JP6044602B2

JP6044602B2 - 成膜装置

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Description

本発明は、例えばアークイオンプレーティング法に用いられる成膜装置に関する。

アークイオンプレーティング（Arc Ion Plating：以下AIPと略称する）法は、真空アーク放電を利用して固体材料を蒸発させるイオンプレーティング法の一種であり、蒸発した材料のイオン化率が高く、密着性に優れた皮膜を形成することができる成膜方法である。

AIP法では、真空雰囲気においてターゲット（蒸発源）をカソード（陰極）とし、アノード（陽極）との間で真空アーク放電を発生させ、ターゲット表面の材料を蒸発及びイオン化させ、負のバイアス電圧を印加したワーク（処理物）表面にイオンを堆積させることによって皮膜を形成する。

AIP法による成膜に用いられる成膜装置の一例として、図６に示すように、筒状の蒸発源９０１と、該蒸発源９０１の内部を密閉空間とする閉塞部材９０２の密閉面とで容器を形成し、真空状態の容器内で蒸発源を放電させることによって、容器内に配置した処理物Ｗの表面に皮膜を生成する装置が提案されている（例えば、下記特許文献１を参照）。

特開２０１３−３６１０６号公報

特許文献１に記載された成膜装置では、真空状態の容器内で蒸発源を放電させて処理物の表面に薄膜を形成する際の成膜効率を簡易な構成で向上させることができる。この成膜装置では、カソードである蒸発源を筒状に形成し、その開口部を閉塞部材で閉塞する構成としている。閉塞部材は、例えば接地され、アノードとして機能する。そのため、容器内で発生した電子が閉塞部材に流入して電流が生じ、閉塞部材がジュール加熱されて高温になる場合がある。この場合、例えば、閉塞部材と蒸発源との間のシール材が熱によって劣化する虞がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒状の蒸発源の内部空間を密閉する閉塞部材に発生するジュール熱を抑制することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の成膜装置は、処理物を収容する内部空間を有する筒状の蒸発源と、前記内部空間を密閉する閉塞部材とを備え、アーク放電によって前記蒸発源から放出されたイオンを前記処理物の表面に堆積させて成膜する成膜装置であって、前記内部空間の電子が流入することのできる接地又は正の電圧がかけられた補助電極が、前記蒸発源の内壁面に沿って備えられていることを特徴とする。

本発明の成膜装置が備える筒状の蒸発源の内部空間は、閉塞部材によって密閉された密閉空間であり、アーク放電によって蒸発源の内壁面から発生したイオンが放出される空間である。蒸発源の内部空間は、例えば適宜の真空装置によって高真空状態にされる。蒸発源の材料は、処理物に形成する皮膜の材料に応じて選択され、特に限定されないが、例えばTi（チタン）、Cr（クロム）、W（タングステン）等を用いることができる。高真空状態にされた蒸発源の内部空間には、適宜のガス供給手段によって、例えばN₂（窒素）、Ar（アルゴン）、炭化水素等のプロセスガスが供給される。

蒸発源に外部電源から放電電圧を加え、蒸発源の内部空間に収容した処理物にバイアス電源によってバイアス電圧を加え、閉塞部材を接地する。これにより、蒸発源をカソード、閉塞部材をアノードとしてアーク放電が生じ、蒸発源の内壁面のアークスポットに高密度の電流が集中してイオンが放出される。この時、副次的に蒸発源の内部空間に電子が放出される。閉塞部材には、蒸発源の内部空間でイオンを処理物の表面に堆積させて成膜する際に、内部空間に放出された電子が流入する。

例えば、前記特許文献１に記載されたような従来の成膜装置では、図６に示すように、アースとなるアノードが、蒸発源９０１を密閉する閉塞部材９０２のみであるため、アノードの面積が不足して長時間の放電が不安定になる場合がある。また、蒸発源９０１の内部空間の電子ｅが閉塞部材９０２に集中的に流入して電流が生じ、閉塞部材９０２がジュール加熱される。すると、長時間の放電で閉塞部材９０２が高温になり、例えば、Ｏリング、ガスケット（テフロンシート）等、閉塞部材９０２と蒸発源９０１との間の真空を保持するシール部材が、熱によって損傷する虞がある。

