JP4488273B2 - 薄膜形成用のターゲット組立体、蒸着源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成用のターゲット組立体、蒸着源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成等の蒸着時に用いる薄膜形成用のターゲット組立体、蒸着源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体のターゲット材料から、プラズマを発生させて基板上に蒸着による薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法としては、例えば特許第２８５７７４３号の発明がある。この発明は、図８に示すように、円筒状の長尺な導電性物質からなるターゲット材料４３の一端側に、このターゲット材料４３と同じ断面を有するカソード電極４０を一体的に接続する。そして、このカソード電極４０及びターゲット材料４３の一端側の外周側面を覆い、かつ、前記ターゲット材料４３の他端側を露出させて円筒状の絶縁部材４２を配置し、この露出した側の絶縁部材４２の外周に円筒状のトリガー電極４１を設置する。このようにして、ターゲット組立体５０を作成する。
【０００３】
尚、この図８では、絶縁部材４２の端面４２ａと、トリガー電極４１の端面４１ａとは一致させている。よって、前記ターゲット材料４３はトリガー電極４１を設置した設置部よりも先端部分が露出部４３ａとして露出されており、この露出部４３ａはプラズマを発生させる際のアーク放電を起こさせる消耗部として使用される。
【０００４】
更に、ターゲット材料４３、絶縁部材４２及びトリガー電極４１の周囲には、空間を介して、これらを取り囲むようにした円筒状のアーク電極４４（アノード電極ともいう）が設置されている。アーク電極４４には、ターゲット材料４３の一端側に接続したカソード電極４０との間でアーク電源５１により設定された正の電圧が定常的にかかっている。その状態において、トリガー電極４１を正の電圧とし、トリガー電極４１とターゲット４３材料の一端側との間にトリガー電源５２により瞬間的に高電圧をかけることで、トリガー電極４１とターゲット材料４３との間にトリガー放電を起こさせる。このトリガー放電は、絶縁部材４２の端面４２ａに沿った沿面放電として起こり、あるいはターゲット材料４３の露出部４３ａのうちで前記絶縁部材４２の端面４２ａに近い部位（基端部側）と絶縁部材４２の端面４２ａとの間で起こり、このトリガー放電によりターゲット材料４３の外周側面にアークスポット４５の発生とともにプラズマが発生し、この発生したアークスポット４５（カソードスポットあるいは局所溶融エリアともいう）をきっかけとして、ターゲット材料４３のアークスポット４５とアーク電極４４との間にアーク放電を起こさせ、そして、アークスポット４５の成長と移動とによって連続的にアーク放電を起こさせてターゲット材料４３の外側側面からアークスポット４５の発生とともにプラズマを発生させる。
【０００５】
ターゲット材料４３の前記基端部側の外周側面で発生するアークスポット４５からは、プラズマ原子及び電気的に中性な液滴等からなる物質が様々な方向に放出されて飛散するが、ターゲット材料４３に流れる電流により発生したターゲット材料４３周囲の磁場により、前記プラズマ原子のみが飛散方向をターゲット材料４３の軸線方向へ曲げられ、ターゲット材料４３の軸線の先方方向に設置された基板４８には、前記曲げられたプラズマ原子のみが照射され、そして、この基板４８上に堆積されて薄膜が形成される。一方、電気的に中性な液滴は重く、磁場の影響をほとんど受けないのでアーク電極４４の内周面に付着する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来例では、トリガー放電により、絶縁部材４２の端面４２ａに近いターゲット材料４３の露出部４３ａの基端部側外周側面にアークスポット４５を発生させ、このアークスポット４５の成長と移動によってアーク放電を起こさせるので、ターゲット材料４３の基端部側の局所消耗が著しい。具体的には、上述したようにアーク放電時にターゲット材料４３の外周側面に発生するアークスポット４５は、ターゲット材料４３の軸線方向の中で最もアーク電源５１に接続したカソード電極４０側に近い底面方向、特にターゲット材料４３が絶縁部材４２から露出する端部（絶縁部材４２の端面４２ａとの接触部）の外周側面に集中する。
【０００７】
一方、トリガー放電もターゲット材料４３が絶縁部材４２の端面４２ａから露出した直下、即ち、トリガー電極４１と露出したターゲット材料４３との最短距離となる位置で発生しやすい（沿面放電となりやすい）。
【０００８】
このため、図９に示すように、トリガー電極４１の設置部近傍の露出したターゲット材料４３の外周側面が選択的に消耗してくびれ部４６が発生し、ターゲット材料４３の体積の大部分、即ち、ターゲット材料４３の露出部４３ａにおける基板４８側の大部分が消耗していないにも関わらず、くびれ部４６の発生によって露出部４３ａが落下してしまいターゲット材料４３は早期に寿命を迎えてしまうという不具合があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、ターゲット材料の局所消耗の低減を図り、ターゲット材料の長寿命化が得られる薄膜形成用のターゲット組立体、蒸着源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するには、トリガー電極となる第１の電極をターゲット材料の先端部（薄膜を形成する基板と対向する側の端面）に絶縁部材を介して設置することにより、ターゲット材料の露出部（アーク放電を起こさせるターゲット材料の側周面部分）の全体でアークスポットによる消耗が発生するようにして、局部消耗をなくする。本発明のターゲット組立体、蒸着源及び薄膜形成装置では、アーク放電によりターゲット材料の側表面に発生するアークスポットは、ターゲット材料の側表面の先端側から他端側方向へ移動しやすいため、トリガー放電により発生したターゲット材料の側表面におけるトリガー電極近傍のアークスポットは、ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電が起こっている間に先端から他端側へ移動する。１回のアーク放電が終了する前にターゲットの露出部の他端までアークスポットが行き着いてしまうと、アークスポットの発生位置はターゲット露出部の他端に集中して、該他端の消耗を速くするが、この露出部の他端でのアークスポットの集中する時間を短くすることにより、その移動経路であった先端から露出部の他端までをアークスポットの発生域、即ち、プラズマ発生域として使用することができる。
【００１１】
従来例のように、アーク放電時にアークスポットが集中しやすいターゲット材料の露出部の近傍にトリガー電極を設置したものと比べると、本発明の構成のターゲット組立、蒸着源及びこれらを用いた薄膜形成装置、並びに薄膜形成方法ではターゲット材料の局所消耗を低減し、ターゲット材料の露出部の全体を消耗できるようになってターゲット材料の使用の寿命を延ばすとともに未使用部分として残るターゲット体積を小さくすることができる。
【００１２】
以上の観点から、本発明のターゲット材料を組み込んだ薄膜形成用のターゲット組立体及び蒸着源並びにこれらを用いた薄膜形成装置及び薄膜形成方法は、以下のような構成とした。
【００１３】
すなわち、請求項１記載の発明は、ターゲット材料の外周面から発生させたプラズマ原子を基板上に照射して、該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置に用いる薄膜形成用のターゲット組立体において、前記ターゲット材料の前記基板と対向する側の端面に絶縁部材を介して第１の電極を積み重ねて配置するとともに、前記ターゲット材料の他端部には第２の電極を一体的に固定して形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄膜形成用のターゲット組立体において、前記ターゲット材料は長尺棒からなり、この長尺棒の前記基板と対向する側の端面に、該端面を覆う絶縁材と該絶縁部材の端面を覆う第１の電極が順次に積み重ねて配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の薄膜形成用のターゲット組立体において、前記ターゲット材料は、円筒形状の長尺棒からなり、この円筒形状の筒部内に、軸部が円筒形状でかつ端部にフランジを有する絶縁部材の前記軸部が嵌め込まれるとともに、前記フランジがターゲット材料の端面と当接し、前記絶縁部材の円筒形状の軸部内には、軸部を有しかつ端部にフランジを有する第１の電極の軸部が嵌め込まれるとともに第１の電極のフランジと前記絶縁部材のフランジとが当接していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、減圧雰囲気下でプラズマを発生させるターゲット材料に絶縁部材を介して設置されたトリガー放電を起こさせるトリガー電極と、トリガー放電をきっかけとしてアーク放電を発生させるためのターゲット材料周囲に空間を介して設置されたアーク電極とを有する蒸着源において、前記ターゲット材料の先端面に、前記絶縁部材を介して前記トリガー電極を設置したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の蒸着源において、前記ターゲット材料は、棒状又は中空円筒状であり、その先端面に前記絶縁部材を介して前記トリガー電極を圧着して設置することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６記載の発明は、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した筒状のアーク電極とを有し、減圧雰囲気下で前記トリガー電極とターゲット材料との間にてトリガー放電を起こさせるとともに該トリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電を発生させ、このアーク放電で前記ターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記トリガー電極は、前記基板と対向する側の前記長尺のターゲット材料の端面に前記絶縁部材を介して積み重ねて形成されて前記基板と対向し、前記ターゲット材料の前記基板と対向しない側の端面には前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧となるベース電極が取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７記載の発明は、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した筒状のアーク電極とにそれぞれ電圧を印加し、減圧雰囲気下で前記ターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記長尺のターゲット材料の一端面に絶縁部材を介して前記トリガー電極を積み重ねて形成したターゲットを作成し、このターゲットにおける前記ターゲット材料の他端側に、前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのベース電極を取り付け、前記トリガー電極を前記基板の薄膜形成面側に対向して配設し、前記ターゲットのベース電極に負電圧を印加しつつ前記トリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせるとともに、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電を発生させ、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を、前記基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
