(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ着火時にトリガ電極が陰極に溶着せず、何度でも再着火可能な着火機構を、単純な構造によりメンテナンスが容易且つ安価に備えることができる先端防汚型着火装置の提供。【解決手段】本発明に係る真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置は、蒸発源である陰極３と、前記陰極３の陰極表面３ａにトリガ電極先端部５ａを接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質９を放出してプラズマを発生させるトリガ電極５と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極５を回転又は逆回転させる回転軸６と、放出される前記陰極物質９が直達しない暗視野空間１３と、着火時以外は前記トリガ電極５を逆回転させて前記トリガ電極先端部５ａを前記暗視野空間１３に退避させて前記トリガ電極先端部５ａに前記陰極物質９が直達しない防汚機構を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発源である陰極と、前記陰極の陰極表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させ前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有することを特徴とする真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【請求項２】
前記陰極表面から陰極物質が放射される表側領域を区画する前記陰極表面からの暗視野境界線の裏側領域を前記暗視野空間とした請求項１に記載の真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【請求項３】
前記トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットを配設し、前記格納ポケットの内部に前記トリガ電極を退避させたときに前記トリガ電極先端部の周囲が前記暗視野空間になっている請求項１又は２に記載の真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【請求項４】
前記格納ポケットの開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置し、前記陰極物質が前記格納ポケットの前記暗視野空間に侵入することを防止する請求項３に記載の真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【請求項５】
前記開口部を挟む両側縁周辺の夫々に前記ダクト側遮蔽板を配置し、前記開口部から前記暗視野空間に前記陰極物質が侵入することを防止する請求項４に記載の真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【請求項６】
前記トリガ電極の回転軸に又は回転軸付近にトリガ側遮蔽板を配置し、前記陰極物質が前記暗視野空間に侵入することを防止する請求項１〜５のいずれかに記載の真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【請求項７】
前記トリガ電極先端部の回転軌跡が前記陰極の直径方向から外れているオフセット状態になるように前記回転軸を偏移して配置し、前記陰極物質の到達量を低減させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空アークプラズマ蒸着装置において、蒸発源となる陰極にトリガ電極を接触して引き離すことによりアーク放電を生起させて陰極物質のアークプラズマを発生させる着火装置に関し、より詳細にはトリガ電極の先端に陰極物質が堆積して汚染されることを防止する先端防汚型着火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の真空アークプラズマ蒸着装置とその着火装置については、総論的には図９及び図１０に示されている。
【０００３】
図９に示された真空アークプラズマ蒸着装置は、真空容器２１にダクト２２が配置され、ダクト２２の中には陰極支持体２４に固定された陰極２３が配設されている。陰極２３はアーク電源２７により負の高電位に設定されている。陰極２３の近傍には、回転軸２６により正逆回転可能なトリガ電極２５が取着され、トリガ電極２５には抵抗器２８が接続されて、アーク電流を流出するように構成されている。
【０００４】
アーク電源２７により高電圧を印加しながら回転軸２６によりトリガ電極２５を回転させると、トリガ電極先端部２５ａは回転軌跡２６ａを描きながら陰極表面２３ａに接触する。そして、回転軸２６を逆回転させてトリガ電極先端部２５ａを陰極表面２３ａから引き離すと、トリガ電極先端部２５ａと陰極表面２３ａとの間にアーク放電が発生し、プラズマ状態の陰極物質２９が陰極表面２３ａから放出される。このとき、陰極表面２３ａは放電面２３ａになる。
