WO2007148396A1

WO2007148396A1 - アーク蒸発源および真空蒸着装置

Info

Publication number: WO2007148396A1
Application number: PCT/JP2006/312489
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Koizumi; Kouichi Nose
Original assignee: Shinmaywa Industries, Ltd.
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2007-12-27
Also published as: US20090057144A1; TW200801210A; EP2031085A1; CN101448969A

Abstract

　真空アーク放電のカソードから放出された蒸発物質を適正に回収することを可能にしたアーク蒸発源および真空蒸着装置を提供する。アーク蒸発源（１００）は、間隙（Ｇ）を隔てて互いに対向する第１および第２の電極（１４Ａ、１４Ｂ）を備え、第１および第２の電極（１４Ａ、１４Ｂ）のうちの少なくとも何れか一方の電極をカソードとして、カソードとアノードとの間に発生する真空アーク放電に基づいて、第１および第２の電極（１４Ａ、１４Ｂ）のうちの他方の電極が、カソードから放出された蒸発物質を回収可能に構成されている。

Description

明細書

アーク蒸発源および真空蒸着装置

技術分野

[0001] 本発明は、アーク蒸発源および真空蒸着装置に係り、更に詳しくは、真空アーク蒸着法における蒸発材料の回収性能を改良したアーク蒸発源および真空蒸着装置に関する。

背景技術

[0002] 真空アーク放電では、通常、陰極 (力ソード;ターゲット）上に高温かつ活性の小さな陰極点が形成され、この陰極点から高エネルギーの電極材料 (例えば、陰極材料ィオン）が真空中に放出される。こうした電極材料を利用してワーク表面に被膜を形成する手法が、真空アーク蒸着法と称されている。そして、この真空アーク蒸着法は、固体金属から直接高エネルギーの電極材料が得られることによりワークとの密着性に優れる点や、坩堝やボート等の電極材料を溜める容器を無くし得る点等、各種の利点を備えている。

し力しながら、真空アーク蒸着法の最大の欠点は、真空アーク放電の力ソードの陰極点からドロップレットと呼ばれる粒子 (粒子径： 20 μ m〜100 μ m)を生じせしめることにあり、こうしたドロップレットのワーク表面への付着によって、ワーク表面の被膜の均一性劣化が懸念されて!ヽる。

[0003] このため、従来からドロップレットの発生自体を抑制する手法 (例えば、パルス放電法)およびドロップレットを除去した真空空間を利用する手法 (例えば、シールド法)並びに元々ドロップレットの少ない真空空間を利用する手法等、各種のドロップレット対処技術が提案されている。

このようなドロップレット対処技術の一例として、真空雰囲気中に、互いに近接して対向する第 1電極と第 2電極の間に放電電力を印加する方法がある。これにより、第 1および第 2電極の表面が相互加熱されると共に、第 1および第 2の電極力もの熱電子放出が活性ィ匕されて、これらの電極の表面が更に加熱される。そうすると、力ソードとしての第 1または第 2の電極の陰極点が大きくなつて、第 1または第 2の電極におけるドロップレットの発生を極端に減少させる効果が発揮される（特許文献 1参照)。特許文献 1：特開 2002— 69664号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 以上に述べた状況において、本件発明者等は、既存のドロップレット対処技術の枠組みから離れ、真空アーク放電の力ソードにおいて発生したドロップレットやワークの表面の蒸着に利用可能な力ソードイオン被膜材料等の電極材料 (以下、これらを総称して「蒸発物質」という。）を、積極的に回収し再利用する技術の開発に取り組んでいる。

なお、互いに対向する第 1および第 2電極を備えた、特許文献 1に記載のプラズマ加工技術でも一見すると、第 1および第 2電極力放出されたドロップレットは、両電極間の間隙を移動して互いに付着し合、、あた力もドロップレットを回収できる如くなつている。

[0005] し力しながら、この特許文献 1に記載のプラズマ加工技術では、ドロップレットの発生自体を抑制することにのみ着眼点が置かれ、その結果として、蒸発物質の回収や再利用という課題認識を欠くものであって、蒸発物質を可能な限り放出し易い条件に調整してこれを回収かつ再利用するという本発明の課題と完全に相反するものである。