これに対し、本発明の成膜装置には、蒸発源の内部空間から電子を流入させる補助電極が、蒸発源の内壁面に沿って備えられている。すなわち、補助電極は、例えば接地され、又は、蒸発源の電圧よりも低い正電圧が加えられることで、閉塞部材と同様にアノードとして機能し、補助電極がなければ閉塞部材に流入する電子の一部を受け入れる。これにより、従来よりも閉塞部材に流入する電子を減少させて閉塞部材に生じる電流を減少させ、閉塞部材に発生するジュール熱を抑制することができる。

すなわち、本発明の成膜装置において、前記蒸発源は、カソードであり、前記閉塞部材及び前記補助電極は、内部冷却構造を有するアノードである。これにより、補助電極によって従来よりもアノードの面積を増加させ、蒸発源の内部空間におけるアーク放電を安定させることができる。

前記補助電極は、蒸発源の内部空間にプロセスガスを供給するガス流路を備えてもよい。これにより、蒸発源の内壁面に沿って配置されて電子が流入しやすく、比較的高温になりやすい補助電極及びその周辺の部材を、プロセスガスによって積極的に冷却して温度上昇を抑制することができる。すなわち、プロセスガスを供給するガス流路が閉塞部材及び補助電極の内部冷却構造として機能する。したがって、補助電極及びその周辺の部材の熱変形を効果的に抑制することができる。また、補助電極の周辺の真空を保持するためのシール部材等の損傷を防止することができ、例えばＯリング、ガスケット等のシール部の耐熱温度を低下させることができる。

また、前記補助電極は、蒸発源のアークスポットの近傍に前記ガス流路のガス排出口を有し、蒸発源のアークスポットにプロセスガスを供給するようにしてもよい。これにより、高真空状態の蒸発源の内部空間において、アークスポットの近傍に効果的にプラズマを生成してアーク放電を安定させることができる。

ここで、前記蒸発源の材料として、例えば、Ti又はTi合金を用いる場合には、C₂H₂（アセチレン）を含むプロセスガスを用いることが好ましい。これにより、蒸発源の内壁面にTiよりも融点が高いTiC（炭化チタン）が生成されやすくなる。蒸発源の内部空間には、アーク放電によって、蒸発源の金属材料のイオンだけでなく、副次的に溶融金属の粒子であるドロップレットが放出される。このドロップレットが処理物の表面の皮膜に混入すると皮膜の表面粗さが悪化する虞がある。しかし、蒸発源の内壁面にTiよりも融点が高いTiCが生成されると、Tiから発生するドロップレットと比較して、ドロップレットの粒径を小径化することができる。したがって、処理物の皮膜の表面粗さを小さくすることができる。

また、前記蒸発源と前記補助電極との間に、両者間の放電を防止するシールド部材を配置してもよい。アノードである補助電極をカソードである蒸発源の内壁面に沿って配置すると、アノードとカソードとが近接して直接放電が発生し、蒸発源を構成する金属材料のイオンを処理物の表面に効率よく堆積させることができなくなる虞がある。そこで、シールド部材によって蒸発源と補助電極との間の放電を防止することで、蒸発源を構成する金属材料のイオンを処理物の表面に効率よく堆積させることができる。

ここで、シールド部材は、蒸発源及び補助電極に対して絶縁することができる。具体的には、例えば、電気絶縁性を有する絶縁部材を介してシールド部材を補助電極、蒸発源、又は閉塞部材に固定する。ここで、シールド部材は、接地されていない。これにより、シールド部材は、蒸発源及び補助電極に対して電気的に絶縁され、蒸発源の内部空間のプラズマと同電位にすることができ、蒸発源と補助電極との間の放電を効果的に防止することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の成膜装置によれば、補助電極が閉塞部材と同様にアノードとして機能し、補助電極がなければ閉塞部材に流入する電子の一部を受け入れるので、従来よりも閉塞部材に流入する電子を減少させて閉塞部材に生じる電流を減少させ、閉塞部材に発生するジュール熱を抑制することができる。

本発明による成膜装置の実施の形態を示した概略的な分解斜視図である。図１に示す成膜装置の一部の拡大断面図である。（ａ）はTiCから発生するドロップレットを示す概念図であり、（ｂ）はTiから発生するドロップレットの概念図である。図２に示す成膜装置の変形例を示す拡大断面図である。（ａ）から（ｄ）は、補助電極の変形例を示す概略的な斜視図である。従来の成膜装置の拡大断面図である。