【０００５】
プラズマである陰極物質２９は、陰極表面２３ａからその半球限界面ＬＬから表側の半球空間に放出される。トリガ電極先端部２５ａを逆回転により退避位置まで後退させてもトリガ電極先端部２５ａは前記半球限界面ＬＬの表側半球空間に存在するから、トリガ電極先端部２５ａは常にプラズマに曝露され、トリガ電極先端部２５ａは陰極物質の堆積により汚染される。汚染されたトリガ電極先端部２５ａで再着火させるときには、アーク放電熱で陰極表面２３ａと前記堆積物質の両者が同一物質である故に同時的に軟化し、また陰極自体が水冷により冷却されるから、トリガ電極先端部２５ａは陰極表面２３ａに強力に固着して引き離すことができず、再着火不能になる。再着火可能にするためには、真空アークプラズマ蒸着装置の真空を破って、トリガ電極先端部２５ａを陰極表面２３ａから物理的に分離して陰極物質を除去し、再度調整して真空引きをするという極めて煩雑な手間と費用を掛けなければならない。
【０００６】
図１０に示された真空アークプラズマ蒸着装置は、コ字形のトリガ電極２５を使用する点を除いて、他の構成は図９と同一である。この従来例でも、トリガ電極２５を退避状態にさせても、トリガ電極先端部２５ａは半球限界面ＬＬから表側の半球空間に存在し、プラズマ発生中にトリガ電極先端部２５ａは陰極物質２９のプラズマに常に曝露されている。従って、図９と同様の作用により同様の上記欠点を有することに変わりはない。
前述した半球限界面ＬＬは暗視野空間と明視野空間の境界線であるから、暗視野境界線と言ってもよい。本発明では、暗視野空間と明視野空間の境界線を暗視野境界線として統一する。
【０００７】
次に、具体的に、従来の真空アークプラズマ蒸着装置とその着火装置について特許文献１〜特許文献５で説明する。
【０００８】
特開平１０−２２６８７５号公報（特許文献１）には、トリガ電極を陰極の表面に直交する方向に平行移動させて接触・引き離しを行う引き込み式トリガ装置が開示されている。しかし、トリガ電極の先端は常にアークプラズマに曝露されるために、トリガ電極の先端は陰極物質の堆積により汚染されてしまう。
【０００９】
特開２００５−２６７９０９号公報（特許文献２）には、トリガ電極を回転させて陰極表面に接触させ逆回転させて引き離しを行う回転式トリガ装置が開示されている。しかし、逆回転させても退避位置にあるトリガ電極の先端はアークプラズマに曝露されており、トリガ電極の先端は作動中に常に陰極物質が堆積して汚染されることになる。
【００１０】
特開２００９−２２０２６０号公報（特許文献３）や特開２００１−３１６８００号公報（特許文献４）のように、アークプラズマを用いて金属膜を中間層として成膜する手法が近年一部で提案されている。これらの例では０．１Ｐａ程度の極めて低圧のＡｒガス雰囲気下で金属製陰極を用いてアーク放電される。
この場合、上述した従来の着火装置では、トリガ電極の先端に付着する膜は比較的低融点なＴｉやＣｒ、Ｖ、ＴｉＡｌ、ＡｌＣｒ等の金属膜である。また、低ガス圧での放電となるため、放電そのものが不安的になり、頻繁に再着火を行うことになりがちである。しかしながら、プラズマに曝露されているトリガ電極は、プラズマからの輻射熱で高温となりやすい。このため、トリガ先端に付着した膜が熱で軟化しやすく、先端部が再着火のため水冷されている陰極と接触する際にトリガ電極の先端が急冷されて陰極と溶着してしまい、引き離せなくなってしまう。
このようなトリガ電極溶着が発生すると、アークプラズマの着火が不可能となるため、成膜を中断して真空炉を大気開放し、トリガ電極をメンテナンスする必要がある。この結果、成膜工程の途中で装置の運転が停止するため、製造効率や歩留まりが低下するという問題生じる。
【００１１】
トリガ電極を用いた着火装置には上記のような欠点があるため、これに替わる着火装置が開発されている。特開平１１−６１３８３号公報（特許文献５）では、トリガ電極ではなく高圧パルスを用いてアークプラズマを着火している。原理的にトリガ電極の溶着の問題は生じないものの、高い絶縁性を維持する必要があり、また着火のためだけに高価な高電圧電源が必要になるなど、動作の維持管理に手間が掛かる他、装置のコストも高価になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２２６８７５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６７９０９号公報
【特許文献３】特開２００９−２２０２６０号公報
【特許文献４】特開２００１−３１６８００号公報
【特許文献５】特開平１１−６１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、特許文献１〜５及び図９、１０に示された従来の真空アークプラズマ蒸着装置の着火装置では、トリガ電極の先端が陰極物質の放射に関して明視野下に配置されているため、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積する。その結果、再着火するときに、トリガ電極先端部が陰極表面に固着し、トリガ電極先端部を陰極表面から引き離すことができなくなる。即ち、アーク放電を生起できないから、プラズマを発生できない、という事態が生じる。
