JPH08291381A - アーク放電型pvd装置 - Google Patents

アーク放電型pvd装置

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JPH08291381A
JPH08291381A JP7092585A JP9258595A JPH08291381A JP H08291381 A JPH08291381 A JP H08291381A JP 7092585 A JP7092585 A JP 7092585A JP 9258595 A JP9258595 A JP 9258595A JP H08291381 A JPH08291381 A JP H08291381A
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JP
Japan
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cathode
anode
arc discharge
electrode
frequency
Prior art date
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Pending
Application number
JP7092585A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideaki Yasui
秀明 安井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 陰極と陽極の間、または陽極もしくは陰極の
内側か外側に高周波印加用電極を具備し、製膜または微
粒子を形成中に、高周波印加用電極に高周波を供給する
機構を具備することにより、低電圧で放電可能でかつア
ークスポットの集中による急激な熱膨張での陰極割れを
防止しする装置を提供する。 【構成】 ガス導入系17から例えばメタンガスと水素
ガスを導入し、陰極9、陽極10間で電源18によりア
ーク放電を行う。このとき高周波電源16により高周波
印加用電極15に高周波を供給すると真空槽13内の高
周波印加用電極15の近傍では高密度のプラズマが発生
するためプラズマの抵抗が小さくなりアーク放電の電圧
が低下する。また、陰極近傍のプラズマ密度も均一に向
上するため、アークスポットが局所的に集中しなくなり
電極の割れを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成及び/または
微粒子形成等に用いるアーク放電型PVD(physical v
apor deposition)装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、アーク放電型PVD装置は切削工
具等の耐摩耗性被膜としてTiN、ダイヤモンド状膜等
の成膜に、また配線材料として用いる超微粒子の作製等
に広く用いられている。一例として、特開平1−272
757号公報等が提案されている。
【0003】以下図面を参照しながら、従来のアーク放
電型PVD装置の一例について説明する。図5は従来の
アーク放電型PVD装置の概略断面図を示すものであ
る。図5において、円柱状の陰極1と円管状の陽極2が
絶縁物3を介して設置されており、陰極1、陽極2、絶
縁物3は絶縁物からなるホルダ4に固定され、真空槽5
にとりつけられている。作動ガスや微粒子はガス導入系
6から陰極1、陽極2、絶縁物3の間隙を通過し導入さ
れる。アーク放電用電圧は、陰極1と陽極2に接続され
た電源7により供給される。製膜を行う基板8は電極
1,2の前方に設置する。以上のように構成されたアー
ク放電型PVD装置において、例えば陰極材料をチタ
ン、ガス導入系6から窒素ガスを導入し、電源7により
陰極1、陽極2に電圧を供給し、アーク放電を行い、プ
ラズマを発生させることで陰極上にアークスポットが発
生し、陰極材料のチタンがを蒸発、イオン化し、放電に
よりプラズマ化した窒素と反応して基板7の表面にTi
N薄膜が形成される。また例えばメタンガスと水素ガス
を導入し、電源7により陰極1、陽極2に電圧を供給
し、アーク放電を行い、プラズマを発生させることで、
それぞれのガスを励起し、イオン化し、化合して基板7
の表面にダイヤモンド状薄膜を形成する。なお、陰極材
料を蒸発、イオン化し、薄膜形成の材料として使用する
ときと、プラズマを発生させるための電極として使用す