また、特許文献 1に記載のプラズマ加工技術では、第 1および第 2電極の一方の電極が力ソードになる場合には、その他方の電極は、アノード（陽極）になる。そうなると仮に、アノードがドロップレットを回収できたとしても、力ソード力も放出された力ソードイオン (プラスイオン)を回収することが困難である。このため、特許文献 1に記載の技術は、蒸発物質の回収および再利用という本発明の課題力も見て中途半端なものと言える。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、真空アーク放電の力ソード力放出された蒸着物質を適正に回収することを可能にしたアーク蒸発源および真空蒸着装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 [0006] 上記課題を解決するため、本発明に係るアーク蒸発源は、間隙を隔てて互いに対向する第 1および第 2の電極を備え、前記第 1および第 2の電極のうちの少なくとも何れか一方の電極を力ソードとして、前記力ソードとアノードとの間に発生する真空ァーク放電に基づいて、前記第 1および第 2の電極のうちの他方の電極力前記力ソードカゝら放出された蒸発物質を回収可能に構成されている。

ここで、本発明に係る真空蒸着装置は、上記のアーク蒸発源を減圧可能な内部に配置した真空槽と、前記力ソードと前記アノードとの間に真空アーク放電を生じせしめる電力を、前記力ソードおよび前記アノードに供給する電力供給手段と、を備えた装置である。

このようなアーク蒸発源および真空蒸着装置の構成によれば、真空アーク放電の際に力ソードから放出された蒸発物質が上記の他方の電極に付着して回収され好適である。

なお、前記アノードが、前記真空槽であれば、真空アーク放電の回路構成を簡素化可能である。

[0007] また、前記蒸発物質は、前記力ソードの材料力もなるドロップレットおよびイオンである。

また、前記真空槽の内部に配置されたワークを備え、前記第 1および第 2の電極は棒材であり、前記第 1および第 2の電極は、これらの端面により前記間隙が挟まれるように前記第 1および第 2の電極の長手方向を揃えて配置され、前記ワークは前記間隙から臨める位置に配置されても良い。

更に、前記真空槽の内部に配置され、前記蒸発物質を回収する回収部材を備え、前記回収部材の面が、前記ワークと前記間隙との間の領域を除き、前記間隙を囲むように湾曲して構成されても良、。

[0008] こうした回収部材の配置構成により、ワークを配置した領域を除いた間隙を臨める各方向について、第 1および第 2の電極力放出した電極材料力殆ど回収部材の内面に付着することになる。

ここで、真空蒸着装置は、前記第 1の電極が、前記力ソードである第 1の使用状態と、前記第 2の電極が、前記力ソードである第 2の使用状態と、を有しても良い。そして、前記第 1の使用状態と前記第 2の使用状態との間の切り替えを実行する切り替え手段を備えても良い。

こうすると、真空蒸着装置における第 1の使用状態と第 2の使用状態とを、切り替え手段を介して一定期間毎に切り替えて反復させると、第 1の使用状態の間において第 2の電極に回収された蒸発物質が、次回の第 2の使用状態の間には、力ソードとして機能する第 2の電極の一部として再利用され、第 2の使用状態の間において第 1の電極に回収された蒸発物質は、次回の第 1の使用状態の間には、力ソードとして機能する第 1の電極の一部として再利用され好適である。

ここで、前記電力供給手段は、直流電力源であり、前記切り替え手段は、前記直流電力源の陰極側の端子との接続を、前記第 1の電極と第 2の電極との間でスィッチングするスィッチであっても良、。

また、前記電力供給手段は、交流電力源であり、前記切り替え手段は、前記交流電力源の一方の端子と前記第 1の電極との間、および前記交流電力源の他方の端子と第 2の電極との間において、前記交流電力源から供給される電力を整流する整流素子を有しても良い。

[0009] このような交流電力源を使った真空蒸着装置によれば、交流電力源の交流周期を適正に調整することにより、第 1の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第 2の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

[0010] また、前記電力供給手段は、前記第 1の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第 1の直流電力源と、前記第 2の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第 2の直流電力源と、を備えても良い。

このような第 1および第 2の直流電力源を使った真空蒸着装置によれば、第 1の直流電力源による第 1の電極への真空アーク放電用の電力供給および第 2の直流電力源による第 2の電極への真空アーク放電用の電力供給が同時期に実行され、これにより、第 1の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第 2の使用状態によるワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワークへの被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

[0011] 本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

発明の効果

[0012] 本発明によれば、真空アーク放電の力ソードから放出された蒸発物質を適正に回収することを可能にしたアーク蒸発源および真空蒸着装置が得られる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]図 1は本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置用のアーク蒸発源の構成を示した断面図である。

[図 2]図 2は本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置用のアーク蒸発源の構成を示した断面図である。