再記するならば、このようなトリガ電極溶着が発生すると、アークプラズマの着火が不可能となるため、成膜を中断して真空炉を大気開放し、トリガ電極をメンテナンスする必要が生じる。この結果、成膜工程の途中で装置の運転が停止するため、製造効率や歩留まりが低下するという問題生じる。
【００１４】
従って、本発明の目的は、蒸発源である陰極の表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させて前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有することを特徴とする真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置を提供することである。
この先端防汚型着火装置により、プラズマ着火後にトリガ電極先端部を放電面となる陰極表面から見て暗視野になる位置まで回転させて退避させ、トリガ電極先端部に陰極物質の堆積を大幅に低減し、且つ放電のプラズマからも遮蔽することでトリガ電極先端部の過度の温度上昇を防ぎ、先端に付着した金属膜の軟化を防止することで、結果として再着火時にトリガ電極と陰極が溶着することを防止するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第１の形態は、蒸発源である陰極と、前記陰極の陰極表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させて前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【００１６】
本発明の第２の形態は、陰極表面から陰極物質が放射される表側領域を区画する陰極表面からの暗視野境界線の裏側領域を前記暗視野空間とした真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【００１７】
本発明の第３の形態は、トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットを配設し、この格納ポケットの内部にトリガ電極を退避させたときにトリガ電極先端部の周囲が前記暗視野空間になっている真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【００１８】
本発明の第４の形態は、格納ポケットの開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置し、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【００１９】
本発明の第５の形態は、開口部を挟む両側縁周辺の夫々にダクト側遮蔽板を配置し、開口部から暗視野空間に陰極物質が侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【００２０】
本発明の第６の形態は、トリガ電極の回転軸に又は回転軸付近にトリガ側遮蔽板を配置し、陰極物質が暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【００２１】
本発明の第７の形態は、トリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れているオフセット状態になるように回転軸を偏移して配置し、陰極物質の到達量を低減させる真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の形態によれば、蒸発源である陰極と、前記陰極の陰極表面にトリガ電極先端部を接触させ引き離すときにアーク放電を着火させ陰極物質を放出してプラズマを発生させるトリガ電極と、前記接触又は引き離しを行うために前記トリガ電極を回転又は逆回転させる回転軸と、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間と、着火時以外は前記トリガ電極を逆回転させて前記トリガ電極先端部を前記暗視野空間に退避させて前記トリガ電極先端部に前記陰極物質が直達しない防汚機構を有する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本発明形態によれば、陰極表面（放電面）から放出される陰極物質が直達しない暗視野空間を設け、着火後に少なくともトリガ電極先端部を暗視野空間に退避させるから、トリガ電極先端部に陰極物質の金属膜の堆積を大幅に低減することができ、且つトリガ電極先端部を放電のプラズマからも遮蔽することでトリガ電極先端部の過度の温度上昇を防ぐことができる。従って、陰極表面に接触するトリガ電極先端部に陰極物質膜の形成を防止でき、たとえトリガ電極先端部に陰極物質膜ができたとしても膜の軟化を防ぐことができ、その結果として再着火時にトリガ電極先端部が陰極表面に溶着することを防止できる。
