JP5133359B2

JP5133359B2 - 蒸着源

Info

Publication number: JP5133359B2
Application number: JP2010020262A
Authority: JP
Inventors: 阿川　　義昭; 久美大浦
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP2010095801A

Description

本発明は蒸着源及び蒸着装置に係り、特に、いわゆる同軸型真空アーク蒸着源と、その蒸着源を用いた蒸着装置に関する。

薄膜は、従来より、半導体装置や液晶表示装置等の種々の分野に用いられており、スパッタリング装置や蒸着装置等の薄膜形成装置によって、金属薄膜や磁性薄膜等の多種の薄膜が形成されている。
それらのうち、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置は、高真空雰囲気で薄膜を形成できることから、近年注目されている技術である。

従来の蒸着装置の一例を図４の符号１０１に示す。この蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、真空槽１０２の内部天井側に配置された基板ホルダ１０３と、真空槽１０２の内部に、基板ホルダ１０３に対向するように配置された蒸着源１０５とを有している。

この蒸着源１０５の詳細な構成を図５に示す。この蒸着源１０５は、ステンレスが筒状に成形されてなるアノード電極１２３を有している。

図４に示すように、真空槽１０２の内部底面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するように、取付フランジ１５０が配置されている。取付フランジ１５０には、鉛直に配置された複数本の支柱１５１の下端が固定されており、支柱１５１の上端には、蒸着源１０５のアノード電極１２３が固定されている。

この蒸着源１０５は、図５に示すように板状のベースプレート１１９と、カソード電極１１２と、蒸着材料１１１と、トリガ電極１１３と絶縁碍子１１４とを有している。

上述したアノード電極１２３の内部側面には、円板状のベースプレート１１９の端部が固定されており、カソード電極１１２は、このベースプレート１１９と絶縁された状態で、ベースプレート１１９の表面側に配置されている。

蒸着材料１１１は、円柱状に形成された蒸発部分１１１ａと、一端が蒸発部分の底面に垂直に配置された棒状のねじ部１１１ｂとを有している。ねじ部１１１ｂの先端には、ねじが切られている。他方、カソード電極１１２の表面には、ねじ孔が設けられており、ねじ部１１１ｂ先端のねじにより、蒸着材料１１１はカソード電極１１２にねじ止め固定されている。

また、カソード電極１１２と蒸着材料１１１との間には、絶縁碍子１１４及びその周囲に配置されたリング状のトリガ電極１１３が配置されており、トリガ電極１１３は絶縁碍子１１４により、カソード電極１１２と蒸着材料１１１との両方と絶縁されている。このとき蒸着材料１１１、絶縁碍子１１４及びトリガ電極１１３の側面は、面一になっている。

上述したベースプレート１１９には、貫通孔が設けられており、その貫通孔には、円筒部分１１６ａと、その上部に配置されたリング状部分１１６ｂとを備えたスリーブ１１６が挿通されており、円筒部分１１６ａはベースプレート１１９の裏面側から露出している。露出した円筒部分１１６ａの周囲には、アルミナなどの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１１７が配置されている。スリーブ１１６の上には、上述したカソード電極１１２が配置されている。カソード電極１１２の下端は円筒部分１１６ａを挿通してベースプレート１１９の裏面側に露出している。カソード電極１１２の下端にはねじが切られており、そのねじがナット１１８でねじ止めされることにより、カソード電極１１２は、スリーブ１１６及びスリーブ押え１１７を挟み付けた状態で、ベースプレート１１９表面に固定されている。この状態で、カソード電極１１２の下端は、ベースプレート１１９の裏面側に露出している。

トリガ電極１１３には、トリガ配線１２１の一端が接続されている。トリガ配線１２１は、その周囲がトリガ配線碍子１２２によって被覆されている。
上述したベースプレート１１９には、その表裏を貫通する小孔が設けられ、トリガ配線１２１及びトリガ配線碍子１２２は、この小孔を気密に挿通されてベースプレート１１９の裏面側に引き出されている。

