WO2013015280A1

WO2013015280A1 - プラズマ装置およびそれを用いたカーボン薄膜の製造方法

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Publication number: WO2013015280A1
Application number: PCT/JP2012/068707
Authority: WO
Inventors: 三上　隆司; ▲王奇▼ 孫; 正人 ▲高▼橋; 智弘大丸; 林　司
Original assignee: 日新電機株式会社
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-01-31

Abstract

　プラズマ装置（１０）は、真空容器（１）と、アーク式蒸発源（３）と、陰極部材（４）と、シャッター（５）と、電源（７）とを備える。アーク式蒸発源（３）は、真空容器（１）の側壁に基板（２０）に対向して固定される。陰極部材（４）は、層状構造のカーボンからなり、アーク式蒸発源（３）に取り付けられる。電源（７）は、アーク式蒸発源（３）に負の電圧を印加する。アーク式蒸発源（３）の近傍でアーク放電が開始されると、アークスポットが陰極部材（４）の表面を移動する。その後、アークスポットが移動しなくなると、シャッター（５）を開け、カーボン薄膜を基板（２０）上に形成する。

Description

プラズマ装置およびそれを用いたカーボン薄膜の製造方法

　この発明は、プラズマ装置およびそれを用いたカーボン薄膜の製造方法に関するものである。

　従来、アーク放電を用いて薄膜を形成する真空アーク蒸着装置において、粗大粒子が基板に付着するのを抑制した真空アーク蒸着装置が知られている（特許文献１）。

　この真空アーク蒸着装置は、真空容器と、プラズマダクトと、多孔部材と、磁気コイルと、蒸発源とを備える。プラズマダクトは、その一方端が真空容器に取り付けられる。蒸発源は、プラズマダクトの他方端に取り付けられる。

　磁気コイルは、プラズマダクトの周囲に巻かれている。そして、磁気コイルは、蒸発源の近傍で発生したプラズマを真空容器内に配置された基板の近傍に導く。

　多孔部材は、プラズマダクトの内壁に取り付けられており、蒸発源に取り付けられた陰極物質から飛び出した粗大粒子を捕獲する。

　このように、従来の真空アーク蒸着装置は、蒸発源をプラズマダクトによって真空容器に連結し、陰極物質から飛び出した粗大粒子をプラズマダクトの内壁に設けられた多孔部材によって捕獲して粗大粒子が基板に飛来するのを抑制する。
特開２００２－１０５６２８号公報

　しかし、従来の真空アーク蒸着装置では、プラズマダクトを介して蒸発源を真空容器に連結するとともに、蒸発源の近傍で発生したプラズマを基板の近傍に導く磁気コイルを備えるので、装置が大掛かりになるという問題がある。

　そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で粗大粒子が基板に付着するのを抑制可能なプラズマ装置を提供することである。

　また、この発明の別の目的は、簡単な構成で粗大粒子が基板に付着するのを抑制してカーボン薄膜を製造可能なカーボン薄膜の製造方法を提供することである。

　この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、真空容器と、アーク式蒸発源と、陰極部材と、保持部材と、電源とを備える。アーク式蒸発源は、真空容器に固定される。陰極部材は、アーク式蒸発源に取り付けられる。保持部材は、陰極部材に対向して配置された基板を保持する。電源は、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する。そして、陰極部材は、層状構造のカーボンからなる。

　また、この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、真空容器と、アーク式蒸発源と、陰極部材と、保持部材と、電源とを備える。アーク式蒸発源は、真空容器に固定される。陰極部材は、アーク式蒸発源に取り付けられる。保持部材は、陰極部材に対向して配置された基板を保持する。電源は、アーク放電の開始時に第１の負の電圧をアーク式蒸発源に印加し、アーク放電が開始された後に第１の負の電圧よりも低い第２の負の電圧をアーク式蒸発源に印加する。

　更に、この発明の実施の形態によれば、カーボン薄膜の製造方法は、基板に対向して真空容器に固定されたアーク式蒸発源に陰極部材を取り付ける第１の工程と、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する第２の工程とを備える。そして、陰極部材は、層状構造のカーボンからなる。

　更に、この発明の実施の形態によれば、カーボン薄膜の製造方法は、アーク放電の開始時に第１の負の電圧を基板に対向して真空容器に固定されたアーク式蒸発源に印加する第１の工程と、アーク放電が開始された後に第１の負の電圧よりも低い第２の負の電圧をアーク式蒸発源に印加する第２の工程とを備える。

　この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、アークスポットが陰極部材の表面を移動していないとき、カーボン薄膜が基板上に形成される。その結果、原子状のカーボンが陰極部材から基板へ飛来し、カーボン薄膜が基板上に形成される。また、プラズマ装置においては、陰極部材は、基板に対向している。従って、簡単な構成で粗大粒子が基板に付着するのを抑制してカーボン薄膜を製造できる。

　また、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜の製造方法においては、アークスポットが陰極部材の表面を移動していないとき、カーボン薄膜が基板上に形成される。

　従って、上述したように、簡単な構成で粗大粒子が基板に付着するのを抑制してカーボン薄膜を製造できる。

この発明の実施の形態１によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図１に示す陰極部材の構造を示す概念図である。図１に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。成長速度および表面粗さとアーク放電時のアーク電流との関係を示す図である。カーボン薄膜の面内方向における表面粗さのスペクトルを示す図である。この発明の実施の形態１による他のプラズマ装置の構成を示す概略図である。図６に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。実施の形態２によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図８に示す陰極部材の斜視図である。図９に示す線Ｘ－Ｘ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における別の陰極部材を示す断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材を示す断面図である。パーティクルが発生しない放電割合とアーク電流との関係を示す図である。図８に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図１５に示す線ＸＶＩ－ＸＶＩ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図１７に示す線ＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図１９に示す線ＸＸ－ＸＸ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図２１に示す線ＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図２３に示す線ＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図２５に示す線ＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ間における陰極部材の断面図である。実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図２７に示す線ＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ間の陰極部材の断面図である。実施の形態２による別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。図２９に示す駆動装置の構成を示す概略図である。図３０に示す凹凸部材の斜視図である。図３０に示す別の凹凸部材の斜視図である。図２９に示すトリガー電極の移動範囲を説明するための平面図である。図２９に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。実施の形態２による更に別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。図３５に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。実施の形態３によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図３７に示す送出機構の構成を示す概略図である。図３７に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。実施の形態４によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図４０に示すトリガー電極の陰極部材側の先端部の拡大図である。図４０に示すプラズマ装置において発生するプラズマの概念図である。従来のトリガー電極の概略図である。図４０に示すプラズマ装置を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　［実施の形態１］
　図１は、この発明の実施の形態１によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１によるプラズマ装置は、真空容器１と、保持部材２と、アーク式蒸発源３と、陰極部材４と、シャッター５と、電源６，７と、トリガー電極８と、抵抗９とを備える。

　真空容器１は、排気口１１を有し、排気口１１から排気装置（図示せず）によって真空に引かれる。そして、真空容器１は、接地ノードＧＮＤに接続される。

　保持部材２は、真空容器１内に配置される。アーク式蒸発源３は、真空容器１の側壁に固定される。陰極部材４は、アーク式蒸発源３に取り付けられる。シャッター５は、陰極部材４と基板２０との間に陰極部材４に対向して配置される。

　電源６は、保持部材２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。電源７は、アーク式蒸発源３と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。

　トリガー電極８は、一部が真空容器１の側壁を介して真空容器１内に配置され、残部が真空容器１外に配置される。そして、トリガー電極８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）からなり、抵抗９を介して接地ノードＧＮＤに接続される。抵抗９は、トリガー電極８と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。

　保持部材２は、基板２０を保持する。アーク式蒸発源３は、陰極部材４と真空容器１との間のアーク放電によって陰極部材４を局部的に加熱させて陰極物質を蒸発させる。シャッター５は、開閉機構（図示せず）によって矢印１２の方向に移動する。

　電源６は、負の電圧を保持部材２を介して基板２０に印加する。電源７は、負の電圧をアーク式蒸発源３に印加する。

　トリガー電極８は、往復駆動装置（図示せず）によって陰極部材４に接触または離反する。抵抗９は、アーク電流がトリガー電極８に流れるのを抑制する。

　図２は、図１に示す陰極部材４の構造を示す概念図である。図２を参照して、陰極部材４は、層Ａと層Ｂとが交互に積層された構造からなる。層Ａと層Ｂとの間隔は、３．３５Åである。そして、層Ａ，Ｂの各々は、炭素原子が二次元的に六角形に配列した構造からなる。この場合、六角形の一辺の長さは、１．４１５Åである。

　各層Ａ，Ｂ内において、各炭素原子は、他の炭素原子と共有結合によって強固に結合する。層Ａは、ファン・デル・ワールス力によって、隣接する層Ｂとゆるく結び付いている。

　陰極部材４は、層Ａ，Ｂに平行な方向においては、極めて良好な熱伝導体となり、層Ａ，Ｂに垂直な方向においては、セラミックおよびフェノール樹脂のように、熱絶縁体になる。そして、層Ａ，Ｂに平行な方向における熱伝導率と、層Ａ，Ｂに垂直な方向における熱伝導率との比は、約２００：１である。

　また、陰極部材４は、層Ａ，Ｂに平行な方向における比抵抗と層Ａ，Ｂに垂直な方向における比抵抗との比は、約１２００：１である。この値は、２１～１６５０℃の温度領域における平均値である。

　このように、陰極部材４は、電気的特性および熱的特性において顕著な異方性を有する。これは、上述したように、層Ａ，Ｂの面内方向と、層Ａ，Ｂに垂直な方向とにおける結合力の違いに起因している。

　陰極部材４は、炭化水素ガスを原料ガスとしたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって製造される。この場合、炭化水素ガスは、基板に平行な方向から流す。これによって、図２に示す層Ａ，Ｂが交互に積層する。