以下に上記構成の請求項１乃至７記載の各発明の作用を説明する。
【００２１】
請求項１記載のターゲット組立体によれば、絶縁部材に隣接し露出したターゲット材料の端部外周面、即ち、絶縁部材と隣接したターゲット材料の外周面端部から、第２の電極側近傍までの外周面の領域全体（ターゲット材料の側表面全体）に亙ってアークスポットを発生できるようになり、ターゲット材料の長寿命化が図れる。
【００２２】
請求項２記載のターゲット組立体によれば、ターゲット材料の端面が絶縁部材で覆われているので、トリガー放電によるアークスポットをターゲット材料の外周面に発生することができ、続いて発生するアーク放電もターゲット材料の外周面に発生させることができる。
【００２３】
請求項３記載のターゲット組立体によれば、ターゲット材料、絶縁部材及び第１の電極をそれぞれ当接させているので、薄膜形成時のアーク電流あるいはアークスポット発生時にこれらの構成物以外の不純物の飛散がないので、不純物のない薄膜形成を実現できる。
【００２４】
請求項４記載の蒸着源、請求項６記載の薄膜形成装置及び請求項７記載の薄膜形成方法によれば、トリガー電極により絶縁部材の直下の露出したターゲット材料の端部外周面、即ち、絶縁部材と隣接したターゲット材料の外周面端部からトリガー放電を発生させ、次いでターゲット材料の他端側に向けてアークスポットの移動を制御できるようになるので、ターゲット材料の側表面全体が消耗できるようになり、ターゲット材料の長寿命化が図れる。
【００２５】
請求項５の蒸着源によれば、ターゲット材料、絶縁部材及びトリガー電極が圧着されて当接しているので、薄膜形成時のアーク電流あるいはアークスポット発生時に、これらの構成物以外の不純物の飛散がないので、不純物のない薄膜形成を実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１、図２を用いて説明する。
【００２８】
本実施の形態１において、プラズマを発生させるターゲット材料１は、純度９９．９％のＣｒを用い、図１に示すように、長尺棒の形状、例えば直径４ｍｍ、長さ４０mmの円柱形状としている。
【００２９】
このターゲット材料１の一端面である上面１ａには、このターゲット材料１の断面と同形状で厚さ０．５ｍｍの円盤形状をしたＺｒＯ２焼結体からなる絶縁セラミクス焼結体、即ち、絶縁部材２が耐熱性接着剤により接着されている。
【００３０】
絶縁部材２上には、ターゲット材料１の外周側面にトリガー放電を起こさせるための、第１の電極としてのトリガー電極３（直径４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）が耐熱性接着剤により接着されている。従って、このトリガー電極３も、前記ターゲット材料１の断面と同形状であるので、ターゲット材料１の端面には、該端面を覆うように絶縁部材２及びトリガー電極３が耐熱性接着剤（例えば、セラミックス粉末混入の接着剤としてアルミナボンド（商品名 東亜合成（株）製 アロンセラミック））により接着され積み重ねられて形成されている。
【００３１】
そしてターゲット材料１の他端側には、図２に示すように、第２の電極としてのＳＵＳ３０４製のターゲットベース電極５が複数本のネジにより固定され、薄膜形成時に用いられるターゲット組立体１０が構成されている。即ち、図２に示すように、このターゲットベース電極５は、前記ターゲット材料１の一端側と嵌合する凹部５ａを穿設した小径突出部５ｂと、この小径突出部５ｂを一体で支持する大径部５ｃとを有しており、この凹部５ａ内に前記ターゲット材料１の他端側を嵌め込むとともに、前記小径突出部５ｂに備えられてターゲット材料１の中心軸線方向に進退する複数本のネジ９の先端がターゲット材料１の外周側面を締め付けることによって、ターゲット材料１とターゲットベース電極５とが固定されている。
【００３２】
そして、ターゲットベース電極５におけるターゲット材料１の取り付け側の小径突出部５ｂ及び大径部５ｃの表面には、これらの表面を覆うように形成されて、後述のアーク電極４とターゲットベース電極５とを絶縁状態に維持するための絶縁カバー８が取り付けられている。
【００３３】
このように構成され、絶縁カバー８を取り付けたターゲット組立体１０は、ターゲット材料１の周囲の空間を介して円筒状に形成したアーク電極（ＳＵＳ３０４製）４内に挿入され、アーク電極４の一端と絶縁カバー８が当接されて両者は固定される。このとき円筒状のアーク電極４の中心軸線と、ターゲット材料１の中心軸線とは一致し、それぞれの内周面と外周側面とは等距離としている。そして、図２のようにターゲットベース電極５とトリガー電極３にはトリガー電源７の負電位側の端子（陰極端子）と正電位側の端子（陽極端子）がそれぞれ接続され、ターゲットベース電極５を介してターゲット材料１とアーク電極４の一端側（即ち、ターゲットベース電極５に近い側であって、トリガー電極３から離れた側）にはアーク電源６の負電位側の端子と正電位側の端子がそれぞれ接続されている。尚、アーク電源６の正電位側の端子とアーク電極４との接続位置は、ターゲット材料１が絶縁カバー８から露出した位置に対応する位置が好ましい。
【００３４】
このようにして、トリガー電源７により、トリガー電極３（第１の電極）には正の電圧が、ターゲットベース電極５（第２の電極）には負の電圧が印加されるようになっており、またアーク電源６により、アーク電極４には正の電圧が、ターゲットベース電極５には負の電圧が印加されるようになっている。
【００３５】
上述した構成では、アーク電源６の負電位側の端子は、ターゲットベース電極５に接続するようにしたが、これに限らずターゲット材料１に直接に接続しても良いが、本実施の形態１では図２に基づいて前者の例で説明する。
【００３６】
前記アーク電源６は、図示しないが蓄電要素であるコンデンサーを有し、例えば８８００μＦの電気量を充電しておくことができ、電圧は０〜１００Ｖの範囲で任意に設定できるようにしている。また、トリガー電源７は、図示しないコンピューターからのパルス信号により５μｓｅｃの周期で、ターゲットベース電極５を介して、ターゲット材料１とトリガー電極３との間に０〜５ｋＶの電圧範囲で任意に設定された電圧をパルス状で印加するようにしている。
【００３７】
上述したターゲット組立体１０に対し、アーク電源６及びトリガー電源７をそれぞれ接続した構成とした蒸着源１１を、図３に示すように、薄膜形成装置１２の真空容器１３中に設置する。薄膜形成装置１２内の前記ターゲット組立体１０の前方には、基板ホルダ１４に保持された基板１５が薄膜形成面をトリガー電極３側に対向して配置している。
【００３８】
更に、薄膜形成装置１２に配備されている不図示の真空ポンプにて真空容器１３の内部を１×１０−４Ｐａ以下の真空度まで減圧し、アーク電源６を９０Ｖの電圧で作動させ、ターゲットベース電極５を介してターゲット材料１とアーク電極４の間に９０Ｖの電圧を印加する。これにより、アーク電極４は正電位となり、ターゲット材料１は負電位となる。このとき、真空容器１３中は減圧下なので、ターゲット材料１とアーク電極４の間に電圧をかけても放電は起こらず、待機状態となる。
【００３９】
次に図示しないコンピューターにより、トリガー電源７へパルス信号を送り、トリガー電源７を作動させ、ターゲットベース電極５を介してのターゲット材料１とトリガー電極３の間に３ｋＶの電圧を５μｓｅｃ間加える。これによりトリガー電極３は正の電位となり、ターゲット材料１は負の電位となる。
【００４０】
このとき、ターゲット材料１とトリガー電極３との間には絶縁部材２が存在するので、電気的には導通しないが、接触しているために絶縁部材２の表面（外周側面）を伝って瞬間的にターゲット材料１の側表面（即ち、ターゲット材料１のトリガー電極設置側の外周側面の縁部近傍）１ｂに電流が流れ、トリガー放電が生成する。
【００４１】
トリガー放電が起こると、その電気的エネルギーによりターゲット材料１の前記トリガー放電が起こった側表面（外周側面の縁部近傍）１ｂ上にアークスポットとよばれる局所溶融エリアが発生し、この局所溶融エリアからの蒸発したターゲット材料１の物質がターゲット材料１の側表面１ｂとアーク電極４の内周面との間の空間に飛び出して導電体の役割を担い、ターゲット材料１の側表面１ｂとアーク電極４の内周面間でアーク放電を起こさせる。
【００４２】
そしてこのアーク放電によってターゲット材料１の側表面１ｂに発生したアークスポットからの蒸発で様々な方向に飛散した物質中のプラズマ原子は、アーク放電によってターゲット材料１内を流れる電流、即ち、ターゲット材料１内をトリガー電極３側からターゲットベース電極５側に流れる電流（アーク電流）により発生する磁場で、アーク電極４の開口部から基板１５に向けて放出される。この放出によって、プラズマ原子は基板１５の薄膜形成面（表面）に堆積することになり、薄膜が形成される。アーク放電はアーク電源６に接続された前記コンデンサーに蓄積した電気量を放出し終わると終了する。本実施の形態１の場合には電気量を放出して１回のアーク放電を終了するまでのその所要時間は約２００μｓｅｃ程度である。
【００４３】
前記トリガー放電により前記ターゲット材料１の側表面（外周側面のトリガー電極設置側の縁部近傍）１ｂに発生したアークスポットＡｐ（図４に黒丸で示す）は、アーク放電によってターゲット材料１内を流れる電流（前記のアーク電流）により発生する磁場による磁力の作用で、ターゲット材料１の先端方向への力（真空容器１３内の基板１５の薄膜形成面へ向かう力）を受け、この力によってアークスポットＡｐはトリガー電極３側にとどまろうとする。しかし、このアークスポットＡｐには、アーク放電時に電気抵抗が少なくなるように移動させる力も作用する。前記とどまる力よりもこの移動させる力の作用が勝ることにより、アークスポットＡｐは、ターゲット材料１が絶縁部材２の直下の露出した端部の側表面から、アーク電源６の負電位側の端子を接続したターゲットベース電極５の方向へ移動する。ターゲットベース電極５の方向へ移動する際のアークスポットＡｐは、ターゲット材料１の側表面１ｂにおいて、１回のアーク放電で複数順次に発生するが、図４に例示するように、これらのアークスポットＡｐはターゲット材料１の中心軸線に平行な軸線上を連続して直線的に移動するとは限らず、その発生位置が点在しつつ前記ターゲットベース電極５方向へ移動する。図４においてターゲット材料１の先端側から基端側に向いつつ、その周方向ではランダムにアークスポットＡｐが発生して移動する。尚、図４においてはアークスポットＡｐの位置は、一連のアークスポット群の中で抜粋して示している。