以下、図面を参照して本発明の成膜装置をその実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明による成膜装置１００の実施の形態を示した概略的な分解斜視図である。図２は、図１に示した成膜装置１００の一部の拡大断面図である。

本発明による成膜装置１００は、処理物Ｗを収容する内部空間１Ａを有する筒状の蒸発源１と、内部空間１Ａを密閉する閉塞部材２Ａ，２Ｂとを備え、アーク放電によって蒸発源１から放出されたイオンｉを処理物Ｗの表面に堆積させて成膜する装置である。本発明による成膜装置１００は、蒸発源１の内部空間１Ａの電子ｅが流入することのできる接地又は正電圧がかけられた補助電極３が、蒸発源１の内壁面１ａに沿って備えられていることを最大の特徴としている。以下、本発明による成膜装置１００の実施の形態について説明する。

蒸発源１は、例えば円筒状に形成され、内側に内部空間１Ａを有している。蒸発源１の材料は、処理物Ｗの表面に形成する皮膜の材質によって選択され、例えばTi（チタン）、Cr（クロム）、W（タングステン）等の金属材料が用いられる。本実施形態の成膜装置１００は、蒸発源１の材料はTiである。蒸発源１は、外部電源ＥＳに接続されて放電電流が供給され、アーク放電によって金属材料のイオンｉを内部空間１Ａに放出する。蒸発源１は、高さ方向の両端すなわち中心軸Ｃに沿う方向の両端が開放されている。なお、蒸発源１は、円筒状に限られず、例えば、楕円筒状、角筒状、多角形筒状等、任意の断面形状の筒状に形成することができ、一端のみが開放された有底筒状に形成することもできる。

閉塞部材２Ａ，２Ｂは、筒状の蒸発源１の開口を封止して、蒸発源１の内部空間１Ａを密閉する板状の部材である。閉塞部材２Ａ，２Ｂは、例えば、導電性を有する金属材料によって製作されている。本実施形態の成膜装置１００は、蒸発源１の上下の開口を密閉する一対の閉塞部材２Ａ，２Ｂを備えている。上側の閉塞部材２Ａと蒸発源１との間には、絶縁性及びシール性を有する絶縁シール部材４が配置され、下側の閉塞部材２Ｂと蒸発源１との間にも、図示を省略する同様の絶縁シール部材が配置され、上下の閉塞部材２Ａ，２Ｂと蒸発源１との間が絶縁されて封止されている。

上下の閉塞部材２Ａ，２Ｂは、それぞれ接地されている。なお、蒸発源１が有底筒状に形成されている場合には、蒸発源１の一端の開口を密閉する１つの接地された閉塞部材２Ａ又は閉塞部材２Ｂのみを備えることになる。閉塞部材２Ａ，２Ｂ及び絶縁シール部材４によって密閉され、密閉空間となった蒸発源１の内部空間１Ａは、図示を省略する適宜の真空装置によって高真空状態にされる。なお、図示は省略するが、上下の閉塞部材２Ａ，２Ｂの径方向外側、又は、上側の閉塞部材２Ａの上方と下側の閉塞部材２Ｂの下方に電磁コイルを配置し、蒸発源１の内部空間１Ａに放出されたイオンｉに対して蒸発源１の径方向の中心に向かう電磁力を作用させる磁界を生成する。

補助電極３は、閉塞部材２Ａ，２Ｂによって密閉された蒸発源１の内部空間１Ａに収容されている。補助電極３は、例えば、導電性を有するAu（金）、Ag（銀）、Cu（銅）、Al（アルミニウム）等の金属材料又はその合金によって製作されている。補助電極３は、例えば接地され、又は、外部電源に接続されて所定の正電圧が加えられることで、蒸発源１の内部空間１Ａに存在する電子ｅを流入させる。補助電極３は、例えば、上側の閉塞部材２Ａの下面に、適宜の方法により固定することができる。

補助電極３は、例えば、蒸発源１の中心軸Ｃに平行な中心軸Ｃを有する筒状に形成され、蒸発源１の内部空間１Ａに収容されることで、蒸発源１の内壁面１ａに沿って配置されている。本実施形態では、補助電極３は、蒸発源１と同様に円筒形であり、蒸発源１と共通の中心軸Ｃを有している。補助電極３は、蒸発源１の内壁面１ａに近接させて配置されている。例えば、蒸発源１の内側に配置した補助電極３の外径を、蒸発源１の内径の１／２以上とすることで、補助電極３を蒸発源１の内壁面１ａに沿って近接させて配置することができる。