[図 3]図 3は本実施の形態に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である

[図 4]図 4は第 1の使用状態によるワークへの被膜材料飛散形態と第 2の使用状態によるワークへの被膜材料飛散形態を説明した図である。

[図 5]図 5は変形例 1に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

[図 6]図 6は変形例 2に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

[図 7]図 7は変形例 3に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。符号の説明

[0014] 10A、 10B アーク蒸発ユニット

11A、 11B カバー部材

12A、 12B ブラケット

13 Aゝ 13B 電極保持具

14A 第 1の電極

14B 第 2の電極

15 フランジ

16A、 16B 給電棒部材 17 A, 17B 絶縁部材

20 真空槽

21 ワーク

22 切り替えスィッチ

23 直流電力源

31 A 第 1のダイオード

31B 第 2のダイオード

31C 第 3のダイオード

31D 第 4のダイオード

32 交流電力源

41 第 1の直流電力源

42 第 2の直流電力源

51 回収部材

52 内面

100 アーク蒸発源

110、 120、 130、 140 真空蒸着装置

PA、PB 軸中心

G 間隙

SA1、 SA2、 SB1、 SB2 円形面

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図 1および図 2は、本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置用のアーク蒸発源の構成を示した断面図である。図 1は、アーク蒸発ユニット 10A、 10Bの第 1および第 2 の電極 14A、 14Bの中央部分における、フランジ 15と平行な平面に沿った断面図であり、図 2は、図 1の A— A線に沿った面の断面図である。

[0016] アーク蒸発源 100は、図 1および図 2に示す如ぐ一対のアーク蒸発ユニット 10A、 10Bと、アーク蒸発ユニット 10A、 10Bの絶縁部材 17A、 17Bを介して、アーク蒸発ユニット 10A、 10Bの給電棒部材 16A、 16Bを保持する円盤状の金属製フランジ 15 と、を有している。

アーク蒸発ユニット 10Aは、図 1に示す如ぐ貴金属力なる円柱状 (棒状)の第 1の電極 14Aと、中央に丸孔を有しこの丸孔に第 1の電極 14Aを挿入せしめてこの第 1 の電極 14Aを保持する角板状の金属製電極保持具 13Aと、第 1の電極 14Aの一端の円形面 SA1を当接させた状態で電極保持具 13Aを適宜の固定手段 (螺子等;不図示）により固定して保持する略矩形状の金属製ブラケット 12Aと、を備えて構成されている。

また、アーク蒸発ユニット 10Aは、図 2に示す如ぐフランジ 15の貫通孔（不図示）を貫通してフランジ 15を跨ぐように延びてブラケット 12Aの側面（第 1の電極 14Aの当接面に直交する面）に適宜の固定手段 (螺子等;不図示）により固定され、ブラケット 1 2Aを介して第 1の電極 14Aに対して所定の電力を供給可能に構成された円柱状の金属製給電棒部材 16Aと、給電棒部材 16Aとフランジ 15の貫通孔の周面との間に挿入されこの給電棒部材 16Aとフランジ 15との間の電気的な絶縁を保つことを可能にする円筒状の絶縁部材 17Aと、第 1の電極 14Aをその他端の円形面 SA2から所定長分貫通させる貫通孔を有して、ブラケット 12A、電極保持具 13A、第 1の電極 14 A、フランジ 15を境にした給電棒部材 16Aのうちの第 1の電極 14Aの側の部分およびフランジ 15を境にした絶縁部材のうちの第 1の電極 14Aの側の部分を覆って適宜の固定手段 (螺子等;不図示）によりフランジ 15に取り付けられた金属製 (ステンレス製)のカバー部材 11Aと、を備えて構成されている。

なお、アーク蒸発ユニット 10Bの構成は、アーク蒸発ユニット 10Aの構成と同一であつて、アーク蒸発ユニット 10Aの各構成要素に対応するアーク蒸発ユニット 10Bの各構成要素については、参照符号の末尾を「A」から「B」に振り替えて図示している。よつて、ここではアーク蒸発ユニット 10Bの各構成要素の詳細な説明は省略する。円柱状の第 1および第 2の電極 14A、 14Bは、カバー部材 11A、 11Bの貫通孔を貫通して互いに近接するように軸方向に延び、その結果として、第 1および第 2の電極 14A、 14Bの他端の円形面 SA2、 SB2により挟まれた所定の円盤状の間隙 Gを保つように互いに対向して配置されている。そして、後程詳しく述べるように、第 1および第 2の電極 14A、 14Bは、真空アーク放電の力ソード（陰極;ターゲット）としての役割および真空アーク放電の力ソードから放出された蒸発物質を回収する部材として役割を兼ね備えることになる。