　このＣＶＤ法によって製造されたバルク状のカーボンは、東洋炭素株式会社から購入されたものであり、商品名は、ＰＹＲＯＩＤである。

　このように、この発明の実施の形態においては、ＣＶＤ法によって製造されたバルク状のカーボンを陰極部材４として用いる。

　図３は、図１に示すプラズマ装置１０を用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。図３を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、ＣＶＤ法によって製造されたバルク状のカーボンを陰極部材４としてアーク式蒸発源３に取り付ける（工程Ｓ１）。

　その後、排気口１１を介して真空容器１内を排気し、真空容器１内の圧力を５×１０^－４Ｐａに設定する。

　そうすると、電源６によって基板２０に－１０Ｖ～－３００Ｖの負の電圧を印加し（工程Ｓ２）、電源７によってアーク式蒸発源３に－１５Ｖ～－５０Ｖの負の電圧を印加する（工程Ｓ３）。

　そして、往復駆動装置（図示せず）によってトリガー電極８を移動させ、アーク放電を開始させるトリガー電極８を陰極部材４に接触させ（工程Ｓ４）、その後、トリガー電極８を陰極部材４から離反させる。これによって、アーク放電が開始し、アークスポットが陰極部材４の表面に現れる。このアークスポットは、陰極部材４の溶融部であり、火花のように光っており、時間の経過とともに移動する。

　その後、アークスポットの移動が停止すると、シャッター５を開ける（工程Ｓ５）。これによって、カーボン薄膜（ＤＬＣ:Ｄｉｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）が基板２０上に形成される。

　そして、陰極部材４の表面において、アークスポットが再度移動し始めると、シャッター５を閉じる（工程Ｓ６）。

　これによって、カーボン薄膜の製造が終了する。

　なお、この発明の実施の形態１においては、電源６は、０Ｖの電圧を基板２０に印加してもよい。また、シャッター５を開けたままでカーボン薄膜を製造してもよい。従って、この発明の実施の形態１によるカーボン薄膜の製造方法は、図３に示す工程Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４を少なくとも備えていればよい。

　このように、カーボン薄膜は、アークスポットが陰極部材４の表面を移動しなくなったときに基板２０上に形成される。そして、形成されたカーボン薄膜のラマン分光を測定した結果、カーボン薄膜は、アモルファス相からなることが解った。

　アークスポットが陰極部材４の表面を移動しているときに基板２０上にカーボン薄膜を形成した場合、粗大粒子が基板２０に付着し、カーボン薄膜の表面が粗くなる。

　しかし、アークスポットが陰極部材４の表面を移動しなくなったときにカーボン薄膜を基板２０上に形成した場合、原子状のカーボンが基板２０に付着し、カーボン薄膜の表面粗さが低減する。

　図４は、成長速度および表面粗さとアーク放電時のアーク電流との関係を示す図である。図４において、縦軸は、成長速度および表面粗さＲａを表し、横軸は、アーク放電時のアーク電流Ｉａｒｃを表す。また、曲線ｋ１は、成長速度とアーク電流Ｉａｒｃとの関係を示し、曲線ｋ２は、表面粗さＲａとアーク電流Ｉａｒｃとの関係を示す。

　また、点Ｐ１は、従来のアーク放電方式を用いて製造したカーボン薄膜の成長速度を示し、点Ｐ２は、従来のアーク放電方式を用いて製造したカーボン薄膜の表面粗さＲａを示す。ここで、従来のアーク放電方式とは、カーボンの粉末を固めたものを図１に示す陰極部材４として用いてアーク放電によって基板上にカーボン薄膜を形成する方式である。

　なお、図４に示す成長速度とアーク電流Ｉａｒｃとの関係、および表面粗さＲａとアーク電流Ｉａｒｃとの関係は、陰極部材４と基板２０との距離が２７０ｍｍであり、カーボン薄膜の膜厚が５０ｎｍであるときに得られた。また、点Ｐ１によって表される成長速度および点Ｐ２によって表される表面粗さＲａは、カーボン薄膜の膜厚が５１ｎｍであるときに得られた。

　図４を参照して、成長速度は、アーク放電時のアーク電流が増えるに従って急激に大きくなる。そして、アーク電流が１００（Ａ）であるとき、成長速度は、約１５（μｍ／ｈｒ）まで大きくなる。

　一方、表面粗さＲａは、アーク電流が増えるに従って若干低下する。そして、アーク電流が６０（Ａ）～１００（Ａ）の範囲においては、表面粗さＲａは、３（ｎｍ）よりも小さい値に保持される。また、表面粗さＲａは、アーク電流が８０（Ａ）であるときに、１．２（ｎｍ）と最も小さくなる。更に、アーク電流が６０（Ａ）であるとき、図３に示す製造方法によって製造したカーボン薄膜の表面粗さＲａは、２．３（ｎｍ）であり、従来のアーク放電方式によって製造したカーボン薄膜の表面粗さＲａ＝７．２（ｎｍ）に比べて非常に小さい。

　３（ｎｍ）よりも小さい表面粗さＲａは、成長速度が２～１５（μｍ／ｈｒ）の範囲において得られた値である。そして、表面粗さＲａは、成長速度が速くなると、低下する傾向にある。従って、この成長速度の増加は、粗大粒子が基板２０に飛来したことに起因するものではなく、より多くの原子状のカーボンが陰極部材４のアークスポットから基板２０へ飛来したことに起因するものである。

　このように、図３に示す製造方法によってカーボン薄膜を製造した場合、カーボン薄膜は、３（ｎｍ）よりも小さい表面粗さＲａを有する。

　図３に示す工程Ｓ５を実行するタイミングについて説明する。アークスポットが陰極部材４の表面を移動しているとき、８０（Ａ）のアーク電流で－２０Ｖ程度の電圧がアーク式蒸発源３に印加されている。そして、アークスポットが陰極部材４の表面を移動しなくなり始めると、アーク式蒸発源３に印加された電圧は、８０（Ａ）のアーク電流において、－２０Ｖ程度から直線的に低下し始め、－３０Ｖ程度または－５０Ｖ程度で一定になる。

　従って、アーク式蒸発源３に印加された電圧が－２０Ｖ程度から低下し始めると、工程Ｓ５を実行すればよい。

　また、アークスポットは、火花のように光っているので、アークスポットが移動しているか否かを目視で確認できる。従って、アークスポットが移動していないことを目視で確認すると、工程Ｓ５を実行してもよい。

　上述したように、アークスポットが移動しなくなったときに、カーボン薄膜が基板２０上に形成される。その結果、原子状のカーボンが陰極部材４から基板２０へ飛来し、カーボン薄膜が基板２０上に形成される。また、プラズマ装置１０においては、陰極部材４は、真空容器１内に配置され、基板２０に対向している。従って、簡単な構成で粗大粒子が基板２０に付着するのを抑制してカーボン薄膜を製造できる。

　図５は、カーボン薄膜の面内方向における表面粗さのスペクトルを示す図である。図５の（ａ）は、図３に示す製造方法によって製造されたカーボン薄膜の表面粗さを示す。この場合、アーク電流は、８０（Ａ）である。また、図５の（ｂ）は、従来のアーク放電方式によって製造されたカーボン薄膜の表面粗さを示す。この場合、アーク電流は、６０（Ａ）である。

　図５の（ａ），（ｂ）において、縦軸は、表面粗さを表し、横軸は、カーボン薄膜の面内方向における距離を表す。

　図３に示す製造方法によって製造されたカーボン薄膜は、面内方向において表面粗さが非常に小さい（図５の（ａ）参照）。

　一方、従来のアーク放電方式によって製造されたカーボン薄膜は、面内方向において表面粗さが非常に大きい（図５の（ｂ）参照）。

　通常、アーク放電を用いて製造されたカーボン薄膜の表面粗さは、アーク電流が大きい方が大きくなる。図５の（ａ）に示すカーボン薄膜の表面粗さは、アーク電流が８０（Ａ）であるときに得られたにも拘わらず、アーク電流が６０（Ａ）であるときに得られた図５の（ｂ）に示すカーボン薄膜の表面粗さよりも非常に小さい。

　従って、図３に示す製造方法を用いてカーボン薄膜を製造することによって、カーボン薄膜の表面粗さを従来のカーボン薄膜に比べて非常に小さくできる。

　図６は、この発明の実施の形態１による他のプラズマ装置の構成を示す概略図である。この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、図６に示すプラズマ装置１０Ａであってもよい。

　図６を参照して、プラズマ装置１０Ａは、図１に示すプラズマ装置１０の電源７を電源７Ａに代え、制御装置１３を追加したものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。

　電源７Ａは、制御装置１３からの制御に従って負の電圧をアーク式蒸発源３に印加する。制御装置１３は、アーク放電の開始時に、－２０Ｖ程度の電圧をアーク式蒸発源３に印加するように電源７Ａを制御する。そして、制御装置１３は、アーク放電が開始されてから所望の時間が経過すると、－３０Ｖ～－５０Ｖ程度の範囲の電圧をアーク式蒸発源３に印加するように電源７Ａを制御するとともに、シャッター５を開けるように開閉機構（図示せず）を制御する。

　－２０Ｖ程度の電圧がアーク式蒸発源３に印加されているとき、アークスポットは、陰極部材４の表面を移動する。

　一方、－３０Ｖ～－５０Ｖ程度の範囲の電圧がアーク式蒸発源３に印加されているとき、アークスポットは、陰極部材４の表面を移動しない。従って、アークスポットが移動しなくなるように制御したときにシャッター５を開けてカーボン薄膜を基板２０上に形成する。

　図７は、図６に示すプラズマ装置１０Ａを用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　図７に示す工程図は、図３に示す工程図の工程Ｓ３～Ｓ６を工程Ｓ１１～Ｓ１５に代えたものであり、その他は、図３に示す工程図と同じである。

　図７を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、上述した工程Ｓ１，Ｓ２が順次実行される。そして、工程Ｓ２の後、制御装置１３は、－２０Ｖ程度の電圧からなる第１の負の電圧をアーク式蒸発源３に印加するように電源７Ａを制御し、電源７Ａは、第１の負の電圧（＝－２０Ｖ程度）をアーク式蒸発源３に印加する（工程Ｓ１１）。

