JPH04110747U - 真空アーク金属蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 陰極・陽極間のアーク放電により加熱蒸発さ
れたシールド材が不純物として蒸着皮膜に取り込まれる
ことを防ぐ。 【構成】 真空チャンバ１内に、平面状の蒸発面51を有
する陰極５と、陰極５の側面まわりに僅かな間隙Ｇを持
ち、かつ上縁部6aを陰極５の蒸発面51の周縁と同じ高さ
位置にして配設された筒状のシールド６と、それら陰極
５及びシールド６に覆わせるように被蒸着物を介して蒸
発面51に向き合って設けられた陽極とを備えた真空アー
ク金属蒸発装置である。陰極５は、その蒸発面51の周縁
部に蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾斜端面51ａ
が形成されている。陰極点が蒸発面51の傾斜端面51ａに
形成されたときには陰極金属の蒸発方向が内方向きにな
るので、蒸発した陰極金属がシールド６に付着して陰極
点がシールド６に転移することを防ぐことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、真空中のアーク放電により陰極金属を蒸発させこれを被蒸着物に 蒸着させる、真空アーク金属蒸着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

所定圧力に真空引きされた真空チャンバ内で陰極と陽極との間にアーク放電を 発生させ、陰極の金属を蒸発させてこれを被蒸着物に蒸着させるようにしたこの 種の真空アーク金属蒸着装置では、アーク放電により陰極金属の激しい蒸発を伴 いながら無秩序に動き回る陰極点が形成される。そのため、被蒸着物に向き合っ て配設される陰極の蒸発面からその非蒸発面（陰極側面など）への陰極点の転移 を防ぐためのシールドを設けた真空アーク金属蒸着装置が提案されている（特公 昭52− 14690号公報）。図６はこの従来の真空アーク金属蒸着装置の陰極及びシ ールドの構成を説明するための図である。

【０００３】 図６において、61はハウジング（図示省略）及び蓋体61ａにより図における上 側に気密な室を形成する真空チャンバである。この真空チャンバ61の内部には、 内部が水冷される導電性の冷却床62がアーク放電用の電流を流すための電流供給 導体63の上面に配置されており、電流供給導体63はセラミック絶縁体64を介して 蓋体61ａに固定されている。上記冷却床62の上面に平面視で円板形状の陰極65が ロウ付け等によって固定されている。

【０００４】 陰極65は蒸着すべき金属より形成されており、その上面が蒸発面65ａとなるも のである。陰極65の側面まわりには、２〜３mm程度の僅かな間隙Ｇを持つ状態で 中空円筒をなすシールド66が、その上縁部66ａが陰極65の蒸発面65ａの周縁と同 じ高さ位置になるようにして設けられている。シールド66は、陰極65及び冷却床 62と同心でもって蓋体61ａの上面に絶縁体67を介して配設されている。

【０００５】 上記のようにシールド66は、その上縁部66ａが陰極65の蒸発面65ａの周縁と同 じ高さ位置になるように設けてある。つまり、シールド上縁部66ａが蒸発面65ａ よりも高い位置にある場合には、蒸発面65ａの周縁部（蒸発面65ａにおける径方 向の端面部分）から蒸発された陰極金属がシールド66に付着しやすく最後には間 隙Ｇを埋めることになり、その結果、陰極点がシールド66に転移することになる からである。また、シールド66の上縁部66ａが陰極65の蒸発面65ａよりも低い位 置に場合には、シールド66によって取り囲まれていない部分（陰極65の側面）に 陰極点が形成されて、同様にして、間隙Ｇが短絡されて陰極点がシールド66に転 移することになるからである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来の真空アーク金属蒸着装置は、筒状のシールド66をその上縁部66ａが 陰極65の蒸発面65ａの周縁と同じ高さ位置になるようして陰極65の側面まわりに 設けた点において優れたものであるが、このような構成にあっても、未だ、蒸発 面65ａの周縁部から蒸発された陰極金属がシールド66に付着しやすく、その結果 、陰極点がシールド66に転移してシールド66材が蒸発し、これが不純物として蒸 着皮膜に取り込まれるという欠点がある。