本実施形態の補助電極３は、蒸発源１の内部空間１ＡにプロセスガスＧを供給するガス流路３ａを備えている。ガス流路３ａは、補助電極３の側面の上端部にガス導入口３ｂを有し、補助電極３の下端にガス排出口３ｃを有している。ガス導入口３ｂには、図示を省略する適宜のガス供給手段からプロセスガスＧを供給するための配管５が接続される。配管５は、例えば絶縁シール部材４を気密に貫通し、ガス導入口３ｂに接合されている。配管５は、蒸発源１の外部で水冷してもよい。

ガス供給手段から配管５を介してガス導入口３ｂに供給するプロセスガスＧとしては、例えば、例えばN₂（窒素）、Ar（アルゴン）、炭化水素等のガスを用いることができる。また、蒸発源１の材料が、例えばTi又はTi合金である場合には、プロセスガスＧは、C₂H₂（アセチレン）を含むことが好ましい。本実施形態の成膜装置１００の蒸発源１の材料はTiであるため、プロセスガスＧは、C₂H₂を含んでいる。

ガス流路３ａは、例えば、補助電極３の全周に亘って連続的する円環溝状の流路であってもよく、補助電極３の中心軸Ｃに平行で補助電極３の全周に亘って所定の間隔で配置された複数のガス流路３ａであってもよい。ガス排出口３ｃは、例えば、前者のガス流路３ａの場合、補助電極３の全周に亘って連続的する円環状の開口であってもよく、後者のガス流路３ａの場合、補助電極３の全周に亘って所定の間隔で配置された複数の開口であってもよい。

補助電極３は、例えば、上側の閉塞部材２Ａから筒状の蒸発源１の中心軸Ｃに沿って下方に延びるように設けられている。これにより、補助電極３は、蒸発源１のアークスポットＡＳの近傍にガス流路３ａのガス排出口３ｃを有し、蒸発源１のアークスポットＡＳの周辺、すなわちアークスポットＡＳ及びその近傍にプロセスガスＧを供給する。

本実施形態の成膜装置１００では、蒸発源１と補助電極３との間に、両者間の放電を防止するシールド部材６が配置されている。シールド部材６は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料によって製作されている。本実施形態において、シールド部材６は、蒸発源１及び補助電極３と同様に円筒状に形成され、蒸発源１の内径よりも小さく、補助電極３の外径よりも大きい径を有している。

シールド部材６は、蒸発源１及び補助電極３に対して電気的に絶縁されている。具体的には、シールド部材６は、例えば、蒸発源１と閉塞部材２Ａとの間の絶縁シール部材４に固定されて保持されている。すなわち、シールド部材６は、蒸発源１と補助電極３との間に絶縁部材を介して配置されている。なお、蒸発源１と補助電極３との間の放電の危険性が低いと考えられる場合には、シールド部材６を省略することができる。

以下、本実施形態の成膜装置１００の作用について説明する。

成膜装置１００によって処理物Ｗの表面に成膜するには、まず、蒸発源１の内部空間１Ａに処理物Ｗを収容し、蒸発源１の内部空間１Ａを上下の閉塞部材２Ａ，２Ｂによって絶縁シール部材４を介して密閉する。これにより、例えば、上側の閉塞部材２Ａの下面に固定された補助電極３が、蒸発源１の内壁面１ａに沿って配置される。また、絶縁シール部材４に固定されたシールド部材６が、蒸発源１と前記補助電極３との間に配置される。また、処理物Ｗは、図示を省略する適宜の保持構造によって保持され、上下の閉塞部材２Ａ，２Ｂ及び蒸発源１と電気的に絶縁された状態で、バイアス電源ＢＳに接続される。

次に、真空装置によって蒸発源１の内部空間１Ａを高真空状態にして、ガス供給手段から補助電極３のガス流路３ａを介して蒸発源１の内部空間１ＡにプロセスガスＧを供給する。そして、バイアス電源ＢＳによって、例えば−３００Ｖから−５００Ｖ程度のバイアス電圧を処理物Ｗに加え、外部電源ＥＳによって、例えば約３０Ｖの電圧を蒸発源１に加えて約５５Ａの放電電流を蒸発源１に供給する。また、閉塞部材２Ａ，２Ｂ及び補助電極３を接地する。