トリガ電極はコスト等の問題からＭｏ等の高融点金属のロッドであることが好ましいが、異なる材質やパット状等のその他の形態であっても、陰極と接触する先端部が放電面から暗視野空間となれば、同様な効果が得られる。
また、成膜工程の途中で装置の運転が停止することを防止できるため、製造効率や歩留まりの改善を図ることができる。
更に、本発明は単純な回転機構のみであるため、維持管理を極めて簡素化することが可能になる他、装置の製造コストの低減にも繋がる。
【００２３】
本発明の第２の形態によれば、陰極表面から陰極物質が放射される表側領域を区画する陰極表面からの暗視野境界線の裏側領域を前記暗視野空間とした真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
陰極表面から陰極物質が放射されるときに、放射粒子の最大放射角度の両端線が暗視野境界線を与える。両端線で囲まれる内側領域は放射粒子が存在する表側領域になり、両端線の外側領域は放射粒子が存在しない裏側領域になる。この裏側領域が暗視野空間に相当する。
上記の裏側領域の中でも、特に、陰極物質は陰極表面から放射されるから、陰極物質が陰極表面の延長線である暗視野境界線の裏側半球には基本的に放射されることは無いと考えられる。
従って、裏側領域、特に裏側半球のいずれの部分も暗視野空間とすることができ、この暗視野空間にトリガ電極先端部を退避すれば、トリガ電極先端部への陰極物質の堆積を確実に防止することができる。
【００２４】
本発明の第３の形態によれば、トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットを配設し、この格納ポケットの内部にトリガ電極を退避させたときにトリガ電極先端部の周囲が前記暗視野空間になっている真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本形態では、トリガ電極を逆回転させて退避させる格納ポケットが設けられ、この格納ポケットの内部にトリガ電極を収納したときに、トリガ電極先端部の周囲が少なくとも陰極物質が直達しない暗視野空間になっておればよい。陰極物質は格納ポケットの内部壁面に衝突してそこに付着してもよいが、トリガ電極先端部の周囲が暗視野空間になっておれば、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することは防止できる。
即ち、陰極がダクトの奥面に設置されている場合、ダクト側面に少なくともトリガ電極の先端部分／又はその全体が格納されるポケットを設置すればよい訳である。特に磁気フィルタ型の真空アーク法（Filterd Arc Deposition:FAD）においては、通常、陰極はプラズマ輸送ダクトの一番奥にありスペースに余裕が無い場合が殆どであるため、トリガ電極の格納ポケットを設置する方法が現実的な実施方法となる。
【００２５】
本発明の第４の形態によれば、格納ポケットの開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置し、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
格納ポケットの形状は任意の形状を有することができるが、回転軸の逆回転によりトリガ電極を内部に収納するために、格納ポケットは開口部を有している。陰極物質もこの開口部を通過して直達するから、陰極物質の直達路を遮断するように、開口部の周辺にダクト側遮蔽板を配置することができる。その結果、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止でき、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することを確実に防止できる。
【００２６】
本発明の第５の形態によれば、開口部を挟む両側縁周辺の夫々にダクト側遮蔽板を配置し、開口部から暗視野空間に陰極物質が侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
開口部には両側縁があり、これら両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板を配置すれば、両側縁の片方又は両方から開口部を通過して内部に侵入しようとする陰極物質を遮断できる。両側縁の夫々にダクト側遮蔽板を配置することによって、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止でき、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することを確実に防止できることは云うまでもない。
【００２７】
本発明の第６の形態によれば、トリガ電極の回転軸に又は回転軸付近にトリガ側遮蔽板を配置し、陰極物質が暗視野空間に侵入することを防止する真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本形態では、回転軸にトリガ側遮蔽板を設ければトリガ側遮蔽板も回転軸の回転に応じて回転するが、回転軸付近にトリガ側遮蔽板を設ければ回転軸が回転してもトリガ側遮蔽板は固定状態に保持される。いずれの形式のトリガ側遮蔽板も本形態に包含される。