　そして、往復駆動装置（図示せず）によってトリガー電極８を移動させ、アーク放電を開始させるトリガー電極８を陰極部材４に接触させ（工程Ｓ１２）、その後、トリガー電極８を陰極部材４から離反させる。これによって、アーク放電が開始する。

　アーク放電が開始されてから所望の時間が経過すると、制御装置１３は、－３０Ｖ～－５０Ｖ程度の範囲の電圧からなる第２の負の電圧をアーク式蒸発源３に印加するように電源７Ａを制御し、電源７Ａは、第２の負の電圧（＝－３０Ｖ～－５０Ｖ程度の範囲の電圧）をアーク式蒸発源３に印加する（工程Ｓ１３）。また、制御装置１３は、シャッター５を開けるように開閉機構（図示せず）を制御し、開閉機構は、シャッター５を開ける（工程Ｓ１４）。

　その後、一定の時間が経過すると、制御装置１３は、シャッター５を閉じるように開閉機構（図示せず）を制御し、開閉機構は、シャッター５を閉じる（工程Ｓ１５）。

　これによって、カーボン薄膜の製造が終了する。

　このように、－３０Ｖ～－５０Ｖ程度の範囲の電圧がアーク式蒸発源３に印加されているときに、カーボン薄膜が基板２０上に形成される。その結果、原子状のカーボンが陰極部材４から基板２０へ飛来し、カーボン薄膜が基板２０上に形成される。また、プラズマ装置１０Ａにおいては、陰極部材４は、真空容器１内に配置され、基板２０に対向している。従って、簡単な構成で粗大粒子が基板２０に付着するのを抑制してカーボン薄膜を製造できる。

　なお、この発明の実施の形態１においては、電源６は、０Ｖの電圧を基板２０に印加してもよい。また、シャッター５を開けたままでカーボン薄膜を製造してもよい。更に、ＣＶＤ法によって製造されたバルク状のカーボンを陰極部材４として用いなくてもよく、カーボンの粉末を固めたものを陰極部材４として用いてもよい。従って、この発明の実施の形態によるカーボン薄膜の製造方法は、図６に示す工程Ｓ１１～Ｓ１３を少なくとも備えていればよい。

　また、この発明の実施の形態１においては、アルゴン（Ａｒ）ガスを真空容器１内に導入してアーク放電によってカーボン薄膜を基板２０上に形成してもよい。Ａｒガスを真空容器１内に導入するのは、アーク放電を安定化させるためである。

　更に、陰極部材４は、好ましくは、図２に示す層Ａ，Ｂの面内方向がアーク式蒸発源３から基板２０へ向かう方向に垂直になるように製造される。層Ａ，Ｂの面内方向に垂直な方向における熱伝導率は、上述したように、層Ａ，Ｂの面内方向における熱伝導率よりも非常に小さいので、陰極部材４がアーク放電によって加熱されると、熱が陰極部材４からアーク式蒸発源３へ逃げ難くなり、原子状のカーボンが陰極部材４から放出され易くなるからである。また、上述したように、層Ａと層Ｂとの結合力が弱いことも、原子状のカーボンが陰極部材４から放出され易くなる要因であると考えられる。

　［実施の形態２］
　図８は、実施の形態２によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図８を参照して、実施の形態２によるプラズマ装置１０Ｂは、図１に示すプラズマ装置１０の陰極部材４を陰極部材４１に代えたものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。

　陰極部材４１は、アーク式蒸発源３に取り付けられる。そして、陰極部材４１は、上述した陰極部材４と同じ層状構造のカーボンからなる。また、陰極部材４１は、基板２０側へ突出した突起部を有する。

　図９は、図８に示す陰極部材４１の斜視図である。また、図１０は、図９に示す線Ｘ－Ｘ間における陰極部材４１の断面図である。

　図９および図１０を参照して、陰極部材４１は、本体部４１１と、突起部４１２とを含む。本体部４１１は、円盤形状を有する。突起部４１２は、円柱形状を有する。そして、突起部４１２は、突起部４１２の中心軸Ｘ２が本体部４１１の中心軸Ｘ１に一致するように本体部４１１上に配置される。なお、本体部４１１および突起部４１２は、一体的に作製される。

　本体部４１１は、例えば、６４ｍｍφの直径Ｒ１を有し、１０ｍｍの高さＨ１を有する。突起部４１２は、例えば、コンマ数ｍｍ～数ｃｍの直径Ｒ２を有し、数ｍｍ～数ｃｍの高さＨ２を有する。

　陰極部材４１は、次の方法によって作製される。炭化水素ガスを原料ガスとしたＣＶＤ法によって、円柱形状を有し、かつ、層状構造（図２参照）からなるカーボンを作製する。その後、その作製したカーボンを突起部４１２を有するように旋盤加工して陰極部材４１を作製する。なお、突起部４１２を形成する方法は、旋盤加工に限らず、エッチング（ウェットエッチングおよびドライエッチングの両方を含む）であってもよく、突起部４１２を形成可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。

　層状構造のカーボンからなる陰極部材を用いてアーク放電によってカーボン薄膜を形成した場合、アーク放電の放電モードには、２種類の放電モードがある。第１の放電モードは、パーティクルが発生するモードであり、第２の放電モードは、パーティクルが発生しないモードである。

　なお、この明細書においては、パーティクルとは、サイズが５０ｎｍ～数μｍであるカーボンの粒を言う。

　第１の放電モードでカーボン薄膜を形成した場合、カーボン薄膜の表面粗さは、非常に悪いが、第２の放電モードでカーボン薄膜を形成した場合、カーボン薄膜の表面粗さは、図５の（ａ）に示すように非常に良好である。

　図１１は、実施の形態２における別の陰極部材を示す断面図である。実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図１１に示す陰極部材４１Ａを備えていてもよい。

　図１１を参照して、陰極部材４１Ａは、陰極部材４１に支持部４１３を追加したものであり、その他は、陰極部材４１と同じである。

　支持部４１３は、本体部４１１と突起部４１２との間に配置され、本体部４１１および突起部４１２に接する。そして、支持部４１３は、突起部４１２の直径Ｒ２よりも小さい直径を有する。

　陰極部材４１Ａにおいては、本体部４１１、突起部４１２および支持部４１３は、層状構造のカーボンを旋盤加工することによって一体的に作製される。そして、陰極部材４１Ａは、本体部４１１をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４１２は、基板２０側へ突出している。

　陰極部材４１Ａをアーク式蒸発源３に取り付け、トリガー電極８を陰極部材４１Ａの突起部４１２に接触させてアーク放電を発生させると、陰極部材４１Ａおよびアーク式蒸発源３を介して電流が流れ、陰極部材４１Ａが熱せられる。そして、突起部４１２は、支持部４１３に接するため、熱は、突起部４１２が本体部４１１に接する場合よりも突起部４１２から支持部４１３を介して本体部４１１へ逃げ難くなる。従って、突起部４１２を局部的に加熱できる。その結果、より多くの熱電子が突起部４１２から放出され、安定したアーク放電を長時間持続できる。また、原子状のカーボンが突起部４１２から放出され易くなり、カーボン薄膜の平坦性を向上できる。

　好ましくは、陰極部材４１Ａにおいては、本体部４１１、突起部４１２および支持部４１３は、図２に示す各層Ａ，Ｂが図１１に示す方向ＤＲ１と略平行になるように一体的に作製される。

　上述したように、各層Ａ，Ｂに垂直な方向における熱伝導率は、各層Ａ，Ｂの面内方向における熱伝導率に比べ非常に小さいため、図２に示す各層Ａ，Ｂが図１１に示す方向ＤＲ１と略平行になるように本体部４１１、突起部４１２および支持部４１３を作製することによって、熱が突起部４１２から本体部４１１へ更に逃げ難くでき、突起部４１２を局部的に加熱できるからである。

　図１２は、実施の形態２における更に別の陰極部材を示す断面図である。実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図１２に示す陰極部材４１Ｂを備えていてもよい。

　図１２を参照して、陰極部材４１Ｂは、図１１に示す陰極部材４１Ａの支持部４１３を金属部材４１４に代えたものであり、その他は、陰極部材４１Ａと同じである。

　金属部材４１４は、円柱形状からなり、突起部４１２の直径Ｒ２よりも小さい直径を有する。また、金属部材４１４は、例えば、Ｍｏからなる。そして、金属部材４１４は、本体部４１１と突起部４１２との間に配置され、本体部４１１および突起部４１２に接する。金属部材４１４の具体例は、例えば、２．７ｍｍφの直径を有するネジである。

　陰極部材４１Ｂは、層状構造のカーボンを旋盤加工して本体部４１１および突起部４１２を作製し、金属部材４１４の一方端に本体部４１１を固定し、金属部材４１４の他方端に突起部４１２を固定することによって作製される。そして、陰極部材４１Ｂは、本体部４１１をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４１２は、基板２０側へ突出している。

　陰極部材４１Ｂにおいても、陰極部材４１Ａと同様に、熱が突起部４１２から本体部４１１へ逃げ難くできる。

　好ましくは、陰極部材４１Ｂにおいては、突起部４１２は、図２に示す各層Ａ，Ｂが図１２に示す方向ＤＲ１と略平行になるように金属部材４１４に固定される。

　これによって、熱が突起部４１２から本体部４１１へ更に逃げ難くできる。

　なお、陰極部材４１Ｂにおいては、本体部４１１が無くてもよい。本体部４１１が無くても、熱が突起部４１２から逃げ難くできるからである。この場合、金属部材４１４がアーク式蒸発源３に固定される。

　上述したように、陰極部材４１Ａにおいては、突起部４１２は、支持部４１３よりも大きい直径を有する。従って、方向ＤＲ１に平行な方向における支持部４１３の面積は、方向ＤＲ１に平行な方向における突起部４１２の面積よりも小さい。