【００４４】
そして、前記コンデンサーに蓄積した電気量を放出し、１回のアーク放電が終了した後は、再度コンデンサーに所要の電気量が充電され、２回目のトリガー放電とそれに続く２回目のアーク放電が始まり、上述と同様に繰り返され、アークスポットＡｐはトリガー電極３の極めて近傍のターゲット材料１の側表面１ｂ側からターゲット材料の側面を移動しながら絶縁カバー８の極めて近傍の露出したターゲット材料１の側表面１ｂまで移動する。
【００４５】
前記ターゲット材料１の側表面１ｂと、トリガー電極３との間のトリガー放電によって発生するアークスポットＡｐにおいて、前記トリガー電極３設置側のターゲット材料１における外周側面の縁部近傍でのアークスポットＡｐの発生位置は、縁部近傍の円周方向にてランダムなので、１回のトリガー放電によって複数回のアーク放電をターゲット材料１の側表面１ｂとアーク電極４の内周面との間で発生させれば、各アーク放電の毎に発生するアークスポットＡｐをターゲット材料１の側表面１ｂの全面を走らすことができるようになり、ターゲット材料１の消耗をこのターゲット材料１の側表面１ｂ全体でほぼ均等にできる。
【００４６】
即ち、ターゲット材料１の消耗状況を踏まえアーク放電時間を微調整することにより、厳密にターゲット材料１の消耗分布を制御することができる。よって、ターゲット材料１の局所消耗を低減し、ターゲット材料１の寿命を延ばすことができる。
【００４７】
本実施の形態１では、アーク放電時間を約２００μｓｅｃとしたので、ターゲット材料１の中心軸線方向での露出した側表面１ｂの全長Ｌに亙ってアークスポットＡｐを生じさせるように説明したが、アーク放電時間を長くすると、絶縁カバー８の極めて近傍でのターゲット材料１の側表面１ｂでアークスポットＡｐが多く生じることになり、従来例で述べたような外部のくびれが生じることになって好ましくなくなる。
【００４８】
本実施の形態１のターゲット組立体１０及び蒸着源１１並びにこれらを用いた薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、ターゲット材料１の不均一消耗を軽減し、ターゲット材料１の寿命を長くすることができる。
【００４９】
本実施の形態１では、ターゲット材料１に純度９９．９％のＣｒを用いたが、ターゲット材料１は導電性の物質であれば良く、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、ｌｒ、Ｒｅのような金属や、炭素、ＷＣのような炭化物などの導電性物質も用いることができる。
【００５０】
尚、トリガー電極３、アーク電極４、ターゲットベース電極５は、ＳＵＳ３０４製に限らず、銅電極や他の金属を用いることができる。純度９９．９％以上の清浄な薄膜を成膜するためには９９．９ａｔ％以上の純度のターゲット１を使用することが望ましいが、薄膜が高純度である必要がなければ９９．９ａｔ％以下の純度のターゲットを用いても本発明の効果を妨げることはない。また、本実施の形態１では、アーク電極４とアーク電源６の正電位側の接続位置は、ターゲット材料１が絶縁カバー８から露出した位置に対応するアーク電極４の表面位置として説明したが、この対応する位置での接続がしにくい場合には、前記絶縁カバー８から露出した範囲の約５ｍｍ以下の位置で接続しても、ターゲット材料１の露出した大部分を薄膜形成用に使用でき、従来よりもターゲット材料１の寿命を格別に延ばすことができるものである。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図５を参照して説明する。
【００５２】
本実施の形態２は、ターゲット組立体１０ａ又は蒸着源１１ａを構成する絶縁部材２ａとして、絶縁性能を有する絶縁性接着剤層を用いたものである。
【００５３】
尚、図５に示す本実施の形態２では、実施の形態１と同様な部材には同一名称及び符号を用いて説明する。
【００５４】
図５において、プラズマを発生させるターゲット材料１は、純度９９．９％のＣｒを用い、長尺棒形状、例えば直径４ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱形状としている。このターゲット材料１の一端面には、ターゲット材料１の断面と同形状で、厚さ０．５ｍｍに形成された絶縁部材２ａが設けられ、その絶縁部材２ａの他端面には、前記ターゲット材料１の外周側面にトリガー放電を起こさせるための、第１の電極としてのトリガー電極３（直径４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）が取り付けられている。そして、トリガー電極３と反対側のターゲット材料１の他端部には、実施の形態１と同様に、第２の電極としての金属製（ＳＵＳ３０４製）のターゲットベース電極５が取り付けられて、ターゲット組立体１０ａが構成されている。このターゲット組立体１０ａにそれぞれ接続されるアーク電源６、トリガー電源７の構成は、実施の形態１の場合と同じである。
【００５５】
前記ターゲット組立体１０ａの作製においては、ターゲット材料１の前記絶縁部材２ａを形成する一端側の円周側面に肉厚のテープ２ｂ（図中、点線で示す）を巻き付け（又は円周側面に嵌合する筒体を被せ）、そのテープ２ｂの内側にて形成される空間内に絶縁性能を有する絶縁性接着剤を供給する。この絶縁性接着剤としては、前記アルミナボンド（例えば、商品名；アロンセラミック、東亜合成（株）製）がある。この絶縁性接着剤の上にトリガー電極３を積み重ねて接着し、その後絶縁性接着剤を硬化させることにより、所望厚さの絶縁部材２ａを得る。その後、前記テープ２ｂ（あるいは筒体）を除去する。
【００５６】
このようにして得られたターゲット組立体１０ａ又はこのターゲット組立体１０ａを組み込んだ蒸着源１１ａであっても、実施の形態１の薄膜形成装置及び薄膜形成方法によって、ターゲット材料１の外周側面の全体から実施の形態１と同様にアークスポットＡｐを発生させ、基板１５上に所望の薄膜を形成することができる。
【００５７】
本実施の形態２では、絶縁部材２ａを構成する絶縁性接着剤の層厚をターゲット材料１の種類によって適宜に調整できるので、所望厚さの絶縁部材２ａの形成が容易である。
【００５８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図６を参照して説明する。
【００５９】
本実施の形態３は、前記実施の形態１においてターゲット材料１の形状と、ターゲット材料１の端面に設置するトリガー電極３と絶縁セラミクス焼結体からな絶縁部材２とを直接に密着させたこと等が異なることが特徴である。
【００６０】
図６に示すように、ターゲットとして中空円柱状（円筒状）の長尺棒からなるターゲット材料２１を用いる。
【００６１】
このターゲット材料２１に対して、同じく中空円柱状（円筒状）の軸部２２ａを有し、片端にターゲット材料２１の端面に密着すべくターゲット材料２１の直径方向に広がった円盤形状のフランジ２２ｂを有し、中空絶縁セラミクス焼結体からなる絶縁部材２２における前記軸部２２ａを嵌め込み、フランジ２２ｂをターゲット材料２１の端面に当接して設置している。
【００６２】
そして、トリガー電極２３の棒状の軸部２３ａの一端には、トリガー放電を起こさせるためのフランジとなる傘部２５を設ける。また、軸部２３ａの他端には、前記ターゲット材料２１の他端面（図では下端面）、及び絶縁部材２２の他端面よりも軸部２３ａが突出した状態で、ターゲット材料２１と絶縁部材２２を一体的に固定するように圧着力を与えるためにネジ部２６を設ける。
【００６３】
このネジ部２６にナット３２をねじ込むことで、軸部２３ａを外周面に設けた第２の電極としてのトリガー電極２３が絶縁部材２２と組み合わされて設置されている。
【００６４】
即ち、トリガー電極２３の軸部２３ａは、絶縁部材２２の中空円筒状の軸部２２ａの内部に嵌め込まれ、絶縁部材２２のフランジ２２ｂとトリガー電極２３の傘部２５とが当接した状態で、トリガー電極締め付け用のナット３２によりトリガー電極２３の傘部２５を介してターゲット材料２１、絶縁部材２２、及びトリガー電極２３を０．１ｇ／ｃｍ２以上の圧力で締め付け、傘部２５より絶縁部材２２を中空のターゲット材料２１の端面に圧着させている。
【００６５】
尚、ターゲット材料２１の他端面（図６では下端面）には、リング形状の絶縁物質からなる絶縁リング３０を介装して、トリガー電極２３の軸部２３ａのナット３２を螺合している。また、絶縁部材２２の軸部２２ａの下端面と、ナット３２との間には隙間が形成されて、傘部２５により絶縁部材２２のフランジ２２ｂが確実に圧着されるようになっている。
【００６６】
また、傘部２５の外周と絶縁部材２２の外周が確実に圧着され、軸部２３ａ周囲での中当たりがないように、金属製のトリガー電極２３の傘部２５の下面側には軸部２３ａの周囲に凹状のくぼみ２４が穿設されている。よって、ナット３２による締め付け力（圧着力）は、０．１ｇ／ｃｍ２となって、ターゲット材料２１、絶縁部材２２のフランジ２２ｂ及びトリガー電極２３の傘部２５は密着し、一体化している。
【００６７】
また、ターゲット材料２１の下端側の外周側面は、リング形状で第２の電極として機能するターゲットベース電極５の凹部に嵌め込まれ、このターゲットベース電極５の中心軸線方向に進退自在に設けられたネジ３３により、下端側の外周側面が押圧されて固定され、ターゲット組立体１０ｂが構成されている。
【００６８】
そしてこのターゲット組立体１０ｂのターゲットベース電極５の外周面が絶縁カバー２８で覆われて、ターゲット組立体１０ｂを取り囲む円筒状のアーク電極４内に配置されている。
【００６９】
また、アーク電源６の正電位側の接続端子は、筒状のアーク電極４の下部側の下面、具体的には、ターゲット材料２１が絶縁カバー２８から露出した位置よりも下方側の、絶縁カバー２８の存在する部位と対応した箇所で接続され、またアーク電源６の負電位側の接続端子は、ターゲットベース電極５の下部側の下面で接続されている。
【００７０】
また、トリガー電源７の正電位側の接続端子は、トリガー電極２３の軸部２３ａの下部側で接続され、また、負電位側の接続端子は、ターゲットベース電極５の下部側の下面で接続されている。
【００７１】
上記構成において、アーク電源６の正電位側の接続端子の接続位置が、ターゲット材料２１の絶縁カバー２８から露出した位置よりも下方側にあると、アーク放電時のアークスポットＡｐの移動によってターゲット材料２１の露出した側表面の全体を薄膜形成用に使用できるようになる。
