JPH11350115A - 同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カソード電極側の蒸着材料が消耗することによ
ってトリガ放電が発生しなくなった場合に再度トリガ放
電を発生させることが可能な同軸型真空アーク蒸着源を
用いた蒸着装置を提供する。 【解決手段】本発明は、アノード電極４と蒸着材料９と
の間に電圧を印加した状態で、トリガ電極７と蒸着材料
９との間にトリガ放電を発生させ、アノード電極４と蒸
着材料９との間にアーク放電を誘起させて蒸着材料９を
蒸発させ、成膜対象物の表面に薄膜を形成するための蒸
着装置である。蒸着材料９を直線駆動機構２５のシャフ
ト２６に連結し、トリガ電極７に対して相対的に移動可
能に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸着装置に関し、特
に、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属や誘電体材料等の薄膜は、半
導体装置や液晶表示装置に不可欠なものとなっており、
スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の種々の薄膜形
成方法が開発されている。それらの形成方法のうち、膜
厚制御性に優れ、高品質の薄膜を形成できることから、
近年では同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置が注
目されている。

【０００３】図２は、従来の同軸型真空アーク蒸着源を
用いた蒸着装置の概略構成を示すものである。図２に示
すように、従来の蒸着装置１１０は、真空槽１０１底面
に同軸型真空アーク蒸着源１０３が配置されるととも
に、天井側には基板ホルダ１０５が配置されている。

【０００４】図３（ａ）は、同軸型真空アーク蒸着源１
０３の模式的な断面を示すものであり、図３（ｂ）は、
同軸型真空アーク蒸着源１０３における蒸着の原理を示
す説明図である。

【０００５】図３（ａ）に示すように、同軸型真空アー
ク蒸着源１０３は、円筒形形状のアノード電極１３０を
有しており、アノード電極１３０内には、カソード部１
４０が配置されている。カソード部１４０は、絶縁管１
４１と、トリガ電極１４２と、蒸着材料１４３と、取付
台１４５とを有している。

【０００６】絶縁管１４１は円筒形状に形成され、この
絶縁管１４１の内部に円柱形状の取付台１４５と蒸着材
料１４３が挿入されている。絶縁管１４１内部におい
て、取付台１４５は奥側に配置される一方、蒸着材料１
４３は先端付近に配置され、蒸着材料１４３の下端部
は、取付台１４５の上端部に密着固定され、上端部は絶
縁管１４１先端から突き出されている。

【０００７】絶縁管１４１の先端には、リング状のトリ
ガ電極１４２が装着されており、これにより蒸着材料１
４３の側面とトリガ電極１４２の表面とは、非接触の状
態で近接配置されるようになっている。

【０００８】図２に示すように、真空槽１０１の外部に
は、トリガ電源１２０とアーク電源１４７とが配置され
ている。各電源１２０、１４７の負電位側の端子は、そ
れぞれ取付台１４５に共通に接続されている。他方、ト
リガ電源１２０の正電位側の端子はトリガ電極１４２に
接続されており、アーク電源１４７の正電位側の端子は
アノード電極１３０に接続されている。

【０００９】この蒸着装置１１０を用いて薄膜を形成す
る場合には、基板１０８を基板ホルダ１０５に保持さ
せ、真空槽１０１内部を真空排気しながら基板１０８を
加熱する。

【００１０】基板１０８が所定温度まで昇温した後、ア
ーク電源１４７を起動し、アノード電極１３０に正電圧
を印加し、蒸着材料１４３に、取付台１４５を介して負
電圧を印加する。

【００１１】これにより、図３（ｂ）に示すように、ト
リガ電極１４２と蒸着材料１４３の間にトリガ放電が発
生してトリガ電流ｉ₁が流れる。そして、これよって蒸
着材料１４３の側面が部分的に蒸発し、蒸着材料１４３
の蒸気が放出され、アノード電極１３０の内側の圧力が
上昇する。その結果、アノード電極１３０と蒸着材料１
４３との間の絶縁耐圧が低下し、蒸着材料１４３の側面
と、アノード電極１３０との間でアーク放電が発生す
る。

