JP4717776B2 - Vapor deposition source, vapor deposition equipment - Google Patents

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Description

本発明は、蒸着源と、その蒸着源を使用した蒸着装置に係り、特に、蒸着材料を効率的に使用できる蒸着源と蒸着装置に関する。   The present invention relates to a vapor deposition source and a vapor deposition apparatus using the vapor deposition source, and more particularly to a vapor deposition source and a vapor deposition apparatus that can efficiently use a vapor deposition material.

同軸型真空アーク蒸着源は、成膜対象物を加熱せずに、金属間化合物薄膜や炭素薄膜が容易に得られることから、注目されている技術である。   The coaxial vacuum arc deposition source is a technique that has been attracting attention because an intermetallic compound thin film or a carbon thin film can be easily obtained without heating a film formation target.

図５の符号１０３は、従来技術の同軸型真空アーク蒸着源を示している。
この蒸着源１０３は、成膜装置の真空槽内に配置されており、円筒形のアノード電極１３１を有している。
アノード電極１３１の内部底面には導電性の台座１３２が配置されており、台座１３２の上部には凹部１３３が形成され、該凹部１３３内には、蒸着材料が柱状に成形されて成るカソード電極１３５が挿入されている。 Reference numeral 103 in FIG. 5 denotes a conventional coaxial vacuum arc deposition source.
The vapor deposition source 103 is disposed in a vacuum chamber of the film forming apparatus and has a cylindrical anode electrode 131.
A conductive pedestal 132 is disposed on the inner bottom surface of the anode electrode 131, and a concave portion 133 is formed in the upper portion of the pedestal 132, and a cathode electrode 135 formed by depositing a vapor deposition material in a columnar shape in the concave portion 133. Has been inserted.

カソード電極１３５の周囲には、絶縁円筒１３８と、リング状のトリガ電極１３７とが、この順序で環装されており、トリガ電極１３７は、絶縁円筒１３８の表面のカソード電極１３５とは離間した位置に配置されている。
カソード電極１３５と台座１３２とは電気的に接続されている。トリガ電極１３７と台座１３２との間は絶縁部材１３９によって絶縁されている。 Around the cathode electrode 135, an insulating cylinder 138 and a ring-shaped trigger electrode 137 are mounted in this order, and the trigger electrode 137 is positioned away from the cathode electrode 135 on the surface of the insulating cylinder 138. Is arranged.
The cathode electrode 135 and the pedestal 132 are electrically connected. The trigger electrode 137 and the pedestal 132 are insulated from each other by an insulating member 139.

真空槽（不図示）の外部には電源装置１０５が配置され、トリガ電極１３７と台座１３２はこの電源装置１０５に接続されており、カソード電極１３５には、台座１３２を介して電圧が印加されるように構成されている。
カソード電極１３５の先端は、絶縁円筒１３８先端から突出されており、突出された部分の側面と先端はアノード電極１３１内部で露出されている。 A power supply device 105 is disposed outside a vacuum chamber (not shown), the trigger electrode 137 and the pedestal 132 are connected to the power supply device 105, and a voltage is applied to the cathode electrode 135 via the pedestal 132. It is configured as follows.
The tip of the cathode electrode 135 protrudes from the tip of the insulating cylinder 138, and the side and tip of the protruding portion are exposed inside the anode electrode 131.

この蒸着源１０３によって成膜対象物表面に薄膜を形成する工程を説明すると、真空槽内を真空雰囲気にし、成膜対象物（不図示）を真空槽内に配置する。アノード電極１３１は接地されており、電源装置１０５により、台座１３２に負の高電圧を印加した状態で、トリガ電極１３７に、台座１３２の電圧よりも接地電位に近い負電圧を印加すると、アノード電極１３１内で露出するカソード電極１３５先端の側面とトリガ電極１３７の間にトリガ放電が発生し、トリガ放電によって、カソード電極１３５とアノード電極１３１の間にアーク放電が誘起される。   The process of forming a thin film on the surface of the film formation object by the vapor deposition source 103 will be described. The anode electrode 131 is grounded. When a negative high voltage is applied to the trigger electrode 137 with the power supply device 105 applying a negative high voltage to the pedestal 132, the anode electrode A trigger discharge is generated between the side surface of the tip of the cathode electrode 135 exposed in 131 and the trigger electrode 137, and an arc discharge is induced between the cathode electrode 135 and the anode electrode 131 by the trigger discharge.

アーク放電により、カソード電極１３５の露出する側面に大電流のアーク電流が流れ、その部分が溶融、蒸発すると、カソード電極１３５の蒸気がアノード電極１３１の内部に放出される。
アーク電流が流れると、アーク放電によって生成された電子は、アーク電流が形成する磁界によってアノード電極１３１の外部に放出される。 When the arc discharge causes a large current to flow through the exposed side surface of the cathode electrode 135 and the portion melts and evaporates, the vapor of the cathode electrode 135 is released into the anode electrode 131.
When the arc current flows, electrons generated by the arc discharge are emitted to the outside of the anode electrode 131 by a magnetic field formed by the arc current.

アノード電極１３１内部に放出された蒸着材料の蒸気のうち、正電荷の微小粒子はその電子に引き付けられ、アノード電極１３１の外部に放出される。
放出された微小荷電粒子の飛行方向には成膜対象物が配置されており、蒸着材料の微小荷電粒子が成膜対象物表面に到達するとそこに付着し、蒸着材料の薄膜が形成される。
しかし、カソード電極１３５は、露出した側面のうち、一部分しか溶融せず、カソード電極１３５の極一部しか活用できない。 Of the vapor of the vapor deposition material released into the anode electrode 131, positively charged microparticles are attracted to the electrons and released to the outside of the anode electrode 131.
A film formation target is arranged in the flight direction of the emitted fine charged particles, and when the fine charged particles of the vapor deposition material reach the surface of the film formation target, they adhere to the film and form a thin film of the vapor deposition material.
However, the cathode electrode 135 melts only a part of the exposed side surface, and only a very small part of the cathode electrode 135 can be used.

