(57)【要約】【課題】カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続可能なプラズマ装置を提供する。【解決手段】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、トリガー電極８と、送出機構１５と、切断機構１６とを備える。アーク式蒸発源３は、中空の円柱形状からなり、絶縁部材１３に固定される。陰極部材４は、積層炭素またはガラス状炭素からなり、貫通孔１Ａを通って真空容器１およびアーク式蒸発源３の内部に配置される。電源７は、アーク式蒸発源３に負の電圧を印加する。トリガー電極８は、陰極部材４に接触または離反する。送出機構１５は、切断機構１６によって陰極部材４の基板２０側の先端部が切断されると、陰極部材４を基板２０側へ送り出す。切断機構１６は、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に陰極部材４の先端部を切断する。【選択図】図１
2014141697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する陰極部材と、
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、
アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に前記陰極部材の前記基板側の先端部分を切断する切断機構と、
前記先端部分が切断されると、前記陰極部材を前記基板側へ送り出す送出機構とを備え、
前記陰極部材は、積層炭素またはガラス状炭素からなる、プラズマ装置。
【請求項２】
前記陰極部材は、所望の間隔で設けられた複数の切込溝を含み、
前記切断機構は、所望のタイミングで前記基板に最も近い切込溝で前記陰極部材を折ることによって前記先端部を切断する、請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項３】
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るとともに直列に配列されて筒構造部材内に収納された複数の陰極部材と、
前記複数の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、
前記複数の陰極部材のうち前記基板に最も近い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、
アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に前記基板に最も近い陰極部材が前記筒構造部材から出るように前記複数の陰極部材を前記基板側へ送り出す送出機構とを備え、
前記複数の陰極部材の各々は、積層炭素またはガラス状炭素からなり、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する、プラズマ装置。
【請求項４】
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、積層炭素またはガラス状炭素からなり、かつ、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する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、
アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に前記陰極部材の前記基板側の先端部分を切断する第４の工程と、
前記先端部分が切断されると、前記陰極部材を前記基板側へ送り出す第５の工程とを備えるカーボン薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記陰極部材は、所望の間隔で設けられた複数の切込溝を含み、
前記第４の工程において、前記陰極部材は、所望のタイミングで前記基板に最も近い切込溝で折られる、請求項４に記載のカーボン薄膜の製造方法。
【請求項６】
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、積層炭素またはガラス状炭素からなり、かつ、直列に配列されて筒構造部材内に収納された複数の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、
前記複数の陰極部材のうち基板に最も近い陰極部材にトリガー電極を接触させる第３の工程と、
アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に前記基板に最も近い陰極部材が前記筒構造部材から出るように前記複数の陰極部材を前記基板側へ送り出す第４の工程とを備え、
前記複数の陰極部材の各々は、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する、カーボン薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、アーク放電を用いて薄膜を形成する薄膜形成装置に用いられるアーク式蒸発源において、粗大粒子が基板に付着するのを抑制したアーク式蒸発源が知られている（特許文献１）。
【０００３】
このアーク式蒸発源は、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０５６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の真空アーク蒸着装置では、陰極物質としてグラファイト（カーボン）が用いられており、グラファイトは、カーボン粒子を焼結して作製されるので、粒界が存在する。その結果、グラファイトを陰極部材として用いた場合、陰極部材が粒界に沿って割れ、粗大粒子（パーティクル）が発生するという問題がある。一方、積層炭素またはガラス状炭素を陰極物質として用いたアーク放電においては、アークスポットが移動しない放電、即ち、粗大粒子（パーティクル）が発生しない放電を発生可能であるものの、陰極部材上のアークスポット位置でのみ、陰極部材が蒸発するため、放電が短時間で停止し、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続することが困難であるという問題がある。
【０００９】