【００１２】このアーク放電によって、アノード電極１
３０の内周面から蒸着材料１４３の側面に向けてアーク
電流ｉ₂が流れると、アーク電流ｉ₂は大電流であるた
め、蒸着材料１４３の側面が溶融し、トリガ放電のとき
よりも大量の蒸気が放出される。

【００１３】ここで、蒸着材料１４３と取付台１４５と
は円柱形状に形成されているため、アーク電流ｉ₂は、
カソード部１４０の内部を直線的に流れる。アーク電流
ｉ₂が流れることによって磁界が形成されると、その磁
界は、正電荷に対してアーク電流ｉ₂の向きとは反対方
向、すなわち、真空槽１内に向ける方向の力（ローレン
ツ力）Ｆを及ぼす。

【００１４】ここで、蒸着材料１４３からなる蒸気中に
は、正に帯電した微小粒子１５１が含まれているため、
蒸着材料１４３の側面からさまざまの方向に飛び出した
微小粒子１５１は、上述した力Ｆの影響を受け、アノー
ド電極１３０の開口部１４９から真空槽１０１内に向け
て放出される。

【００１５】蒸着材料１４３の延長線上には基板１０８
が位置しており、真空槽１０１内に放出された微小粒子
１５１は基板１０８の方向に飛行し、基板１０８に到達
すると、その表面において薄膜が成長する。

【００１６】他方、アーク電流ｉ₂が流れると、微小粒
子１５１の他に、蒸着材料１４３の構成物質から成る巨
大粒子１５２も同時に放出されるが、その巨大粒子１５
２は、無電荷であるか、電荷を有していても、電荷量に
比べて質量が大きいので、力Ｆによる曲げ量が少なく、
その結果、巨大粒子１５２はアノード電極１３０の内周
面に付着し、真空槽１０１内には放出されない。

【００１７】このように、アーク電流ｉ₂が流れている
間に、微小粒子１５１が薄膜を成長させることになる
が、アーク電流ｉ₂は大電流であるため、アーク電源１
４７の消耗が大きく、アーク電源１４７の出力電圧がア
ーク放電を維持できなくなる程度まで低下すると、自動
的にアーク放電は停止する。

【００１８】したがって、１回のトリガ放電によって放
出される微小粒子１５１の量は、アーク電源１４７の電
源能力によって決まるので、必要なだけトリガ放電を繰
り返し発生させることで、基板１０８上において所望の
膜厚の薄膜を形成することができる。

【００１９】上記のような蒸着装置１１０は、トリガ放
電の回数によって膜厚を精密に制御することができ、し
かも、巨大粒子１５２は基板１０８に到達せず、緻密で
良質の薄膜を形成できることから、Ｔａ、ＮｉＦｅ、Ｃ
ｕ、Ｃｏ、ＦｅＭｎ等の、高性能磁気薄膜を製造する場
合に盛んに用いられている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術においては、次のような問題があった。
すなわち、従来の同軸型真空アーク蒸着源１１０にあっ
ては、図３（ｂ）に示すように、上述のトリガー放電
は、蒸着材料１４３のトリガ電極１４２と対向する部
分、すなわち、蒸着材料１４３の付け根の部分１４３ａ
においてパルス放電として発生するが、このパルス放電
を長時間にわたって繰り返し行うと、上述した蒸着材料
１４３のトリガ電極と対向する付け根の部分１４３ａが
微小粒子１５１及び巨大粒子１５２の飛散によって必然
的に消耗する。その結果、蒸着材料１５１の付け根の部
分１４３が削り取られて最終的にパルス放電が発生しな
くなるという問題がある。

【００２１】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するためになされたもので、カソード電極側の蒸着
材料が消耗することによってトリガ放電が発生しなくな
った場合に再度トリガ放電を発生させることが可能な同
軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置を提供すること
を目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、アノード電極と蒸着
材料との間に電圧を印加した状態で、トリガ電極と前記
蒸着材料との間にトリガ放電を発生させ、前記アノード
電極と前記蒸着材料との間にアーク放電を誘起させて前
記蒸着材料を蒸発させ、成膜対象物の表面に薄膜を形成
するための蒸着装置であって、前記蒸着材料が、前記ト
リガ電極に対して相対的に移動可能に構成されているこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項１記載の発明にあっては、放電の繰
り返しによって蒸着材料のトリガ電極に対向する部分が
削れてカソード電極とトリガ電極との間で放電が発生し
なくなった場合において、トリガ電極に対して蒸着材料
を相対的に移動させることによって、トリガ電極に対し
て蒸着材料の新しい面を対向させることができ、これに
よりアーク放電を再び発生させることが可能になる。そ
の結果、本発明によれば、長時間にわたって安定してア
ーク放電を発生させることができるので、処理対象物の
表面に厚い膜を形成することが可能になる。