このように、トリガ配線１２１、カソード電極１１２、アノード電極１２３は、真空槽１０２の内部に収納され、これらのカソード電極１１２、トリガ配線１２１及びアノード電極１２３は、取付フランジ１５０を気密に挿通して配置された電流導入端子１６３₁、１６３₂、１６３₃の一端にそれぞれ接続されている。各電流導入端子１６３₁、１６３₂、１６３₃の他端は真空槽１０２の外部に露出しており、ともに真空槽１０２の外部に配置された電源装置１０６と接続されている。

この電源装置１０６はトリガ電源１３１とアーク電源１３２とを有している。トリガ電源１３１は、トリガ電極１１３に、蒸着材料１１１に対して正のパルス状の電圧を印加することができるように構成されている。他方、アーク電源１３２は、アノード電極１２３に対して、蒸着材料１１１に負の直流電圧を印加することができるように構成されている。

上記のような構成の蒸着装置１０１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽１０２内に基板１０４を搬入して、基板ホルダ１０３に保持させて蒸着源１０５と対向配置させておき、真空槽１０２内を高真空雰囲気にしておく。

次いで、アーク電源１３２により、アノード電極１２３に対して、蒸着材料１１１に負の直流電圧を印加しておく。その状態でトリガ電源１３１を起動し、トリガ電極１１３に正のパルス電圧を印加する。

すると、図６にその拡大図を示すように、蒸着材料１１１の側面１４４とトリガ電極１１３の側面１４２との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、蒸着材料の側面１４４から蒸着材料１１１の構成物質が蒸発し、蒸気や、イオンや電子等が発生する。

それらの蒸気、イオン、電子等によってアノード電極１２３内の圧力が上昇し、アノード電極１２３と蒸着材料１１１との間の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料１１１とアノード電極１２３との間でアーク放電が発生する。
アーク放電により、蒸着材料１１１が蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料の側面１４４からアノード電極１２３に向けて大量に放出される。

かかるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノード電極１２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１２３の開口部１２５方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極１２３に向けて放出された荷電微粒子１５１は、飛行方向が開口部１２５側に曲げられ、真空槽１０２内に放出され、開口部１２５に対向配置された基板１０４の表面に到達すると、基板１０４の表面に、薄膜が成長する。

蒸着材料の側面１４４からは、荷電微粒子１５１の他、電荷を有さない中性粒子１５２や、正電荷を有していても電荷量に比べて質量が大きい巨大粒子１５３もアノード電極１２３に向けて放出されるが、それらの中性粒子１５２や巨大粒子１５３は、アノード電極１２３内の磁場による力をほとんど受けないため、そのまま直進し、アノード電極１２３の内周面に衝突し、大部分はそこに付着する。
このため、基板１０４表面には、質量が小さい荷電微粒子１５１のみが到達できるので、その結果、基板１０４表面に、結晶性の優れた薄膜を形成できる。

上述した蒸着材料１１１は蒸発して消耗するため、長期間使用するとトリガ放電が生じなくなり、使用できなくなる。そのときには、蒸着材料１１１を新しいものと交換する必要がある。

図７(ａ)、(ｂ)に、蒸着材料１１１や、絶縁碍子１１４の拡大断面図を示す。図７(ａ)は使用前の新しい状態の蒸着材料等を示しており、同図(ｂ)は、交換必要な状態の蒸着材料等を示している。

上述した絶縁碍子１１４は、トリガ碍子１１４ｃと、ハット型碍子１１４ａとを有している。
トリガ碍子１１４ｃは、リング状に形成され、カソード電極１１２の表面に配置されている。

ハット型碍子１１４ａは、円筒状の内筒部分１１４ａ₁と、その底面に形成されたフランジ部分１１４ａ₂とを備えている。内筒部分１１４ａ₁は、フランジ部分１１４ａ₂が上方に位置した状態でトリガ電極１１３の中空内部に挿通されている。この内筒部分１１４ａ₁は、外径が円筒状のトリガ電極１１３の内径と等しく、かつその高さがトリガ電極１１３の高さと等しくなっており、内筒部分１１４ａ₁はトリガ電極１１３の内部に納まっている。