　また、上述したように、陰極部材４１Ｂにおいては、突起部４１２は、金属部材４１４よりも大きい直径を有する。従って、方向ＤＲ１に平行な方向における金属部材４１４の面積は、方向ＤＲ１に平行な方向における突起部４１２の面積よりも小さい。

　よって、実施の形態２における陰極部材は、アーク式蒸発源３から基板２０へ向かう方向と垂直な方向において第１の面積を有し、層状構造のカーボンからなる突起部４１２（＝陰極部）と、アーク式蒸発源３から基板２０へ向かう方向と垂直な方向において第１の面積よりも小さい第２の面積を有するとともに突起部４１２（＝陰極部）とアーク式蒸発源３との間に配置され、突起部４１２（＝陰極部）を支持する支持部４１３（＝金属部材４１４）とを含むものであればよい。

　図１３は、パーティクルが発生しない放電割合とアーク電流との関係を示す図である。図１３において、縦軸は、パーティクルが発生しない放電割合を表し、横軸は、アーク電流を表す。そして、パーティクルが発生しない放電割合は、５分間におけるパーティクルが発生しない放電割合である。

　また、黒四角は、陰極部材４１Ｂを用いた場合のパーティクルが発生しない放電割合とアーク電流との関係を示し、黒菱形は、突起部の無い層状構造のカーボンを陰極部材として用いた場合のパーティクルが発生しない放電割合とアーク電流との関係を示す。

　なお、陰極部材４１を用いた場合のパーティクルが発生しない放電割合（黒四角）は、パーティクルが発生しない５個の放電割合の平均値であり、パーティクルが発生しない５個の放電割合は、エラーバーによって示されている。

　図１３を参照して、突起部の無い層状構造のカーボンを陰極部材として用いた場合、パーティクルが発生しない放電割合は、５０％以下である（黒菱形参照）。

　一方、突起部４１２を有する陰極部材４１Ｂを用いた場合、パーティクルが発生しない放電割合は、８８％程度であり、パーティクルが発生しない放電割合の範囲は、約８０％～１００％の範囲である。

　従って、突起部４１２を有する陰極部材４１Ｂを用いることによって、パーティクルが発生しない放電割合を飛躍的に大きくできる。

　パーティクルが発生しない放電割合が５０％以下である場合、第１の放電モードが５０％以上になり、第２の放電モードが５０％以下になる。その結果、パーティクルが基板２０に飛来するのを避けるためには、第１の放電モードになると、シャッター５を閉じ、第２の放電モードになると、シャッター５を開ける必要がある。また、パーティクルが基板２０に飛来するのを避けるためには、第１の放電モードになると、アーク放電を停止し、再度、アーク放電を開始して第２の放電モードによってカーボン薄膜を形成する必要がある。

　従って、非常に煩雑な操作を行う必要があり、実効的な成膜速度が遅くなり、生産性が悪くなるという欠点がある。

　一方、突起部４１２を有する陰極部材４１Ｂを用いた場合、パーティクルが発生しない放電割合は、８０％～１００％の範囲に入っているので、第１の放電モードおよび第２の放電モードの両方によってカーボン薄膜を成膜しても、表面粗さは、それほど悪くならない。また、第２の放電モードのみによってカーボン薄膜を成膜する場合でも、第１の放電モードにおいてシャッター５を閉じる回数は、格段に減少し、またはアーク放電を中止し、再度、アーク放電を開始して第２の放電モードでカーボン薄膜を成膜するように操作する回数も、格段に減少する。

　従って、煩雑な操作を必要とする回数は、格段に減少し、実効的な成膜速度もそれほど遅くならず、その結果、生産性の低下も問題にならない。

　このように、突起部４１２を有する陰極部材４１Ｂを用いることによって、パーティクルが成膜に寄与する割合を非常に低くして、主に、原子状のカーボンを基板２０に飛来させてカーボン薄膜を製造できる。その結果、表面粗さが非常に小さいカーボン薄膜を得ることができる。

　図１４は、図８に示すプラズマ装置１０Ｂを用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　図１４に示す工程図は、図３に示す工程図の工程Ｓ１を工程Ｓ１Ａに代えたものであり、その他は、図３に示す工程図と同じである。

　図１４を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、ＣＶＤ法によって製造され、かつ、突起部４１２を有するバルク状のカーボンを陰極部材４１としてアーク式蒸発源３に取り付ける（工程Ｓ１Ａ）。

　その後、上述した工程Ｓ２～Ｓ６を順次実行する。これによって、カーボン薄膜が基板２０上に製造される。

　図１４に示す工程図に従ってカーボン薄膜を製造することによって、上述したように、主に、原子状のカーボンを基板２０に飛来させてカーボン薄膜を製造できる。その結果、カーボン薄膜の平坦性を向上できる。

　図１５は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。また、図１６は、図１５に示す線ＸＶＩ－ＸＶＩ間における陰極部材４１Ｃの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図１５および図１６に示す陰極部材４１Ｃを備えていてもよい。

　図１５および図１６を参照して、陰極部材４１Ｃは、図９に示す陰極部材４１の突起部４１２を突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄに代えたものであり、その他は、陰極部材４１と同じである。

　突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄの各々は、円柱形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄの各々は、本体部４１１の直径Ｒ１よりも小さい直径を有する。また、突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄの各々は、例えば、数ｍｍ～数ｃｍの高さを有する。更に、突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄは、例えば、碁盤目状に本体部４１１上に配置される。この場合、突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄの相互の間隔は、任意である。更に、本体部４１１および突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄは、一体的に作製される。そして、陰極部材４１Ｃは、本体部４１１をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄは、基板２０側へ突出している。

　陰極部材４１Ｃは、層状構造のカーボンを旋盤加工することによって作製される。

　なお、陰極部材４１Ｃにおいては、突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄは、碁盤目状に限らず、任意の間隔でランダムに配置されていてもよい。

　また、陰極部材４１Ｃは、４個の突起部４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄに限らず、２個の突起部を備えていてもよく、３個の突起部を備えていてもよく、５個以上の突起部を備えていてもよく、一般的には、２個以上の突起部を備えていればよい。そして、２個以上の突起部は、碁盤目状に配置されていてもよく、任意の間隔でランダムに配置されていてもよい。また、２個以上の突起部は、相互に同じ直径を有していてもよく、相互に異なる直径を有していてもよい。

　図１７は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。また、図１８は、図１７に示す線ＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ間における陰極部材４１Ｄの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図１７および図１８に示す陰極部材４１Ｄを備えていてもよい。

　図１７および図１８を参照して、陰極部材４１Ｄは、図９に示す陰極部材４１の突起部４１２を突起部４１５に代えたものであり、その他は、陰極部材４１と同じである。

　突起部４１５は、ドーナツ形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、突起部４１５は、本体部４１１の直径Ｒ１に等しい外径と、例えば、１ｍｍ～１０ｍｍの幅とを有する。また、突起部４１５は、例えば、数ｍｍ～数ｃｍの高さを有する。更に、本体部４１１および突起部４１５は、一体的に作製される。そして、陰極部材４１Ｄは、本体部４１１をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４１５は、基板２０側へ突出している。

　陰極部材４１Ｄは、層状構造のカーボンを旋盤加工することによって作製される。

　なお、突起部４１５は、本体部４１１の直径Ｒ１と同じ外径に限らず、本体部４１１の直径Ｒ１よりも小さい外径を有していてもよい。

　図１９は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。また、図２０は、図１９に示す線ＸＸ－ＸＸ間における陰極部材４１Ｅの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図１９および図２０に示す陰極部材４１Ｅを備えていてもよい。

　図１９および図２０を参照して、陰極部材４１Ｅは、図１７及び図１８に示す陰極部材４１Ｄに突起部４１６を追加したものであり、その他は、陰極部材４１Ｄと同じである。

　突起部４１６は、ドーナツ形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、突起部４１６は、突起部４１５の内周側に配置され、例えば、１ｍｍ～１０ｍｍの幅を有する。また、突起部４１６は、例えば、数ｍｍ～数ｃｍの高さを有する。更に、突起部４１５と突起部４１６との間隔は、任意である。更に、本体部４１１および突起部４１５，４１６は、一体的に作製される。そして、陰極部材４１Ｅは、本体部４１１をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４１５，４１６は、基板２０側へ突出している。

　陰極部材４１Ｅは、層状構造のカーボンを旋盤加工することによって作製される。

　なお、突起部４１５は、突起部４１６と同じ幅を有していてもよく、突起部４１６と異なる幅を有していてもよい。

　図２１は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。また、図２２は、図２１に示す線ＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ間における陰極部材４１Ｆの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図２１および図２２に示す陰極部材４１Ｆを備えていてもよい。

　図２１および図２２を参照して、陰極部材４１Ｆは、本体部４１８と、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆとを含む。

　本体部４１８は、正方形である表面４１８Ａを有する平板形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、本体部４１８の一辺の長さは、例えば、６４ｍｍである。また、本体部４１８は、本体部４１１と同じ高さＨ１（＝１０ｍｍ）を有する。

　突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆの各々は、表面４１８Ａと平行な平面で切断した断面形状が正方形である柱状形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆの各々は、本体部４１８の一辺の長さよりも短い一辺の長さを有し、一辺の長さは、例えば、数ｍｍ～数ｃｍである。また、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆの各々は、例えば、数ｍｍ～数ｃｍの高さを有する。更に、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆは、例えば、碁盤目状に本体部４１８上に配置される。この場合、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆの相互の間隔は、任意である。更に、本体部４１８および突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆは、一体的に作製される。そして、陰極部材４１Ｆは、本体部４１８をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆは、基板２０側へ突出している。

　陰極部材４１Ｆは、次の方法によって作製される。炭化水素ガスを原料ガスとしたＣＶＤ法によって、正方形である平面を有する平板形状を有し、かつ、層状構造（図２参照）からなるカーボンを作製する。その後、その作製したカーボンを突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆを有するように旋盤加工して陰極部材４１Ｆを作製する。なお、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆを形成する方法は、旋盤加工に限らず、エッチング（ウェットエッチングおよびドライエッチングの両方を含む）であってもよく、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆを形成可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。

