装置である請求項１から５のいずれかに記載の物品処理装置。