【００７２】
本実施の形態３において、薄膜形成装置１２の真空容器１３を、実施の形態１の場合と同様に減圧雰囲気にした上でアーク電源６によりアーク電極４とターゲット材料２１間に９０Ｖの電圧を与えて放電待機状態とする。次いで、トリガー電源７によりトリガー電極２３とターゲット材料２１間に４．４ｋＶの電圧を５μｓｅｃ与えると、トリガー電極２３の傘部２５の外周より絶縁部材２２の側表面を伝ってターゲット材料２１側表面へとトリガー放電が生じる。
【００７３】
この際、トリガー電極２３及び絶縁部材２２及びターゲット材料２１は接着剤などによる固定ではなく、これら各部材を直接に当接した状態での圧力による固定であるため、トリガー放電時の前記接着剤等の介在物の蒸発によって生ずる不純物の混入を低減することができる。
【００７４】
前記トリガー放電をきっかけとして、アーク電極４とターゲット材料２１間にアーク放電が起こり、ターゲット材料２１側表面に生じたアークスポットＡｐからプラズマが発生する。プラズマ発生時にターゲット材料２１側表面にできるアークスポットＡｐは、実施の形態１の場合と同様にターゲットベース電極５へ向かう力を受けながらターゲット材料２１側表面を移動するため、アーク放電時間の制御を行うことでターゲット材料２１の消耗を均一に制御することが可能となる。
【００７５】
上述した本実施の形態３によれば、実施の形態１の場合と同様な効果を奏することに加え、不純物の少ないプラズマ供給が可能となり、不純物の少ない薄膜を基板１５上に形成することができる。
【００７６】
また、本実施の形態３では、ターゲット材料２１及び絶縁部材２２を中空状とし、トリガー電極２３の軸部２３ａに設けたネジ部２６に螺合した固定用のナット３２によりターゲット材料２１及び絶縁部材２２及びリガー電極２３を圧着して、実施の形態１のような接着剤等の介在物を介在させないで、直接に当接させるようにしたが、例えば、図７に示すように、ターゲット材料２１、絶縁部材２２及びトリガー電極２３を順次に積層して直接に当接させ、その中心位置で絶縁性材料からなる頭付きボルト３５と、ナット３６とでこれらを圧着固定するようにしたクランプのような構成のターゲット組立体１０ｂとしても良い。
【００７７】
図７においては、ターゲット材料２１は中空円筒状である。また、絶縁部材２２はリング状である。トリガー電極２３は中心部にくぼみ２４を形成したリング状である。そして、これらのターゲット材料２１、絶縁部材２２及びトリガー電極２３の中心部を貫通して、絶縁性材料からなる頭付きボルト３５が挿入され、この頭付きボルト３５の下端のネジ部３５ａに絶縁性材料からなるナット３６が螺合された構成となっている。
【００７８】
そして、ターゲット材料２１の前記トリガー電極２３とは反対側の他端部には、リング状のターゲットベース電極５が嵌め込まれ、ターゲットベース電極５に螺刻したネジ部に挿入されたネジ３３により、ターゲット材料２１の外周面が押圧されて、一体化されることにより、ターゲット組立体１０ｂが組み立てられている。前記トリガー電極２３に形成されたくぼみ２４は、ターゲット材料２１、絶縁部材２２、トリガー電極２３の各外周面側が互いに密着するようにして、中当たりしないための構成である。
【００７９】
そして、ターゲットベース電極５を覆うように、絶縁カバー２８が覆せられている。更に、アーク電源６の正電位側の接続端子は、ターゲット材料２１が絶縁カバー２８から露出した位置に対応するアーク電極４の外周位置で接続され、負電位側の接続端子は、ターゲットベース電極５の下端面で接続されている。トリガー電源７の正電位側はトリガー電極２３の外側面に接続され、負電位側はターゲットベース電極５の下端面で接続されている。
【００８０】
図７に示す構成においても、トリガー電極２３のくぼみ２４によってターゲット材料２１の端面と絶縁部材２２及びトリガー電極２３とを直接に当接して圧着することができる。尚、絶縁性のナット３６を金属等の導電性ナットにすると、このナットとターゲット材料２１は導電状態となるので、ターゲットベース電極５として使用でき、新たにターゲットベース電極及びターゲット材料固定用ネジを使用しなくても良くなる。
【００８１】
また、アーク電源６の正電位側の接続端子位置は、ターゲット材料２１の前記絶縁カバー８からの露出位置よりも例えば５ｍｍ上方と絶縁カバー８で覆われた範囲内で適宜選択しても、同様にターゲット材料２１の外周側面の大部分を薄膜形成時に有効利用できる。
【００８２】
図７に示すターゲット組立体１０ｂ又はターゲット組立体１０ｂを用いた蒸着源１１ｂを、薄膜形成装置に組み込み、既述した場合と同様な薄膜形成方法を実施すれば、実施の形態１、３の場合と同様に所望の薄膜を形成することが可能となる。
【００８３】
上述した本発明によれば、以下の構成を付記することができる。
（付記１）ターゲット材料の外周面から発生させたプラズマのプラズマ原子を基板上に照射して、該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置に用いる蒸着源において、前記ターゲット材料の前記基板と対向する側の先端面に絶縁部材を介して第１の電極を積み重ねて配置するとともに、前記ターゲット材料の他端部には第２の電極を一体的に固定して形成したターゲット組立体と、このターゲット組立体のターゲット材料と絶縁部材と第１の電極を取り囲んでこれらの外周面と空間を介して設置された筒状のアーク電極と、前記ターゲット組立体の第１の電極を正電位にし、前記ターゲット材料を負電位にするように接続したトリガー電源と、前記ターゲット組立体のターゲット材料を負電位にし、前記アーク電極における前記第２の電極側の近傍位置を正電位にするように接続したアーク電源とを有することを特徴とする蒸着源。
【００８４】
付記１の構成の蒸着源によれば、トリガー電源、アーク電源による電圧供給に基づき、前記トリガー電源により絶縁部材の直下の露出したターゲット材料の端部外周面、即ち、絶縁部材と隣接したターゲット材料の外周面端部からトリガー放電を発生させ、次いでターゲット材料の他端側に向けてアークスポットの移動を制御して、基板に対する蒸着による薄膜形成を行うことが可能となり、薄膜形成時にターゲット材料の側表面全体に亙る消耗を実現してこのターゲット材料の長寿命化を図ることが可能となる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、アークスポットの局所的な発生を無くし、ターゲット材料の長寿命化を図ることができるターゲット組立体を提供することができる。
【００８６】
また、本発明によれば、ターゲット材料の側表面全体に亙る消耗を行いつつ薄膜形成を実現することができ、ターゲット材料の長寿命化を図ることができる蒸着源を提供することができる。
【００８７】
更に本発明によれば、ターゲット材料の側表面全体に亙る消耗を行いつつ薄膜形成を実現することができ、ターゲット材料の長寿命化を図りつつ基板への薄膜形成を行うことができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のターゲット組立体を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のターゲット組立体を組み込んだ蒸着源を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１の薄膜形成装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１のターゲット組立体のターゲット材料に生じるアークスポットを示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２のターゲット組立体を組み込んだ蒸着源を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３のターゲット組立体を組み込んだ薄膜形成装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３の蒸着源の他例を示す概略構成図である。
【図８】従来の蒸着源の概略構成図である。
【図９】従来の蒸着源におけるターゲット材料に生じるくぼみを示す説明図である。
【符号の説明】
１ ターゲット材料
１ｂ 側表面
２ 絶縁部材
２ａ 絶縁部材
２ｂ テープ
３ トリガー電極
４ アーク電極
５ ターゲットベース電極
５ａ 凹部
５ｂ 小径突出部
５ｃ 大径部
６ アーク電源
７ トリガー電源
８ 絶縁カバー
９ ネジ
１０ ターゲット組立体
１０ａ ターゲット組立体
１０ｂ ターゲット組立体
１１ 蒸着源
１１ａ 蒸着源
１１ｂ 蒸着源
１２ 薄膜形成装置
１３ 真空容器
１４ 基板ホルダ
１５ 基板
２１ ターゲット材料
２２ 絶縁部材
２２ａ 軸部
２２ｂ フランジ
２３ トリガー電極
２３ａ 軸部
２４ くぼみ
２５ 傘部
２６ ネジ部
２８ 絶縁カバー
３０ 絶縁リング
３２ ナット
３２ａ ネジ部
３３ ネジ
３５ 頭付きボルト
３６ ナット
Ａｐ アークスポット
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成等の蒸着時に用いる薄膜形成用のターゲット組立体、蒸着源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体のターゲット材料から、プラズマを発生させて基板上に蒸着による薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法としては、例えば特許第２８５７７４３号の発明がある。この発明は、図８に示すように、円筒状の長尺な導電性物質からなるターゲット材料４３の一端側に、このターゲット材料４３と同じ断面を有するカソード電極４０を一体的に接続する。そして、このカソード電極４０及びターゲット材料４３の一端側の外周側面を覆い、かつ、前記ターゲット材料４３の他端側を露出させて円筒状の絶縁部材４２を配置し、この露出した側の絶縁部材４２の外周に円筒状のトリガー電極４１を設置する。このようにして、ターゲット組立体５０を作成する。
【０００３】
尚、この図８では、絶縁部材４２の端面４２ａと、トリガー電極４１の端面４１ａとは一致させている。よって、前記ターゲット材料４３はトリガー電極４１を設置した設置部よりも先端部分が露出部４３ａとして露出されており、この露出部４３ａはプラズマを発生させる際のアーク放電を起こさせる消耗部として使用される。
【０００４】