　なお、陰極部材４１Ｆにおいては、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆは、碁盤目状に限らず、任意の間隔でランダムに配置されていてもよい。

　また、陰極部材４１Ｆは、６個の突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆに限らず、１個～５個の突起部を備えていてもよく、７個以上の突起部を備えていてもよく、一般的には、１個以上の突起部を備えていればよい。そして、陰極部材４１Ｆが２個以上の突起部を備える場合、２個以上の突起部は、碁盤目状に配置されていてもよく、任意の間隔でランダムに配置されていてもよい。また、２個以上の突起部は、相互に同じ一辺の長さを有していてもよく、相互に異なる一辺の長さを有していてもよい。

　更に、本体部４１８は、断面形状が正方形でなくてもよく、断面形状が長方形であってもよい。この場合、長方形の長辺および短辺の長さは、任意の値に設定される。

　更に、突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆの各々は、断面形状が正方形でなくてもよく、断面形状が長方形であってもよい。この場合、長方形の長辺および短辺の長さは、本体部４１８の一辺の長さよりも短い範囲または本体部４１８の長辺よりも短い範囲において任意の長さに設定される。

　更に、陰極部材４１Ｆは、断面形状が四角形である平板形状を有する本体部に限らず、断面形状が三角形である平板形状を有する本体部、または断面形状が５角形である平板形状を有する本体部を備えていてもよく、一般的には、断面形状が多角形である平板形状を有する本体部を備えていればよい。

　更に、陰極部材４１Ｆは、断面形状が四角形である柱状形状を有する突起部に限らず、断面形状が三角形である柱状形状を有する突起部、または断面形状が５角形である柱状形状を有する突起部を備えていてもよく、一般的には、断面形状が多角形である柱状形状を有する突起部を備えていればよい。

　図２３は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。また、図２４は、図２３に示す線ＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ間における陰極部材４１Ｇの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図２３および図２４に示す陰極部材４１Ｇを備えていてもよい。

　図２３および図２４を参照して、陰極部材４１Ｇは、図２１および図２２に示す陰極部材４１Ｆの突起部４１９Ａ，４１９Ｂ，４１９Ｃ，４１９Ｄ，４１９Ｅ，４１９Ｆを突起部４２０に代えたものであり、その他は、陰極部材４１Ｆと同じである。

　突起部４２０は、環状形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、突起部４２０は、本体部４１８の周縁に沿って本体部４１８上に配置される。また、突起部４２０の幅は、例えば、数ｍｍ～１ｃｍであり、突起部４２０の高さは、例えば、数ｍｍ～数ｃｍである。更に、突起部４２０は、本体部４１８と一体的に作製される。

　陰極部材４１Ｇは、平板形状を有し、かつ、層状構造のカーボンを旋盤加工することによって作製される。そして、陰極部材４１Ｇは、本体部４１８をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４２０は、基板２０側へ突出している。

　図２５は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。図２６は、図２５に示す線ＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ間における陰極部材４１Ｈの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図２５および図２６に示す陰極部材４１Ｈを備えていてもよい。

　図２５および図２６を参照して、陰極部材４１Ｈは、図２３および図２４に示す陰極部材４１Ｇに突起部４２１を追加したものであり、その他は、陰極部材４１Ｇと同じである。

　突起部４２１は、四角形である平面４２１Ａを有する柱状形状を有し、層状構造のカーボンからなる。そして、突起部４２１は、突起部４２０の内周側において本体部４１８上に配置される。また、突起部４２１は、突起部４２０と同じ高さを有する。更に、突起部４２０と突起部４２１との間隔は、例えば、数ｍｍ～１ｃｍである。更に、突起部４２１の平面４２１Ａの寸法は、突起部４２０の内側の寸法、および突起部４２０と突起部４２１との間隔を考慮して任意の値に設定される。更に、本体部４１８および突起部４２０，４２１は、一体的に作製される。

　陰極部材４１Ｈは、平板形状を有し、かつ、層状構造のカーボンを旋盤加工することによって作製される。そして、陰極部材４１Ｈは、本体部４１８をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４２０，４２１は、基板２０側へ突出している。

　図２７は、実施の形態２における更に別の陰極部材の概略図である。また、図２８は、図２７に示す線ＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ間の陰極部材４１Ｉの断面図である。

　実施の形態２においては、プラズマ装置１０Ｂは、陰極部材４１に代えて図２７および図２８に示す陰極部材４１Ｉを備えていてもよい。

　図２７および図２８を参照して、陰極部材４１Ｉは、図２３および図２４に示す陰極部材４１Ｇの突起部４２０を突起部４２２～４２７に代えたものであり、その他は、陰極部材４１Ｇと同じである。

　突起部４２２～４２７の各々は、平板形状を有し、層状構造のカーボンからなる。また、突起部４２２～４２７の各々は、例えば、数ｍｍの厚みを有し、例えば、数ｍｍ～１ｃｍの高さを有する。更に、突起部４２２～４２７は、所望の間隔で略平行に本体部４１８上に配置される。更に、本体部４１８および突起部４２２～４２７は、一体的に作製される。

　陰極部材４１Ｉは、平板形状を有し、かつ、層状構造のカーボンを突起部４２２～４２７を有するように旋盤加工することによって作製される。そして、陰極部材４１Ｉは、本体部４１８をアーク式蒸発源３に固定することによってアーク式蒸発源３に取り付けられる。従って、突起部４２２～４２７は、基板２０側へ突出している。

　なお、陰極部材４１Ｉにおいては、突起部の個数は、６個に限らず、１個以上であればよい。

　また、陰極部材４１Ｉにおいては、６個の突起部４２２～４２７は、相互に同じ間隔で配置されていなくてもよく、ランダムな間隔で配置されていてもよい。

　更に、陰極部材４１Ｉが複数の突起部を備える場合、複数の突起部は、平行に配置されていなくてもよい。

　更に、実施の形態２において使用される陰極部材は、陰極部材４１から陰極部材４１Ａまたは陰極部材４１Ｂへの変更と同じ変更が陰極部材４１Ｃ～４１Ｉに適用されたものであってもよい。

　上記においては、各種の陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｉについて説明した。従って、実施の形態２における陰極部材は、基板２０側へ突出した少なくとも１つの突起部を有していればよい。

　プラズマ装置１０Ｂが陰極部材４１Ａ～４１Ｉのいずれかを備える場合、カーボン薄膜は、図１２に示す工程図に従って製造される。この場合、工程Ｓ１Ａにおいて、陰極部材４１Ａ～４１Ｉのいずれかがアーク式蒸発源３に取り付けられる。

　図２９は、実施の形態２による別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。実施の形態２によるプラズマ装置は、図２９に示すプラズマ装置１０Ｃであってもよい。

　図２９を参照して、プラズマ装置１０Ｃは、図８に示すプラズマ装置１０Ｂのトリガー電極８をトリガー電極８Ａに代え、絶縁部材１４、ベローズ１５、保持部材１６および駆動装置１７を追加したものであり、その他は、プラズマ装置１０Ｂと同じである。

　なお、プラズマ装置１０Ｃにおいては、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図２９に示すように定義される。

　トリガー電極８Ａは、真空容器１の側壁に設けられた貫通孔１Ａを通って配置され、一方端が陰極部材４１に対向し、他方端が保持部材１６に固定される。そして、トリガー電極８Ａは、トリガー電極８と同じ材料からなる。

　絶縁部材１４は、貫通孔１Ａを囲むように真空容器１の側壁にＯリング（図示せず）を介して固定される。ベローズ１５は、絶縁部材１４と保持部材１６との間に配置され、絶縁部材１４および保持部材１６に固定される。保持部材１６は、トリガー電極８Ａの他方端に固定され、例えば、Ｍｏからなる。また、保持部材１６は、抵抗９を介して接地電位ＧＮＤに電気的に接続される。

　ベローズ１５は、Ｚ軸方向に伸縮可能であり、ベローズ１５の保持部材１６に近い部分は、Ｘ－Ｙ平面における保持部材１６の移動に伴って移動可能である。

　保持部材１６は、駆動装置１７によって、Ｚ軸方向に移動するとともに、Ｘ－Ｙ平面において移動する。

　駆動装置１７は、後述する方法によって、保持部材１６をＺ軸方向へ移動させるとともに、保持部材１６をＸ－Ｙ平面において移動させる。

　なお、抵抗９と保持部材１６とを接続する配線は、実際には、螺旋状の形状を有するので、保持部材１６がＺ軸方向およびＸ－Ｙ平面において移動しても、保持部材１６は、配線によって抵抗９に安定に接続される。

　図３０は、図２９に示す駆動装置１７の構成を示す概略図である。図３０を参照して、駆動装置１７は、棒部材１７１と、凹凸部材１７２，１７７，１８０と、歯車１７３，１７８，１８１と、モータ１７４，１７９，１８２と、台部材１７５，１８３と、支持部材１７６，１８４とを含む。

　棒部材１７１は、絶縁物からなり、Ｚ軸に沿って配置される。そして、棒部材１７１は、一方端が保持部材１６に連結される。凹凸部材１７２は、棒部材１７１に固定される。歯車１７３は、凹凸部材１７２に嵌合する。モータ１７４は、台部材１７５上に配置される。そして、モータ１７４の回転軸１７４Ａは、歯車１７３に連結される。台部材１７５は、支持部材１７６上に配置される。

　凹凸部材１７７は、支持部材１７６に固定される。歯車１７８は、凹凸部材１７７に嵌合する。モータ１７９は、支持部材１８４上に配置される。そして、モータ１７９の回転軸１７９Ａは、歯車１７８に連結される。

　凹凸部材１８０は、支持部材１７６に固定される。歯車１８１は、凹凸部材１８０に嵌合する。モータ１８２は、台部材１８３上に配置される。そして、モータ１８２の回転軸１８２Ａは、歯車１８１に連結される。台部材１８３は、支持部材１８４に固定される。支持部材１８４は、真空容器１の側壁に固定される。