かかるハット型碍子１１４ａの内部中空及びトリガ碍子１１４ｃの内部中空とカソード電極１１２の孔は連通しており、その内部には、蒸着材料１１１のねじ部１１１ｂが挿通されている。トリガ碍子１１４ｃ、フランジ部分１１４ａ₂、トリガ電極１１３及び蒸発部分１１１ａの外径は互いに等しくなっており、これらの側面は面一になっている。

上述したように、蒸着材料１１１はその側面から蒸発するが、トリガ電極１１３近傍の蒸着材料１１１の側面では、トリガ放電によって生じた荷電微粒子の空間密度は均一ではなく、トリガ電極近傍の位置における荷電微粒子の空間密度は、トリガ電極から離れた位置における荷電微粒子の空間密度に比して大きい。従って、アーク電流は、トリガ電極近傍に位置する蒸着材料１１１の側面において大きく流れ、その結果、蒸着材料１１１は、図７(ｂ)に示すように、トリガ電極近傍のごく一部の側面でその大部分が蒸発して消耗することになる。この場合、ねじ部１１１ｂ等はほとんど消耗しないが、蒸着材料１１１を交換する際には、このようにほとんど消耗しないねじ部１１１ｂまで含めた蒸着材料１１１全体を交換しなければならなかった。

また、図７(ｂ)に示すように、ハット型碍子１１４ａも放電により消耗するが、このハット型碍子１１４ａも、トリガ電極１１３近傍に位置するフランジ部分１１４ａ₂のみが消耗し、トリガ電極１１３内部に配置される円筒部１１４ａはほとんど消耗しないにも関わらず、その円筒部１１４ａを含めたハット型碍子１１４ａ全体を交換しなければならない。

さらに、放電により、蒸着材料の一部は、トリガ配線碍管１２２の表面に付着する。蒸着装置を長期間使用すると、付着した蒸着材料の付着量が増え、蒸着材料がベースプレートとトリガ配線の両方に付着すると、ベースプレート及びトリガ配線が、その蒸着材料を介して電気的に接続されてしまうことがある。ベースプレート１１９はアノード電極１２３に直接接触し、互いに電気的に接続されているので、絶縁されるべきトリガ電極１１３とアノード電極１２３とが短絡するという不都合が生じてしまう。

特開２０００−３０３１６６号公報

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、同軸型真空アーク蒸着源のメンテナンスのコストを低減する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、開口を有する筒状のアノード電極と、端部が前記アノード電極の内部壁面に固定された状態で、前記アノード電極内に配置された板状のベースプレートと、カソード電極と、前記カソード電極に接続された状態で前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料近傍に配置されたトリガ電極と、前記トリガ電極に接続されたトリガ配線とを有し、前記カソード電極と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発して、前記開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記ベースプレートの前記アノード電極で取り囲まれた部分には、トリガ配線用貫通孔が形成され、前記トリガ配線は、絶縁碍管に挿通され、前記絶縁碍管は、前記ベースプレートと前記アノード電極には非接触で、前記トリガ配線用貫通孔に挿通された蒸着源である。
本発明は、前記トリガ電極は前記開口と前記ベースプレートとの間に位置し、前記トリガ放電と前記アーク放電は、前記アノード電極内の前記開口と前記ベースプレートの間で発生する蒸着源である。
本発明は、前記ベースプレートには、カソード電極用貫通孔が形成され、前記カソード電極は前記カソード電極用貫通孔に挿通され、前記トリガ配線用貫通孔は、前記カソード用貫通孔と前記アノード電極の内部側面との間に形成された蒸着源である。
本発明は、前記トリガ配線用貫通孔は前記アノード電極内周面から離間した位置に形成された蒸着源である。
本発明は、前記絶縁碍管は交換可能に構成された蒸着源である。

本発明の蒸着源によれば、蒸着材料は、構成物質が主に蒸発する部分である主蒸発部分と、主蒸発部分に比して構成物質の蒸発量が少ない部分である従蒸発部分とを有し、主蒸発部分は、従蒸発部分に対して交換可能に構成されている。

このため、主蒸発部分のみが蒸発して消耗しても、蒸着材料全体を交換しなければならなかった従来と異なり、従蒸発部分は交換せずに、主蒸発部分のみを交換することにより、蒸着材料の交換に要するコストを低減できる。