更に、ターゲット材料４３、絶縁部材４２及びトリガー電極４１の周囲には、空間を介して、これらを取り囲むようにした円筒状のアーク電極４４（アノード電極ともいう）が設置されている。アーク電極４４には、ターゲット材料４３の一端側に接続したカソード電極４０との間でアーク電源５１により設定された正の電圧が定常的にかかっている。その状態において、トリガー電極４１を正の電圧とし、トリガー電極４１とターゲット４３材料の一端側との間にトリガー電源５２により瞬間的に高電圧をかけることで、トリガー電極４１とターゲット材料４３との間にトリガー放電を起こさせる。このトリガー放電は、絶縁部材４２の端面４２ａに沿った沿面放電として起こり、あるいはターゲット材料４３の露出部４３ａのうちで前記絶縁部材４２の端面４２ａに近い部位（基端部側）と絶縁部材４２の端面４２ａとの間で起こり、このトリガー放電によりターゲット材料４３の外周側面にアークスポット４５の発生とともにプラズマが発生し、この発生したアークスポット４５（カソードスポットあるいは局所溶融エリアともいう）をきっかけとして、ターゲット材料４３のアークスポット４５とアーク電極４４との間にアーク放電を起こさせ、そして、アークスポット４５の成長と移動とによって連続的にアーク放電を起こさせてターゲット材料４３の外側側面からアークスポット４５の発生とともにプラズマを発生させる。
【０００５】
ターゲット材料４３の前記基端部側の外周側面で発生するアークスポット４５からは、プラズマ原子及び電気的に中性な液滴等からなる物質が様々な方向に放出されて飛散するが、ターゲット材料４３に流れる電流により発生したターゲット材料４３周囲の磁場により、前記プラズマ原子のみが飛散方向をターゲット材料４３の軸線方向へ曲げられ、ターゲット材料４３の軸線の先方方向に設置された基板４８には、前記曲げられたプラズマ原子のみが照射され、そして、この基板４８上に堆積されて薄膜が形成される。一方、電気的に中性な液滴は重く、磁場の影響をほとんど受けないのでアーク電極４４の内周面に付着する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来例では、トリガー放電により、絶縁部材４２の端面４２ａに近いターゲット材料４３の露出部４３ａの基端部側外周側面にアークスポット４５を発生させ、このアークスポット４５の成長と移動によってアーク放電を起こさせるので、ターゲット材料４３の基端部側の局所消耗が著しい。具体的には、上述したようにアーク放電時にターゲット材料４３の外周側面に発生するアークスポット４５は、ターゲット材料４３の軸線方向の中で最もアーク電源５１に接続したカソード電極４０側に近い底面方向、特にターゲット材料４３が絶縁部材４２から露出する端部（絶縁部材４２の端面４２ａとの接触部）の外周側面に集中する。
【０００７】
一方、トリガー放電もターゲット材料４３が絶縁部材４２の端面４２ａから露出した直下、即ち、トリガー電極４１と露出したターゲット材料４３との最短距離となる位置で発生しやすい（沿面放電となりやすい）。
【０００８】
このため、図９に示すように、トリガー電極４１の設置部近傍の露出したターゲット材料４３の外周側面が選択的に消耗してくびれ部４６が発生し、ターゲット材料４３の体積の大部分、即ち、ターゲット材料４３の露出部４３ａにおける基板４８側の大部分が消耗していないにも関わらず、くびれ部４６の発生によって露出部４３ａが落下してしまいターゲット材料４３は早期に寿命を迎えてしまうという不具合があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、ターゲット材料の局所消耗の低減を図り、ターゲット材料の長寿命化が得られる薄膜形成用のターゲット組立体、蒸着源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するには、トリガー電極となる第１の電極をターゲット材料の先端部（薄膜を形成する基板と対向する側の端面）に絶縁部材を介して設置することにより、ターゲット材料の露出部（アーク放電を起こさせるターゲット材料の側周面部分）の全体でアークスポットによる消耗が発生するようにして、局部消耗をなくする。本発明のターゲット組立体、蒸着源及び薄膜形成装置では、アーク放電によりターゲット材料の側表面に発生するアークスポットは、ターゲット材料の側表面の先端側から他端側方向へ移動しやすいため、トリガー放電により発生したターゲット材料の側表面におけるトリガー電極近傍のアークスポットは、ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電が起こっている間に先端から他端側へ移動する。１回のアーク放電が終了する前にターゲットの露出部の他端までアークスポットが行き着いてしまうと、アークスポットの発生位置はターゲット露出部の他端に集中して、該他端の消耗を速くするが、この露出部の他端でのアークスポットの集中する時間を短くすることにより、その移動経路であった先端から露出部の他端までをアークスポットの発生域、即ち、プラズマ発生域として使用することができる。
【００１１】
従来例のように、アーク放電時にアークスポットが集中しやすいターゲット材料の露出部の近傍にトリガー電極を設置したものと比べると、本発明の構成のターゲット組立、蒸着源及びこれらを用いた薄膜形成装置、並びに薄膜形成方法ではターゲット材料の局所消耗を低減し、ターゲット材料の露出部の全体を消耗できるようになってターゲット材料の使用の寿命を延ばすとともに未使用部分として残るターゲット体積を小さくすることができる。
【００１２】
以上の観点から、本発明のターゲット材料を組み込んだ薄膜形成用のターゲット組立体及び蒸着源並びにこれらを用いた薄膜形成装置及び薄膜形成方法は、以下のような構成とした。
【００１３】
すなわち、請求項１記載の発明は、ターゲット材料の外周面から発生させたプラズマ原子を基板上に照射して、該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置に用いる薄膜形成用のターゲット組立体において、前記ターゲット材料の前記基板と対向する側の端面に絶縁部材を介して第１の電極を積み重ねて配置するとともに、前記ターゲット材料の他端部には第２の電極を一体的に固定して形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄膜形成用のターゲット組立体において、前記ターゲット材料は長尺棒からなり、この長尺棒の前記基板と対向する側の端面に、該端面を覆う絶縁材と該絶縁部材の端面を覆う第１の電極が順次に積み重ねて配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の薄膜形成用のターゲット組立体において、前記ターゲット材料は、円筒形状の長尺棒からなり、この円筒形状の筒部内に、軸部が円筒形状でかつ端部にフランジを有する絶縁部材の前記軸部が嵌め込まれるとともに、前記フランジがターゲット材料の端面と当接し、前記絶縁部材の円筒形状の軸部内には、軸部を有しかつ端部にフランジを有する第１の電極の軸部が嵌め込まれるとともに第１の電極のフランジと前記絶縁部材のフランジとが当接していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、減圧雰囲気下でプラズマを発生させるターゲット材料に絶縁部材を介して設置されたトリガー放電を起こさせるトリガー電極と、トリガー放電をきっかけとしてアーク放電を発生させるためのターゲット材料周囲に空間を介して設置されたアーク電極とを有する蒸着源において、前記ターゲット材料の先端面に、前記絶縁部材を介して前記トリガー電極を設置したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の蒸着源において、前記ターゲット材料は、棒状又は中空円筒状であり、その先端面に前記絶縁部材を介して前記トリガー電極を圧着して設置することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６記載の発明は、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した筒状のアーク電極とを有し、減圧雰囲気下で前記トリガー電極とターゲット材料との間にてトリガー放電を起こさせるとともに該トリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電を発生させ、このアーク放電で前記ターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記トリガー電極は、前記基板と対向する側の前記長尺のターゲット材料の端面に前記絶縁部材を介して積み重ねて形成されて前記基板と対向し、前記ターゲット材料の前記基板と対向しない側の端面には前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧となるベース電極が取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７記載の発明は、長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した筒状のアーク電極とにそれぞれ電圧を印加し、減圧雰囲気下で前記ターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記長尺のターゲット材料の一端面に絶縁部材を介して前記トリガー電極を積み重ねて形成したターゲットを作成し、このターゲットにおける前記ターゲット材料の他端側に、前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのベース電極を取り付け、前記トリガー電極を前記基板の薄膜形成面側に対向して配設し、前記ターゲットのベース電極に負電圧を印加しつつ前記トリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせるとともに、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電を発生させ、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を、前記基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
以下に上記構成の請求項１乃至７記載の各発明の作用を説明する。
【００２１】
請求項１記載のターゲット組立体によれば、絶縁部材に隣接し露出したターゲット材料の端部外周面、即ち、絶縁部材と隣接したターゲット材料の外周面端部から、第２の電極側近傍までの外周面の領域全体（ターゲット材料の側表面全体）に亙ってアークスポットを発生できるようになり、ターゲット材料の長寿命化が図れる。
【００２２】
請求項２記載のターゲット組立体によれば、ターゲット材料の端面が絶縁部材で覆われているので、トリガー放電によるアークスポットをターゲット材料の外周面に発生することができ、続いて発生するアーク放電もターゲット材料の外周面に発生させることができる。
【００２３】
請求項３記載のターゲット組立体によれば、ターゲット材料、絶縁部材及び第１の電極をそれぞれ当接させているので、薄膜形成時のアーク電流あるいはアークスポット発生時にこれらの構成物以外の不純物の飛散がないので、不純物のない薄膜形成を実現できる。
【００２４】