【００２４】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、前記蒸着材料が真空処理
槽内に配設されるとともに、当該蒸着材料を移動させる
ための駆動機構が当該真空処理槽の外部に配設されてい
ることも効果的である。

【００２５】請求項２記載の発明によれば、真空処理槽
内の状態を変化させることなくトリガ電極に対して蒸着
材料を相対的に移動させることが可能になる。

【００２６】また、請求項３記載の発明のように、請求
項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記真
空処理槽内の真空状態を保持しつつ前記蒸着材料を移動
させるように構成されていることも効果的である。

【００２７】請求項３記載の発明によれば、カソード電
極とトリガ電極との間で放電が発生しなくなった時点に
おいて、直ちにトリガ電極に対して蒸着材料を相対的に
移動させて再びトリガ放電を誘起させることができるた
め、効率良く蒸着を行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る蒸着装置の好
ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図
１は、本実施の形態の蒸着装置の要部を示す概略構成図
である。図１に示すように、本実施の形態の蒸着装置１
は、真空処理槽２の底部に取り付けられた絶縁フランジ
３上に円筒形状のアノード電極４が固定されている。そ
して、アノード電極４の内側には円筒形状のトリガ電極
支持台５が配設され、その上端部に、トリガ電極固定台
６を介して円筒形状のトリガ電極７が取り付けられてい
る。なお、アノード電極４の長手方向の延長線上には、
処理対象物である基板（図示せず）が配設されている。

【００２９】トリガ電極７の内側には、例えば酸化アル
ミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる絶縁管８を介して円柱形
状の蒸着材料９が昇降自在に取り付けられている。この
場合、蒸着材料９は、その先端部が絶縁管８からアノー
ド電極４側に突出するように配設されている。

【００３０】蒸着材料９の下端部には、円柱棒状のカソ
ード取付台１０が例えば銅からなる導電性のコネクタ１
１によって固定され、これにより蒸着材料９とカソード
取付台１０とが電気的に接続されるようになっている。
そして、カソード取付台１０はアノード電極４と平行に
配設され、その蒸着材料９に接続されない側の下端部分
が、絶縁フランジ３及び絶縁フランジ３と同心円上に固
定されたベースフランジ１２を貫通して真空処理槽２の
外部へ突出するようになっている。

【００３１】図１に示すように、真空処理槽２の底部と
絶縁フランジ３との間、及び絶縁フランジ３とベースフ
ランジ１２との間にそれぞれガスケット１３、１４が設
けられるとともに、絶縁フランジ３及びベースフランジ
１２とカソード取付台１０との間にＯリング１５が設け
られ、これにより真空処理槽２内の気密状態が保持され
るようになっている。

【００３２】一方、トリガ電極７にはトリガ配線１６が
接続され、このトリガ配線１６は、ベースフランジ１２
に取り付けられた電流導入端子１７にコネクタ１８を介
して接続されている。この電流導入端子１７は、トリガ
ケーブル１９を介して図示しないトリガ電源に接続され
ている。

【００３３】また、カソード取付台１０の真空処理槽２
外部側の側面には、図示しないアーク電源に接続された
カソードケーブル２０が接続されている。なお、アノー
ド電極４は真空処理槽２の外部においてアースケーブル
２１に接続され、これによりアノード電極４は接地され
るようになっている。

【００３４】ベースフランジ１２の下面には、ボルト２
２によってブラケット２３が取り付けられ、このブラケ
ット２３の下部に取付フランジ２４を介して直線駆動機
構（駆動機構）２５が固定されている。この直線駆動機
構２５は、図示しないノブを回転させることによって無
回転状態で長手方向に移動するシャフト２６を有し、さ
らにこのシャフト２６は所定の精度で位置決めできるよ
うに構成されている。