図６の符号１０９は、蒸着材料の放出により、カソード電極１３５の側面に形成されたリング状の凹部を示しており、アーク放電が維持できない程消耗すると、そのカソード電極１３５は使用できなくなる。
この場合、カソード電極１３５を台座１３２から抜去し、上下入れ替え、消耗した部分を台座１３２の凹部１３３に挿入し、消耗していない部分をアノード電極１３１内に露出させると、再使用できるが、再使用は一回限りであり、カソード電極１３５の大部分は使用することがでない。
同軸型アーク蒸着源は、例えば下記特許文献に記載されている。
特開２００６−８３４３１ Reference numeral 109 in FIG. 6 indicates a ring-shaped recess formed on the side surface of the cathode electrode 135 due to the release of the vapor deposition material. When the arc discharge is consumed to an extent that the arc discharge cannot be maintained, the cathode electrode 135 cannot be used.
In this case, when the cathode electrode 135 is removed from the pedestal 132, the upper and lower sides are replaced, the worn part is inserted into the recess 133 of the pedestal 132, and the non-consumed part is exposed in the anode electrode 131, it can be reused. Use is a one-time use, and most of the cathode electrode 135 is not used.
The coaxial arc vapor deposition source is described in the following patent document, for example.
JP 2006-83431 A

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、カソード電極の使用効率の高い蒸着源と、その蒸着源を使用した蒸着装置を提供することにある。   The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide a vapor deposition source with high use efficiency of the cathode electrode and a vapor deposition apparatus using the vapor deposition source. .

上記課題を解決するため、本発明は筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内部に配置された棒状のカソード電極と、前記カソード電極の先端の外周に着脱可能に配置された絶縁部材と、前記絶縁部材に配置されたトリガ電極とを有し、前記トリガ電極と前記カソード電極の間に生じたトリガ放電によって、前記カソード電極と前記アノード電極の間にアーク放電が誘起され、前記カソード電極から蒸着材料の蒸気が生成され、前記蒸着材料の蒸気が前記アノード電極の開口から放出される蒸着源であって、前記アノード電極内には台座が配置され、前記カソード電極は、前記アノード電極内で前記アノード電極の中心軸線と平行に配置され、前記カソード電極の一端部は、先端が前記開口に向けられ、他端部は、保持装置に着脱可能に保持され、前記保持装置は、前記台座に着脱可能に保持され、前記保持装置と前記台座は密着され、前記カソード電極と前記保持装置とは、前記中心軸線と平行な方向に、アノード電流が流れるのに必要な最短長さ以上密着され、前記保持装置は、分離可能な第一、第二の保持部を有し、前記第一、第二の保持部は前記カソード電極の側面に密着され、前記カソード電極を挟んで保持するように構成された蒸着源である。
本発明は蒸着源であって、前記保持装置と前記台座を密着させる第一の締結装置と、前記カソード電極と前記保持装置を密着させる第二の締結装置を有する蒸着源である。
本発明は蒸着源であって、前記カソード電極は、柱状の蒸発部と、前記蒸発部よりも小径の柱状の支持部を有し、前記第一、第二の保持部は、前記支持部の側面に密着されるように構成された蒸着源である。
本発明は蒸着装置であって、真空槽と、前記蒸着源とを有し、前記蒸着源から前記真空槽内に、前記蒸着材料の蒸気が放出されるように構成された蒸着装置である。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a cylindrical anode electrode, a rod-shaped cathode electrode disposed inside the anode electrode, an insulating member detachably disposed on the outer periphery of the tip of the cathode electrode, A trigger electrode disposed on the insulating member, and an arc discharge is induced between the cathode electrode and the anode electrode by a trigger discharge generated between the trigger electrode and the cathode electrode; A vapor deposition source in which vapor of a vapor deposition material is generated and vapor of the vapor deposition material is released from an opening of the anode electrode, wherein a pedestal is disposed in the anode electrode, and the cathode electrode is disposed in the anode electrode. Arranged parallel to the central axis of the anode electrode, one end of the cathode electrode is pointed at the opening and the other end is detachable from the holding device The holding device is detachably held on the pedestal, the holding device and the pedestal are in close contact with each other, and an anode current flows in a direction parallel to the central axis line between the cathode electrode and the holding device. The holding device has first and second holding parts that can be separated, and the first and second holding parts are in close contact with the side surface of the cathode electrode, A vapor deposition source configured to hold the cathode electrode therebetween .
This invention is a vapor deposition source, Comprising: The vapor deposition source which has the 1st fastening apparatus which closely_contact | adheres the said holding | maintenance apparatus and the said base, and the 2nd fastening apparatus which closely_contact | adheres the said cathode electrode and the said holding | maintenance apparatus.
The present invention is a vapor deposition source, wherein the cathode electrode includes a columnar evaporation section and a columnar support section having a smaller diameter than the evaporation section, and the first and second holding sections are provided on the support section. It is the vapor deposition source comprised so that it might closely_contact | adhere to a side surface.
This invention is a vapor deposition apparatus, Comprising: It has a vacuum chamber and the said vapor deposition source, It is a vapor deposition device comprised so that the vapor | steam of the said vapor deposition material might be discharge | released in the said vacuum chamber from the said vapor deposition source.