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、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続可能なプラズマ装置を提供することである。
【００１０】
また、この発明の別の目的は、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続可能なカーボン薄膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、トリガー電極と、電源と、切断機構と、送出機構とを備える。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、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する。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。トリガー電極は、陰極部材に接触または離反する。電源は、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する。切断機構は、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に陰極部材の基板側の先端部分を切断する。送出機構は、先端部分が切断されると、陰極部材を基板側へ送り出す。そして、陰極部材は、積層炭素またはガラス状炭素からなる。
【００１２】
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、複数の陰極部材と、保持部材と、トリガー電極と、電源と、送出機構とを備える。アーク式蒸発源は、真空容器に固定される。複数の陰極部材は、アーク式蒸発源に取り付けられるとともに直列に配列されて筒構造部材内に収納される。保持部材は、複数の陰極部材に対向して配置された基板を保持する。トリガー電極は、複数の陰極部材のうち基板に最も近い陰極部材に接触または離反する。電源は、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する。送出機構は、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に基板に最も近い陰極部材が筒構造部材から出るように複数の陰極部材を基板側へ送り出す。そして、複数の陰極部材の各々は、積層炭素またはガラス状炭素からなり、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する。
【００１３】
さらに、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、積層炭素またはガラス状炭素からなり、かつ、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する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、陰極部材にトリガー電極を接触させる第３の工程と、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に陰極部材の前記基板側の先端部分を切断する第４の工程と、先端部分が切断されると、陰極部材を基板側へ送り出す第５の工程とを備える。
【００１４】
さらに、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、積層炭素またはガラス状炭素からなり、かつ、直列に配列されて筒構造部材内に収納された複数の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、複数の陰極部材のうち基板に最も近い陰極部材にトリガー電極を接触させる第３の工程と、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に基板に最も近い陰極部材が筒構造部材から出るように複数の陰極部材を基板側へ送り出す第４の工程とを備え、複数の陰極部材の各々は、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、アークスポットが移動しないアーク放電の開始時間からの経過時間が所望のタイミングになる毎に、陰極部材の新たな表面を基板に対向させ、その新たな表面においてアークスポットが移動しないアーク放電を開始させる。その結果、柱状形状を有する陰極部材の全体を用いてカーボン薄膜が形成される。
【００１６】
従って、カーボン薄膜の成膜時間を長時間継続できる。
【００１７】
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も、アークスポットが移動しないアーク放電の開始時間からの経過時間が所望のタイミングになる毎に、陰極部材の新たな表面を基板に対向させ、その新たな表面においてアークスポットが移動しないアーク放電を開始させる。その結果、柱状形状を有する陰極部材の全体を用いてカーボン薄膜が形成される。
【００１８】
従って、カーボン薄膜の成膜時間を長時間継続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態によるプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す送出機構の構成を示す概略図である。
【図３】図１に示す陰極部材の構造を示す概念図である。
【図４】図１に示す陰極部材の斜視図である。
【図５】図１に示す切断機構が陰極部材の先端部を切断する方法を説明するための概念図である。
【図６】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。
【図７】この発明の実施の形態による別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図８】図７に示す陰極部材の斜視図である。
【図９】図７に示すプラズマ装置における陰極部材の使用方法を説明するための概念図である。
【図１０】図７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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態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によるプラズマ装置１０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、絶縁部材１３と、ベアリング１４と、送出機構１５と、切断機構１６とを備える。