【００３５】図１に示すように、本実施の形態において
は、直線駆動機構２５のシャフト２６がカソード取付台
１０と同軸上で平行に移動するように配設される。そし
て、カソード取付台１０の下端部が、絶縁材料からなる
絶縁カップリング２７によって直線駆動機構２５のシャ
フト２６の先端部に固定され、これにより直線駆動機構
２５の駆動によってカソード取付台１０及び蒸着材料９
が上下動できるように構成されている。

【００３６】本実施の形態においては、従来技術の場合
と同様に、蒸着の際に、トリガ電極７に数ｋＶ程度の所
定の電圧が印加される。これにより蒸着材料９とトリガ
電極７との間で放電が発生し、この火花放電によってア
ノード電極４と蒸着材料９との間で大きな放電が発生す
ることによって、蒸着材料９から蒸着物が飛来する。

【００３７】そして、このような放電を繰り返すことに
より、蒸着材料９の絶縁管８との界面部分９ａが削れ、
その結果、蒸着材料９とトリガ電極７との間で放電が発
生しなくなる。

【００３８】そこで、直線駆動機構２５の図示しないノ
ブを回転させることによって、直線駆動機構２５のシャ
フト２６を上昇させ、カソード取付台１０及び蒸着材料
９を所定の距離だけ上昇させる。その結果、トリガ電極
７に対して蒸着材料９の新しい面が対向するようにな
り、これにより上述したトリガ放電を再び発生させるこ
とが可能になる。

【００３９】このような構成を有する本実施の形態によ
れば、長時間にわたって安定してトリガ（パルス）放電
を発生させることができ、成膜対象物の表面に厚い膜を
成膜することが可能になる。

【００４０】特に本実施の形態の場合は、直線駆動機構
２５が真空処理槽２の外部に配設されていることから、
真空処理槽２内の状態を変化させることなくトリガ電極
９に対して蒸着材料を相対的に移動させることができ
る。

【００４１】また、本実施の形態によれば、蒸着材料９
とトリガ電極７との間で放電が発生しなくなった時点に
おいて、直ちにトリガ電極７に対して蒸着材料９を相対
的に移動させて再びトリガ放電を誘起させることができ
るため、効率良く蒸着を行うことができる。

【００４２】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
上述の実施の形態においては、蒸着材料９を移動させる
ように構成したが、本発明はこれに限られず、トリガ電
極７を移動させるように構成することも可能である。た
だし、上記実施の形態のように、蒸着材料９を移動させ
る方が構成が簡単になる。

【００４３】また、蒸着材料９を移動させる手段は上述
した直線駆動機構２５には限られず、種々のものを用い
ることが可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、カソ
ード電極側の蒸着材料が消耗することによってトリガ放
電が発生しなくなった場合に再度トリガ放電を発生させ
ることができる。その結果、本発明によれば、長時間に
わたって安定してアーク放電を発生させることができる
ので、処理対象物の表面に良質の厚い膜を形成すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の蒸着装置の要部を示す概
略構成図

【図２】従来の同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装
置の概略構成図

【図３】（ａ）：同軸型真空アーク蒸着源の模式的な断
面図 （ｂ）：同軸型真空アーク蒸着源における蒸着の原理を
示す説明図

【符号の説明】 １…蒸着装置 ２…真空処理槽 ４…アノード電極 ７
…トリガ電極 ９…蒸着材料 １０…カソード取付台
２５…直線駆動機構 ２６…シャフト

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年５月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アノード電極と蒸着材料との間に電圧を印
   加した状態で、トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリ
   ガ放電を発生させ、前記アノード電極と前記蒸着材料と
   の間にアーク放電を誘起させて前記蒸着材料を蒸発さ
   せ、成膜対象物の表面に薄膜を形成するための蒸着装置
   であって、 前記蒸着材料が、前記トリガ電極に対して相対的に移動
   可能に構成されていることを特徴とする蒸着装置。
2. 【請求項２】前記蒸着材料が真空処理槽内に配設される
   とともに、当該蒸着材料を移動させるための駆動機構が
   当該真空処理槽の外部に配設されていることを特徴とす
   る請求項１記載の蒸着装置。
3. 【請求項３】前記真空処理槽内の真空状態を保持しつつ
   前記蒸着材料を移動させるように構成されていることを
   特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の蒸着装
   置。