蒸着材料を少しずつ繰り出して使用することができるから、蒸着材料の使用効率が高い。   Since the vapor deposition material can be used little by little, the use efficiency of the vapor deposition material is high.

本発明の蒸着装置を図面を用いて説明する。
図１の符号１は、本発明の蒸着装置を示している。この蒸着装置１は、真空槽２を有しており、真空槽２内部には、本発明の一例の蒸着源３が配置されている。
図２(ｂ)は、この蒸着源３の平面図であり、同図(ａ)は、同図(ｂ)のＡ−Ａ線截断面図に相当する。 The vapor deposition apparatus of this invention is demonstrated using drawing.
The code | symbol 1 of FIG. 1 has shown the vapor deposition apparatus of this invention. The vapor deposition apparatus 1 includes a vacuum chamber 2, and a vapor deposition source 3 according to an example of the present invention is disposed inside the vacuum chamber 2.
FIG. 2B is a plan view of the vapor deposition source 3, and FIG. 2A corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

この蒸着源３は、筒状のアノード電極３１を有している。アノード電極３１の一端には板状のアノードベース３４が配置され、他端は開放され、開口３９が形成されている。
アノードベース３４のアノード電極３１内部側の表面には、絶縁性のベース碍子４９が配置されており、該ベース碍子４９上には台座３２が配置されている。
アノード電極３１の内部には、蒸着材料が棒状に成形されて成るカソード電極３５が配置されている。 The vapor deposition source 3 has a cylindrical anode electrode 31. A plate-like anode base 34 is disposed at one end of the anode electrode 31, and the other end is opened to form an opening 39.
An insulating base insulator 49 is disposed on the surface of the anode base 34 inside the anode electrode 31, and a pedestal 32 is disposed on the base insulator 49.
Inside the anode electrode 31 is disposed a cathode electrode 35 made of a vapor deposition material formed into a rod shape.

台座３２は、アノード電極３１の開口３９側の面に凹部３３が形成されている。カソード電極３５の一端は、保持装置４０に保持されており、カソード電極３５の他端がアノード電極３１の開口３９に向けられた状態で、保持装置４０は、台座３２の凹部３３内に配置されている。   The pedestal 32 has a recess 33 formed on the surface of the anode electrode 31 on the opening 39 side. One end of the cathode electrode 35 is held by the holding device 40, and the holding device 40 is disposed in the recess 33 of the pedestal 32 with the other end of the cathode electrode 35 facing the opening 39 of the anode electrode 31. ing.

カソード電極３５とアノード電極３１の中心軸線は一致されており、カソード電極３５の保持装置４０とは反対側の端部は開口３９に向けられている。カソード電極３５の周囲には、絶縁部材である絶縁円筒４４が環装されており、カソード電極３５は絶縁円筒４４の内部に挿入された状態になっている。カソード電極３５の先端は、絶縁円筒４４の端部と同程度の高さに配置されている。カソード電極３５の先端は、アノード電極３１内に位置している。
絶縁円筒４４の外周には、トリガ電極３７が配置されている。ここではトリガ電極３７は円筒であり、絶縁円筒４４の外周に環装されている。 The central axes of the cathode electrode 35 and the anode electrode 31 coincide with each other, and the end of the cathode electrode 35 opposite to the holding device 40 is directed to the opening 39. An insulating cylinder 44 that is an insulating member is provided around the cathode electrode 35, and the cathode electrode 35 is inserted into the insulating cylinder 44. The tip of the cathode electrode 35 is disposed at the same height as the end of the insulating cylinder 44. The tip of the cathode electrode 35 is located in the anode electrode 31.
A trigger electrode 37 is disposed on the outer periphery of the insulating cylinder 44. Here, the trigger electrode 37 is a cylinder, and is wrapped around the outer periphery of the insulating cylinder 44.

図３(ａ)〜(ｄ)は、カソード電極３５と保持装置４０を説明するための図面である。同図(ｂ)は、カソード電極３５を示しており、同図(ａ)は、カソード電極３５が保持装置４０内に挿入された状態を示している。   3A to 3D are diagrams for explaining the cathode electrode 35 and the holding device 40. FIG. FIG. 2B shows the cathode electrode 35, and FIG. 2A shows a state where the cathode electrode 35 is inserted into the holding device 40.

カソード電極３５は、円柱形状の蒸発部４５と、蒸発部４５よりも小径の円柱形状の支持部４６を有している。蒸発部４５と支持部４６の中心軸線は一致するようにして、支持部４６の上端が蒸発部４５の底面に接続されている。蒸発部４５と支持部４６は、蒸着材料で構成されている。   The cathode electrode 35 includes a columnar evaporation section 45 and a columnar support section 46 having a smaller diameter than the evaporation section 45. The upper end of the support portion 46 is connected to the bottom surface of the evaporation portion 45 so that the central axes of the evaporation portion 45 and the support portion 46 coincide with each other. The evaporation part 45 and the support part 46 are comprised with the vapor deposition material.

保持装置４０の構造を説明すると、保持装置４０は、分離可能な第一、第二の保持部４１、４２を有している。第一、第二の保持部４１、４２は、カソード電極３５の側面にそれぞれ当接可能な形状に成形されており、ここでは、第一、第二の保持部４１、４２は、カソード電極３５の支持部４６の外周と同程度の半径の円周に沿った曲面６５、６６をそれぞれ有しており、第一、第二の保持部４１、４２がカソード電極３５の支持部４６に当接されると、互いに密着するように構成されている。   The structure of the holding device 40 will be described. The holding device 40 has first and second holding portions 41 and 42 that can be separated. The first and second holding portions 41 and 42 are formed in shapes that can contact the side surfaces of the cathode electrode 35. Here, the first and second holding portions 41 and 42 are formed of the cathode electrode 35. The first and second holding portions 41 and 42 are in contact with the support portion 46 of the cathode electrode 35, respectively. Then, they are configured to be in close contact with each other.