また、図 1および図 2に示すように、電極保持具 13Aを介して第 1の電極 14Aを保持した状態のブラケット 12Aは、給電棒部材 16Aを周方向に回すことにより、この給電棒部材 16Aの軸中心 PAを中心にして所定の回転範囲に亘つて回動し得る。同様に、電極保持具 13Bを介して第 2の電極 14Bを保持した状態のブラケット 12Bは、給電棒部材 16Bを周方向に回すことにより、この給電棒部材 16Bの軸中心 PBを中心にして所定の回転範囲に亘つて回動し得る。このようなブラケット 12A、 12Bの回転によって、第 1の電極 14Aの他端の円形面 SA2と第 2の電極 14Bの他端の円形面 S B2との間の間隙 Gの寸法が簡易に調整され得ると共に、両電極 14A、 14Bを互いに接触させて引き離すという真空アーク放電のアーク点弧 (後記）が行われる。

電極保持具 13A、 13Bは、詳しくは、これらの電極保持具 13A、 13Bの側面力ゝら突出する突出部 (不図示)を有し、この突出部の幅方向中央部分を丸孔の径方向に沿つて欠いて、この丸孔に至るスリット孔 (不図示）が形成されている。そして、この突出部を丸孔の周方向に締め付ける締め付け手段 (螺子等;不図示）によって、第 1および第 2の電極 14A、 14Bが各々、電極保持具 13A、 13Bに固定されている。なお、この電極保持具 13A、 13Bは、第 1および第 2の電極 14A、 14Bを介した真空アーク放電による加熱に耐え得るような金属（例えば、ステンレス)で構成されている。

ブラケット 12A、 12Bの内部および給電棒部材 16A、 16Bの内部は共に、中空領域 (不図示)を有しており、この中空領域に冷却剤供給手段 (不図示)から供給された水等の冷却剤を循環させている。このため、ブラケット 12A、 12Bを介した冷却剤との熱交換により真空アーク放電に伴う第 1および第 2の電極 14A、 14Bの高温化が適正に抑制されている。

カバー部材 11 A、 1 IBはフランジ 15および真空槽 20 (後記）を介して接地され、これにより、給電棒部材 16A、 16Bおよびブラケット 12A、 12Bおよび電極保持具 13A 、 13B並びに第 1および第 2の電極 14A、 14Bに真空アーク放電用の電力が印加された際の放電領域を、第 1および第 2の電極 14A、 14Bの他端の円形面 SA2、 SB2 に制限して異常放電を防止可能なシールド板の役割を果たしている。次に、以上に述べたアーク蒸発源 100を、真空槽 20の内部に装着させた真空蒸着装置の構成例を説明する。

図 3は、本実施の形態に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。なおここでは、図面の簡素化を図るため、アーク蒸発源 100として、その構成要素のうちの第 1および第 2の電極 14A、 14Bのみを代表的に図示している力実際には、真空蒸着装置 110の真空槽 20の壁部に設けた開口部 (不図示)を介して、図 1および図 2に示したアーク蒸発源 100におけるアーク蒸発ユニット 10A、 10Bの第 1および第 2の電極 14A、 14Bを、真空槽 20の内部に挿入した上で、アーク蒸発源 100 のフランジ 15をシール部材 (Oリング等；不図示）に基づく真空シールを施して適宜の固定手段 (螺子等;不図示）により真空槽 20の壁部に固定している（以下、図 5および図 6並びに図 7においても同じ。 ) o

図 3によれば、真空蒸着装置 110は、内部を減圧可能な真空槽 20と、この真空槽 2 0の内部の適所に配置された第 1および第 2の電極 14A、 14Bを有するアーク蒸発源 100と、真空槽 20の内部の適所に配置されたワーク 21と、第 1および第 2の電極 1 4A、 14Bのうちの何れか一方の電極と真空槽 20 (陽極；アノード）との間に真空ァーク放電を生じせしめるように、真空槽 20に正極側の端子が接続される共に、切り替えスィッチ 22を介して第 1および第 2の電極 14A、 14Bのうちの何れか一方の電極に負極側の端子が接続される直流電力源 (電力供給手段) 23と、を備えて構成されて!ヽる。なお、真空槽 20は接地されており、このことから直流電力源 23の正極側の端子は接地電位に保たれる。