　図３１は、図３０に示す凹凸部材１７７の斜視図である。また、図３２は、図３０に示す別の凹凸部材１８０の斜視図である。

　図３１を参照して、凹凸部材１７７は、断面形状が三角形である複数の凹凸からなる。そして、複数の凹凸は、Ｙ軸方向に沿って配置される。そして、複数の凹凸の各々は、Ｘ軸方向において、保持部材１６がＸ軸方向に移動する範囲よりも長い長さを有する。また、歯車１７８は、凹凸部材１７７の複数の凹凸に嵌合するとともに、支持部材１７６がＸ軸方向へ移動したとき、凹凸部材１７７の凹凸に嵌合した状態でＸ軸方向へスライドする。

　図３２を参照して、凹凸部材１８０は、断面形状が三角形である複数の凹凸からなる。そして、複数の凹凸は、Ｘ軸方向に沿って配置される。そして、複数の凹凸の各々は、Ｙ軸方向において、保持部材１６がＹ軸方向に移動する範囲よりも長い長さを有する。また、歯車１８１は、凹凸部材１８０の複数の凹凸に嵌合するとともに、支持部材１７６がＹ軸方向へ移動したとき、凹凸部材１８０の凹凸に嵌合した状態でＹ軸方向へスライドする。

　モータ１７４は、回転軸１７４Ａを時計回りまたは反時計回りに回転させる。その結果、歯車１７３は、回転軸１７４Ａの回転に応じて、時計回りまたは反時計回りに回転する。棒部材１７１は、歯車１７３が時計回りに回転すると、Ｚ軸の正方向（陰極部材４１から基板２０へ向かう方向）へ移動し、歯車１７３が反時計回りに回転すると、Ｚ軸の負方向（基板２０から陰極部材４１へ向かう方向）へ移動する。

　モータ１７９は、回転軸１７９Ａを時計回りまたは反時計回りに回転させる。その結果、歯車１７８は、回転軸１７９Ａの回転に応じて、時計回りまたは反時計回りに回転する。支持部材１７６は、歯車１７８が時計回りに回転すると、Ｙ軸の正方向（図３０の紙面上、手前から奥へ向かう方向）へ移動し、歯車１７８が反時計回りに回転すると、Ｙ軸の負方向（図３０の紙面上、奥から手前へ向かう方向）へ移動する。この支持部材１７６の移動に伴って、歯車１８１は、凹凸部材１８０の凹凸に嵌合した状態で凹凸をＹ軸の正方向または負方向へスライドする。

　モータ１８２は、回転軸１８２Ａを時計回りまたは反時計回りに回転させる。その結果、歯車１８１は、回転軸１８２Ａの回転に応じて、時計回りまたは反時計回りに回転する。支持部材１７６は、歯車１８１が時計回りに回転すると、Ｘ軸の負方向（図３０の紙面上、上側から下側へ向かう方向）へ移動し、歯車１８１が反時計回りに回転すると、Ｘ軸の正方向（図３０の紙面上、下側から上側へ向かう方向向）へ移動する。この支持部材１７６の移動に伴って、歯車１７８は、凹凸部材１７７の凹凸に嵌合した状態で凹凸をＸ軸の正方向または負方向へスライドする。

　このように、駆動装置１７は、保持部材１６をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って移動させる。その結果、トリガー電極８Ａは、保持部材１６の移動に伴って、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って移動する。

　図３３は、図２９に示すトリガー電極８Ａの移動範囲を説明するための平面図である。図３３を参照して、陰極部材４１は、Ｘ－Ｙ平面に平行に配置されている。トリガー電極８Ａの一方端（陰極部材４１に対向する一方端）は、保持部材１６が駆動装置１７によってＸ－Ｙ平面内で移動することに伴って、突起部４１２の平面内をＸ軸方向および／またはＹ軸方向に移動する。

　これによって、トリガー電極８Ａを陰極部材４１の突起部４１２の任意の場所に接触させることができる。

　その結果、アーク放電したときのアークスポットが移動しない場合でも、アーク放電の開始から所望の時間が経過した後、またはアーク放電を停止させた後に、トリガー電極８Ａと陰極部材４１の突起部４１２とを別の位置で接触させることによって、新たな箇所でアーク放電を発生させることができる。従って、新たな箇所でアーク放電を発生させることを順次行うことによって、陰極部材４１を有効に使用することができる。

　また、プラズマ装置１０Ｃが陰極部材４１に代えて陰極部材４１Ａ～４１Ｉのいずれかを備える場合にも、同様に、陰極部材４１Ａ～４１Ｉを有効に使用することができる。特に、複数の突起部を備える陰極部材４１Ｃ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｈ，４１Ｉを用いた場合、複数の突起部の各々においてアーク放電を発生させることができ、複数の突起部の全てを利用してカーボン薄膜を製造できる。

　図３４は、図２９に示すプラズマ装置１０Ｃを用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　図３４に示す工程図は、図１２に示す工程図に工程Ｓ７～Ｓ９を追加したものであり、その他は、図１２に示す工程図と同じである。

　図３４を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、上述した工程Ｓ１Ａ，Ｓ２～Ｓ６が順次実行される。

　そして、工程Ｓ６の後、アーク放電の開始から所望の時間が経過したか、またはアーク放電を停止させたかを判定することによって、新たなアーク放電を開始するか否かが判定される（工程Ｓ７）。この場合、アーク放電の開始から所望の時間が経過したとき、またはアーク放電を停止させたとき、新たなアーク放電を開始すると判定される。

　工程Ｓ７において、新たなアーク放電を開始しないと判定されたとき、上述した工程Ｓ５～Ｓ７が順次実行される。

　一方、工程Ｓ７において、新たなアーク放電を開始すると判定されたとき、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達したか否かが更に判定される（工程Ｓ８）。

　工程Ｓ８において、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達していないと判定されたとき、トリガー電極８Ａを駆動装置１７によってＸ－Ｙ平面内で移動させ、トリガー電極８Ａと陰極部材４１等とを別の位置で接触させ（工程Ｓ９）、その後、トリガー電極８Ａを陰極部材４１等から離反する。そして、上述した工程Ｓ５～Ｓ９が順次実行される。

　そして、工程Ｓ８において、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達したと判定されたとき、カーボン薄膜の製造が終了する。

　このように、図３４に示す工程図に従ってカーボン薄膜を製造することによって、陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｈの任意の場所でアーク放電を開始でき、陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｈを有効に使用できる。

　図３５は、実施の形態２による更に別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。実施の形態２によるプラズマ装置は、図３５に示すプラズマ装置１０Ｄであってもよい。

　図３５を参照して、プラズマ装置１０Ｄは、図２９に示すプラズマ装置１０Ｃの抵抗９を切替スイッチ９１および抵抗９２，９３に代えたものであり、その他は、プラズマ装置１０Ｃと同じである。

　切替スイッチ９１は、スイッチ９１１と端子９１２，９１３とを含む。スイッチ９１１は、保持部材１６に電気的に接続される。端子９１２は、抵抗９２に電気的に接続される。端子９１３は、抵抗９３に電気的に接続される。

　抵抗９２は、端子９１２と、電源７および接地電位ＧＮＤとの間に接続される。抵抗９３は、端子９１３と、電源７および接地電位ＧＮＤとの間に接続される。抵抗９２は、一般的に、アーク放電の放電抵抗よりも大きい抵抗値を有し、例えば、２Ωの抵抗値を有する。また、抵抗９３は、一般的に、アーク放電の放電抵抗よりも小さい抵抗値を有し、例えば、０．１Ωの抵抗値を有する。

　スイッチ９１１は、制御装置（図示せず）からの制御に従って、アーク放電中、端子９１２に接続され、新たなアーク放電を開始するとき、端子９１３に接続される。

　トリガー電極８Ａとアノード電位との間に挿入される抵抗は、通常、放電がトリガー電極８Ａとカソード（陰極部材４１）との間で生じることを抑制する。このため、カソード（陰極部材４１）とアノードとの間のアーク放電中にトリガー電極８Ａをカソード（陰極部材４１）の表面に接触させても、接触点から新たにアーク放電が発生することはない。

　しかし、トリガー時に、トリガー電極８Ａとアノード電位との間に挿入される抵抗を放電抵抗よりも小さくすることによって、新たにアーク放電を発生させることができる。

　そこで、プラズマ装置１０Ｄにおいては、アーク放電中、スイッチ９１１を端子９１２を介して抵抗９２に接続し、新たなアーク放電を開始するとき、スイッチ９１１を端子９１３を介して抵抗９３（＝放電抵抗よりも小さい抵抗）に接続することにした。

　なお、プラズマ装置１０Ｄは、切替スイッチ９１および抵抗９２，９３に代えて可変抵抗器を備えていてもよい。この場合、可変抵抗器の抵抗値は、アーク放電中、放電抵抗よりも大きい抵抗値に設定され、新たなアーク放電を開始するとき、放電抵抗よりも小さい抵抗値に設定される。

　図３６は、図３５に示すプラズマ装置１０Ｄを用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　図３６に示す工程図は、図３４に示す工程図の工程Ｓ２と工程Ｓ３との間に工程Ｓ２１を追加し、工程Ｓ４と工程Ｓ５との間に工程Ｓ２２を追加し、工程Ｓ８と工程Ｓ９との間に工程Ｓ２３を追加したものであり、その他は、図３４に示す工程図と同じである。

　図３６を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、上述した工程Ｓ１Ａ，Ｓ２が順次実行され、その後、スイッチ９１１は、制御装置（図示せず）からの制御に従って端子９１３を介して抵抗９３に接続される（工程Ｓ２１）。

　そして、上述した工程Ｓ３，Ｓ４が順次実行される。工程Ｓ４の実行によって、アーク放電が発生するので、スイッチ９１１は、制御装置（図示せず）からの制御に従って端子９１２を介して抵抗９２に接続される（工程Ｓ２２）。