第一、第二の保持部４１、４２のカソード電極３５の支持部４６の円周に沿った方向の合計長さは、カソード電極３５の外周よりも短く、第一、第二の保持部４１、４２は、両方一緒にカソード電極３５に密着できる。
第一、第二の保持部４１、４２の、カソード電極３５の中心軸線に沿った方向の長さは、蒸発部４５の長さと同じか、それよりも長くされており、後述するようにカソード電極３５を繰り出したときに、蒸発部４５を可及的に使用可能にされている。 The total length of the first and second holding portions 41 and 42 in the direction along the circumference of the support portion 46 of the cathode electrode 35 is shorter than the outer periphery of the cathode electrode 35, and the first and second holding portions 41 are arranged. , 42 can be in close contact with the cathode electrode 35 together.
The lengths of the first and second holding portions 41 and 42 in the direction along the central axis of the cathode electrode 35 are the same as or longer than the length of the evaporation portion 45, and will be described later. When the electrode 35 is unwound, the evaporating unit 45 can be used as much as possible.

図３(ｃ)は、第一、第二の保持部４１、４２を分離した状態の保持装置４０を示している。第一、第二の保持部４１、４２の一方には、ねじ穴５１が形成されて、他方には、ねじ溝の無い貫通孔５２が形成されている。
第一、第二の保持部４１、４２をカソード電極３５の支持部４６に密着させ、第一、第二の保持部４１、４２のねじ穴５１と貫通孔５２を連通させた状態で、貫通孔５２側からねじ５５を挿入し、ねじ頭を貫通孔５２の内部の突出部（不図示）に当接させた状態で、ねじ５５先端をねじ穴５１にねじ込むと、第一、第二の保持部４１、４２は、互いに逆方向から、カソード電極３５の支持部４６を圧縮するように押圧し、カソード電極３５の支持部４６の側面と第一、第二の保持部４１、４２の側面とが密着する。従って、この蒸着源３では、貫通孔５２と、貫通孔５２内部の突出部と、ねじ穴５１と、ねじ５５とで、カソード電極３５を保持装置４０に密着させる第二の締結装置が構成される。 FIG. 3C shows the holding device 40 in a state where the first and second holding portions 41 and 42 are separated. A screw hole 51 is formed in one of the first and second holding portions 41 and 42, and a through hole 52 without a screw groove is formed in the other.
The first and second holding portions 41 and 42 are in close contact with the support portion 46 of the cathode electrode 35, and the through holes 52 and the through holes 52 of the first and second holding portions 41 and 42 are communicated with each other. When the screw 55 is inserted from the hole 52 side, and the tip of the screw 55 is screwed into the screw hole 51 in a state where the screw head is in contact with the protruding portion (not shown) inside the through hole 52, the first and second The holding parts 41 and 42 are pressed from opposite directions so as to compress the support part 46 of the cathode electrode 35, and the side face of the support part 46 of the cathode electrode 35 and the side faces of the first and second holding parts 41 and 42. And adhere closely. Therefore, in this vapor deposition source 3, the second fastening device for bringing the cathode electrode 35 into close contact with the holding device 40 is configured by the through hole 52, the protruding portion inside the through hole 52, the screw hole 51, and the screw 55. The

カソード電極３５が保持装置４０に密着した状態では、カソード電極３５と保持装置４０の間は、電気的に低抵抗である。
第一、第二の保持部４１、４２の外周も円形に湾曲しており、第一、第二の保持部４１、４２によってカソード電極３５の支持部４６を保持した状態では、外形は円柱形状になっている。 When the cathode electrode 35 is in close contact with the holding device 40, the resistance between the cathode electrode 35 and the holding device 40 is electrically low.
The outer peripheries of the first and second holding portions 41 and 42 are also curved in a circular shape, and in the state where the support portion 46 of the cathode electrode 35 is held by the first and second holding portions 41 and 42, the outer shape is a cylindrical shape. It has become.

保持装置４０は、台座３２の凹部３３と同形状であって、凹部３３内に挿入可能な支持台４３を有している。ここでは、台座３２の凹部３３は円柱形状であり、支持台４３も円盤形状を含む円柱形状である。   The holding device 40 has the same shape as the concave portion 33 of the pedestal 32 and has a support base 43 that can be inserted into the concave portion 33. Here, the recess 33 of the base 32 has a cylindrical shape, and the support base 43 also has a cylindrical shape including a disk shape.

第一、第二の保持部４１、４２のうち、一方(ここでは第一の保持部４１)が、保持部のカソード電極３５と密着する曲面６５の円の中心軸線が、支持台４３の中心軸線と一致するように、支持台４３の表面上に立設されている。   The central axis of the circle of the curved surface 65 in which one of the first and second holding portions 41, 42 (here, the first holding portion 41) is in close contact with the cathode electrode 35 of the holding portion is the center of the support base 43. It is erected on the surface of the support base 43 so as to coincide with the axis.

第一、第二の保持部４１、４２をねじ止め固定するねじ５５は、ねじ頭が貫通孔５２内に位置しており、従って、第一、第二の保持部４１、４２の外周からはねじ５５が突出しないようにされている。   The screw 55 for screwing and fixing the first and second holding portions 41 and 42 has a screw head located in the through hole 52. Therefore, from the outer periphery of the first and second holding portions 41 and 42, The screw 55 is prevented from protruding.