【０００７】 この考案は、上記欠点を解消するためになされたものであって、加熱蒸発され たシールド材が不純物として蒸着皮膜に取り込まれることをなくして健全な蒸着 皮膜を得ることができる、真空アーク金属蒸着装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本願の考案は、真空チャンバ内に、平面状の蒸発面を有し蒸着すべき金属より なる陰極と、この陰極の側面まわりに僅かな間隙を持ち、かつ上縁部を前記陰極 の蒸発面の周縁と同じ高さ位置にして配設された筒状のシールドと、それら陰極 及びシールドの上方に設けられた陽極とを備え、前記陰極と前記陽極との間にア ーク放電を起こさせて陰極金属を蒸発させこれを被蒸着物に蒸着させる真空アー ク金属蒸着装置において、上記目的を達成するために次の手段を講じている。

【０００９】 請求項１の考案による真空アーク金属蒸着装置は、前記陰極は、その蒸発面の 周縁部に蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾斜端面が形成されていることを 特徴とするものである。

【００１０】 また、請求項２の考案による真空アーク金属蒸着装置は、前記シールドは、少 なくとも陰極の側面に相対する部位が陰極と同一金属材料により形成されている ことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】

請求項１の考案による真空アーク金属蒸着装置では、陰極はその蒸発面の周縁 部に蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾斜端面が形成されているので、陰極 点がこの傾斜端面に形成されたときには、陰極金属の蒸発方向が内方向きとなり 、蒸発した陰極金属のシールドへの付着を防ぐことが可能となる。

【００１２】 また、請求項２の考案による真空アーク金属蒸着装置では、シールドは、少な くとも陰極の側面に相対する部位が陰極と同一の金属材料により形成されている ので、陰極点がこのシールドに転移することがあっても、蒸発する材料としては 同じあるから、蒸着皮膜に不純物として取り込まれることはない。

【００１３】

【実施例】

以下、実施例に基づいて本願考案を説明する。 〔実施例１〕 図１は請求項１の考案の一実施例による真空アーク金属蒸着装置の全体構成説 明図、図２は図１に示す陰極及びシールドの構成を説明するための図、図３は図 ２に示す陰極及びシールドの要部拡大図、図４は請求項１の考案に係る陰極の他 の実施例を示す図である。

【００１４】 図１において、１は真空チャンバであって、蓋体1a及びハウジング1bにより気 密な室を形成し、真空発生装置1cによりその内部が真空引きされるようになって いる。真空チャンバ１の内部には、内部が水冷される導電性の冷却床２がアーク 放電用の電流を流すための電流供給導体３の上面に配置されており、電流供給導 体３はセラミック絶縁体４を介して真空チャンバ１の蓋体1aに固定されている。 上記冷却床２の上面に平面視で円板形状の陰極５がロウ付け等によって固定され ている。

【００１５】 蒸着すべき金属により形成された上記の陰極５は、後述するように、その蒸発 面51の周縁部に蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾斜端面51ａが形成されて いる。この陰極５の側面まわりには、 0.5〜１mm程度の僅かな間隙Ｇを持つ状態 で中空円筒状をなすシールド６が、その上縁部6aが陰極５の蒸発面としての傾斜 端面51ａの周縁と同じ高さ位置になるようにして設けられている。シールド６は 、陰極５及び冷却床２と同心でもって蓋体1aの上面に絶縁体７を介して固定され ている。

【００１６】 上記陰極５及びシールド６に対してこれらを覆わせるように、図に示すように 、中空球面体をなす陽極８が陰極５の蒸発面51に向き合って真空チャンバ１の内 部に配設されている。この陽極８には、アーク電力を供給するための、蓋体1aと 電気的に絶縁された陽極用金属ロッド９が接続されている。陽極用金属ロッド９ はアーク電源10の正極側出力端子に接続してある。11は、陽極８の内方に配設さ れた被蒸着物であり、その蒸着面が陰極５と同軸であって蒸発面51の平面部に接 する仮想球面12に接するように配置されている。

【００１７】 13はトリガ電極であり、このトリガ電極13は、これをアーク放電開始時に陰極 ５から引き離すための電磁石の電機子14のロッドに絶縁体を介して連結されてお り、電機子14は外周に励磁コイル15が巻かれた非磁性体でなるパイプ16内に収め られている。また、トリガ電極13は、トリガ用金属ロッド17及び抵抗18を介して 上記の陽極用金属ロッド８に接続されている。