　その後、上述した工程Ｓ５～Ｓ８が順次実行される。そして、工程Ｓ８において、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達していないと判定されると、スイッチ９１１は、制御装置（図示せず）からの制御に従って、端子９１３を介して抵抗９３に接続され（工程Ｓ２３）、上述したステップＳ９が実行される。これによって、陰極部材４１の新たな位置でアーク放電が発生する。

　その後、上述した工程Ｓ２２，Ｓ５～Ｓ８，Ｓ２３，Ｓ９が繰り返し実行され、工程Ｓ８において、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達したと判定されると、カーボン薄膜の製造が終了する。

　このように、プラズマ装置１０Ｄにおいては、新たなアーク放電を開始するとき、トリガー電極８Ａとアノード電位との間に接続される抵抗は、放電抵抗よりも小さくなるので（工程Ｓ２３参照）、新たなアーク放電を安定して発生させることができる。その結果、陰極部材４１の突起部４１２の全領域において新たなアーク放電を発生させることができ、陰極部材４１を有効に使用できる。

　また、工程Ｓ７において、新たな放電を開始しないと判定されると、工程Ｓ５，Ｓ６が繰り返し実行され、工程Ｓ７において、新たな放電を開始すると判定されると、アーク放電を停止させないで陰極部材４１の別の場所で新たなアーク放電が発生するので、アーク放電を停止させる必要が無ければ、アーク放電が持続する。その結果、陰極部材４１の表面の温度が下がらず、粗大粒子の発生を抑制してカーボン薄膜を製造できる。

　なお、プラズマ装置１０Ｄは、陰極部材４１に代えて、陰極部材４１Ａ～４１Ｉのいずれかを備えていてもよい。そして、プラズマ装置１０Ｄが陰極部材４１Ａ～４１Ｉのいずれかを備える場合も、カーボン薄膜は、図３６に示す工程図によって製造され、上述したように、陰極部材４１Ａ～４１Ｉを有効に使用できる。

　［実施の形態３］
　図３７は、実施の形態３によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図３７を参照して、実施の形態３によるプラズマ装置１０Ｅは、図１に示すプラズマ装置１０のアーク式蒸発源３をアーク式蒸発源３Ａに代え、陰極部材４を陰極部材４１Ｊに代え、絶縁部材１８、ベアリング１９および送出機構２１を追加したものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。

　なお、プラズマ装置１０Ｅにおいては、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図３７に示すように定義される。

　絶縁部材１８は、真空容器１の側壁に設けられた貫通孔１Ｂを囲むように真空容器１の側壁にＯリング（図示せず）を介して固定される。

　アーク式蒸発源３Ａは、中空の円柱形状からなり、絶縁部材１８に固定される。そして、アーク式蒸発源３Ａは、電源７の負極に電気的に接続される。

　陰極部材４１Ｊは、陰極部材４と同じ材料からなり、円柱形状を有する。また、陰極部材４１Ｊは、例えば、コンマ数ｍｍ～数ｃｍの直径および数ｃｍ～１０ｃｍの長さを有する。そして、陰極部材４１Ｊは、真空容器１の側壁に設けられた貫通孔１Ｂを通って配置され、一方端がトリガー電極８の一方端に対向する。

　ベアリング１９は、金属材料からなり、アーク式蒸発源３Ａおよび陰極部材４１Ｊに接し、アーク式蒸発源３Ａと陰極部材４１Ｊとの間に配置される。そして、陰極部材４１Ｊは、送出機構２１によってＺ軸方向へ送り出される。

　送出機構２１は、アーク式蒸発源３Ａの内部に配置され、後述する方法によって陰極部材４１ＪをＺ軸方向へ送り出す。

　図３８は、図３７に示す送出機構２１の構成を示す概略図である。図３８を参照して、送出機構２１は、棒部材２１１と、凹凸部材２１２と、歯車２１３と、モータ２１４と、台部材２１５とを含む。

　棒部材２１１は、絶縁物からなり、Ｚ軸に沿って配置される。そして、棒部材２１１は、一方端が陰極部材４１Ｊに連結される。凹凸部材２１２は、棒部材２１１に固定される。歯車２１３は、凹凸部材２１２に嵌合する。モータ２１４は、台部材２１５上に配置される。そして、モータ２１４の回転軸２１４Ａは、歯車２１３に連結される。台部材２１５は、アーク式蒸発源３Ａ上に配置される。

　モータ２１４は、回転軸２１４Ａを介して歯車２１３を時計回りに回転させる。その結果、棒部材２１１は、歯車２１３の回転によってＺ軸方向へ送り出される。従って、送出機構２１は、陰極部材４１ＪをＺ軸方向へ送り出すことができる。

　上述したように、アーク式蒸発源３Ａは、絶縁部材１８に固定され、絶縁部材１８は、Ｏリングを介して真空容器１の側壁に固定されるので、アーク式蒸発源３Ａの内部は、真空容器１内の圧力と同じ圧力に保持されている。

　また、ベアリング１９は、金属材料からなり、アーク式蒸発源３Ａおよび陰極部材４１Ｊの両方に接しているので、トリガー電極８が陰極部材４１Ｊの一方端に接触することによって、陰極部材４１Ｊとアノード（真空容器１）との間でアーク放電が発生すると、陰極部材４１Ｊ、ベアリング１９およびアーク式蒸発源３Ａを介して電流が流れる。その結果、陰極部材４１Ｊの温度が上昇する。

　この場合、陰極部材４１Ｊは、陰極部材４よりも小さい直径を有するので、陰極部材４に比べて昇温され易く、特に、陰極部材４１Ｊの表面温度が昇温され易くなる。その結果、陰極部材４１Ｊの放電面からより多くの熱電子が放出され、アーク放電が安定化する。従って、パーティクルの発生を極めて抑制できる。陰極部材４１Ｊは、基板２０側へ突出した構造を有し、突出した部分でアーク放電が発生すると、パーティクルが発生しない放電割合（＝第２の放電モードの発生確率）が飛躍的に高くなるからである（図１１参照）。

　プラズマ装置１０Ｅにおいては、アーク放電によって陰極部材４１Ｊが消耗すると、陰極部材４１Ｊの先端部（基板２０側の先端部）が消耗前の先端部と同じ位置になるように送出機構２１によって陰極部材４１Ｊを基板２０側へ送り出す。

　これによって、安定したアーク放電を長時間持続することができる。その結果、膜厚の厚いカーボン薄膜を製造できる。また、生産性を向上できる。

　陰極部材４１Ｊを基板２０側へ移動させるタイミングとしては、例えば、一定の放電時間が経過したタイミングが想定される。

　一定の放電時間が経過したタイミングは、より具体的には、１回の成膜が終了したタイミングである。

　図３９は、図３７に示すプラズマ装置１０Ｅを用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　図３９に示す工程図は、図３に示す工程図の工程Ｓ１を工程Ｓ１Ｂに代え、工程Ｓ３１～Ｓ３３を追加したものであり、その他は、図３に示す工程図と同じである。

　なお、図３９に示す工程図は、１回の成膜が終了したタイミングで陰極部材４１Ｊを送り出すときの工程図である。

　図３９を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、ＣＶＤ法によって製造され、円柱形状を有するバルク状のカーボンを陰極部材４１Ｊとしてアーク式蒸発源３Ａに取り付ける（工程Ｓ１Ｂ）。

　そして、上述した工程Ｓ２～Ｓ６が順次実行され、工程Ｓ６の後、１回の成膜が終了したか否かが判定される（工程Ｓ３１）。

　工程Ｓ３１において、１回の成膜が終了していないと判定されたとき、工程Ｓ５，Ｓ６，Ｓ３１が繰り返し実行される。

　一方、工程Ｓ３１において、１回の成膜が終了したと判定されたとき、陰極部材４１Ｊが使用可能であるか否かが更に判定される（工程Ｓ３２）。

　工程Ｓ３２において、陰極部材４１Ｊが使用可能であると判定されたとき、送出機構２１は、消耗後の陰極部材４１Ｊの先端部の位置が消耗前の陰極部材４１Ｊの先端部の位置になるように陰極部材４１Ｊを基板２０側へ送り出す（工程Ｓ３３）。

　そして、上述した工程Ｓ２～Ｓ６，Ｓ３１～Ｓ３３が繰り返し実行され、工程Ｓ３２において、陰極部材４１Ｊが使用可能でないと判定されると、一連の動作が終了する。

　このように、図３９に示す工程図に従えば、陰極部材４１Ｊを、１回、アーク式蒸発源３Ａに取り付けると、陰極部材４１Ｊが使用不可能になるまで、陰極部材４１Ｊが基板２０側へ繰り返し送り出される。その結果、陰極部材を頻繁に交換する必要がなくなり、カーボン薄膜の生産性を向上できる。

　また、陰極部材４１Ｊが使用不可能になるまでには、複数回のカーボン薄膜の成膜が実行されるが、各回のカーボン薄膜の成膜においては、陰極部材４１Ｊの先端部の位置を常に一定の位置に保持できるので、アーク放電を安定して長時間持続することができ、カーボン薄膜の生産性を極めて向上できる。

　更に、工程Ｓ３１において、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達したか否かを判定することによって、カーボン薄膜の膜厚が所望の膜厚に達するまで、カーボン薄膜が繰り返し基板２０上に堆積されることになり（工程Ｓ５，Ｓ６，Ｓ３１の“ＮＯ”参照）、膜厚が厚いカーボン薄膜を製造できる。

　なお、プラズマ装置１０Ｅにおいては、陰極部材４１Ｊは、断面が円形に限らず、断面が三角形、四角形および五角形等であってもよく、一般的には、断面が多角形であればよい。

　また、プラズマ装置１０Ｅは、複数個の陰極部材４１Ｊを備えていてもよい。この場合、隣接する２つの陰極部材４１Ｊ間にも、ベアリング１９と同じベアリングが陰極部材４１Ｊに接触するように配置される。

　更に、プラズマ装置１０Ｅは、陰極部材４１Ｊに代えて陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｉのいずれかを備えていてもよい。

　［実施の形態４］
　図４０は、実施の形態４によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。図４０を参照して、実施の形態４によるプラズマ装置１０Ｆは、図１に示すプラズマ装置１０のトリガー電極８をトリガー電極８Ｂに代えたものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。