第一、第二の保持部４１、４２がカソード電極３５を挟んだ状態では、第一、第二の保持部４１、４２の外形の直径は、支持台４３の直径と同じ大きさであり、従って、側面に突出部の無い一個の円柱が形成される。   In the state where the first and second holding portions 41 and 42 sandwich the cathode electrode 35, the outer diameter of the first and second holding portions 41 and 42 is the same as the diameter of the support base 43, Accordingly, a single cylinder having no protrusion on the side surface is formed.

台座３２の凹部３３は、その円柱と略同径の円柱状の穴であり、カソード電極３５を保持した状態の保持装置４０は、台座３２の凹部３３内に配置されている。カソード電極３５は、アノード電極３１の開口３９側に向けられている。
台座３２の凹部３３が形成された位置には、凹部３３の壁面を厚み方向に貫通するねじ穴５９が形成されている。ねじ穴５９の延長線上には、保持装置４０の支持台４３が位置しており、ねじ穴５９にねじ５８の先端部をねじ込むと、ねじ５８の先端部は支持台４３の側面に当接され、更にねじ込むと、支持台４３を押圧するようになっている。 The recess 33 of the pedestal 32 is a cylindrical hole having substantially the same diameter as the cylinder, and the holding device 40 holding the cathode electrode 35 is disposed in the recess 33 of the pedestal 32. The cathode electrode 35 is directed to the opening 39 side of the anode electrode 31.
A screw hole 59 that penetrates the wall surface of the recess 33 in the thickness direction is formed at the position where the recess 33 of the base 32 is formed. The support base 43 of the holding device 40 is positioned on the extension line of the screw hole 59. When the tip end of the screw 58 is screwed into the screw hole 59, the tip end of the screw 58 is brought into contact with the side surface of the support base 43. Further, when the screw is further screwed in, the support base 43 is pressed.

押圧された支持台４３は、ねじ５８先端が当接された場所とは反対側の面が、台座３２の凹部３３の内周側面に押圧され、台座３２と保持装置４０は密着するように構成されている。従って、この蒸着源３では、ねじ５８とねじ穴５９とを有する第一の締結装置によって保持装置４０と台座３２とが密着する。
台座３２と保持装置４０は、金属等の導電性を有する材料で形成されており、互いに密着された状態では、台座３２と保持装置４０の間は電気的に低抵抗である。
真空槽２の外部には電源装置５が配置されている。 The pressed support base 43 is configured such that the surface opposite to the place where the tip of the screw 58 abuts is pressed against the inner peripheral side surface of the recess 33 of the base 32 so that the base 32 and the holding device 40 are in close contact with each other. Has been. Therefore, in the vapor deposition source 3, the holding device 40 and the pedestal 32 are brought into close contact with each other by the first fastening device having the screw 58 and the screw hole 59.
The pedestal 32 and the holding device 40 are formed of a conductive material such as metal, and when in close contact with each other, the resistance between the pedestal 32 and the holding device 40 is electrically low.
A power supply device 5 is disposed outside the vacuum chamber 2.

台座３２の裏面側には、配線部材３６が接続されており、配線部材３６は、絶縁部材６１、６２によって真空槽２と絶縁された状態で、真空槽２の外部に気密に導出され、電源装置５に接続されている。従って、カソード電極３５は、配線部材３６と、台座３２と、保持装置４０を介して、電源装置５に接続されている。   A wiring member 36 is connected to the back side of the pedestal 32, and the wiring member 36 is airtightly led out of the vacuum chamber 2 while being insulated from the vacuum chamber 2 by the insulating members 61 and 62. It is connected to the device 5. Therefore, the cathode electrode 35 is connected to the power supply device 5 via the wiring member 36, the pedestal 32, and the holding device 40.

真空槽２とアノードベース３４には、外周がセラミックスで絶縁被覆された配線６４が気密に挿通されており、トリガ電極３７は、この配線６４により、真空槽２やアノードベース３４とは絶縁された状態で、電源装置５に接続されている。
アノード電極３１は真空槽２と共に接地電位に接続されており、電源装置５により、カソード電極３５にはアノード電極３１に対して負の高電圧が印加され、トリガ電極３７にはカソード電極３５よりも接地電位に近い負電圧が印加されるように構成されている。 The vacuum chamber 2 and the anode base 34 are hermetically inserted with a wiring 64 whose outer periphery is insulated with ceramics. The trigger electrode 37 is insulated from the vacuum chamber 2 and the anode base 34 by the wiring 64. In the state, it is connected to the power supply device 5.
The anode electrode 31 is connected to the ground potential together with the vacuum chamber 2, a negative high voltage is applied to the cathode electrode 35 with respect to the anode electrode 31 by the power supply device 5, and the trigger electrode 37 is more than the cathode electrode 35. A negative voltage close to the ground potential is applied.

真空槽２には真空排気系９が接続されており、真空排気系９によって真空槽２内を真空雰囲気にし、電源装置５によって、カソード電極３５に負の高電圧を印加した状態で、トリガ電極３７に、負電圧をパルス状に印加すると、トリガ電極３７とカソード電極３５の先端の間にトリガ放電が発生し、それにより、アノード電極３１の内周面とカソード電極３５の先端の間にアーク放電が誘起され、カソード電極３５にアーク電流が流れる。   An evacuation system 9 is connected to the vacuum chamber 2, and the trigger electrode is applied in a state where the vacuum chamber 2 is evacuated by the evacuation system 9 and a negative high voltage is applied to the cathode electrode 35 by the power supply device 5. When a negative voltage is applied to 37 in a pulsed manner, a trigger discharge is generated between the trigger electrode 37 and the tip of the cathode electrode 35, thereby causing an arc between the inner peripheral surface of the anode electrode 31 and the tip of the cathode electrode 35. Discharge is induced and an arc current flows through the cathode electrode 35.