なお、本発明の蒸着源において、蒸着材料とトリガ電極との間に配置された絶縁部材を有し、この絶縁部材は放電により主として消耗する部分である主消耗部分と、主消耗部分に比して消耗する量が少ない部分である従消耗部分とを備え、主消耗部分は、蒸着材料の従蒸発部分を前記電極から取り外した状態で交換可能に構成してもよい。

このように構成することにより、主消耗部分のみが蒸発して消耗しても、絶縁部材全体を交換しなければならなかった従来と異なり、従消耗部分は交換せずに、主消耗部分のみを交換することにより、交換に要するコストを低減できる。

また、本発明の蒸着源において、筒状のアノード電極と、ベースプレートと、トリガ配線とを有し、ベースプレートの端部の一部は、アノード電極の内部壁面と非接触であり、トリガ配線は、ベースプレートの端部の一部とアノード電極の内部壁面との間の空隙を通ってベースプレートの表面側から裏面側に位置するように構成してもよい。

このように構成することにより、トリガ配線とベースプレートとの間の距離を大きくとることができるので、蒸着源を長期間使用し、カソードターゲットの構成物質がトリガ配線に付着し、その付着量が多くなっても、ベースプレートにはほとんど接触しないようになるので、トリガ配線とベースプレートとが構成物質を介して短絡しにくくなる。また、トリガ配線の周囲を絶縁碍管で被覆した場合には、トリガ配線とベースプレートとの間の距離が大きくなることにより、従来に比してその絶縁碍管の交換を容易にすることができる。
また、本発明の蒸着装置によれば、本発明の蒸着源を備えているので、蒸着源のメンテナンスに要するコストや手間を軽減することができる。

同軸型アーク蒸着源のターゲット交換等のメンテナンスに要するコストを低減できる。

本発明の一実施形態の蒸着装置を説明する断面図本発明の一実施形態の蒸着源を説明する断面図 (ａ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を説明する第１の図 (ｂ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を説明する第２の図 (ｃ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を説明する第３の図 (ｄ)：本発明の一実施形態の蒸着材料交換の際の手順を説明する第４の図従来の蒸着装置を説明する断面図従来の蒸着源を説明する断面図蒸着源の蒸発状態を説明する図 (ａ)：従来の蒸着源の構成を説明する断面図 (ｂ)：従来の蒸着源の動作を説明する断面図

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１(ａ)の符号１は本発明の蒸着装置であり、真空槽２を有している。真空槽２内部には、基板ホルダ３と、同軸型真空アーク方式の蒸着源５とが配置されている。

本発明の一実施形態の蒸着装置を図１の符号１に示す。この蒸着装置１は、真空槽２と、真空槽２の内部天井側に配置された基板ホルダ３と、真空槽２の内部底面に、基板ホルダ３に対向するように配置された蒸着源５とを有している。

この蒸着源５の詳細な構成を図２に示す。この蒸着源５は、ステンレスが円筒状に成形されてなるアノード電極２３を有している。
真空槽２の内部底面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するように、取付フランジ５０が配置されている。取付フランジ５０には、鉛直に配置された支柱５１の下端が固定されており、その上端には、蒸着源５のアノード電極２３が固定されている。

この蒸着源５は、板状のベースプレート１９と、カソード電極１２と、蒸着材料１１と、トリガ電極１３と絶縁碍子１４とを有している。
上述したアノード電極２３の内部には、その外径がアノード電極２３の内径に等しく、円板状に形成された金属製のベースプレート１９が取り付けられており、カソード電極１２は、このベースプレート１９と絶縁された状態で、ベースプレート１９の表面側に配置されている。

蒸着材料１１は、リング状の主蒸発部分１１ａと、従蒸発部分１１ｂとを有している。この従蒸発部分１１ｂは、軸部１１ｂ₁と、その一端に固定されたフランジ部１１ｂ₂を備え、軸部１１ｂ₁は主蒸発部分１１ａを挿通して配置されている。この軸部１１ｂ₁の他端にはねじが切られている。他方、カソード電極１２の表面にはねじ孔が設けられ、軸部１１ｂ₁先端がこのねじ孔に締め付けられることで、蒸着材料１１はカソード電極１２にねじ止め固定されている。