これにより、アーク放電が生じ、蒸発源１の内壁面１ａのアークスポットＡＳに高密度の電流が集中して蒸発源１の金属材料のイオンｉが放出され、処理物Ｗの表面にイオンｉが堆積して成膜される。なお、アーク放電によって蒸発源１からイオンｉが放出されるときには、同時に電子ｅが放出される。

図６は、本実施形態の成膜装置１００の図２に示す拡大断面図に相当する、従来の成膜装置９００の拡大断面図である。

従来の成膜装置９００では、アーク放電によって蒸発源９０１から放出された電子ｅが、閉塞部材９０２に集中的に流入して電流が生じ、閉塞部材９０２がジュール加熱される。すると、長時間の放電で閉塞部材９０２が高温になり、例えば、Ｏリング、ガスケット（テフロンシート）等、閉塞部材９０２と蒸発源９０１との間の真空を保持するシール部材が、熱によって損傷する虞がある。また、アースとなるアノードが閉塞部材９０２のみであるため、アノードの面積が不足して長時間の放電が不安定になる場合がある。

これに対し、本実施形態の成膜装置１００は、蒸発源１の内部空間１Ａから電子ｅを流入させる補助電極３が、蒸発源１の内壁面１ａに沿って配置されている。すなわち、補助電極３は、接地されることで閉塞部材２Ａ，２Ｂと同様にアノードとして機能し、補助電極３がなければ閉塞部材２Ａ，２Ｂに流入する電子ｅの一部を受け入れる。これにより、従来よりも閉塞部材２Ａ，２Ｂに流入する電子ｅを減少させて閉塞部材２Ａ，２Ｂに生じる電流を減少させ、閉塞部材２Ａ，２Ｂに発生するジュール熱を抑制することができる。

なお、補助電極３を接地する代わりに、蒸発源１に加える電圧よりも低い正電圧を補助電極３に加えてもよい。この場合、補助電極３に電子ｅを集めて、より多くの電子ｅを蒸発源１の内部空間１Ａから補助電極３に流入させることができる。

すなわち、本実施形態の成膜装置１００において、蒸発源１はカソードであり、閉塞部材２Ａ，２Ｂ及び補助電極３はアノードである。これにより、補助電極３によって、従来よりもアノードの面積を増加させ、蒸発源１の内部空間１Ａにおけるアーク放電を安定させることができる。すなわち、アークスポットＡＳに近い位置に、接地され、又は、正電位にされたアノード電極としての補助電極３を設置することで、電子ｅの流れがスムーズになり、アーク放電が安定する。

また、補助電極３は、蒸発源１の内部空間１ＡにプロセスガスＧを供給するガス流路３ａを備えている。これにより、蒸発源１の内壁面１ａに沿って配置され、電子ｅが流入しやすく、比較的高温になりやすい補助電極３及びその周辺の部材を、プロセスガスＧによって積極的に冷却して、温度上昇を抑制することができる。これにより、アノードである補助電極３が空冷され、補助電極３の周辺に配置された絶縁シール部材４の損傷や熱変形、及び、アノードである補助電極３及び閉塞部材２Ａ，２Ｂの損傷や熱変形を防止することができる。すなわち、プロセスガスＧを供給するガス流路３ａが閉塞部材２Ａ，２Ｂ及び補助電極３の内部冷却構造として機能する。

本来、高真空状態の蒸発源１の内部空間１Ａでは、プロセスガスＧの対流による熱伝導は生じない。しかし、アノードとしての補助電極３の内部にプロセスガスＧを流すことで、補助電極３の内部でプロセスガスＧを対流させて熱伝導を生じさせ、補助電極３の温度上昇を抑制することができる。したがって、補助電極３及びその周辺の絶縁シール部材４等の熱変形及び損傷を効果的に抑制することができる。また、例えばＯリング、ガスケット等である絶縁シール部材４の耐熱温度を低下させることができる。

さらに、プロセスガスＧをガス流路３ａに供給する配管５を、蒸発源１の外部空間で水冷することで、配管５を冷却し、配管５を介して補助電極３を冷却することができる。また、配管５内を流れるプロセスガスＧを冷却し、プロセスガスＧによる補助電極３の冷却効果を向上させることができる。