またここでは、真空槽 20の構造部材は、導電性の材料からなり、真空アーク放電を実行するための回路 (部材)の一部として構成されている一方、第 1および第 2の電極 14A、 14Bは、真空槽 20と絶縁して構成されている力勿論、真空槽 20の内部に真空槽 20と別体のアノード (金属板等；不図示)を配置して、これに直流電力源 23の正極側の端子を接続させても良い。

第 1および第 2の電極 14A、 14Bは詳しくは、これらの円形面 SA2、 SB2 (端面）により間隙 Gが形成されるようにして第 1および第 2の電極 14A、 14Bの長手方向に揃えて配置される一方、ワーク 21は間隙 Gから臨めるように、第 1および第 2の電極 14 A、 14Bの側方にて径方向に離れて配置されている。ワーク 21を、第 1および第 2の電極 14A、 14Bに対してこの様な方向に配置すれば、第 1および第 2の電極 14A、 1 4Bのうちの何れか一方の電極と真空槽 20との間の真空アーク放電に起因して発生するドロップレットのワーク 21の方向への飛散量が少なく好適であることが分かっている。勿論、ドロップレットのワーク 21への付着が確認されれば、既存の各種のドロップレット対処技術をこの真空槽 20の内部に導入して、ドロップレットのワーク 21への付着を防止しても良い。

直流電力源 23は、約 10〜100V (ボルト）程度の電圧と、約 10〜500A (アンペア）程度の電流を直流電力として出力する。

以上に述べた真空蒸着装置 110の構成により、直流電力源 23の負極側の端子が、切り替えスィッチ 22のスイッチングによって貴金属（金や銀等）の第 1の電極 14Aに接続されると共に、第 2の電極 14Bが電気的にフローティングに置かれる場合には、第 1の電極 14Aが真空アーク放電の力ソード（陰極;ターゲット）として機能するという真空蒸着装置 110の使用状態 (以下、「第 1の使用状態」という。）が実現される。そうなると、第 1の電極 14Aと真空槽 20との間に発生する真空アーク放電に基づき、第 1 の電極 14Aの他端の円形面 SA2からこの第 1の電極 14Aを構成する貴金属の電極材料 (貴金属プラスイオン等）が、この円形面 SA2を臨める各方向に向け一様に放出され、その結果、この電極材料の一部が被膜材料としてワーク 21の表面に到達してこの表面に蒸着される。同時に、第 1の電極 14Aの他端の円形面 SA2からこの第 1 の電極 14Aを構成する貴金属のドロップレットは主として、第 1の電極 14Aの軸方向に放出される。このため、第 1の電極 14Aの他端の円形面 SA2と間隙 Gを隔てて対向する第 2の電極 14Bの他端の円形面 SB2に、第 1の電極 14Aから放出された電極材料の一部およびドロップレット (蒸発物質)が付着され、これにより、この蒸発物質が効率的に第 2の電極 14Bに回収され得る。

一方、直流電力源 23の負極側の端子が、切り替えスィッチ 22のスイッチングによつて貴金属 (金や銀等）の第 2の電極 14Bに接続される共に、第 1の電極 14Aが電気的にフローティングに置かれる場合には、第 2の電極 14Bが真空アーク放電のカソード (陰極;ターゲット)として機能するという真空蒸着装置 110の使用状態 (以下、「第 2 の使用状態」という。）が実現される。そうなると、第 2の電極 14Bと真空槽 20との間に発生する真空アーク放電に基づき、第 2の電極 14Bの他端の円形面 SB2からこの第 2の電極 14Bを構成する貴金属の電極材料力この円形面 SB2を臨める各方向に向け一様に放出され、その結果、この電極材料の一部が被膜材料としてワーク 21の表面に到達してこの表面に蒸着される。同時に、第 2の電極 14Bの他端の円形面 SB 2からこの第 2の電極 14Bを構成する貴金属のドロップレットは主として、第 2の電極 1 4Bの軸方向に放出される。このため、第 2の電極 14Bの他端の円形面 SB2と間隙 G を隔てて対向する第 1の電極 14Aの他端の円形面 SA2に、第 2の電極 14B力も放出された蒸発物質が付着され、これにより、この蒸発物質が効率的に第 1の電極 14Aに回収され得る。