カソード電極１２と蒸着材料１１との間には、本発明の絶縁部材の一例である絶縁碍子１４と、その周囲に配置されたリング状のトリガ電極１３とが配置されており、トリガ電極１３、絶縁碍子１４及び蒸着材料１１の側面は面一になっている。この状態で、トリガ電極１３は絶縁碍子１４により、カソード電極１２と蒸着材料１１との両方と電気的に絶縁されている。

上述したベースプレート１９には、貫通孔が設けられており、その貫通孔には、円筒部分１６ａと、その上部に配置されたリング状部分１６ｂとを備えたスリーブ１６が挿通され、この円筒部分１６ａはベースプレート１９の裏面側から露出している。露出した円筒部分１６ａの周囲には、アルミナなどの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１７が配置されている。スリーブ１６の上には、上述したカソード電極１２が配置されている。カソード電極１２の下端は円筒部分１６ａを挿通してベースプレート１９の裏面側に突出している。カソード電極１２の下端にはねじが切られており、そのねじがナット１８でねじ止めされることにより、カソード電極１２は、スリーブ１６及びスリーブ押え１７を挟み付けた状態で、ベースプレート１９表面に固定されている。この状態でカソード電極１２は、スリーブ１６及びスリーブ押え１７でベースプレート１９とは絶縁されており、カソード電極１２の下端は、ベースプレート１９の裏面側に突出している。

ベースプレート１９の端部の一部は切削されており、アノード電極２３がベースプレート１９の側面に固定された状態では、その端部の一部とアノード電極２３の内部側面との間に空隙が形成されている。その空隙を図２の符号１９ａに示す。

また、トリガ電極１３には、トリガ配線２１の一端が接続されている。トリガ配線２１は、その周囲がトリガ配線碍管２２によって被覆されている。これらのトリガ配線２１及びトリガ配線碍管２２は、ベースプレート１９の端部と所定距離離間した状態で空隙１９ａを挿通し、ベースプレート１９の裏面側に引き出されている。ここではトリガ配線碍管２２と、ベースプレート１９端部との距離は約２mmになっている。

上述したように、カソード電極１２及びトリガ配線２１は、それぞれがベースプレート１９の裏面側に突出している。取付フランジ５０には、それを気密に挿通する３本の電流入力端子６３₁、６３₂、６３₃が垂直に配置されており、カソード電極１２及びトリガ配線２１は、ベースプレート１９の裏面側に配置されたコネクタ６２₁、６２₂を介して、二本の電流入力端子６３₁、６３₂の一端にそれぞれ接続されている。また、アノード電極２３はベースプレート１９と電気的に接続されているが、ベースプレート１９には残り一本の電流入力端子６３₃が接続されており、カソード電極１２、トリガ配線２１及びアノード電極２３はそれぞれ電流入力端子６３₁、６３₂、６３₃と電気的に接続されている。

各電流入力端子６３₁、６３₂、６３₃の下端は、取付フランジ５０の下方から真空槽２の外部に露出しており、これらの電流入力端子６３₁、６３₂、６３₃は、ともに真空槽２の外部に配置された電源装置６と接続されている。

この電源装置６はトリガ電源３１とアーク電源３２とを有している。
トリガ電源３１は、その出力端子がそれぞれ電流入力端子６３₁、６３₂及びコネクタ６２₁、６２₂を介して、トリガ配線２１とカソード電極１２に接続されている。トリガ配線２１はトリガ電極１３と電気的に接続され、カソード電極１２は蒸着材料１１と電気的に接続されており、トリガ電源３１を起動すると、トリガ電極１３に、蒸着材料１１に対して正のパルス状電圧が印加される。ここでは、トリガ電極１３に、蒸着材料１１に対して＋３．４ｋＶのパルス状の電圧が印加される。

他方、アーク電源３２は、その出力端子が電流入力端子６３₁、６３₃を介してアノード電極２３とカソード電極１２に接続されており、その出力端子間に電圧を生じさせ、その電圧をアノード電極２３と蒸着材料１１との間に印加することができるように構成されている。かかるアーク電源３２は、アノード電極２３に対して、蒸着材料１１に負の直流電圧を印加できるようになっており、ここでは−９０Ｖの直流電圧を印加している。