カソード電極３５を構成する蒸着材料はアーク電流によって溶融・蒸発し、カソード電極３５の先端から蒸着材料の蒸気と電子が放出される。
このとき、カソード電極３５と、保持装置４０と、台座３２を流れるアノード電流によって磁場が形成され、アノード電極３１内の電子は、アーク電流が形成する磁場から力を受け、アノード電極３１の開口３９から真空槽２内に放出される。蒸着材料の蒸気中に含まれる電荷質量比(電荷質量比＝電荷／質量)が大きな正電荷の微小粒子は、電子に引き付けられてアノード電極３１の開口３９から真空槽２内に放出されるが、電荷質量比が小さな巨大粒子や中性粒子は、アノード電極３１の内周面に衝突し、アノード電極３１の開口３９から放出されない。 The vapor deposition material constituting the cathode electrode 35 is melted and evaporated by an arc current, and vapor and electrons of the vapor deposition material are emitted from the tip of the cathode electrode 35.
At this time, a magnetic field is formed by the anode current flowing through the cathode electrode 35, the holding device 40, and the pedestal 32, and electrons in the anode electrode 31 receive a force from the magnetic field formed by the arc current, and the opening 39 of the anode electrode 31. To the vacuum chamber 2. The positively charged fine particles having a large charge mass ratio (charge mass ratio = charge / mass) contained in the vapor of the vapor deposition material are attracted to electrons and released from the opening 39 of the anode electrode 31 into the vacuum chamber 2. Large particles or neutral particles having a small charge-mass ratio collide with the inner peripheral surface of the anode electrode 31 and are not emitted from the opening 39 of the anode electrode 31.

真空槽２内のアノード電極３１の開口３９に面する位置には基板ホルダ８が配置されている。基板ホルダ８には、成膜対象物である基板７が配置されており、真空槽２の内部に放出された微小荷電粒子は、基板７表面に到達すると、基板７表面に薄膜が成長する。   A substrate holder 8 is disposed at a position facing the opening 39 of the anode electrode 31 in the vacuum chamber 2. A substrate 7 that is a film formation target is disposed on the substrate holder 8, and when the minute charged particles released into the vacuum chamber 2 reach the surface of the substrate 7, a thin film grows on the surface of the substrate 7.

真空槽２内に磁力線形成装置（不図示）が配置されており、アノード電極３１の開口３９から放出された電子の飛行方向が曲げられる場合は、曲げられた電子の飛行方向に基板ホルダ８が配置されており、正電荷の微小粒子は電子に引き付けられ、基板ホルダ８に配置された基板７表面に到達し、薄膜を成長させる。   When a magnetic force line forming device (not shown) is arranged in the vacuum chamber 2 and the flight direction of electrons emitted from the opening 39 of the anode electrode 31 is bent, the substrate holder 8 is placed in the flight direction of the bent electrons. The positively charged fine particles are attracted to electrons and reach the surface of the substrate 7 disposed on the substrate holder 8 to grow a thin film.

アーク電流は、電源装置５内のコンデンサ(２２００μＦ)から供給されており、コンデンサの放電が終了するとアーク電流は停止する。アーク電流の大きさは、ピーク値が１４００〜２０００Ａ、流れる時間は１ミリ秒程度である。
コンデンサを再充電した後、トリガ放電を発生させると、アーク電流が再度流れ、薄膜が成長する。
このように、アーク電流を複数回流し、基板７表面に薄膜を成長させると、カソード電極３５の先端が蒸発により後退し、絶縁円筒４４の先端から離れると、蒸気発生量は次第に減少する。 The arc current is supplied from a capacitor (2200 μF) in the power supply device 5, and the arc current stops when the discharge of the capacitor is completed. As for the magnitude of the arc current, the peak value is 1400 to 2000 A, and the flowing time is about 1 millisecond.
When trigger discharge is generated after the capacitor is recharged, arc current flows again and a thin film grows.
As described above, when a thin film is grown on the surface of the substrate 7 by flowing the arc current a plurality of times, the tip of the cathode electrode 35 is retracted by evaporation, and the amount of generated steam gradually decreases when the tip is separated from the tip of the insulating cylinder 44.

カソード電極３５から蒸着材料蒸気が放出される前の状態では、第一、第二の保持部４１、４２と、カソード電極３５との密着部分の、カソード電極３５の中心軸線に平行な方向の長さＬ0は、アノード電流が流れるために必要な長さ以上の長さであり、所定回数のアーク放電を発生させたら、一旦保持装置４０と共に台座３２から取り外し、保持装置４０を緩め、蒸発によって減少した分だけカソード電極３５を保持装置４０から繰り出し、その状態で保持装置４０を締め、カソード電極３５を保持装置４０に固定する。図３(ｄ)はその状態を示している。 In a state before vapor deposition material vapor is released from the cathode electrode 35, the length in the direction parallel to the central axis of the cathode electrode 35 of the first and second holding portions 41 and 42 and the cathode electrode 35 is in close contact. The length L 0 is longer than the length necessary for the anode current to flow, and once arc discharge has been generated a predetermined number of times, it is once removed from the pedestal 32 together with the holding device 40, and the holding device 40 is loosened and evaporated. The cathode electrode 35 is fed out from the holding device 40 by the reduced amount, and the holding device 40 is tightened in this state to fix the cathode electrode 35 to the holding device 40. FIG. 3D shows this state.

