JPH02170968A - 真空アーク蒸着装置及び真空アーク蒸着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、物理的蒸着法（ＰＶＤ）に属する真空アーク
蒸着法によって基材上に薄膜を形成する真空アーク蒸着
装置、特に絶縁性の薄膜の成膜を可能とする反応性アー
クイオンブレーティングの装置に関する。

（従来の技術） 従来技術の真空アーク薄着法と装置は、例えば特公昭５
８−３０３３号に開示されている。第６図はこの装置の
代表例を示し、この装置を用いて、例えば真空チャンバ
ー（ａ）内を例えば１０−　’Ｔｏｒｒ以下の真空度に
真空引し、この真空下でアーク電源（ロ）の陰極に接続
されたカソード（Ｃ）とその周辺に配置され陽極に接続
されたアノード（ｄ）との間に火花供給装置（ｅ）等の
手段により真空アーク放電を開始させ、カソード（Ｃ）
の例えばＴ１等の蒸発源金属の蒸発面上をアークスポッ
ト　（陰極輝点）が高速で移動することによりそのエネ
ルギーで蒸発源金属を蒸発イオン化させ、真空チャンバ
ー内の基材（ｆ）に向かって蒸着させて成膜する。

真空チャンバー内に反応参加ガスを導入すれば、蒸発全
屈との化合物を蒸着させて成膜する反応性真空アーク蒸
着も実施できる。

アノード（ｄ）としては、上記のようにカソード周辺に
設置する他、特公昭５２−１４６９０号のＦＩＧＩに示
すように、真空チャンバー内の基材を取り囲むように設
けた電極を陽極に接続してアノードとして利用する場合
もある。

この技術によればカソードの蒸発源金属材料および反応
参加ガスの種類と組合せを選択することにより種々の金
属化合物の薄膜を基材上に成膜させることができる。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の反応性真空アーク蒸着技術によって金属基材上に
成膜しようとする金属化合物の膜の種類は、ＴｉＮ　％
　ＺｒＮ　％　ｌ１ｆＮ　、　’ｒ＋Ｃ％　Ｔｉ（Ｃ，
Ｎ）、ＣｒＮ　、　ＣｒＣ等の導電性のものの他、絶縁
性の＾１．ＮやＴｉＯ２、ＺｒＯ，、ＩＩ　ｆ　Ｏ□、
ｖ２０２、Ａ　ｌ　ｚｏ’ｓ等の酸化物および（Ｔ　ｉ
ｓ　Ｚｒ）　Ｏを等の混合酸化物の場合がある。

従来技術の装置でこれらの絶縁性膜を成膜しようとする
場合には、この絶縁性膜が基材の表面だけでなく、アノ
ードの表面にも次第に堆積し、アノード表面の導通を阻
害し、アーク放電の維持を不可能にする。従って従来技
術では絶縁性膜は安定して成膜できないという問題があ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来技術の上記問題を解決するためになされ
たものであって、その解決手段としては、先ず、アノー
ドとして使用される電極もカソードとして使用される電
極と同様の構造とし、蒸発源金属の蒸発面、すなわちア
ークターゲットを有するものとする。

このように２つの電極の間には極性に基づく構成上の差
異が存在しないようにした上で、アーク放電用直流電源
の陽極に接続されてアノードとして使用され生成膜の堆
積によりアーク放電の維持を困難にしている電極は一定
時間後にアーク放電用直流電源の陰極に接続替してそれ
に対して発生するアークのアークスポットにより生成膜
が蒸発消失するようにするため、両電極はアーク発生用
直流電源との間には極性切替手段を介して接続し、随時
に両電極の極性を切替変更することにより旧カソードを
新アノードとし、旧アノードを新カソードとして再び放
電を再開できる構造とする。

すなわち、本発明の電極の切替手段を備えた真空アーク
蒸着装置は、構成としては、反応参加ガスの導入可能な
真空チャンバー内に２以上の真空アーク蒸発源物質から
なる電極を備え、真空アーク蒸着により成膜する基材を
収容し、電極を交互にカソードおよびアノードとする極
性切替手段を介してアーク放電用直流電源に接続したこ
とを特徴とする。

（作　用） 反応性真空アーク蒸着技術を用いて基材上に絶縁性膜を
成膜する場合、アノード表面にも絶縁性膜が堆積してア
ーク放電の維持が不可能となるまでにはある程度の時間
的余裕がある。この時間中、アノード表面に絶縁性膜が
堆積する一方で、カソード表面ではアークスポットがラ
ンダムに走り廻って表面の蒸発源金属を蒸発させている
ので、絶縁性膜の堆積は実質的に起こらず、常に導電性
の蒸発源金属の表面が真空チャンバー内に露出している
。