上記のような構成の蒸着装置１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、予め真空槽２内に基板４を搬入し、基板４の表面が蒸着源５と対向するように基板ホルダ３に保持させ、真空槽２内を高真空雰囲気にしておく。

次いで、アーク電源３２により、アノード電極２３に対して、蒸着材料１１に負の直流電圧を印加した状態で、トリガ電源３１を起動し、トリガ電極１３に正のパルス電圧を印加する。

すると、蒸着材料１１の側面とトリガ電極１３の側面との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、蒸着材料１１の側面から、その構成物質が蒸発し、蒸気が発生する。

その蒸気によってアノード電極２３内部の圧力が上昇し、アノード電極２３と蒸着材料１１との間の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でアーク放電が発生する。

アーク放電により、蒸着材料１１が蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１の側面からアノード電極２３に向けて大量に放出される。かかるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノード電極２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極２３の開口部２５方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極２３に向けて放出された荷電微粒子は、飛行方向が開口部２５側に曲げられ、真空槽２内に放出され、開口部２５に対向配置された基板４の表面に到達すると、基板４の表面に薄膜が成長する。

蒸着材料１１の側面からは、中性粒子や、質量が大きい巨大粒子もアノード電極２３に向けて放出されるが、それらの中性粒子や巨大粒子は、アノード電極２３内の磁場による力をほとんど受けないため、そのまま直進し、アノード電極２３の内周面に衝突し、大部分はそこに付着する。

従って、基板４表面には、巨大粒子は到達しにくくなり、質量が小さい荷電微粒子が到達できるので、その結果、基板４表面に、結晶性の優れた薄膜を形成できる。

以上のように、本実施形態の蒸着装置１では基板４の表面に結晶性の良い薄膜を形成することができるが、かかる蒸着装置１を長期間使用すると、蒸着材料１１が蒸発により消耗し、トリガ放電が生じなくなってしまう。また、上述したトリガ放電又はアーク放電により、トリガ電極１３近傍の絶縁碍子１４も消耗して、トリガ電極１３と蒸着材料１１との間の絶縁性が確保できなくなる。従って、これらの蒸着材料１１や、絶縁碍子１４は、一定の期間ごとに交換する必要がある。

上述した絶縁碍子１４の詳細な構成を以下で説明する。この絶縁碍子１４は図２に示すように、内筒碍子１４ａと、つば状碍子１４ｂと、トリガ碍子１４ｃとからなる。このうち、内筒碍子１４ａは本発明の主消耗部分の一例を構成し、つば状碍子１４ｂとトリガ碍子１４ｃは本発明の従消耗部分の一例を構成している。

内筒碍子１４ａは、絶縁材が円筒上に形成されてなる。内筒碍子１４ａは、その外径は円筒状のトリガ電極１３の内径と等しく、かつ、その高さがトリガ電極１３の高さと等しくなっており、内筒碍子１４ａはトリガ電極１３の中空内部にちょうど納まった状態で配置されている。

かかる内筒碍子１４ａの内部中空と、つば状碍子１４ｂ及びトリガ碍子１４ｃの内部中空とは連通しており、その内部には、蒸着材料１１の軸部１１ｂ₁が挿通されている。

つば状碍子１４ｂ及びトリガ碍子１４ｃは、いずれもリング状に形成され、それぞれが内筒碍子１４ａの上下に配置されている。つば状碍子１４ｂ、トリガ碍子１４ｃ、トリガ電極１３の外径は、蒸着材料の主蒸発部分１１ａの外径と等しくなっており、主蒸発部分１１ａ、つば状碍子１４ｂ、トリガ電極１３及びトリガ碍子１４ｃの側面は面一になっている。

以下で、蒸着材料１１及び絶縁碍子１４の交換工程について図３(ａ)〜(ｄ)を参照しながら説明する。図３(ａ)は、蒸着材料１１及び絶縁碍子１４が消耗して、交換が必要になった状態を示している。