るときでは電圧の供給状態が異なる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような構成では、アーク放電を維持するために高電圧を
印加しなければならず、このため高価で大きい設置場所
を有する高電圧印加電源が必要となり、また発生するア
ークスポットが局所に集中することにより電極の一部分
のみが高温となり、熱膨張により電極の割れを生じ、安
定な放電が維持できないという問題を有していた。
【0005】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、低電圧で放電でき、かつアークスポットが局所に集
中することを防止し、電極材料の割れを防ぐことのでき
るアーク放電型PVD装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第1番目のアーク放電型PVD装置は、陰
極と、陽極と、前記陰極および陽極に電圧を供給する手
段を有し、前記陽極と前記陰極間にアーク放電を生じさ
せて陰極物質を蒸発し、イオン化し、前記陰極に対向し
て設置された基板に膜を成膜、または微粒子を形成する
アーク放電型PVD装置であって、前記陰極と前記陽極
の間、または前記陽極もしくは前記陰極の内側か外側に
高周波印加用電極を具備し、製膜中または微粒子を形成
中に、前記高周波印加用電極に高周波を供給する機構を
具備することを特徴とする。
【0007】次に本発明の第2番目のアーク放電型PV
D装置は、陰極と、陽極と、前記陰極および陽極に電圧
を供給する手段を有し、前記陰極陽極間に一種類以上の
ガスまたは微粒子を混入した一種類以上のガスを導入
し、前記陰極に対向して設置された基板に前記ガスもし
くは微粒子を蒸発し、励起し、イオン化し成膜、または
微粒子を形成するアーク放電型PVD装置であって、前
記陰極と前記陽極の間、または前記陽極もしくは前記陰
極の内側か外側に高周波印加用電極を具備し、製膜中ま
たは微粒子を形成中に、前記高周波印加用電極に高周波
を供給する機構を具備することを特徴とする。
【0008】前記第1〜2番目のアーク放電型PVD装
置においては、円管状の陰極及び/または陽極が軸方向
に分割された構造であることが好ましい。
【0009】
【作用】前記した本発明の第1〜2番目のアーク放電型
PVD装置によれば、陰極と陽極の間、または陽極もし
くは陰極の内側か外側に高周波印加用電極を具備し、製
膜中または微粒子を形成中に、高周波印加用電極に高周
波を供給する機構を具備することにより、低電圧で放電
でき、かつアークスポットが局所に集中することを防止
し、電極材料の割れを防ぐことのできるアーク放電型P
VD装置を実現できる。すなわち、作動ガスを電極間か
ら導入している際に、陰極と陽極の間、もしくは陽極、
陰極どちらかの内側、または外側に具備した高周波印加
用電極に高周波を供給することで高周波印加用電極近傍
でプラズマ密度の高い場を形成することができる。この
とき、陽極陰極間でのアーク放電を発生させるとプラズ
マの抵抗が小さくなるため高周波印加用電極に高周波を
供給しないときに比べ放電電圧の低下を生じる。また、
電極近傍でも均一にプラズマ密度が高いため、一部にア
ークスポットが集中することがなくなり、電極の割れが
発生しなくなる。
【0010】また前記第1〜2番目のアーク放電型PV
D装置において、円管状の陰極及び/または陽極が軸方
向に分割された構造であるという好ましい例によれば、
さらに低電圧で放電でき、かつアークスポットが局所に
集中することを防止し、電極材料の割れを防ぐことがで
きる。
【0011】
【実施例】以下本発明を実施例を用いてさらに具体的に
説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例におけるアーク放電
型PVD装置の概略断面図を示すものである。図1にお
いて、タングステンの円柱状の陰極9と銅の円管状の陽
極10が窒化珪素セラミックの絶縁物11を介して設置
されており、陰極9、陽極10、絶縁物11はテフロン
の絶縁物からなるホルダ12に固定され、真空槽13に
とりつけられている。ホルダ12の外周には水冷機構を
14を具備した高周波印加用電極15が設置され、高周
波電源16に接続されている。作動ガスや微粒子はガス
導入系17から陰極9、陽極10、絶縁物11の間隙を
通って導入される。陰極9と陽極10に接続された電源
18により放電用電圧が供給される。製膜を行うシリコ
ンの基板19は電極前方に設置する。なお、円管状の陽
極10は効率よく高周波を真空槽13内に導入するた
め、軸方向に分割してある。
【0012】以上のように構成されたアーク放電型PV