保持装置４０を、繰り出したカソード電極３５と共に台座３２の凹部３３に装着し、ねじ止め固定すると、図４に示すように、カソード電極３５の先端は絶縁円筒４４と略同程度の高さに戻り、再度アーク放電によって、所定量の蒸着材料の蒸気を放出できる状態になる。   When the holding device 40 is mounted on the recessed portion 33 of the pedestal 32 together with the extended cathode electrode 35 and fixed with screws, the tip of the cathode electrode 35 returns to a height substantially equal to that of the insulating cylinder 44 as shown in FIG. Then, a predetermined amount of vapor of the vapor deposition material can be released by arc discharge again.

第一、第二の保持部４１、４２とカソード電極３５とが密着する部分の長さを、カソード電極３５の中心軸線に平行な方向の長さで定義すると、更にカソード電極３５を使用し、カソード電極３５の先端が蒸発して後退した場合には、再度、保持装置４０と共にカソード電極３５を取り外し、カソード電極３５の蒸発部４５が無くなるか、支持部４６と第一、第二の保持部４１、４２の接触長さが減少して最短保持長さＬminになるまでカソード電極３５を保持装置４０から繰り出して使用することができる。 When the length of the portion where the first and second holding portions 41, 42 and the cathode electrode 35 are in close contact with each other is defined by the length in the direction parallel to the central axis of the cathode electrode 35, the cathode electrode 35 is used. When the tip of the cathode electrode 35 evaporates and retreats, the cathode electrode 35 is removed together with the holding device 40 again, and the evaporation portion 45 of the cathode electrode 35 is lost or the support portion 46 and the first and second holding portions are removed. The cathode electrode 35 can be extended from the holding device 40 and used until the contact length of 41 and 42 decreases to the shortest holding length L min .

要するに、本発明では、蒸発部４５が無くなるか、繰り出し後の密着部分の長さＬが、アノード電流が流れるのに必要な最短保持長さＬmin(Ｌmin＜Ｌ0)になるまで、カソード電極３５を繰り出して使用することができる(Ｌmin＜Ｌ＜Ｌ0)。繰り出した場合、支持部４６と支持台４３の間に隙間が形成される。 In short, according to the present invention, the cathode 45 is eliminated until the evaporation portion 45 is eliminated or the length L of the contact portion after feeding becomes the shortest holding length L min (L min <L 0 ) necessary for the anode current to flow. The electrode 35 can be extended and used (L min <L <L 0 ). When extended, a gap is formed between the support portion 46 and the support base 43.

このように、本発明によれば、カソード電極３５は、側面を絶縁円筒４４によって覆われており、カソード電極３５は側面ではなく、先端から蒸気を発生させるようになっている。   Thus, according to the present invention, the cathode electrode 35 is covered with the insulating cylinder 44 on the side surface, and the cathode electrode 35 generates steam from the tip instead of the side surface.

そして、保持装置４０とカソード電極３５との間を緩め、そして台座３２に保持装置４０を装着したときに、カソード電極３５の先端が、消耗前と同じ位置にあるように、カソード電極３５を繰り出した後に締め付け、保持装置４０で保持すると、カソード電極３５は、最大繰り出し可能な長さ(Ｌ0−Ｌmin)だけ使用することができるので、使用効率が向上し、カソード電極３５の寿命が長くなる。 Then, the space between the holding device 40 and the cathode electrode 35 is loosened, and when the holding device 40 is mounted on the pedestal 32, the cathode electrode 35 is extended so that the tip of the cathode electrode 35 is in the same position as before consumption. After tightening and holding with the holding device 40, the cathode electrode 35 can be used only for the maximum length (L 0 -L min ) that can be extended, so that the use efficiency is improved and the life of the cathode electrode 35 is extended. Become.

本発明は、蒸着材料が金や白金等の高価な材料の場合は特に有効である。
なお、上記カソード電極３５では、蒸発部４５に接続された小径の支持部４６を保持装置４０が保持したが、カソード電極３５の全体を径が一定の蒸発部４５で構成し、蒸発部４５を保持装置４０が保持するようにしてもよい。 The present invention is particularly effective when the vapor deposition material is an expensive material such as gold or platinum.
In the cathode electrode 35, the holding device 40 holds the small-diameter support portion 46 connected to the evaporation portion 45. However, the entire cathode electrode 35 is constituted by the evaporation portion 45 having a constant diameter, and the evaporation portion 45 is The holding device 40 may hold it.

上記例では保持装置４０は台座３２の凹部３３内に配置したが、台座３２に貫通孔を設け、保持装置４０を貫通孔内に配置してもよい。要するに、保持装置４０を台座３２に着脱可能に密着固定してアーク電流を流せればよい。   In the above example, the holding device 40 is disposed in the recess 33 of the pedestal 32. However, a through hole may be provided in the pedestal 32, and the holding device 40 may be disposed in the through hole. In short, the holding device 40 may be detachably adhered and fixed to the pedestal 32 so that an arc current can flow.

カソード電極３５と保持装置４０の間、及び、保持装置４０と台座３２の間は、ねじ５８によって密着させていたが、本発明では、それに限定されるものではなく、高温に耐え、カソード電極３５、保持装置４０、台座３２を着脱可能に固定でき、アノード電流を流せる程度に、カソード電極３５、保持装置４０、台座３２を互いに密着させる締結装置を広く用いることができる。   The cathode electrode 35 and the holding device 40 and the holding device 40 and the pedestal 32 are in close contact with each other by the screw 58. However, the present invention is not limited to this, and the cathode electrode 35 can withstand high temperatures. The fastening device that allows the holding device 40 and the pedestal 32 to be detachably fixed and allows the cathode electrode 35, the holding device 40, and the pedestal 32 to adhere to each other to such an extent that an anode current can flow can be widely used.