こうして真空蒸着装置 110における第 1の使用状態と第 2の使用状態とを、切り替えスィッチ 22を介して一定期間毎 (例えば、一バッチ期間毎）に切り替えて繰り返すと、第 1の使用状態の間において第 2の電極 14Bに回収された蒸発物質が、次回の第 2 の使用状態の間には、力ソードとして機能する第 2の電極 14Bの一部として再利用され、第 2の使用状態の間において第 1の電極 14Aに回収された蒸発物質は、次回の第 1の使用状態の間には、力ソードとして機能する第 1の電極 14Aの一部として再利用され好適である。

なお、真空蒸着装置 110は、その動作を制御する制御装置 (不図示)を備え、この制御装置が、真空蒸着装置 110における真空アーク放電を適正に制御している。次に、本実施の形態に係る真空蒸着装置 110の動作を説明する。

なお、真空アーク放電を発生する電力供給条件や真空槽 20の内部のガス条件は共に、公知技術に基づいており、ここでは、これらの詳細な説明は省略する。

真空蒸着装置 110の真空槽 20の内部にワーク 21およびアーク蒸発源 100を設置した後、真空槽 20の壁部の適所から放電ガスを導いて、真空槽 20を所定の真空度（例えば、 lPa)に保つように真空排気装置を動作させる。

この状態で、真空アーク放電の点弧を、例えば接触点弧法によって実行する。即ち、第 1および第 2の電極 14A、 14Bを各々、軸中心 PA、 PBを中心に互いに近づくように回転させて（図 1参照）、第 1および第 2の電極 14A、 14Bを互いに接触させた状態にする。この状態で、両電極 14A、 14Bの間に電流を流して、その後、両電極 14 A、 14Bを引き離すと、両電極 14A、 14Bを引き離した瞬間に発生する火花放電によつて真空アーク放電が誘起される。

続いて、真空蒸着装置 110における第 1の使用状態を実行するように、第 1の電極 14Aと真空槽 20に所定の電力が印加される。そうすると、第 1の電極 14Aと真空槽 2 0との間の真空アーク放電に基づいてワーク 21に第 1の電極 14Aを構成する貴金属の被膜材料が蒸着されると共に、第 2の電極 14Bに第 1の電極 14Aから放出された蒸発物質が回収され、回収された蒸発物質は次回の第 2の使用状態において再利用される。

そして一バッチ期間を終えて、真空蒸着装置 110の真空を大気開放して、真空槽 2 0の内部のワーク 21を取り替えた後、再び、同様の真空アーク放電誘起動作が実行される。その後、ワーク 21を真空蒸着装置 110における第 2の使用状態を実行するように、第 2の電極 14Bと真空槽 20に所定の電力が印加される。そうすると、第 2の電極 14Bと真空槽 20との間の真空アーク放電に基づ!/、てワーク 21に第 2の電極 14B を構成する貴金属の被膜材料が蒸着されると共に、第 1の電極 14Aに第 2の電極 14 Bから放出された蒸発物質が回収され、回収された蒸発物質は次回の第 1の使用状態において再利用される。

〔変形例 1〕

上記実施の形態では、真空蒸着装置 110における第 1の使用状態と第 2の使用状態との間の切り替えを、一バッチ毎に実行する例を説明した。しかしながら、こうしたノツチ単位の切り替えを行った場合には、図 4に示すように、第 1の使用状態によるヮーク 21への被膜材料の蒸着は、実線で示した Aパターンの被膜材料飛散形態に基づきなされ、第 2の使用状態によるワーク 21への被膜材料の蒸着は、点線で示した B ノ《ターンの被膜材料飛散形態に基づきなされる。このことから被膜材料の飛散分布力切り替え毎 (即ち、バッチ毎）に変化して、延いては、ワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラを誘発させかねな、。

ここでは、このようなワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラ誘発を適切に防止する真空蒸着装置の一構成例を説明する。図 5は、本変形例に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

図 5によれば、実施の形態の真空蒸着装置 110 (図 3)における直流電力源 23および切り替えスィッチ 22に替えて、本変形例に係る真空蒸着装置 120は、交流電力源 32 (電力供給手段)および 4個の第 1〜第 4のダイオード (整流素子） 31A、 31B、 31 C、 3 IDを備えて構成されている。

なお、上記以外の真空蒸着装置 120の構成は、真空蒸着装置 110 (図 3)の構成と同じため、両者に共通する構成の説明は省く。

[0018] 交流電力源 32は、約 10〜100V (ボルト）程度の電圧と、約 10〜500A (アンペア）程度の電流を矩形波等の交流電力として出力する。

第 1のダイオード 31Aは、交流電力源 32の一方の端子と真空槽 20との間の配線間に、この一方の端子力も真空槽 20に向力つて導電する方向（順方向）になるように挿入されている。また、第 2のダイオード 31Bは、交流電力源 32の一方の端子と第 2の電極 14Bとの間の配線間に、この一方の端子力第 2の電極 14Bに向かって導電しない方向（逆方向）になるように挿入されている。