【００１８】 アーク電源10は、図示しない可変抵抗器によってその出力が調整される３相全 波整流式の直流電源であって、入力端子が入力スイッチ19を介して３相交流電源 に接続され、正極側出力端子が陽極８に導通する陽極用金属ロッド９に接続され ており、また、負極側出力端子を電磁石の励磁コイル15を介して陰極５側の電流 供給導体３に接続してある。

【００１９】 上述した陰極５は、図２及び図３に示すように、その蒸発面51の周縁部が、上 方に突出され、蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾斜面をなす傾斜端面51ａ とされている。この場合、図３に示す、平面部に対する傾斜端面51ａの傾斜角度 θは、この実施例では70度としてある。

【００２０】 次に上記構成になる真空アーク金属蒸着装置の動作を以下に説明する。 真空発生装置1cによって真空チャンバ１内の圧力が例えば10^-6Torrに達したと ころでアーク電源10をオン状態にする。これにより、まず、正極側出力端子、抵 抗18、トリガ用金属ロッド17、トリガ電極13、陰極５、冷却床２、電流供給導体 ３、励磁コイル15及び負極側出力端子をつなぐ回路に電流が流れる。そして、電 磁石の電機子14が戻りバネ20の押し付け力に抗して励磁コイル15の磁力によって 吸引され、トリガ電極13が陰極５から引き離されてアークが点弧する。

【００２１】 アーク点弧によって、正極側出力端子、陽極用金属ロッド９、陽極８、陰極５ 、冷却床２、電流供給導体３、励磁コイル15及び負極側出力端子をつなぐ回路に 電流が流れる。これにより、陽極８，陰極５間にアーク放電が起こり、陰極点が 陰極５の傾斜端面51ａを含む蒸発面51上を動きまわり、蒸発面51から陰極金属が 蒸発して、被蒸着物11の表面に蒸着皮膜が形成されることになる。

【００２２】 この場合、陰極点が蒸発面51の傾斜端面51ａに形成されたときには、図３に示 すように、陰極金属の蒸発方向が内方向きとなるので、シールド６に陰極金属が 付着されにくくなる。その結果、長時間の蒸着を行っても、間隙Ｇ短絡による陰 極点のシールド６への転移によってシールド６材が蒸発してこれが不純物として 蒸着皮膜に取り込まれるということがなくなり、不純物を含まない健全な蒸着皮 膜が得られる。

【００２３】 なお、傾斜端面51ａの傾斜角度θは、50〜70度の範囲が適当である。傾斜角度 θがこの範囲より小さくなると、陰極金属の蒸発方向を内方向きにして蒸発され た陰極金属のシールド６への付着を防ぐ効果が十分得られないからである。また 、この範囲より大きくなると、陰極５の作製に際して、傾斜端面51ａを形成する ために残りの部分を削除する量が増し、材料の利用効率が悪くなる等の不具合が 生じるためである。

【００２４】 また、陰極５の蒸発面51の周縁部は、蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾 斜面とされておればよく、図４に示すような、円弧状の傾斜面を形成するように してもよい。

【００２５】 〔実施例２〕 図５は請求項２の考案の一実施例による真空アーク金属蒸着装置の陰極及びシ ールドの構成を説明するための図である。なお、図５においては、図２と同じ作 用をなす構成部分は同一符号で説明する。

【００２６】 図５において、真空チャンバ１の内部には、冷却床２が電流供給導体３の上面 に配置されており、電流供給導体３はセラミック絶縁体４を介して真空チャンバ １の蓋体1aに固定されている。この冷却床２の上面に平面視で円板形状の陰極25 がロウ付け等によって固定されている。この実施では、陰極25はタングステン材 により形成されている。陰極25の側面まわりには、 0.5〜１mm程度の僅かな間隙 Ｇを持つ状態で中空円筒をなすシールド26が、その上縁部26ａが陰極25の蒸発面 25ａの周縁と同じ高さ位置になるようにして、陰極25及び冷却床２と同心でもっ て蓋体1aの上面に絶縁体７を介して固定されている。