また、補助電極３は、蒸発源１のアークスポットＡＳの近傍にガス流路３ａのガス排出口３ｃを有し、蒸発源１のアークスポットＡＳにプロセスガスＧを供給している。これにより、高真空状態の蒸発源１の内部空間１Ａにおいて、アークスポットＡＳの近傍に効果的にプラズマを生成してアーク放電を安定させることができる。

蒸発源１の内部空間１Ａには、アーク放電によって、蒸発源１の金属材料のイオンｉや電子ｅだけでなく、蒸発源１の内壁面１ａの金属材料が溶融及び飛散して凝固した金属粒子であるドロップレットが放出される。このドロップレットが処理物Ｗの表面の皮膜に混入すると皮膜の表面粗さが悪化する虞がある。

図３（ａ）は、蒸発源１の内壁面１ａのTiCから発生するドロップレットｄを示す概念図であり、図３（ｂ）は、蒸発源１の内壁面１ａのTiから発生するドロップレットＤの概念図である。

本実施形態の成膜装置１００では、蒸発源１の材料としてTiを用い、補助電極３のガス流路３ａからC₂H₂を含むプロセスガスＧを供給している。C₂H₂は、プラズマで分解されてC₂H₂→2C+H₂の反応が生じ、蒸発源１の内壁面１ａでTi+C→TiCの反応が生じ、蒸発源１の内壁面１ａにTiよりも融点が高いTiCが生成されやすくなる。蒸発源１の内壁面１ａにTiCが生成されると、Tiと比較してアーク放電によって金属材料が溶融する量及び範囲が減少し、溶融池が小さくなる。したがって、蒸発源１の内壁面１ａにTiCが生成されると、Tiから発生するドロップレットＤと比較して、未溶融粒子を含むドロップレットｄの粒径を小径化することができる。

このように、ドロップレットｄの粒径を小径化することで、処理物Ｗの皮膜の表面粗さを小さくすることができる。例えば、C₂H₂を供給しない場合の皮膜の算術平均粗さRaが0.1程度であった場合に、C₂H₂を供給することで、算術平均粗さRaを0.06程度に低下させ、皮膜の表面粗さを約４０％程度小さくすることができる。また、閉塞部材２Ａ，２Ｂと蒸発源１のドロップレットによる汚染が抑制され、付着したドロップレットの除去を容易にすることができ、除去の頻度を低下することができる。

アノードである補助電極３は、カソードである蒸発源１の内壁面１ａに沿って配置され、例えば、アノードとカソードとの間には、３０Ｖ程度の電位差が生じている。通常であれば、補助電極３と蒸発源１との間にグロー放電は生じないが、何らかの異常によりグロー放電が発生する虞がある。このような直接放電が発生すると、蒸発源１を構成する金属材料のイオンｉを処理物Ｗの表面に効率よく堆積させることができなくなる。

しかし、本実施形態の成膜装置１００では、蒸発源１と前記補助電極３との間に、両者間の放電を防止するシールド部材６が配置されている。これにより、シールド部材６によって蒸発源１と補助電極３との間の放電を防止して、蒸発源１を構成する金属材料のイオンｉを処理物Ｗの表面に効率よく堆積させることができる。

ここで、シールド部材６は、電気絶縁性を有する絶縁シール部材４を介して補助電極３及び蒸発源１に固定され、接地されていない。これにより、シールド部材６は、蒸発源１及び補助電極３に対して電気的に絶縁され、蒸発源１の内部空間１Ａのプラズマと同電位にすることができ、蒸発源１と補助電極３との間の放電を効果的に防止することができる。

以上、図面を用いて本発明の成膜装置を実施の形態に基づいて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

図４は、前述の実施形態で説明した成膜装置１００の変形例を示す、図２に対応する拡大断面図である。

本変形例の成膜装置２００は、上側の閉塞部材２Ａと絶縁シール部材４との間に覗き窓７を有する点で、前述の実施形態で説明した成膜装置１００と異なっている。本変形例の成膜装置２００のその他の点は、前述の実施形態の成膜装置１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明は省略する。覗き窓７は、例えば、円筒状の金属材料の本体部７Ａの一部に、耐熱性と透光性を有する材料によって設けられている。円筒状の本体部７Ａ及び覗き窓７は、例えば、上側の閉塞部材２Ａに固定されている。このように、覗き窓７を設けることで、処理物Ｗの表面の成膜状態を確認し、蒸発源１及び閉塞部材２Ａ，２Ｂの表面の汚染状態を確認することができる。