D装置について、図1を用いてその動作を説明する。ガ
ス導入系17からメタンガス(50ccm)と水素ガス
(1ccm)を導入し、真空槽13の真空度を12kP
aに設置する。陰極9、陽極10間で電源18により放
電電流10Aの定電流アーク放電を行う。このとき高周
波電源16により高周波印加用電極15に13.56M
Hz、350Wの高周波を供給すると真空槽13内の高
周波印加用電極15の近傍では高密度のプラズマが発生
するためプラズマの電気抵抗が小さくなりアーク放電の
電圧が低下する。また、陰極近傍のプラズマ密度も均一
に向上するためアークスポットが局所的に集中しなくな
り電極の割れを防止することができる。また、従来より
高密度なプラズマが発生するためメタンガスと水素ガス
の励起、イオン化が促進され、従来、基板温度500℃
で形成した膜厚4000オングストローム(製膜速度8
0オングストローム/min)のダイヤモンド状薄膜と
同等の硬度を有する膜質が、基板温度380℃、製膜速
度110オングストローム/minで形成することがで
きた。
【0013】なお、本実施例では真空槽で製膜を行った
が、大気中や、加圧した状態でもよく本実施例に限定さ
れるものではない。なお、本実施例において円柱状の陰
極9と円筒状の陽極10とし、電源18により放電を行
ったが電源により電極に加える陰極を逆にし、9を円柱
状の陽極、10を円筒状の陰極として放電を行ってよ
い。
【0014】(実施例2)図2は本発明の実施例におけ
るアーク放電型PVD装置の概略断面図を示すものであ
る。なお、図1中と同一のものには同じ番号を付ける。
図2において、円柱状の陰極9と円管状の陽極10が、
窒化珪素セラミックスとテフロンで構成される絶縁物の
ホルダ20を介して設置し、ホルダ20を介して陰極9
と陽極10の間に水冷機構を14を具備した高周波印加
用電極15が設置されている。なお、高周波を印加を効
率よく行うため陽極10を軸方向に分割してもよい。
【0015】以上のように構成されたアーク放電型PV
D装置でも第一の実施例と同様に真空槽13内部の高周
波印加用電極15の近傍では高密度のプラズマが発生す
るためアーク放電の電圧が低下する。また、陰極近傍の
プラズマ密度も向上するためアークスポットが局所的に
集中しなくなり電極の割れを防止することができる。
【0016】なお、本実施例において円柱状の陰極9と
円管状の陽極10としたが電源により電極に加える極性
を逆にし、9を円柱状の陽極、10を円管状の陰極とし
てもよい。
【0017】(実施例3)図3は本発明の実施例におけ
るアーク放電型PVD装置の概略断面図を示すものであ
る。なお、図1〜2中と同一のものには同じ番号を付け
る。図3において、タングステンの円柱状の陰極21と
タングステンの円管状の陰極22の間に銅の円管状の陽
極23を窒化珪素セラミックスの絶縁物24を介して窒
化珪素セラミックスとテフロンから構成されるホルダ2
5に設置し、ホルダ25を介して陽極23の内部に水冷
機構を14を具備した高周波印加用電極15が設置され
ている。なお、高周波を印加を効率よく行うため陰極2
2、陽極23を軸方向に分割してもよい。
【0018】以上のように構成されたアーク放電型PV
D装置でも第一および第二の実施例と同様に真空槽13
内部の高周波印加用電極15の近傍では高密度のプラズ
マが発生するためアーク放電の電圧が低下する。また、
陰極近傍のプラズマ密度も向上するためアークスポット
が局所的に集中しなくなり電極の割れを防止することが
できる。
【0019】なお、本実施例において円柱状の陰極2
1、円管状の陰極22、円管状の陽極23としたが電源
により電極に加える極性を逆にし、21を円柱状の陽
極、22を円管状の陽極、23を円管状の陰極としても
よい。
【0020】(実施例4)図4は本発明の実施例におけ
るアーク放電型PVD装置の概略断面図を示すものであ
る。なお、図1〜3中と同一のものには同じ番号を付け
る。図4において、タングステン円管状の陰極26と銅
の円管状の陽極27の間に窒化珪素セラミックの絶縁物
28を介して窒化珪素セラミックスとポリテトラフロオ
ロエチレンから構成されるホルダ29に設置し、ホルダ
29を介して陽極23の内側に水冷機構を14を具備し
た高周波印加用電極15が設置された構成を有する。な
お、高周波を印加を効率よく行うため陰極26、陽極2
7を軸方向に分割してある。
【0021】以上のように構成されたアーク放電型PV
D装置でも第一、第二および第三の実施例と同様に真空
槽13内部の高周波印加用電極15の近傍では高密度の