【００２２】
なお、プラズマ装置１０においては、図１に示すようにｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が定義されている。
【００２３】
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。
【００２４】
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、中空の円柱形状からなり、絶縁部材１３に固定される。そして、アーク式蒸発源３は、電源７の負極に接続される。
【００２５】
陰極部材４は、積層炭素またはガラス状炭素からなり、長さが直径よりも大きい円柱形状を有する。そして、陰極部材４の直径は、強度を確保するため１ｍｍφ以上が好ましく、陰極部材４の利用効率を高くするため１０ｍｍφ以下が好ましい。
【００２６】
また、陰極部材４は、真空容器１の側壁に設けられた貫通孔１Ａを通って真空容器１およびアーク式蒸発源３の内部に配置され、一方端がトリガー電極８の一方端に対向する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
絶縁部材１３は、真空容器１の側壁に設けられた貫通孔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。
【００３１】
ベアリング１４は、金属材料からなり、アーク式蒸発源３および陰極部材４に接し、アーク式蒸発源３と陰極部材４との間に配置される。
【００３２】
送出機構１５は、アーク式蒸発源３の内部に配置される。切断機構１６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、切断機構１６は、ｘ−ｙ平面内において回転可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。送出機構１５は、後述する方法によって陰極部材４をｚ軸方向へ送り出す。切断機構１６は、後述する方法によって、陰極部材４の先端部を切断する。
【００３８】
図２は、図１に示す送出機構１５の構成を示す概略図である。図２を参照して、送出機構１５は、棒部材１５１と、凹凸部材１５２と、歯車１５３と、モータ１５４と、台部材１５５とを含む。
【００３９】
棒部材１５１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１５１は、一方端が陰極部材４に連結される。凹凸部材１５２は、棒部材１５１に固定される。歯車１５３は、凹凸部材１５２に嵌合する。モータ１５４は、台部材１５５上に配置される。そして、モータ１５４の回転軸１５４Ａは、歯車１５３に連結される。台部材１５５は、アーク式蒸発源３上に配置される。
【００４０】
モータ１５４は、回転軸１５４Ａを介して歯車１５３を時計回りに回転させる。その結果、棒部材１５１は、歯車１５３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１５は、陰極部材４をｚ軸方向へ送り出すことができる。
【００４１】
上述したように、アーク式蒸発源３は、絶縁部材１３に固定され、絶縁部材１３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３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。
【００４２】
また、ベアリング１４は、金属材料からなり、アーク式蒸発源３および陰極部材４の両方に接しているので、トリガー電極８が陰極部材４の一方端に接触することによって、陰極部材４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４、ベアリング１４およびアーク式蒸発源３を介して電流が流れる。その結果、陰極部材４の温度が上昇する。
【００４３】
プラズマ装置１０においては、アーク放電によって陰極部材４の先端部（基板２０側の先端部）が消耗すると、陰極部材４の先端部（基板２０側の先端部）は、切断機構１６によって切断され、陰極部材４は、その切断された後の表面が切断前の表面と同じ位置になるように送出機構１５によって基板２０側へ送り出される。
【００４４】
これによって、陰極部材４の全体を用いてカーボン薄膜が形成されるので、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続できる。
【００４５】
図３は、図１に示す陰極部材４の構造を示す概念図である。図３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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
陰極部材４は、炭化水素ガスを原料ガスとした熱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３に示す層Ａ，Ｂが交互に積層する。
【００５１】
この熱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。一般的に、熱分解炭素（pyrolytic carbon）と呼称されることもある。
【００５２】
このように、この発明の実施の形態においては、熱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。
【００５３】
この明細書においては、図３に示す層Ａ，Ｂが交互に積層された構造からなるカーボンを「積層炭素」と言う。そして、積層炭素は、粒界を有しない。
【００５４】
また、陰極部材４は、ガラス状炭素からなっていてもよい。ガラス状炭素は、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を焼成、炭素化することにより製造される。このガラス状炭素は、炭素原子がアモルファス状に配列された構造からなり、粒界が存在しない。粒界が存在しないという理由から、陰極部材４は、導電性のダイヤモンドからなっていてもよい。
【００５５】
なお、ガラス状炭素の具体例として、日清紡ケミカル製のガラス状カーボン、または東海カーボン製のグラッシーカーボンを挙げることができる。
【００５６】