また、前述の実施形態で説明した成膜装置１００では、ガス流路３ａを備える円筒状の補助電極３を備える例について説明したが、補助電極３の構成は、前述の実施形態の構成に限定されない。すなわち、補助電極３は、ガス流路３ａを有さなくてもよい。この場合、蒸発源１の内部空間１ＡにプロセスガスＧを供給するノズル等を、別途、設けることができる。

また、補助電極３がガス流路３ａを有さない場合には、耐熱性を向上させるために、補助電極３の材料として、例えば、Mo（モリブデン）以外の高融点金属であるW（タングステン）、Ta（タンタル）、Nb（ニオブ）等や、それらの耐熱合金であるハステロイ（商標）、インコネル（商標）、NiCrAlY、或いは、導電セラミックであるWC（タングステンカーバイド）、TiN、サーメット、黒鉛等を用いることができる。また、補助電極３として、Alなどの電極材料の表面に導電性の高いAu、Ag、Cuなどをメッキしたものを用いてもよい。

図５（ａ）から（ｄ）は、前述の実施形態の成膜装置１００が備える補助電極３の変形例を示す斜視図である。

図５（ａ）に示すように、補助電極３の外周に複数の溝３ｄを形成することで、熱変形時の歪み量を少なくすることができるだけでなく、放熱特性を向上させることができる。また、溝３ｄの代わりに複数のスリットを設けても、同様の効果を得ることができる。

図５（ｂ）に示すように、補助電極３の厚みは、高さ方向すなわち中心軸Ｃに沿って変化させてもよい。この場合、プラズマに接する端部すなわちアークスポットＡＳに近い端部に近づく程、厚みを厚くすることで、補助電極３の熱変形を抑制することができる。

図５（ｃ）に示すように、補助電極３の表面に、例えば、ショットブラスト等により凹凸を形成することで、補助電極３の放熱性を向上させることができる。また、図５（ｄ）に示すように、補助電極３は、円筒ではなく、円形に配置された複数の棒状、柱状、又は針形状の部材であってもよい。これにより、補助電極３の放熱性を向上させ、材料の使用量を抑制することができる。

また、前述の実施形態では、筒状の蒸発源１の上下の開口が閉塞部材２Ａ，２Ｂによって密閉され、上側の閉塞部材２Ａに隣接して補助電極３を配置する例について説明したが、補助電極３は、上下を逆にして下側の閉塞部材２Ｂに固定してもよい。また、補助電極３は、上側の閉塞部材２Ａ及び下側の閉塞部材２Ｂの双方に設けてもよい。すなわち、補助電極３の配置は、上下に依存しない。

１蒸発源、１ａ内壁面、１Ａ内部空間、２Ａ，２Ｂ閉塞部材、３補助電極、３ａガス流路、３ｃガス排出口、６シールド部材、１００成膜装置、ＡＳアークスポット、ｅ電子、Ｇプロセスガス、ｉイオン、Ｗ処理物

Claims

処理物を収容する内部空間を有する筒状の蒸発源と、前記内部空間を密閉する閉塞部材とを備え、アーク放電によって前記蒸発源から放出されたイオンを前記処理物の表面に堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記内部空間の電子が流入することのできる接地又は正の電圧がかけられた補助電極が、前記蒸発源の内壁面に沿って備えられていることを特徴とする成膜装置。
前記蒸発源は、カソードであり、前記閉塞部材及び前記補助電極は、内部冷却構造を有するアノードであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記補助電極は、前記内部空間にプロセスガスを供給するガス流路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
前記補助電極は、前記蒸発源のアークスポットの近傍に前記ガス流路のガス排出口を有し、前記アークスポットの周辺に前記プロセスガスを供給することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
前記蒸発源の材料は、チタン又はチタン合金であり、
前記プロセスガスは、アセチレンを含むことを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
前記蒸発源と前記補助電極との間に、両者間の放電を防止するシールド部材が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記シールド部材は、前記蒸発源及び前記補助電極に対して絶縁されていることを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。