図３(ａ)に示すように、蒸着材料１１のうち、主として消耗しているのは、トリガ電極１３の側面近傍に配置された主蒸発部分１１ａのみであり、従蒸発部分１１ｂはほとんど消耗していない。

同様に、絶縁碍子１４のうち、主として消耗しているのは、その側面がトリガ電極１３の側面近傍に配置されたつば状碍子１４ｂであり、内筒碍子１４ａや、トリガ碍子１４ｃはほとんど消耗していない。

図３(ａ)の状態から、まず、蒸着材料１１の従蒸発部分１１ｂを回し、軸部１１ｂ₁先端のねじを緩め、カソード電極１２から従蒸発部分１１ｂを取り外した後、従蒸発部分１１ｂを主蒸発部分１１ａ、つば状碍子１４ｂ、内筒碍子１４ａ及びトリガ碍子１４ｃから引き抜く。その状態を図３(ｂ)に示す。

上述したように、主として消耗しているのは主蒸発部分１１ａとつば状碍子１４ｂのみであるので、図３(ｂ)に示す状態から、消耗したつば状碍子１４ｂと、主蒸発部分１１ａのみを取り外す。

次いで、トリガ電極１３及び内筒碍子１４ａの上に、新しいつば状碍子１４ｂ′と新しい主蒸発部分１１ａ′とを順次乗せ、新しいつば状碍子１４ｂ′の中空の開口及び新しい主蒸発部分１１ａ′の中空の開口とが内筒碍子１４ａの中空と連通するように位置合わせする。その後、主蒸発部分１１ａの上方に、軸部１１ｂ₁の先端が下方に位置するように、従蒸発部分１１ｂを配置する(図３(ｃ))。

その状態で、従蒸発部分１１ｂを下降させ、従蒸発部分１１ｂの軸部１１ｂ₁を、新しい主蒸発部分１１ａ′、新しいつば状碍子１４ｂ′、内筒碍子１４ａ及びトリガ碍子１４ｃの中空に挿通させ、従蒸発部分１１ｂの先端を、トリガ碍子１４ｃ下方のカソード電極１２の表面に形成された孔まで到達させる。軸部１１ｂ₁の先端にはねじが切られており、このねじをカソード電極１２にねじ止めすると、新しい主蒸発部分１１ａ′、新しいつば状碍子１４ｂ′、内筒碍子１４ａ、トリガ電極１３及びトリガ碍子１４ｃは、従蒸発部分１１ｂとカソード電極１２との間に挟み付けられた状態で、密着して固定される。その状態を図３(ｄ)に示す。以上の工程を経て交換は終了する。

以上説明したように、本実施形態の蒸着材料１１は、主として蒸発する主蒸発部分１１ａと、これに比して蒸発が少ない従蒸発部分１１ｂとに分離可能であり、また、絶縁碍子１４は、主として消耗するつば状碍子１４ｂと、消耗が少ない内筒碍子１４ａとに分離可能であるので、蒸着材料１１やハット型碍子１４の交換の際には、消耗した部分である主蒸発部分１１ａや、つば状碍子１４ｂのみを交換することができる。

交換した後に、蒸着源５を使用し、主蒸発部分１１ａや、つば状碍子１４ｂが交換必要な状態になっても、従蒸発部分１１ｂや内筒碍子１４ａはほとんど消耗しないため、主蒸発部分１１ａや、つば状碍子１４ｂを複数回交換した場合においても、従蒸発部分１１ｂや内筒碍子１４ａ等の交換回数は、主蒸発部分１１ａや、つば状碍子１４ｂの交換回数に比してごく少なくて済む。

その結果、従蒸発部分１１ｂや内筒碍子１４ａは、かなりの長期にわたって交換しなくともよいので、交換のたびごとに、消耗しない部分を含めた蒸着材料全体やハット型碍子全体を交換していた従来に比して、新品の部品に要するコストを削減することができ、交換の際に要するコストを従来に比して低減することができる。

さらに、本発明では、上述したように、アノード電極２３がベースプレート１９の側面に固定された状態で、ベースプレート１９の端部の一部とアノード電極２３の内部側面との間には空隙１９ａが形成されており、この空隙１９ａを通ってトリガ配線２１及びトリガ配線碍管２２は、ベースプレート１９の裏面側に引き出されている。