また、上記例では、アノード電極３１は円筒形であったが、本発明はそれに限定されるものではなく、多角筒状でもよい。
蒸着材料は円柱形状であったが、それに限定されるものではない。保持装置４０、台座３２についても、上記実施例で説明した形状に限定されるものではない。 In the above example, the anode electrode 31 has a cylindrical shape, but the present invention is not limited thereto, and may be a polygonal cylindrical shape.
The vapor deposition material has a cylindrical shape, but is not limited thereto. The holding device 40 and the pedestal 32 are not limited to the shapes described in the above embodiments.

本発明の蒸着装置を説明するための図面BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. (ａ)：本発明の蒸着源の内部構造を説明するための図２（ｂ）のＡ−Ａ線截断面図、（ｂ）：その蒸着源の平面図(a): AA line sectional view of FIG. 2 (b) for explaining the internal structure of the vapor deposition source of the present invention, (b): A plan view of the vapor deposition source. (ａ)〜(ｄ)：保持装置とカソード電極を説明するための図(a)-(d): The figure for demonstrating a holding | maintenance apparatus and a cathode electrode カソード電極を繰り出した状態を説明するための図The figure for explaining the state which extended the cathode electrode 従来技術の蒸着源を説明するための図Diagram for explaining a conventional vapor deposition source その蒸着源のカソード電極が消耗した状態を説明するための図The figure for explaining the state where the cathode electrode of the vapor deposition source is consumed

符号の説明Explanation of symbols

１……蒸着装置 ２……真空槽 ３……蒸着源 ３１……アノード電極 ３２……台座 ３５……カソード電極 ３７……トリガ電極 ３９……開口 ４０……保持装置 ４４……絶縁部材（絶縁円筒）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Deposition apparatus 2 ... Vacuum chamber 3 ... Deposition source 31 ... Anode electrode 32 ... Base 35 ... Cathode electrode 37 ... Trigger electrode 39 ... Opening 40 ... Holding device 44 ... Insulation member (insulation) Cylinder)

Claims (4)

筒状のアノード電極と、
前記アノード電極の内部に配置された棒状のカソード電極と、
前記カソード電極の先端の外周に着脱可能に配置された絶縁部材と、
前記絶縁部材に配置されたトリガ電極とを有し、前記トリガ電極と前記カソード電極の間に生じたトリガ放電によって、前記カソード電極と前記アノード電極の間にアーク放電が誘起され、前記カソード電極から蒸着材料の蒸気が生成され、前記蒸着材料の蒸気が前記アノード電極の開口から放出される蒸着源であって、
前記アノード電極内には台座が配置され、
前記カソード電極は、前記アノード電極内で前記アノード電極の中心軸線と平行に配置され、
前記カソード電極の一端部は、先端が前記開口に向けられ、
他端部は、保持装置に着脱可能に保持され、
前記保持装置は、前記台座に着脱可能に保持され、
前記保持装置と前記台座は密着され、
前記カソード電極と前記保持装置とは、前記中心軸線と平行な方向に、アノード電流が流れるのに必要な最短長さ以上密着され、
前記保持装置は、分離可能な第一、第二の保持部を有し、
前記第一、第二の保持部は前記カソード電極の側面に密着され、前記カソード電極を挟んで保持するように構成された蒸着源。 A cylindrical anode electrode;
A rod-like cathode electrode disposed inside the anode electrode;
An insulating member detachably disposed on the outer periphery of the tip of the cathode electrode;
A trigger electrode disposed on the insulating member, and an arc discharge is induced between the cathode electrode and the anode electrode by a trigger discharge generated between the trigger electrode and the cathode electrode; A vapor deposition source in which vapor of the vapor deposition material is generated and the vapor of the vapor deposition material is released from the opening of the anode electrode;
A pedestal is disposed in the anode electrode,
The cathode electrode is disposed in parallel with the central axis of the anode electrode in the anode electrode,
One end of the cathode electrode has a tip directed toward the opening,
The other end is detachably held by the holding device,
The holding device is detachably held on the pedestal,
The holding device and the pedestal are in close contact,
The cathode electrode and the holding device are in close contact with each other in the direction parallel to the central axis more than the minimum length necessary for the anode current to flow ,
The holding device has separable first and second holding portions,
The vapor deposition source configured such that the first and second holding portions are in close contact with a side surface of the cathode electrode and are held with the cathode electrode interposed therebetween . 前記保持装置と前記台座を密着させる第一の締結装置と、
前記カソード電極と前記保持装置を密着させる第二の締結装置を有する請求項１記載の蒸着源。 A first fastening device for closely contacting the holding device and the pedestal;
The vapor deposition source according to claim 1, further comprising a second fastening device that closely contacts the cathode electrode and the holding device. 前記カソード電極は、柱状の蒸発部と、前記蒸発部よりも小径の柱状の支持部を有し、前記第一、第二の保持部は、前記支持部の側面に密着されるように構成された請求項１又は２のいずれか１項記載の蒸着源。 The cathode electrode includes a columnar evaporation section and a columnar support section having a smaller diameter than the evaporation section, and the first and second holding sections are configured to be in close contact with the side surface of the support section. The vapor deposition source of any one of Claim 1 or 2 . 真空槽と、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸着源とを有し、前記蒸着源から前記真空槽内に、前記蒸着材料の蒸気が放出されるように構成された蒸着装置。 A vapor deposition comprising a vacuum chamber and the vapor deposition source according to any one of claims 1 to 3 , wherein vapor deposition of the vapor deposition material is released from the vapor deposition source into the vacuum chamber. apparatus.
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