このように、この発明の実施の形態においては、陰極部材４は、積層炭素またはガラス状炭素からなる。その結果、アークスポットが移動しないアーク放電が発生する。また、原子状のカーボンが陰極部材４（積層炭素またはガラス状炭素）から放出され、基板２０に飛来する。
【００５７】
図４は、図１に示す陰極部材４の斜視図である。図４を参照して、陰極部材４は、複数の切込溝４１〜４７を有する。複数の切込溝４１〜４７は、所望の間隔で設けられ、複数の切込溝４１〜４７の各々は、陰極部材４の直径に応じた深さを有する。例えば、複数の切込溝４１〜４７は、６〜７ｍｍの間隔で設けされ、複数の切込溝４１〜４７の各々は、陰極部材４の直径の１０％〜２０％の深さを有する。
【００５８】
陰極部材４は、複数の切込溝４１〜４７を有する結果、複数の部分５１〜５８に分割可能である。
【００５９】
図５は、図１に示す切断機構１６が陰極部材４の先端部を切断する方法を説明するための概念図である。
【００６０】
図５を参照して、切断機構１６は、陰極部材４側の一方端に金属部材１６１を有する。金属部材１６１は、例えば、平板形状からなる。そして、切断機構１６は、金属部材１６１がｘ−ｙ平面内において矢印ＡＲＷ１または矢印ＡＲＷ２の方向に回転するように、プラズマ装置１０の操作者によって回転される。
【００６１】
陰極部材４の表面５１Ａにおける任意の点でアークスポットが移動しないアーク放電が開始され、そのアーク放電が継続すると、放電穴が表面５１Ａに形成される。
【００６２】
そして、放電穴の直径が５ｍｍ程度になり、放電穴の深さが５ｍｍ程度になると、アーク放電が停止する。
【００６３】
そこで、放電穴の深さが５ｍｍ未満の範囲においてできる限り５ｍｍに近くなるまでの時間を予め測定しておく。即ち、アーク放電が開始されると、そのアーク放電が継続される最長継続時間Ｔｍａｘを予め測定しておく。
【００６４】
そして、アーク放電の開始からの経過時間が最長継続時間Ｔｍａｘになると、切断機構１６の金属部材１６１を矢印ＡＲＷ１の方向へ回転させ、陰極部材４の部分５１を金属部材１６１によって叩く（図５の（ａ）参照）。
【００６５】
そうすると、陰極部材４の部分５１は、切込溝４１（基板２０に最も近い切込溝）で折れ、陰極部材４の新たな表面５２Ａが現れる。
【００６６】
その後、表面５２Ａの位置が表面５１Ａの位置に一致するまで、送出機構１５によって陰極部材４をｚ軸方向へ移動させる（図５の（ｂ）参照）。
【００６７】
そして、トリガー電極８を表面５２Ａに接触させ、表面５２Ａの任意の点でアークスポットが移動しないアーク放電を開始する。
【００６８】
それ以降、アーク放電の開始からの経過時間が最長継続時間Ｔｍａｘに達する毎に、切断機構１６によって陰極部材４の部分５２〜５７を切込溝４１〜４７（基板２０に最も近い切込溝）で順次折り、新たな表面を出してアークスポットが移動しないアーク放電を開始する。この場合、新たな表面の位置が部分５２〜５７を折るまえの表面の位置に一致するように、陰極部材４は、送出機構１５によってｚ軸方向へ移動される。
【００６９】
これによって、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続できる。また、陰極部材４の各部分５１〜５７は、放電穴の最大深さである５ｍｍに近い６〜７ｍｍの長さを有しており、陰極部材４の長さ方向の全体を用いてカーボン薄膜が形成されるので、陰極部材４の利用効率を高くできる。
【００７０】
また、この発明の実子の形態においては、アークスポットが移動しないアーク放電が停止してから、切断機構１６によって、陰極部材４の各部分５１〜５７を順次切断するようにしてもよい。
【００７１】
従って、この発明の実施の形態においては、アークスポットが移動しないアーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に切断機構１６によって陰極部材４の各部分５１〜５７を順次切断する。
【００７２】
図６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６を参照して、カーボン薄膜の製造が開始されると、長さが直径よりも大きい積層炭素またはガラス状炭素を陰極部材４としてアーク式蒸発源３に取り付ける（工程Ｓ１）。
【００７３】
そして、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。
【００７４】
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）。
【００７５】
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。この場合、陰極部材４は、積層炭素またはガラス状炭素からなっているので、アークスポットは、移動しない。
【００７６】
その後、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:Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）が基板２０上に形成される。そして、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングに達したか否かが判定される（工程Ｓ６）。
【００７７】
工程Ｓ６において、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングに達したと判定されたとき、シャッター５を閉じ（工程Ｓ７）、切断機構１６によって陰極部材４の先端部を切断し（工程Ｓ８）、切断後の表面の位置が切断前の表面の位置に一致するように陰極部材４を送出機構１５によって基板２０側へ送り出す（工程ＳＳ９）。その後、上述した工程Ｓ４〜Ｓ９が繰り返し実行される。
【００７８】
一方、工程Ｓ６において、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングに達していないと判定されたとき、１回の成膜が終了したか否かが判定される（工程Ｓ１０）。
【００７９】
工程Ｓ１０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、上述した工程Ｓ６〜Ｓ１０が繰り返し実行される。
【００８０】
そして、工程Ｓ１０において、１回の成膜が終了したと判定されると、カーボン薄膜の製造が終了する。
【００８１】