プラズマが発生するためアーク放電の電圧が低下する。
また、陰極近傍のプラズマ密度も向上するためアークス
ポットが局所的に集中しなくなり電極の割れを防止する
ことができる。
【0022】なお、本実施例において円管状の陰極26
と円管状の陽極27としたが電源により電極に加える極
性を逆にし、26を円管状の陽極、27を円管状の陰極
としてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明は陽極陰極間でのア
ーク放電を発生させると高周波印加用電極が存在しない
ときに比べ放電電圧の低下を生じる。また、高周波印加
用電極近傍でプラズマ密度の高い場が形成され電極近傍
でもプラズマ密度が高いため、一部にアークスポットが
集中することがなくなり、電極の割れが発生しなくな
る。よって、生産設備の簡易化、また安定な成膜を実現
し、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1におけるアーク放電型PV
D装置の概略断面図である。
【図2】 本発明の実施例2におけるアーク放電型PV
D装置の概略断面図である。
【図3】 本発明の実施例3におけるアーク放電型PV
D装置の概略断面図である。
【図4】 本発明の実施例4におけるアーク放電型PV
D装置の概略断面図である。
【図5】 従来のアーク放電型PVD装置の概略断面図
である。
【符号の説明】
1 円柱状の陰極 2 円管状の陽極 3 絶縁物 4 ホルダ 5 ガス導入系 7 電源 8 基板 9 円柱状の陰極 10 円管状の陽極 11 絶縁物 12 絶縁物からなるホルダ 13 真空槽 14 水冷機構 15 高周波印加用電極 16 高周波電源 17 ガス導入系 18 電源 19 基板 20 絶縁物のホルダ 21 円管状の陰極 22 円管状の陰極 23 円管状の陽極 24 絶縁物 25 ホルダ 26 円管状の陰極 27 円管状の陽極 28 絶縁物 29 ホルダ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極と、陽極と、前記陰極および陽極に
    電圧を供給する手段を有し、前記陽極と前記陰極間にア
    ーク放電を生じさせて陰極物質を蒸発し、イオン化し、
    前記陰極に対向して設置された基板に膜を成膜、または
    微粒子を形成するアーク放電型PVD装置であって、前
    記陰極と前記陽極の間、または前記陽極もしくは前記陰
    極の内側か外側に高周波印加用電極を具備し、製膜中ま
    たは微粒子を形成中に、前記高周波印加用電極に高周波
    を供給する機構を具備することを特徴とするアーク放電
    型PVD装置。
  2. 【請求項2】 陰極と、陽極と、前記陰極および陽極に
    電圧を供給する手段を有し、前記陰極陽極間に一種類以
    上のガスまたは微粒子を混入した一種類以上のガスを導
    入し、前記陰極に対向して設置された基板に前記ガスも
    しくは微粒子を蒸発し、励起し、イオン化し成膜、また
    は微粒子を形成するアーク放電型PVD装置であって、
    前記陰極と前記陽極の間、または前記陽極もしくは前記
    陰極の内側か外側に高周波印加用電極を具備し、製膜中
    または微粒子を形成中に、前記高周波印加用電極に高周
    波を供給する機構を具備することを特徴とするアーク放
    電型PVD装置。
  3. 【請求項3】 円管状の陰極及び/または陽極が軸方向
    に分割された構造である請求項1または2に記載のアー
    ク放電型PVD装置。
JP7092585A 1995-04-18 1995-04-18 アーク放電型pvd装置 Pending JPH08291381A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008103141A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Tohoku Univ プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008103141A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Tohoku Univ プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法

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