【００２７】 上記のシールド26は、図に示すように、陰極25の側面に相対する部位である上 部26ｂが陰極25と同一材料のタングステンにより形成され、その他の部分である 基部26ｃがこの実施例ではステンレス材で形成されている。なお、ステンレス材 に代えてセラミックス材を用いるようにしてもよい。他の構成は図１と同様であ り、その説明は省略する。

【００２８】 上記構成になる真空アーク金属蒸着装置によれば、シールド26は、少なくとも 陰極25の側面に相対するその上部26ｂが陰極25と同一金属材料により形成されて いるので、陰極点がこのシールド26に転移することがあっても、蒸発する材料と しては同じあり、蒸着皮膜に不純物として取り込まれることはなくなる。 なお、この場合、当然ながら、シールド26全体を陰極25と同一金属材料により 作製してもよい。

【００２９】

【考案の効果】

請求項１の考案による真空アーク金属蒸着装置によれば、陰極の蒸発面の周縁 部が蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾斜端面となされているので、陰極点 がこの傾斜端面に形成されたときには、陰極金属の蒸発方向が内方向きとなり、 陰極金属のシールドへの付着を防ぐことができるとともに、陰極点のシールドへ の転移を抑えることできる。これにより、長時間の蒸着を行っても、蒸発した陰 極金属のシールドへの付着により引き起こされる陰極点のシールドへの転移によ ってシールド材が蒸発してこれが不純物として蒸着皮膜に取り込まれるというこ とがなくなり、不純物を含まない健全な蒸着皮膜形成を実現できる。

【００３０】 請求項２の考案による真空アーク金属蒸着装置によれば、シールドは少なくと も陰極の側面に相対する部位が陰極と同一金属材料により形成されているので、 陰極点がこのシールドに転移することがあっても、蒸発する材料としては同じあ るから、蒸着皮膜に不純物として取り込まれることがなく、不純物を含まない健 全な蒸着皮膜が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の考案の一実施例による真空アーク金
属蒸着装置の全体構成説明図である。

【図２】図１に示す陰極及びシールドの構成を説明する
ための図である。

【図３】図２に示す陰極及びシールドの要部拡大図であ
る。

【図４】請求項１の考案に係る陰極の他の実施例を示す
図である。

【図５】請求項２の考案の一実施例による真空アーク金
属蒸着装置の陰極及びシールドの構成を説明するための
図である。

【図６】従来の真空アーク金属蒸着装置の陰極及びシー
ルドの構成を説明するための図である。

【符号の説明】

１…真空チャンバ 1a…蓋体 ２…冷却床 ３…電流供
給導体 ４…セラミック絶縁体 ５，25…陰極 51，25ａ…蒸発
面 51ａ…傾斜端面 ６，26…シールド 6a，26ａ…上縁部 ８…陽極 10…
アーク電源 11…被蒸着物 Ｇ…間隙

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に、平面状の蒸発面を有
   し蒸着すべき金属よりなる陰極と、この陰極の側面まわ
   りに僅かな間隙を持ち、かつ上縁部を前記陰極の蒸発面
   の周縁と同じ高さ位置にして配設された筒状のシールド
   と、それら陰極及びシールドの上方に設けられた陽極と
   を備え、前記陰極と前記陽極との間にアーク放電を起こ
   させて陰極金属を蒸発させこれを被蒸着物に蒸着させる
   真空アーク金属蒸着装置において、前記陰極は、その蒸
   発面の周縁部に蒸発面中央側に向かって下降傾斜する傾
   斜端面が形成されていることを特徴とする真空アーク金
   属蒸着装置。
2. 【請求項２】 真空チャンバ内に、平面状の蒸発面を有
   し蒸着すべき金属よりなる陰極と、この陰極の側面まわ
   りに僅かな間隙を持ち、かつ上縁部を前記陰極の蒸発面
   の周縁と同じ高さ位置にして配設された筒状のシールド
   と、それら陰極及びシールドの上方に設けられた陽極と
   を備え、前記陰極と前記陽極との間にアーク放電を起こ
   させて陰極金属を蒸発させこれを被蒸着物に蒸着させる
   真空アーク金属蒸着装置において、前記シールドは、少
   なくとも前記陰極の側面に相対する部位が陰極と同一金
   属材料により形成されていることを特徴とする真空アー
   ク金属蒸着装置。