このような特質を応用して本発明装置を用いて基材上に
絶縁性膜を成膜する場合、アーク放電の維持が困難にな
る前にカソードとアノードとの役割を入替えれば、新た
にアノードとなる電極の表面は導電性であり、新たにカ
ソードとなる電極表面も新たなアーク放電によるアーク
スポットのランダムな運動によって絶縁性膜が蒸発し蒸
発源金属表面が現れ導電性を回復して来る。従って極性
入替、再通電後のある時間中ば安定なアーク放電の継続
により基材上に安定して絶縁性膜の成膜を続行すること
が可能となる。この繰返しによって長時間の絶縁性膜の
成膜を安定して行わせることができる。

（実施例） 以下、本発明を第１〜５図に示す各実施例により一層具
体的に説明する。

第１図は本発明の最も基本的な実施例を示す。

この真空アーク蒸着装置においては、真空チャンバー（
１）の内部は真空排気装置（図示せず）より真空引され
て・真空アーク放電の安定維持が可能な圧力に真空化さ
れる。また反応参加ガスを反応ガス供給手段（図示せず
）を経由して導入することができる。真空チャンバー（
１）は接地する。

真空チャンバー（１）内には２つの電極（２Ａ）　（２
Ｂ）が相対向して配置され、それぞれ絶縁材シール（３
）を介して接地真空チャンバー（１）に絶縁して取付け
られている。電極（２Ａ）　（２Ｂ）は本発明により同
様な構造で、それぞれ対向面にアーク閉込手段（４）に
より囲まれた藤発源金属のターゲット（５Ａ）　（５Ｂ
）からなる蒸発面を持ち、またそれぞれにトリガー等か
らなるアーク放電開始手段（６八）（６Ｂ）が付属する
。

電極（２＾）　（２Ｂ）は切替スイッチ等の極性切替手
段（７）を介してアーク発生用直流電源（８）の陽極お
よび陰極に接続され、切替により交互にアノードおよび
カソードとなり役割を交替するようにする。

被処理物としての基材（９）は、画電極（２Ａ）　（２
Ｂ）の中間位置において回転可能なテーブルＧＯ）に配
置される。このテーブル００）は真空チャンバー（１）
を真空シールを保って貫通しかつそれから絶縁材（３）
を介して絶縁されており、基材（９）にはテーブル０ω
を介してバイアス電圧（例えばＲＦ）を印加できる。た
だし、基材（９）には必ずしもバイアス電圧を印加する
必要はない。従ってまた導電性金属材を基材とする他、
ガラス等の絶縁物を基材とすることも本発明としては差
支えない。

本発明は絶縁性の膜の安定成膜を可能とすることを目的
とするものであるけれども、導電性の膜も支障なく成膜
できる。上記実施例装置では、従来技術と同様、一方の
電極（２Ａ）をカソード、他方の電極（２Ｂ）をアノー
ドとし、カソードにアーク放電開始手段（６Ａ）により
アーク放電を開始させればよい。

本発明により絶縁性の膜、例えばＡｆＮＩＩ！Ｉを成膜
するには、上記装置において、ターゲット（５Ａ）　（
５Ｂ）にＡＮを、真空チャンバー（１）内導入ガスにＮ
２を充当し、電源接続を１電極例えば（２Ａ）をカソー
ド、他電極（２Ｂ）をアノードとしてカソードにアーク
放電を行って成膜を開始すると、時間の経過とともにア
ノードとして使用している電極（２Ｂ）の表面−ヒに堆
積したＡｆｆｉＮ絶縁性膜によってアーク放電電圧が上
昇し、放電の維持が困難となる。このときカソードとし
て使用している電極（２八）のターゲット表面はアーク
スポットの浄化作用により常に新しいへ２面が露出して
おりＡＩＮ膜は殆ど付着していない。そこで前記極性の
アーク放電開始後、一定の時間が経過した時点で極性切
替手段によって電極（２Ａ）と（２Ｂ）との極性を切替
え、電極（２Ａ）をアノード、電極（２Ｂ）をカソード
に電源接続し、アーク放電開始手段（６Ｂ）を作動させ
れば、電極（２Ｂ）へのアーク放電は容易に再開し、電
極（２Ｂ）のターゲット（５Ｂ）表面上に堆積したＡＩ
！、Ｎ絶縁性膜はアークスポットの浄化作用により容易
に除かれ、基材（９）上へのＡｌ２ＮＩＪ’の成膜が安
定して続行されるとともに、今度は電極（２八）にＡＩ
Ｎの堆積が起こるようになる。

このような電極（２Ａ）　（２Ｂ）の極性切替操作を一
定時間置きに繰返すことにより、従来技術では不可能で
あった絶縁性膜の長時間成膜が安定して実施できるよう
になる。第２図は電極（２＾）　（２Ｂ）につき横軸に
時間をとり縦軸に電圧をとって示した極性切替の経過を
示す。