請求項４記載の蒸着源、請求項６記載の薄膜形成装置及び請求項７記載の薄膜形成方法によれば、トリガー電極により絶縁部材の直下の露出したターゲット材料の端部外周面、即ち、絶縁部材と隣接したターゲット材料の外周面端部からトリガー放電を発生させ、次いでターゲット材料の他端側に向けてアークスポットの移動を制御できるようになるので、ターゲット材料の側表面全体が消耗できるようになり、ターゲット材料の長寿命化が図れる。
【００２５】
請求項５の蒸着源によれば、ターゲット材料、絶縁部材及びトリガー電極が圧着されて当接しているので、薄膜形成時のアーク電流あるいはアークスポット発生時に、これらの構成物以外の不純物の飛散がないので、不純物のない薄膜形成を実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１、図２を用いて説明する。
【００２８】
本実施の形態１において、プラズマを発生させるターゲット材料１は、純度９９．９％のＣｒを用い、図１に示すように、長尺棒の形状、例えば直径４ｍｍ、長さ４０mmの円柱形状としている。
【００２９】
このターゲット材料１の一端面である上面１ａには、このターゲット材料１の断面と同形状で厚さ０．５ｍｍの円盤形状をしたＺｒＯ２焼結体からなる絶縁セラミクス焼結体、即ち、絶縁部材２が耐熱性接着剤により接着されている。
【００３０】
絶縁部材２上には、ターゲット材料１の外周側面にトリガー放電を起こさせるための、第１の電極としてのトリガー電極３（直径４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）が耐熱性接着剤により接着されている。従って、このトリガー電極３も、前記ターゲット材料１の断面と同形状であるので、ターゲット材料１の端面には、該端面を覆うように絶縁部材２及びトリガー電極３が耐熱性接着剤（例えば、セラミックス粉末混入の接着剤としてアルミナボンド（商品名 東亜合成（株）製 アロンセラミック））により接着され積み重ねられて形成されている。
【００３１】
そしてターゲット材料１の他端側には、図２に示すように、第２の電極としてのＳＵＳ３０４製のターゲットベース電極５が複数本のネジにより固定され、薄膜形成時に用いられるターゲット組立体１０が構成されている。即ち、図２に示すように、このターゲットベース電極５は、前記ターゲット材料１の一端側と嵌合する凹部５ａを穿設した小径突出部５ｂと、この小径突出部５ｂを一体で支持する大径部５ｃとを有しており、この凹部５ａ内に前記ターゲット材料１の他端側を嵌め込むとともに、前記小径突出部５ｂに備えられてターゲット材料１の中心軸線方向に進退する複数本のネジ９の先端がターゲット材料１の外周側面を締め付けることによって、ターゲット材料１とターゲットベース電極５とが固定されている。
【００３２】
そして、ターゲットベース電極５におけるターゲット材料１の取り付け側の小径突出部５ｂ及び大径部５ｃの表面には、これらの表面を覆うように形成されて、後述のアーク電極４とターゲットベース電極５とを絶縁状態に維持するための絶縁カバー８が取り付けられている。
【００３３】
このように構成され、絶縁カバー８を取り付けたターゲット組立体１０は、ターゲット材料１の周囲の空間を介して円筒状に形成したアーク電極（ＳＵＳ３０４製）４内に挿入され、アーク電極４の一端と絶縁カバー８が当接されて両者は固定される。このとき円筒状のアーク電極４の中心軸線と、ターゲット材料１の中心軸線とは一致し、それぞれの内周面と外周側面とは等距離としている。そして、図２のようにターゲットベース電極５とトリガー電極３にはトリガー電源７の負電位側の端子（陰極端子）と正電位側の端子（陽極端子）がそれぞれ接続され、ターゲットベース電極５を介してターゲット材料１とアーク電極４の一端側（即ち、ターゲットベース電極５に近い側であって、トリガー電極３から離れた側）にはアーク電源６の負電位側の端子と正電位側の端子がそれぞれ接続されている。尚、アーク電源６の正電位側の端子とアーク電極４との接続位置は、ターゲット材料１が絶縁カバー８から露出した位置に対応する位置が好ましい。
【００３４】
このようにして、トリガー電源７により、トリガー電極３（第１の電極）には正の電圧が、ターゲットベース電極５（第２の電極）には負の電圧が印加されるようになっており、またアーク電源６により、アーク電極４には正の電圧が、ターゲットベース電極５には負の電圧が印加されるようになっている。
【００３５】
上述した構成では、アーク電源６の負電位側の端子は、ターゲットベース電極５に接続するようにしたが、これに限らずターゲット材料１に直接に接続しても良いが、本実施の形態１では図２に基づいて前者の例で説明する。
【００３６】
前記アーク電源６は、図示しないが蓄電要素であるコンデンサーを有し、例えば８８００μＦの電気量を充電しておくことができ、電圧は０〜１００Ｖの範囲で任意に設定できるようにしている。また、トリガー電源７は、図示しないコンピューターからのパルス信号により５μｓｅｃの周期で、ターゲットベース電極５を介して、ターゲット材料１とトリガー電極３との間に０〜５ｋＶの電圧範囲で任意に設定された電圧をパルス状で印加するようにしている。
【００３７】
上述したターゲット組立体１０に対し、アーク電源６及びトリガー電源７をそれぞれ接続した構成とした蒸着源１１を、図３に示すように、薄膜形成装置１２の真空容器１３中に設置する。薄膜形成装置１２内の前記ターゲット組立体１０の前方には、基板ホルダ１４に保持された基板１５が薄膜形成面をトリガー電極３側に対向して配置している。
【００３８】
更に、薄膜形成装置１２に配備されている不図示の真空ポンプにて真空容器１３の内部を１×１０−４Ｐａ以下の真空度まで減圧し、アーク電源６を９０Ｖの電圧で作動させ、ターゲットベース電極５を介してターゲット材料１とアーク電極４の間に９０Ｖの電圧を印加する。これにより、アーク電極４は正電位となり、ターゲット材料１は負電位となる。このとき、真空容器１３中は減圧下なので、ターゲット材料１とアーク電極４の間に電圧をかけても放電は起こらず、待機状態となる。
【００３９】
次に図示しないコンピューターにより、トリガー電源７へパルス信号を送り、トリガー電源７を作動させ、ターゲットベース電極５を介してのターゲット材料１とトリガー電極３の間に３ｋＶの電圧を５μｓｅｃ間加える。これによりトリガー電極３は正の電位となり、ターゲット材料１は負の電位となる。
【００４０】
このとき、ターゲット材料１とトリガー電極３との間には絶縁部材２が存在するので、電気的には導通しないが、接触しているために絶縁部材２の表面（外周側面）を伝って瞬間的にターゲット材料１の側表面（即ち、ターゲット材料１のトリガー電極設置側の外周側面の縁部近傍）１ｂに電流が流れ、トリガー放電が生成する。
【００４１】
トリガー放電が起こると、その電気的エネルギーによりターゲット材料１の前記トリガー放電が起こった側表面（外周側面の縁部近傍）１ｂ上にアークスポットとよばれる局所溶融エリアが発生し、この局所溶融エリアからの蒸発したターゲット材料１の物質がターゲット材料１の側表面１ｂとアーク電極４の内周面との間の空間に飛び出して導電体の役割を担い、ターゲット材料１の側表面１ｂとアーク電極４の内周面間でアーク放電を起こさせる。
【００４２】
そしてこのアーク放電によってターゲット材料１の側表面１ｂに発生したアークスポットからの蒸発で様々な方向に飛散した物質中のプラズマ原子は、アーク放電によってターゲット材料１内を流れる電流、即ち、ターゲット材料１内をトリガー電極３側からターゲットベース電極５側に流れる電流（アーク電流）により発生する磁場で、アーク電極４の開口部から基板１５に向けて放出される。この放出によって、プラズマ原子は基板１５の薄膜形成面（表面）に堆積することになり、薄膜が形成される。アーク放電はアーク電源６に接続された前記コンデンサーに蓄積した電気量を放出し終わると終了する。本実施の形態１の場合には電気量を放出して１回のアーク放電を終了するまでのその所要時間は約２００μｓｅｃ程度である。
【００４３】
前記トリガー放電により前記ターゲット材料１の側表面（外周側面のトリガー電極設置側の縁部近傍）１ｂに発生したアークスポットＡｐ（図４に黒丸で示す）は、アーク放電によってターゲット材料１内を流れる電流（前記のアーク電流）により発生する磁場による磁力の作用で、ターゲット材料１の先端方向への力（真空容器１３内の基板１５の薄膜形成面へ向かう力）を受け、この力によってアークスポットＡｐはトリガー電極３側にとどまろうとする。しかし、このアークスポットＡｐには、アーク放電時に電気抵抗が少なくなるように移動させる力も作用する。前記とどまる力よりもこの移動させる力の作用が勝ることにより、アークスポットＡｐは、ターゲット材料１が絶縁部材２の直下の露出した端部の側表面から、アーク電源６の負電位側の端子を接続したターゲットベース電極５の方向へ移動する。ターゲットベース電極５の方向へ移動する際のアークスポットＡｐは、ターゲット材料１の側表面１ｂにおいて、１回のアーク放電で複数順次に発生するが、図４に例示するように、これらのアークスポットＡｐはターゲット材料１の中心軸線に平行な軸線上を連続して直線的に移動するとは限らず、その発生位置が点在しつつ前記ターゲットベース電極５方向へ移動する。図４においてターゲット材料１の先端側から基端側に向いつつ、その周方向ではランダムにアークスポットＡｐが発生して移動する。尚、図４においてはアークスポットＡｐの位置は、一連のアークスポット群の中で抜粋して示している。
【００４４】
そして、前記コンデンサーに蓄積した電気量を放出し、１回のアーク放電が終了した後は、再度コンデンサーに所要の電気量が充電され、２回目のトリガー放電とそれに続く２回目のアーク放電が始まり、上述と同様に繰り返され、アークスポットＡｐはトリガー電極３の極めて近傍のターゲット材料１の側表面１ｂ側からターゲット材料の側面を移動しながら絶縁カバー８の極めて近傍の露出したターゲット材料１の側表面１ｂまで移動する。
【００４５】
前記ターゲット材料１の側表面１ｂと、トリガー電極３との間のトリガー放電によって発生するアークスポットＡｐにおいて、前記トリガー電極３設置側のターゲット材料１における外周側面の縁部近傍でのアークスポットＡｐの発生位置は、縁部近傍の円周方向にてランダムなので、１回のトリガー放電によって複数回のアーク放電をターゲット材料１の側表面１ｂとアーク電極４の内周面との間で発生させれば、各アーク放電の毎に発生するアークスポットＡｐをターゲット材料１の側表面１ｂの全面を走らすことができるようになり、ターゲット材料１の消耗をこのターゲット材料１の側表面１ｂ全体でほぼ均等にできる。
【００４６】
即ち、ターゲット材料１の消耗状況を踏まえアーク放電時間を微調整することにより、厳密にターゲット材料１の消耗分布を制御することができる。よって、ターゲット材料１の局所消耗を低減し、ターゲット材料１の寿命を延ばすことができる。
【００４７】