このように、図６に示すカーボン薄膜の製造工程においては、アークスポットが移動しないアーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングに達したと判定される毎に、陰極部材４の先端部が切断され、切断後の表面位置が切断前の表面位置に一致するように陰極部材４が基板２０側へ送り出され、新たなアーク放電が開始される（工程Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の“ＹＥＳ”，Ｓ７〜Ｓ９のループ参照）。
【００８２】
その結果、陰極部材４の長さ方向の全体を用いてカーボン薄膜が形成される。従って、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続できる。
【００８３】
なお、プラズマ装置１０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、プラズマ装置１０を用いたカーボン薄膜の製造方法は、図６に示す工程Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９を少なくとも備えていればよい。
【００８４】
図７は、この発明の実施の形態による別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【００８５】
この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、図７に示すプラズマ装置１０Ａであってもよい。
【００８６】
図７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の陰極部材４を陰極部材４Ａに代え、切断機構１６を削除したものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。
【００８７】
陰極部材４Ａは、陰極部材４と同じように、貫通孔１Ａを通って真空容器１およびアーク式蒸発源３の内部に配置され、一方端がトリガー電極８の一方端に対向する。
【００８８】
図８は、図７に示す陰極部材４Ａの斜視図である。図８を参照して、陰極部材４Ａは、複数の陰極部材６１〜６６からなる。複数の陰極部材６１〜６６の各々は、積層炭素またはガラス状炭素からなり、長さが直径よりも大きい円柱形状を有する。また、複数の陰極部材６１〜６６の各々は、例えば、６〜７ｍｍの長さおよび６〜７ｍｍよりも小さい範囲において１ｍｍφ以上の直径を有する。そして、複数の陰極部材６１〜６６は、直列に配列されて筒構造部材１７内に収納される。筒構造部材１７は、金属からなる。その結果、電流がアーク式蒸発源３、ベアリング１４および筒構造部材１７を介して複数の陰極部材６１〜６６に流れ、複数の陰極部材６１〜６６が電気的に接続される。
【００８９】
なお、プラズマ装置１０Ａにおいては、送出機構１５の棒部材１５１は、陰極部材６６に連結される。
【００９０】
図９は、図７に示すプラズマ装置１０Ａにおける陰極部材の使用方法を説明するための概念図である。
【００９１】
図９を参照して、表面６１Ａが筒構造部材１７の端面１７Ａに一致するように陰極部材６１が基板２０側に配置され、陰極部材６６が送出機構１５の棒部材１５１に連結される。
【００９２】
そして、トリガー電極８を陰極部材６１の表面６１Ａに接触させてアークスポットが移動しないアーク放電を発生させる（図９の（ａ）参照）。
【００９３】
その後、アーク放電の開始からの経過時間が最長継続時間Ｔｍａｘに達すると、送出機構１５の棒部材１５１は、上述した機構によって複数の陰極部材６１〜６６を陰極部材６２の表面６２Ａが筒構造部材１７の端面１７Ａに一致するまでｚ軸方向へ移動させる。その結果、陰極部材６１は、筒構造部材１７から真空容器１の底面へ落下し、陰極部材６２の表面６２Ａが基板２０に対向する。そうすると、トリガー電極８を陰極部材６２の表面６２Ａに接触させてアークスポットが移動しないアーク放電を発生させる（図９の（ｂ）参照）。
【００９４】
それ以降、アーク放電の開始からの経過時間が最長継続時間Ｔｍａｘに達する毎に、送出機構１５によって陰極部材６２〜６６をｚ軸方向へ移動させて陰極部材６２〜６５を筒構造部材１７から真空容器１の底面へ順次落下させ、新たな陰極部材６３〜６６の表面を基板２０に対向させてアークスポットが移動しないアーク放電を開始させることを繰り返し実行する。
【００９５】
また、この発明の実施の形態においては、アークスポットが移動しないアーク放電が停止してから、送出機構１５によって複数の陰極部材６１〜６５を筒構造部材１７から順次落下させるようにしてもよい。
【００９６】
従って、この発明の実施の形態においては、アークスポットが移動しないアーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に送出機構１５によって複数の陰極部材６１〜６５を筒構造部材１７から順次落下させる。
【００９７】
図１０は、図７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。
【００９８】
図１０に示す工程図は、図６に示す工程図の工程Ｓ８，Ｓ９を工程Ｓ８Ａに代えたものであり、その他は、図６に示す工程図と同じである。
【００９９】
図１０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〜Ｓ７が順次実行される。
【０１００】
そして、工程Ｓ７の後、基板２０に最も近い陰極部材（陰極部材６１〜６５のいずれか）が筒構造部材１７から出るように送出機構１５によって複数の陰極部材６１〜６６をｚ軸方向へ送り出す（工程Ｓ８Ａ）。
【０１０１】
その後、工程Ｓ４〜Ｓ７，Ｓ８Ａ，Ｓ１０が実行され、カーボン薄膜の製造が終了する。
【０１０２】
このように、図１０に示すカーボン薄膜の製造工程においては、アークスポットが移動しないアーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングに達したと判定される毎に、複数の陰極部材６１〜６６のうち基板２０に最も近い陰極部材が筒構造部材１７から出され、新たな陰極部材を用いてアークスポットが移動しないアーク放電が新たに開始される（工程Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の“ＹＥＳ”，Ｓ７，Ｓ８Ａのループ参照）。
【０１０３】
その結果、複数の陰極部材６１〜６６の全てを用いてカーボン薄膜が形成される。従って、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続できる。