尚、電極の極性切替の時点間の時間間隔（Ｔ）は、膜種
、成膜条件等によって異なるが、へｌＮ膜の場合、１／
１０秒〜数分の範囲が適切であった。

本発明装置において、複数の電極に取付けるターゲット
の材料は必ずしも同一である必要はなく、例えばターゲ
ット（５Ａ）にＴｉ、ターゲット（５Ｂ）にＺｒを用い
、反応参加ガスに酸素を用いれば、第３図に示すように
、基材（９）上に絶縁性のＴｉ０ｚの膜（ＩＩＡ）とＺ
ｒ０ｚの膜（ＩＩＢ）とが交互に成膜された多層膜を形
成することができる。

本発明はまた、第１図実施例に示す１対の２電極の反対
極性交替切替の形態のみに限られない。例えば１つの真
空チャンバー内に２組の合計４つの電極をそれぞれのト
リガーとともに収容し、各組毎にアーク放電用直流電源
および極性切替手段を設けて１つの基材上に成膜する構
造とすることができる。この実施例では各組を独立して
操作することができるので、極性切替時間からする制約
から脱却して、多層膜の各ＩＦＪ厚を変化させたり、あ
るいは複合膜の形成に利用したりすることができる。

また、他の変化実施例としては、第４図に示すように、
１チヤンバー内の４つの電極（２Ｃ）　（２Ｄ）　（２
Ｅ）　（２Ｆ）に対して１つのアーク放電用直流電源（
８）を備える形態も考慮される。この場合、極性切替手
段（７ｘ）として各電極への４接点２連のロータリスイ
ッチを用いれば、４電極のうち１つをカソードとして、
他の１つをアノードとして使用し、４電極をメリーゴー
ランド式廻り持ちでカソードとして成膜を実施すること
ができる。

この場合、電極の配置角度により、対のカソードとアノ
ードとなる電極間の角度（θ）が対向配置の０°から並
列配置の１８０°までの間で変わり得るが、−船釣には
アーク放電時のチャンバー内ガス圧力が高い程、この角
度が大きくても安定に放電する。またカソードとアノー
ドとの距離が近い程安定して放電する傾向がある。

実験したガス圧力０．５ｍＴｏｒｒ程度ではカソードと
アノードとを正対させできるだけ近付けて配置すること
が望ましく、ガス圧力１０ｍ　Ｔｏｒｒではカソードと
アノードとの間の角度は小さい程安定であるが、制約は
厳しくない。これらの傾向を考慮して電極の配置を決定
することが望ましい。

各電極にはアノードとして働いている間に絶縁性膜が堆
禎するが、極性切替が１巡する間にカソードとして働く
のでその間にアークスポットの浄化作用によってその絶
縁性膜は取除かれリフレッシュする。従って安定して絶
縁性膜を基材上に成膜できる。

本発明は、極性切替する電極数を任意に増加できるのに
対応して、極性切替手段は前出実施例の２極双投型、多
段ロータリー型の他各種を採用でき、またモータードラ
イブ、サイリスタ制御を採用してスイッチングモードを
選択的に多様に、またタイミング的に遅れなく、また容
量的にも無理なく自動切替操作することができる。

第５図は３つの電極を並列に配置した変形実施例を示し
、ガラス板等板形状の基材にＴｉＯ□膜を成膜して絶縁
性とともに他の特性を活用したい場合に有利に適用でき
る。

（発明の効果） 本発明装置によると、基材上への絶縁性膜を含む単層、
多層、複合膜の真空アーク蒸着法による成膜を安定して
継続実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的実施例の装置の縦断側面および
接続図、第２図はその切替経過を示す図、第３図は成１
模した多層膜の断面図、第４図は本発明の変形実施例の
装置の縦断側面および接続図、第５図は本発明のさらに
他の実施例の縦断側面部分図、第６図は従来技術の装置
の説明図である。 （１）・・・真空チャンバー、（２Ａ）　（２Ｂ）　（
２Ｃ）　（２Ｄ）　（２Ｅ）（２Ｆ）・・・電極、（３
）・・・絶縁材シール、（４）・・・アーク閉込手段、
（５＾）　（５Ｂ）・・・蒸発源物質、ターゲット、（
６Ａ）　（６Ｂ）・・・アーク放電開始手段、トリガー
、（７）（７ｘ）・・・極性切替手段、（８）・・・ア
ーク放電用直流電源、（９）・・・基材、００）・・・
テーブル、（１１八）（ＩＩＢ）・・・膜、（Ｔ）・・
・時間間隔、（θ）・・・電極間角度、（ａ）・・・真
空チャンバー、（ｂ）・・・アーク電源、（Ｃ）・・・
カソード、（ｄ）・・・アノード、（ｅ）・・・火花供
給装置、（ｆ）・・・基材。 鉛 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応参加ガスの導入可能な真空チャンバー内に２以上の
   真空アーク蒸発源物質からなる電極を備え、真空アーク
   蒸着により成膜する基材を収容し、電極を交互にカソー
   ドおよびアノードとする極性切替手段を介してアーク放
   電用直流電源に接続したことを特徴とする電極の切替手
   段を備えた真空アーク蒸着装置。