本実施の形態１では、アーク放電時間を約２００μｓｅｃとしたので、ターゲット材料１の中心軸線方向での露出した側表面１ｂの全長Ｌに亙ってアークスポットＡｐを生じさせるように説明したが、アーク放電時間を長くすると、絶縁カバー８の極めて近傍でのターゲット材料１の側表面１ｂでアークスポットＡｐが多く生じることになり、従来例で述べたような外部のくびれが生じることになって好ましくなくなる。
【００４８】
本実施の形態１のターゲット組立体１０及び蒸着源１１並びにこれらを用いた薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、ターゲット材料１の不均一消耗を軽減し、ターゲット材料１の寿命を長くすることができる。
【００４９】
本実施の形態１では、ターゲット材料１に純度９９．９％のＣｒを用いたが、ターゲット材料１は導電性の物質であれば良く、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、ｌｒ、Ｒｅのような金属や、炭素、ＷＣのような炭化物などの導電性物質も用いることができる。
【００５０】
尚、トリガー電極３、アーク電極４、ターゲットベース電極５は、ＳＵＳ３０４製に限らず、銅電極や他の金属を用いることができる。純度９９．９％以上の清浄な薄膜を成膜するためには９９．９ａｔ％以上の純度のターゲット１を使用することが望ましいが、薄膜が高純度である必要がなければ９９．９ａｔ％以下の純度のターゲットを用いても本発明の効果を妨げることはない。また、本実施の形態１では、アーク電極４とアーク電源６の正電位側の接続位置は、ターゲット材料１が絶縁カバー８から露出した位置に対応するアーク電極４の表面位置として説明したが、この対応する位置での接続がしにくい場合には、前記絶縁カバー８から露出した範囲の約５ｍｍ以下の位置で接続しても、ターゲット材料１の露出した大部分を薄膜形成用に使用でき、従来よりもターゲット材料１の寿命を格別に延ばすことができるものである。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図５を参照して説明する。
【００５２】
本実施の形態２は、ターゲット組立体１０ａ又は蒸着源１１ａを構成する絶縁部材２ａとして、絶縁性能を有する絶縁性接着剤層を用いたものである。
【００５３】
尚、図５に示す本実施の形態２では、実施の形態１と同様な部材には同一名称及び符号を用いて説明する。
【００５４】
図５において、プラズマを発生させるターゲット材料１は、純度９９．９％のＣｒを用い、長尺棒形状、例えば直径４ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱形状としている。このターゲット材料１の一端面には、ターゲット材料１の断面と同形状で、厚さ０．５ｍｍに形成された絶縁部材２ａが設けられ、その絶縁部材２ａの他端面には、前記ターゲット材料１の外周側面にトリガー放電を起こさせるための、第１の電極としてのトリガー電極３（直径４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）が取り付けられている。そして、トリガー電極３と反対側のターゲット材料１の他端部には、実施の形態１と同様に、第２の電極としての金属製（ＳＵＳ３０４製）のターゲットベース電極５が取り付けられて、ターゲット組立体１０ａが構成されている。このターゲット組立体１０ａにそれぞれ接続されるアーク電源６、トリガー電源７の構成は、実施の形態１の場合と同じである。
【００５５】
前記ターゲット組立体１０ａの作製においては、ターゲット材料１の前記絶縁部材２ａを形成する一端側の円周側面に肉厚のテープ２ｂ（図中、点線で示す）を巻き付け（又は円周側面に嵌合する筒体を被せ）、そのテープ２ｂの内側にて形成される空間内に絶縁性能を有する絶縁性接着剤を供給する。この絶縁性接着剤としては、前記アルミナボンド（例えば、商品名；アロンセラミック、東亜合成（株）製）がある。この絶縁性接着剤の上にトリガー電極３を積み重ねて接着し、その後絶縁性接着剤を硬化させることにより、所望厚さの絶縁部材２ａを得る。その後、前記テープ２ｂ（あるいは筒体）を除去する。
【００５６】
このようにして得られたターゲット組立体１０ａ又はこのターゲット組立体１０ａを組み込んだ蒸着源１１ａであっても、実施の形態１の薄膜形成装置及び薄膜形成方法によって、ターゲット材料１の外周側面の全体から実施の形態１と同様にアークスポットＡｐを発生させ、基板１５上に所望の薄膜を形成することができる。
【００５７】
本実施の形態２では、絶縁部材２ａを構成する絶縁性接着剤の層厚をターゲット材料１の種類によって適宜に調整できるので、所望厚さの絶縁部材２ａの形成が容易である。
【００５８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図６を参照して説明する。
【００５９】
本実施の形態３は、前記実施の形態１においてターゲット材料１の形状と、ターゲット材料１の端面に設置するトリガー電極３と絶縁セラミクス焼結体からな絶縁部材２とを直接に密着させたこと等が異なることが特徴である。
【００６０】
図６に示すように、ターゲットとして中空円柱状（円筒状）の長尺棒からなるターゲット材料２１を用いる。
【００６１】
このターゲット材料２１に対して、同じく中空円柱状（円筒状）の軸部２２ａを有し、片端にターゲット材料２１の端面に密着すべくターゲット材料２１の直径方向に広がった円盤形状のフランジ２２ｂを有し、中空絶縁セラミクス焼結体からなる絶縁部材２２における前記軸部２２ａを嵌め込み、フランジ２２ｂをターゲット材料２１の端面に当接して設置している。
【００６２】
そして、トリガー電極２３の棒状の軸部２３ａの一端には、トリガー放電を起こさせるためのフランジとなる傘部２５を設ける。また、軸部２３ａの他端には、前記ターゲット材料２１の他端面（図では下端面）、及び絶縁部材２２の他端面よりも軸部２３ａが突出した状態で、ターゲット材料２１と絶縁部材２２を一体的に固定するように圧着力を与えるためにネジ部２６を設ける。
【００６３】
このネジ部２６にナット３２をねじ込むことで、軸部２３ａを外周面に設けた第２の電極としてのトリガー電極２３が絶縁部材２２と組み合わされて設置されている。
【００６４】
即ち、トリガー電極２３の軸部２３ａは、絶縁部材２２の中空円筒状の軸部２２ａの内部に嵌め込まれ、絶縁部材２２のフランジ２２ｂとトリガー電極２３の傘部２５とが当接した状態で、トリガー電極締め付け用のナット３２によりトリガー電極２３の傘部２５を介してターゲット材料２１、絶縁部材２２、及びトリガー電極２３を０．１ｇ／ｃｍ２以上の圧力で締め付け、傘部２５より絶縁部材２２を中空のターゲット材料２１の端面に圧着させている。
【００６５】
尚、ターゲット材料２１の他端面（図６では下端面）には、リング形状の絶縁物質からなる絶縁リング３０を介装して、トリガー電極２３の軸部２３ａのナット３２を螺合している。また、絶縁部材２２の軸部２２ａの下端面と、ナット３２との間には隙間が形成されて、傘部２５により絶縁部材２２のフランジ２２ｂが確実に圧着されるようになっている。
【００６６】
また、傘部２５の外周と絶縁部材２２の外周が確実に圧着され、軸部２３ａ周囲での中当たりがないように、金属製のトリガー電極２３の傘部２５の下面側には軸部２３ａの周囲に凹状のくぼみ２４が穿設されている。よって、ナット３２による締め付け力（圧着力）は、０．１ｇ／ｃｍ２となって、ターゲット材料２１、絶縁部材２２のフランジ２２ｂ及びトリガー電極２３の傘部２５は密着し、一体化している。
【００６７】
また、ターゲット材料２１の下端側の外周側面は、リング形状で第２の電極として機能するターゲットベース電極５の凹部に嵌め込まれ、このターゲットベース電極５の中心軸線方向に進退自在に設けられたネジ３３により、下端側の外周側面が押圧されて固定され、ターゲット組立体１０ｂが構成されている。
【００６８】
そしてこのターゲット組立体１０ｂのターゲットベース電極５の外周面が絶縁カバー２８で覆われて、ターゲット組立体１０ｂを取り囲む円筒状のアーク電極４内に配置されている。
【００６９】
また、アーク電源６の正電位側の接続端子は、筒状のアーク電極４の下部側の下面、具体的には、ターゲット材料２１が絶縁カバー２８から露出した位置よりも下方側の、絶縁カバー２８の存在する部位と対応した箇所で接続され、またアーク電源６の負電位側の接続端子は、ターゲットベース電極５の下部側の下面で接続されている。
【００７０】
また、トリガー電源７の正電位側の接続端子は、トリガー電極２３の軸部２３ａの下部側で接続され、また、負電位側の接続端子は、ターゲットベース電極５の下部側の下面で接続されている。
【００７１】
上記構成において、アーク電源６の正電位側の接続端子の接続位置が、ターゲット材料２１の絶縁カバー２８から露出した位置よりも下方側にあると、アーク放電時のアークスポットＡｐの移動によってターゲット材料２１の露出した側表面の全体を薄膜形成用に使用できるようになる。
【００７２】
本実施の形態３において、薄膜形成装置１２の真空容器１３を、実施の形態１の場合と同様に減圧雰囲気にした上でアーク電源６によりアーク電極４とターゲット材料２１間に９０Ｖの電圧を与えて放電待機状態とする。次いで、トリガー電源７によりトリガー電極２３とターゲット材料２１間に４．４ｋＶの電圧を５μｓｅｃ与えると、トリガー電極２３の傘部２５の外周より絶縁部材２２の側表面を伝ってターゲット材料２１側表面へとトリガー放電が生じる。
【００７３】
この際、トリガー電極２３及び絶縁部材２２及びターゲット材料２１は接着剤などによる固定ではなく、これら各部材を直接に当接した状態での圧力による固定であるため、トリガー放電時の前記接着剤等の介在物の蒸発によって生ずる不純物の混入を低減することができる。
【００７４】
前記トリガー放電をきっかけとして、アーク電極４とターゲット材料２１間にアーク放電が起こり、ターゲット材料２１側表面に生じたアークスポットＡｐからプラズマが発生する。プラズマ発生時にターゲット材料２１側表面にできるアークスポットＡｐは、実施の形態１の場合と同様にターゲットベース電極５へ向かう力を受けながらターゲット材料２１側表面を移動するため、アーク放電時間の制御を行うことでターゲット材料２１の消耗を均一に制御することが可能となる。
【００７５】
上述した本実施の形態３によれば、実施の形態１の場合と同様な効果を奏することに加え、不純物の少ないプラズマ供給が可能となり、不純物の少ない薄膜を基板１５上に形成することができる。
【００７６】
また、本実施の形態３では、ターゲット材料２１及び絶縁部材２２を中空状とし、トリガー電極２３の軸部２３ａに設けたネジ部２６に螺合した固定用のナット３２によりターゲット材料２１及び絶縁部材２２及びリガー電極２３を圧着して、実施の形態１のような接着剤等の介在物を介在させないで、直接に当接させるようにしたが、例えば、図７に示すように、ターゲット材料２１、絶縁部材２２及びトリガー電極２３を順次に積層して直接に当接させ、その中心位置で絶縁性材料からなる頭付きボルト３５と、ナット３６とでこれらを圧着固定するようにしたクランプのような構成のターゲット組立体１０ｂとしても良い。