[0019] 第 3のダイオード 31Cは、交流電力源 32の他方の端子と真空槽 20との間の配線間に、この他方の端子力も真空槽 20に向力つて導電する方向（順方向）になるように挿入されている。また、第 4のダイオード 31Dは、交流電力源 32の他方の端子と第 1の電極 14Aとの間の配線間に、この他方の端子から第 1の電極 14Aに向かって導電しない方向（逆方向）になるように挿入されている。

このような真空蒸着装置 120の構成によれば、真空槽 20の電位 (実際には接地電位)を基準にして、交流電力源 32の交流周期に従って、第 1の電極 14Aおよび第 2 の電極 14Bに対し交互にマイナス電位が印加されることになる。

そうすると、真空蒸着装置 120の一バッチ期間中に真空蒸着装置 120における第 1 の使用状態（図 4の Aパターンの被膜材料飛散形態)と、第 2の使用状態（図 4の Bパターンの被膜材料飛散形態)と、が、交流電力源 32の交流周波数相当分、一バッチ期間中に単インターバルで多数回数に亘つて自動的に切り替えられる。このため、交流電力源 32の交流周波数を適正に調整することにより、第 1の使用状態によるワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第 2の使用状態によるワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、が、互いに相殺し合って、ワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

〔変形例 2〕

ここでは、図 4を参照して述べたワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラ誘発を、適切に防止する真空蒸着装置に他の構成例を説明する。

[0020] 図 6は、本変形例に係るアーク蒸発源を装着した真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図である。

図 6によれば、実施の形態の真空蒸着装置 110 (図 3)における直流電力源 23および切り替えスィッチ 22に替えて、本変形例に係る真空蒸着装置 130は、第 1の電極 1 4Aに電力を供給可能な第 1の直流電力源 41 (電力供給手段）と、第 2の電極 14Bに電力を供給可能な第 2の直流電力源 42 (電力供給手段)と、を備えて構成されている。

第 1の直流電力源 41では、第 1の電極 14A (力ソード;ターゲット）と真空槽 20 (陽極;アノード）との間に真空アーク放電を生じせしめるように、真空槽 20に第 1の直流電力源 41の正極側の端子が接続される共に、第 1の電極 14Aにその負極側の端子が接続されている。なお、真空槽 20は接地されており、このことから第 1の直流電力源 41の正極側の端子は接地電位に保たれる。

[0021] 同様に、第 2の直流電力源 42では、第 2の電極 14B (力ソード;ターゲット）と真空槽 20 (陽極;アノード）との間に真空アーク放電を生じせしめるように、真空槽 20に第 2 の直流電力源 42の正極側の端子が接続される共に、第 2の電極 14Bにその負極側の端子が接続されている。なお、真空槽 20は接地されており、このことから第 2の直流電力源 42の正極側の端子は接地電位に保たれる。

このような真空蒸着装置 130の構成によれば、第 1の直流電力源 41による第 1の電極 14Aへの真空アーク放電用の電力供給および第 2の直流電力源 42による第 2の電極 14Bへの真空アーク放電用の電力供給が同時期に実行され、これにより、第 1 の使用状態によるワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、第 2の使用状態によるワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラと、力互いに相殺し合って、ワーク 21への被膜材料の蒸着膜厚分布ムラが防止できると期待される。

もっとも、本変形例のデメリットとして、第 1および第 2の電極 14A、 14Bにおいて力ソードイオン (プラスイオン)の回収が困難になることが想定される。

〔変形例 3〕

真空蒸着装置 110の第 1の使用状態によれば、第 1の電極 14Aと真空槽 20との間に発生する真空アーク放電に基づき、第 1の電極 14Aの他端の円形面 SA2からこの第 1の電極 14Aを構成する貴金属の電極材料が、この円形面 SA2を臨める各方向に向け一様に放出される。同様に、真空蒸着装置 120の第 2の使用状態によれば、第 2の電極 14Bと真空槽 20との間に発生する真空アーク放電に基づき、第 2の電極 14Bの他端の円形面 SB2からこの第 2の電極 14Bを構成する貴金属の電極材料が、この円形面 SB2を臨める各方向に向け一様に放出される。このため、ワーク 21を配置した領域を除いた間隙 G (円形面 SA2、 SB2)を臨める各方向に、第 1および第 2 の電極 14A、 14B力も放出した電極材料は、回収されること無く真空槽 20の壁部や真空槽 20の内部の構造体に付着される。