　トリガー電極８Ｂは、Ｍｏおよびタングステン（Ｗ）等の高融点金属からなり、トリガー電極８と同じように配置される。そして、トリガー電極８Ｂの陰極部材４に対向する先端部は、陰極部材４に向かう方向へ尖っている。

　図４１は、図４０に示すトリガー電極８Ｂの陰極部材４側の先端部の拡大図である。図４１を参照して、トリガー電極８Ｂは、棒状部８１と、針状部８２とを含む。棒状部８１は、例えば、３ｍｍφの直径および２０ｍｍの長さを有する。針状部８２は、棒状部８１側で３ｍｍφの直径を有し、尖端部において２ｍｍφ以下の直径を有する。そして、針状部８２は、例えば、１０ｍｍの長さを有する。

　トリガー電極８Ｂにおいては、針状部８２が陰極部材４に接触する。

　図４２は、図４０に示すプラズマ装置１０Ｆにおいて発生するプラズマの概念図である。図４２を参照して、トリガー電極８Ｂの針状部８２が点４Ａで陰極部材４に接触すると、プラズマＰＬＺがアーク放電によって発生する。プラズマＰＬＺは、陰極部材４の点４Ａから基板２０へ向かって放射状に形成されたプラズマである。

　なお、トリガー電極８Ｂの針状部８２が陰極部材４の点４Ａ以外の点に接触する場合も、プラズマＰＬＺが発生する。

　図４３は、従来のトリガー電極の概略図である。図４３を参照して、従来のトリガー電極８０は、棒状形状を有し、例えば、直径が３ｍｍφであり、長さが３０ｍｍである。

　トリガー電極８Ｂを用いてアーク放電を発生させた場合と、トリガー電極８０を用いてアーク放電を発生させた場合とにおける第２の放電モードの発生確率を表１に示す。

　なお、第２の放電モードは、上述したようにパーティクルが発生しない放電モードである。

　従来のトリガー電極８０を用いてアーク放電を発生させた場合、第２の放電モードの発生確率は、３割であり、トリガー電極８Ｂを用いてアーク放電を発生させた場合、第２の放電モードの発生確率は、９割である。

　従って、先端部が尖ったトリガー電極８Ｂを用いてアーク放電を発生させることによって、第２の放電モードの発生確率を飛躍的に高くできる。その結果、原子状のカーボンが主にカーボン薄膜の成膜に寄与し、カーボン薄膜の表面を平坦にできる。

　図４４は、図４０に示すプラズマ装置１０Ｆを用いたカーボン薄膜の製造方法を示す工程図である。

　図４４に示す工程図は、図３に示す工程図の工程Ｓ４を工程Ｓ４Ａに代えたものであり、その他は、図３に示す工程図と同じである。

　図４４を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、上述した工程Ｓ１～Ｓ３が順次実行される。そして、工程Ｓ３の後、トリガー電極８Ｂの尖った先端部（＝針状部８２）を陰極部材４に接触させる（工程Ｓ４Ａ）。

　その後、上述した工程Ｓ５，Ｓ６が順次実行され、カーボン薄膜の製造が終了する。

　図４４に示す工程図に従えば、トリガー電極８Ｂの尖った先端部（＝針状部８２）を陰極部材４に接触させてアーク放電を発生させるので（工程Ｓ４Ａ参照）、パーティクルが発生しない第２の放電モードの発生確率が９割と非常に高くなる（表１参照）。

　その結果、原子状のカーボンが主にカーボン薄膜の成膜に寄与し、カーボン薄膜の表面を平坦にできる。

　また、トリガー電極８Ｂと陰極部材４との接触点から放射状のプラズマＰＬＺが発生するので、陰極部材４から放出されたカーボンがカーボン薄膜の成膜に寄与する確率が非常に高くなる。従って、陰極部材４の利用効率を高くできる。

　なお、トリガー電極８Ｂの針状部８２の先端部は、最初、尖っているが、針状部８２を、１回、陰極部材４に接触させると、図４１に示すように、針状部８２の先端部は、丸くなる。しかし、一旦、丸くなると、その後、針状部８２を、何回、陰極部材４に接触させても、針状部８２の先端部の直径は、変化しない。

　また、プラズマ装置１０Ｆは、陰極部材４に代えて、陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｊのいずれかを備えていてもよい。陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｊは、基板２０側へ突出した突起部を有するので、トリガー電極８Ｂと陰極部材４１，４１Ａ～４１Ｊとを接触させることによって、第２の放電モード（パーティクルが発生しない放電モード）の発生確率が更に高くなり、原子状のカーボンがカーボン薄膜の成膜に寄与する割合が更に高くなる。従って、カーボン薄膜の表面を更に平坦にできる。

　また、複数の突起部を有する陰極部材４１Ｃ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｈ，４１Ｉが用いられる場合、プラズマ装置１０Ｆは、上述した駆動装置１７、または切替スイッチ９１および抵抗９２，９３のセットを備える。これによって、複数の突起部においてアーク放電を発生させることができ、陰極部材４１Ｃ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｈ，４１Ｉを有効に使用できる。

　更に、プラズマ装置１０Ｆは、カーボン粉末の焼結構造からなる陰極部材を備えていてもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　この発明は、アーク放電によってプラズマを発生するプラズマ装置およびそれを用いたカーボン薄膜の製造方法に適用される。

Claims

　真空容器と、
　前記真空容器に固定されたアーク式蒸発源と、
　前記アーク式蒸発源に取り付けられた陰極部材と、
　前記陰極部材に対向して配置された基板を保持する保持部材と、
　前記陰極部材に接触または離反するトリガー電極と、
　前記アーク式蒸発源に負の電圧を印加する電源とを備え、
　前記陰極部材は、層状構造のカーボンからなる、プラズマ装置。
　前記陰極部材は、前記基板側へ突出した少なくとも１つの突起部を有する、請求項１に記載のプラズマ装置。
　前記陰極部材は、
　前記アーク式蒸発源から前記基板へ向かう方向と垂直な方向において第１の面積を有し、前記層状構造のカーボンからなる陰極部と、
　前記アーク式蒸発源から前記基板へ向かう方向と垂直な方向において前記第１の面積よりも小さい第２の面積を有するとともに前記陰極部と前記アーク式蒸発源との間に配置され、前記陰極部を支持する支持部とを含む、請求項１に記載のプラズマ装置。
　前記陰極部材を前記基板側へ送り出す送出機構を更に備える、請求項２または請求項３に記載のプラズマ装置。
　前記トリガー電極は、前記基板から前記陰極部材の方向へ尖った先端部を有する、請求項１に記載のプラズマ装置。
　前記アーク式蒸発源に接続されたスイッチと、
　一方端が前記真空容器に接続され、アーク放電の放電抵抗よりも大きい抵抗値を有する第１の抵抗と、
　一方端が前記真空容器に接続され、アーク放電の放電抵抗よりも小さい抵抗値を有する第２の抵抗とを更に備え、
　前記スイッチは、アーク放電中、前記第１の抵抗の他方端に接続され、アーク放電が発生した後に前記陰極部材の別の場所でアーク放電を発生させるとき、前記第２の抵抗の他方端に接続される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
　真空容器と、
　前記真空容器に固定されたアーク式蒸発源と、
　前記アーク式蒸発源に取り付けられた陰極部材と、
　前記陰極部材に対向して配置された基板を保持する保持部材と、
　前記陰極部材に接触または離反するトリガー電極と、
　アーク放電の開始時に第１の負の電圧を前記アーク式蒸発源に印加し、前記アーク放電が開始された後に前記第１の負の電圧よりも低い第２の負の電圧を前記アーク式蒸発源に印加する電源とを備えるプラズマ装置。
　基板に対向して真空容器に固定されたアーク式蒸発源に陰極部材を取り付ける第１の工程と、
　前記アーク式蒸発源に負の電圧を印加する第２の工程と、
　前記陰極部材にトリガー電極を接触させる第３の工程とを備え、
　前記陰極部材は、層状構造のカーボンからなる、カーボン薄膜の製造方法。
　前記陰極部材は、前記基板側へ突出した少なくとも１つの突起部を有する、請求項８に記載のカーボン薄膜の製造方法。
　前記陰極部材は、
　前記アーク式蒸発源から前記基板へ向かう方向と垂直な方向において第１の面積を有し、前記層状構造のカーボンからなる陰極部と、
　前記アーク式蒸発源から前記基板へ向かう方向と垂直な方向において前記第１の面積よりも小さい第２の面積を有するとともに前記陰極部と前記アーク式蒸発源との間に配置され、前記陰極部を支持する支持部とを含む、請求項８に記載のカーボン薄膜の製造方法。
　前記陰極部材を前記基板側へ送り出す第３の工程を更に備える、請求項９または請求項１０に記載のカーボン薄膜の製造方法。
　前記第３の工程において、前記基板から前記陰極部材の方向へ尖った先端部を有するトリガー電極の前記先端部を前記陰極部材に接触させる、請求項８に記載のカーボン薄膜の製造方法。
　前記アーク放電中、前記アーク式蒸発源と前記真空容器との間にアーク放電の放電抵抗よりも大きい抵抗値を有する第１の抵抗を接続する第４の工程と、
　アーク放電が発生した後に前記陰極部材の別の場所でアーク放電を発生させるとき、前記アーク式蒸発源と前記真空容器との間にアーク放電の放電抵抗よりも小さい抵抗値を有する第２の抵抗を接続する第５の工程とを更に備える、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のカーボン薄膜の製造方法。
　アーク放電の開始時に第１の負の電圧を基板に対向して真空容器に固定されたアーク式蒸発源に印加する第１の工程と、
　前記陰極部材にトリガー電極を接触させる第２の工程と、
　前記アーク放電が開始された後に前記第１の負の電圧よりも低い第２の負の電圧を前記アーク式蒸発源に印加する第３の工程とを備えるカーボン薄膜の製造方法。