【００７７】
図７においては、ターゲット材料２１は中空円筒状である。また、絶縁部材２２はリング状である。トリガー電極２３は中心部にくぼみ２４を形成したリング状である。そして、これらのターゲット材料２１、絶縁部材２２及びトリガー電極２３の中心部を貫通して、絶縁性材料からなる頭付きボルト３５が挿入され、この頭付きボルト３５の下端のネジ部３５ａに絶縁性材料からなるナット３６が螺合された構成となっている。
【００７８】
そして、ターゲット材料２１の前記トリガー電極２３とは反対側の他端部には、リング状のターゲットベース電極５が嵌め込まれ、ターゲットベース電極５に螺刻したネジ部に挿入されたネジ３３により、ターゲット材料２１の外周面が押圧されて、一体化されることにより、ターゲット組立体１０ｂが組み立てられている。前記トリガー電極２３に形成されたくぼみ２４は、ターゲット材料２１、絶縁部材２２、トリガー電極２３の各外周面側が互いに密着するようにして、中当たりしないための構成である。
【００７９】
そして、ターゲットベース電極５を覆うように、絶縁カバー２８が覆せられている。更に、アーク電源６の正電位側の接続端子は、ターゲット材料２１が絶縁カバー２８から露出した位置に対応するアーク電極４の外周位置で接続され、負電位側の接続端子は、ターゲットベース電極５の下端面で接続されている。トリガー電源７の正電位側はトリガー電極２３の外側面に接続され、負電位側はターゲットベース電極５の下端面で接続されている。
【００８０】
図７に示す構成においても、トリガー電極２３のくぼみ２４によってターゲット材料２１の端面と絶縁部材２２及びトリガー電極２３とを直接に当接して圧着することができる。尚、絶縁性のナット３６を金属等の導電性ナットにすると、このナットとターゲット材料２１は導電状態となるので、ターゲットベース電極５として使用でき、新たにターゲットベース電極及びターゲット材料固定用ネジを使用しなくても良くなる。
【００８１】
また、アーク電源６の正電位側の接続端子位置は、ターゲット材料２１の前記絶縁カバー８からの露出位置よりも例えば５ｍｍ上方と絶縁カバー８で覆われた範囲内で適宜選択しても、同様にターゲット材料２１の外周側面の大部分を薄膜形成時に有効利用できる。
【００８２】
図７に示すターゲット組立体１０ｂ又はターゲット組立体１０ｂを用いた蒸着源１１ｂを、薄膜形成装置に組み込み、既述した場合と同様な薄膜形成方法を実施すれば、実施の形態１、３の場合と同様に所望の薄膜を形成することが可能となる。
【００８３】
上述した本発明によれば、以下の構成を付記することができる。
（付記１）ターゲット材料の外周面から発生させたプラズマのプラズマ原子を基板上に照射して、該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置に用いる蒸着源において、前記ターゲット材料の前記基板と対向する側の先端面に絶縁部材を介して第１の電極を積み重ねて配置するとともに、前記ターゲット材料の他端部には第２の電極を一体的に固定して形成したターゲット組立体と、このターゲット組立体のターゲット材料と絶縁部材と第１の電極を取り囲んでこれらの外周面と空間を介して設置された筒状のアーク電極と、前記ターゲット組立体の第１の電極を正電位にし、前記ターゲット材料を負電位にするように接続したトリガー電源と、前記ターゲット組立体のターゲット材料を負電位にし、前記アーク電極における前記第２の電極側の近傍位置を正電位にするように接続したアーク電源とを有することを特徴とする蒸着源。
【００８４】
付記１の構成の蒸着源によれば、トリガー電源、アーク電源による電圧供給に基づき、前記トリガー電源により絶縁部材の直下の露出したターゲット材料の端部外周面、即ち、絶縁部材と隣接したターゲット材料の外周面端部からトリガー放電を発生させ、次いでターゲット材料の他端側に向けてアークスポットの移動を制御して、基板に対する蒸着による薄膜形成を行うことが可能となり、薄膜形成時にターゲット材料の側表面全体に亙る消耗を実現してこのターゲット材料の長寿命化を図ることが可能となる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、アークスポットの局所的な発生を無くし、ターゲット材料の長寿命化を図ることができるターゲット組立体を提供することができる。
【００８６】
また、本発明によれば、ターゲット材料の側表面全体に亙る消耗を行いつつ薄膜形成を実現することができ、ターゲット材料の長寿命化を図ることができる蒸着源を提供することができる。
【００８７】
更に本発明によれば、ターゲット材料の側表面全体に亙る消耗を行いつつ薄膜形成を実現することができ、ターゲット材料の長寿命化を図りつつ基板への薄膜形成を行うことができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のターゲット組立体を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のターゲット組立体を組み込んだ蒸着源を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１の薄膜形成装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１のターゲット組立体のターゲット材料に生じるアークスポットを示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２のターゲット組立体を組み込んだ蒸着源を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３のターゲット組立体を組み込んだ薄膜形成装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３の蒸着源の他例を示す概略構成図である。
【図８】従来の蒸着源の概略構成図である。
【図９】従来の蒸着源におけるターゲット材料に生じるくぼみを示す説明図である。
【符号の説明】
１ ターゲット材料
１ｂ 側表面
２ 絶縁部材
２ａ 絶縁部材
２ｂ テープ
３ トリガー電極
４ アーク電極
５ ターゲットベース電極
５ａ 凹部
５ｂ 小径突出部
５ｃ 大径部
６ アーク電源
７ トリガー電源
８ 絶縁カバー
９ ネジ
１０ ターゲット組立体
１０ａ ターゲット組立体
１０ｂ ターゲット組立体
１１ 蒸着源
１１ａ 蒸着源
１１ｂ 蒸着源
１２ 薄膜形成装置
１３ 真空容器
１４ 基板ホルダ
１５ 基板
２１ ターゲット材料
２２ 絶縁部材
２２ａ 軸部
２２ｂ フランジ
２３ トリガー電極
２３ａ 軸部
２４ くぼみ
２５ 傘部
２６ ネジ部
２８ 絶縁カバー
３０ 絶縁リング
３２ ナット
３２ａ ネジ部
３３ ネジ
３５ 頭付きボルト
３６ ナット
Ａｐ アークスポット
Claims (7)
- ターゲット材料の外周面から発生させたプラズマ原子を基板上に照射して、該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置に用いる薄膜形成用のターゲット組立体において、
前記ターゲット材料の前記基板と対向する側の端面に絶縁部材を介して第１の電極を積み重ねて配置するとともに、前記ターゲット材料の他端部には第２の電極を一体的に固定して形成したことを特徴とする薄膜形成用のターゲット組立体。 - 前記ターゲット材料は長尺棒からなり、この長尺棒の前記基板と対向する側の端面に、該端面を覆う絶縁材と該絶縁部材の端面を覆う第１の電極が順次に積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成用のターゲット組立体。
- 前記ターゲット材料は、円筒形状の長尺棒からなり、この円筒形状の筒部内に、軸部が円筒形状でかつ端部にフランジを有する絶縁部材の前記軸部が嵌め込まれるとともに、前記フランジがターゲット材料の端面と当接し、前記絶縁部材の円筒形状の軸部内には、軸部を有しかつ端部にフランジを有する第１の電極の軸部が嵌め込まれるとともに第１の電極のフランジと前記絶縁部材のフランジとが当接していることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成用のターゲット組立体。
- 減圧雰囲気下でプラズマを発生させるターゲット材料に絶縁部材を介して設置されたトリガー放電を起こさせるトリガー電極と、トリガー放電をきっかけとしてアーク放電を発生させるためのターゲット材料周囲に空間を介して設置されたアーク電極とを有する蒸着源において、
前記ターゲット材料の先端面に、前記絶縁部材を介して前記トリガー電極を設置したことを特徴とする蒸着源。 - 前記ターゲット材料は、棒状又は中空円筒状であり、その先端面に前記絶縁部材を介して前記トリガー電極を圧着して設置することを特徴とする請求項４記載の蒸着源。
- 長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した筒状のアーク電極とを有し、減圧雰囲気下で前記トリガー電極とターゲット材料との間にてトリガー放電を起こさせるとともに該トリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電を発生させ、このアーク放電で前記ターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記トリガー電極は、前記基板と対向する側の前記長尺のターゲット材料の端面に前記絶縁部材を介して積み重ねて形成されて前記基板と対向し、前記ターゲット材料の前記基板と対向しない側の端面には前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧となるベース電極が取り付けられていることを特徴とする薄膜形成装置。 - 長尺のターゲット材料に絶縁部材を介して固定したトリガー電極と、これらの全体を取り囲むように配置した筒状のアーク電極とにそれぞれ電圧を印加し、減圧雰囲気下で前記ターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記長尺のターゲット材料の一端面に絶縁部材を介して前記トリガー電極を積み重ねて形成したターゲットを作成し、
このターゲットにおける前記ターゲット材料の他端側に、前記トリガー電極及びアーク電極に対して負電圧にするためのベース電極を取り付け、
前記トリガー電極を前記基板の薄膜形成面側に対向して配設し、
前記ターゲットのベース電極に負電圧を印加しつつ前記トリガー電極とターゲット材料の間にてトリガー放電を起こさせるとともに、このトリガー放電をきっかけとして前記ターゲット材料とアーク電極との間でアーク放電を発生させ、このアーク放電によりターゲット材料の外周面に発生したプラズマのプラズマ原子を、前記基板の薄膜形成面上に照射して該基板上に薄膜を形成すること、
を特徴とする薄膜形成方法。
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