【０１０４】
なお、プラズマ装置１０Ａ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、プラズマ装置１０Ａは、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、プラズマ装置１０Ａを用いたカーボン薄膜の製造方法は、図１０に示す工程Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８Ａを少なくとも備えていればよい。
【０１０５】
上記においては、陰極部材４は、円柱形状であると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、陰極部材４は、断面形状が三角形、四角形、および五角形等の多角形であってもよく、一般的には、断面形状が円形または多角形である柱状形状を有していればよい。複数の陰極部材６１〜６６についても同様である。この複数の陰極部材６１〜６６は、相互に異なる断面形状を有していてもよい。
【０１０６】
また、上記においては、切断機構１６は、陰極部材４の先端部を叩いて折ることによって陰極部材４の先端部を切断すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、切断機構１６は、鋸歯を先端部に備え、その鋸歯によって陰極部材４の先端部を切断するようにしてもよく、一般的には、陰極部材４の先端部を切断する方法であれば、そのような方法を用いてもよい。
【０１０７】
さらに、複数の切込溝４１〜４７は、等間隔で設けられていてもよく、ランダムな間隔で設けられていてもよい。
【０１０８】
従って、この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、真空容器と、真空容器に固定されたアーク式蒸発源と、アーク式蒸発源に取り付けられ、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する陰極部材と、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、陰極部材に接触または離反するトリガー電極と、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する電源と、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に陰極部材の基板側の先端部分を切断する切断機構と、先端部分が切断されると、陰極部材を基板側へ送り出す送出機構とを備え、陰極部材は、積層炭素またはガラス状炭素からなっていればよい。
【０１０９】
また、この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、真空容器と、真空容器に固定されたアーク式蒸発源と、アーク式蒸発源に取り付けられるとともに直列に配列されて筒構造部材内に収納された複数の陰極部材と、複数の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、複数の陰極部材のうち基板に最も近い陰極部材に接触または離反するトリガー電極と、アーク式蒸発源に負の電圧を印加する電源と、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に基板に最も近い陰極部材が筒構造部材から出るように複数の陰極部材を前記基板側へ送り出す送出機構とを備え、複数の陰極部材の各々は、積層炭素またはガラス状炭素からなり、長さが直径よりも大きい柱状形状を有していればよい。
【０１１０】
更に、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、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、積層炭素またはガラス状炭素からなり、かつ、長さが直径よりも大きい柱状形状を有する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、陰極部材にトリガー電極を接触させる第３の工程と、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に陰極部材の基板側の先端部分を切断する第４の工程と、先端部分が切断されると、陰極部材を前記基板側へ送り出す第５の工程とを備えていればよい。
【０１１１】
更に、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、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、積層炭素またはガラス状炭素からなり、かつ、直列に配列されて筒構造部材内に収納された複数の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、複数の陰極部材のうち基板に最も近い陰極部材にトリガー電極を接触させる第３の工程と、アーク放電の開始からの経過時間が所望のタイミングになる毎に基板に最も近い陰極部材が筒構造部材から出るように複数の陰極部材を前記基板側へ送り出す第４の工程とを備え、複数の陰極部材の各々は、長さが直径よりも大きい柱状形状を有していればよい。
【０１１２】
柱状形状を有する陰極部材の全体を用いてカーボン薄膜を形成すれば、カーボン薄膜の成膜工程を長時間継続できるからである。
【０１１３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
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適用される。
【符号の説明】
【０１１５】
１  真空容器、２  保持部材、３  アーク式蒸発源、４，６１〜６６  陰極部材、５  シャッター、６，７  電源、８  トリガー電極、９  抵抗、１０，１０Ａ  プラズマ装置、１３  絶縁部材、１４  ベアリング、１５  送出機構、２０  基板、４１〜４７  切込溝、５１〜５８  部分、１５１  棒部材、１５２  凹凸部材、１５４  モータ、１５５  台部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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