ここでは、このような電極材料を回収する真空蒸着装置の一構成例を説明する。図 7は、本変形例に係る真空蒸着装置の一構成例を説明する模式図であり、第 1 および第 2の電極 14A、 14Bの軸方向力見た図である。

図 7によれば、真空蒸着装置 140は、真空槽 20の内部に配置され、円筒部材を略半割りした回収部材 51を備えて構成されている。

即ち、この回収部材 51は回収部材 51の長手方向（幅方向と直交する方向）を、第 1および第 2の電極 14A、 14Bの軸方向に並行にして配置されると共に、回収部材 5 1の内面 52は、ワーク 21と間隙 Gとの間の領域を除き間隙 Gを囲むように湾曲している。

このような回収部材 51によれば、ワーク 21を配置した領域を除いた間隙 G (円形面 SA2、 SB2)を臨める各方向に、第 1および第 2の電極 14A、 14Bから放出した電極材料が、殆ど回収部材 51の内面 52に付着する。そして、電極材料を付着した状態の回収部材 51を真空槽 20から取り出すと、この電極材料を、適宜の剥離法により回収部材 51から剥離でき電極材料が確実に回収される。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなぐその構造及び Z又は機能の詳細を実質的に変更できる。

産業上の利用可能性

本発明によるアーク蒸発源および真空蒸着装置は、例えば、真空アーク放電によつてワークに被膜を形成する装置として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 間隙を隔てて互いに対向する第 1および第 2の電極を備え、

前記第 1および第 2の電極のうちの少なくとも何れか一方の電極を力ソードとして、前記力ソードとアノードとの間に発生する真空アーク放電に基づいて、前記第 1および第 2の電極のうちの他方の電極が、前記力ソードから放出された蒸発物質を回収可能に構成されているアーク蒸発源。

[2] 請求項 1記載のアーク蒸発源を減圧可能な内部に配置した真空槽と、前記カソードと前記アノードとの間に真空アーク放電を生じせしめる電力を、前記力ソードおよび前記アノードに供給する電力供給手段と、を備えた真空蒸着装置。

[3] 前記アノードが、前記真空槽である請求項 2記載の真空蒸着装置。

[4] 前記蒸発物質は、前記力ソードの材料力もなるドロップレットおよびイオンである請求項 2記載の真空蒸着装置。

[5] 前記真空槽の内部に配置されたワークを備え、

前記第 1および第 2の電極は棒材であり、前記第 1および第 2の電極は、これらの端面により前記間隙が挟まれるように前記第 1および第 2の電極の長手方向を揃えて配置され、前記ワークは前記間隙から臨める位置に配置されている請求項 2記載の真空蒸着装置。

[6] 前記真空槽の内部に配置され、前記蒸発物質を回収する回収部材を備え、

前記回収部材の面が、前記ワークと前記間隙との間の領域を除き、前記間隙を囲むように湾曲して構成される請求項 5記載の真空蒸着装置。

[7] 前記第 1の電極が、前記力ソードである第 1の使用状態と、前記第 2の電極が、前記力ソードである第 2の使用状態と、を有する請求項 2記載の真空蒸着装置。

[8] 前記第 1の使用状態と前記第 2の使用状態との間の切り替えを実行する切り替え手段を備えた請求項 7記載の真空蒸着装置。

[9] 前記電力供給手段は、直流電力源であり、

前記切り替え手段は、前記直流電力源の陰極側の端子との接続を、前記第 1の電極と第 2の電極との間でスイッチングするスィッチである請求項 8記載の真空蒸着装置。

[10] 前記電力供給手段は、交流電力源であり、

前記切り替え手段は、前記交流電力源の一方の端子と前記第 1の電極との間、および前記交流電力源の他方の端子と第 2の電極との間において、前記交流電力源から供給される電力を整流する整流素子を有する請求項 8記載の真空蒸着装置。

[11] 前記電力供給手段は、前記第 1の電極に接続する負極側の端子および前記ァノードに接続する正極側の端子を有する第 1の直流電力源と、前記第 2の電極に接続する負極側の端子および前記アノードに接続する正極側の端子を有する第 2の直流電力源と、を備えた請求項 2記載の真空蒸着装置。