このとき、ベースプレート１９とトリガ配線碍管２２の表面との間の距離は、従来に比して約２倍に大きくなっているので、蒸着装置１を長期間使用し、トリガ配線碍管２２の表面に蒸着材料が付着し、その付着量が増えても、付着した蒸着材料がベースプレート１９とトリガ配線２１の両方に付着し、ベースプレート１９及びトリガ配線２１が、その蒸着材料を介して短絡するという不都合はほとんど生じない。また、ベースプレート１９とトリガ配線碍管２２の表面との間の距離が３〜４mmと大きいことにより、トリガ配線碍管表面がベースプレートと密着していた従来よりも、トリガ配線碍管２２の交換が容易になる。

なお、本実施形態では、蒸着材料１１がリング状の主蒸発部分１１ａと、フランジ部１１ｂ₂及び軸部１１ｂ₁を備えた従蒸発部分１１ｂとを備えたものとしたが、本発明の従蒸発部分はカソード電極１２に着脱可能に取り付けられるように構成されていればいかなる形状でもよく、また、主蒸発部分は、従蒸発部分をカソード電極１２から取り外した状態で、交換できるように構成されていれば、いかなる形状でもよい。

これと同様に、本発明の主消耗部分の一例であるつば状碍子１４ａ₂は、リング状に形成されているが、本発明の主消耗部分はこれに限られるものではなく、従蒸発部分１１ｂを取り外した状態で交換できるような形状に構成されていれば、いかなる形状でもよい。

また、本発明において、ベースプレート１９端部とトリガ配線碍管２２との間の距離を２mmとしているが、この間の距離はこれに限られるものではなく、この距離が２mm以上、例えば３mmになるように構成してもよい。この距離を大きくとることにより、トリガ配線２１とベースプレート１９との間の絶縁性を十分に確保することができる。

さらに、トリガ配線２１表面とベースプレート１９端部との間の距離を３mm以上とることができる場合には、トリガ配線２１とベースプレート１９端部との間の絶縁性を十分に確保することができるので、トリガ配線碍管２２を設ける必要もなくなる。この場合には、メンテナンスの際にトリガ配線碍管２２を交換しなくて済むので、メンテナンス作業を更に軽減することができる。

１……蒸着装置２……真空槽５……蒸着源１１……蒸着材料１１ａ……主蒸発部分１１ｂ……従蒸発部分１２……カソード電極１３……トリガ電極１４……絶縁碍子(絶縁部材) １４ａ……内筒碍子(従消耗部分) １４ｂ……つば状碍子(主消耗部分) １９……ベースプレート１９ａ……空隙２１……トリガ配線２３……アノード電極

Claims

開口を有する筒状のアノード電極と、
端部が前記アノード電極の内部壁面に固定された状態で、前記アノード電極内に配置された板状のベースプレートと、
カソード電極と、
前記カソード電極に接続された状態で前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料近傍に配置されたトリガ電極と、
前記トリガ電極に接続されたトリガ配線とを有し、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発して、前記開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記ベースプレートの前記アノード電極で取り囲まれた部分には、トリガ配線用貫通孔が形成され、
前記トリガ配線は、絶縁碍管に挿通され、
前記絶縁碍管は、前記ベースプレートと前記アノード電極には非接触で、前記トリガ配線用貫通孔に挿通された蒸着源。
前記トリガ電極は前記開口と前記ベースプレートとの間に位置し、
前記トリガ放電と前記アーク放電は、前記アノード電極内の前記開口と前記ベースプレートの間で発生する請求項１記載の蒸着源。
前記ベースプレートには、カソード電極用貫通孔が形成され、
前記カソード電極は前記カソード電極用貫通孔に挿通され、
前記トリガ配線用貫通孔は、前記カソード用貫通孔と前記アノード電極の内部側面との間に形成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着源。
前記トリガ配線用貫通孔は前記アノード電極内周面から離間した位置に形成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸着源。
前記絶縁碍管は交換可能に構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の蒸着源。