このようなトリガ側遮蔽板を設けることにより、放出された陰極物質はトリガ側遮蔽板により遮断され、陰極物質が格納ポケットの暗視野空間に侵入することを防止でき、トリガ電極先端部に陰極物質が堆積することを確実に防止できることは云うまでもない。
【００２８】
本発明の第７の形態によれば、トリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れているオフセット状態になるように回転軸を偏移して配置し、陰極物質の到達量を低減させる真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置が提供できる。
本形態で、オフセット状態とは回転軸の回転に応じたトリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れていることを云い、オフセットしていない状態（オンセット状態とも云う）とはトリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向に一致していることを云う。
陰極が円柱又は略円柱の場合に陰極表面は円形になり、しかも格納ポケットの開口部が陰極表面に対して開く開口角度が一定角であるとする。トリガ電極は格納ポケットに回転収納されるから、トリガ電極先端部の回転軌跡は開口角度の中央に位置する。従って、オフセットしていない状態、即ちトリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向に一致しているオンセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面の面積（トリガ電極先端部への明視野領域ともいう）が最大になり、トリガ電極先端部の回転軌跡が陰極の直径方向から外れているオフセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面の面積（トリガ電極先端部への明視野領域）は外れが大きくなるほど小さくなる。
つまり、開口角度の領域に入る陰極表面の面積（トリガ電極先端部への明視野領域）が小さいほど陰極物質の侵入量が小さくなるから、本形態では、オフセット状態になるように回転軸を偏移して配置し、陰極物質の到達量を低減させることに成功した。従って、オフセットが大きいほど、トリガ電極先端部に堆積する陰極物質の量が少なくなり、本形態ではオフセット状態に配置する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明において、暗視野境界線Ｌの裏側半球を暗視野空間１３とする第1実施例の断面概要図である。
【図２】図２は、本発明において、暗視野境界線Ｌの裏側半球を暗視野空間１３としたコ字型のトリガ電極５を用いた第２実施例の断面概要図である。
【図３】図３は、本発明において、格納ポケット１０の中に暗視野空間１３を有する第３実施例の断面概要図である。
【図４】図４は、本発明において、格納ポケット１０の開口部１０ａ付近にダクト側遮蔽板１２を設け且つ回転軸６にトリガ側遮蔽板１１を設けた第４実施例の断面概要図である。
【図５】図５は、本発明において、開口部１０ａを挟む両側縁の夫々にダクト側遮蔽板１２、１２を設け且つ回転軸６にトリガ側遮蔽板１１を設けた第５実施例の断面概要図である。
【図６】図６は、本発明において、格納ポケット１０の中の暗視野空間１３にコ字型のトリガ電極５を退避させた第６実施例の断面概要図である。
【図７】図７は、本発明において、トリガ電極の回転軸を陰極に対しオフセットした位置に配置した場合に、トリガ電極先端部への明視野領域が小さくなることを示すオフセットしたアーク式蒸発源の平面図である。
【図８】図８は、本発明において、トリガ電極の回転軸を陰極に対しオフセットしていない位置に配置した場合に、トリガ電極先端部への明視野領域が大きくなることを示すオフセットしていないアーク式蒸発源の平面図である。
【図９】図９は、棒状のトリガ電極２５を退避させてもトリガ電極先端部２５ａが陰極２３の明視野内にある従来の真空アークプラズマ蒸着装置の着火装置の概略図である。
【図１０】図１０は、コ字型のトリガ電極２５を退避させてもトリガ電極先端部２５ａが陰極２３の明視野内にある従来の真空アークプラズマ蒸着装置の着火装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明に係る真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置の実施例を図面に従って詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明において、暗視野境界線Ｌの裏側半球を暗視野空間１３とする第1実施例の断面概要図である。
真空容器１の内部にはダクト２が配置され、ダクト２の中には陰極支持体４に固定された陰極３が配設されている。陰極３はアーク電源７により負の高電位に設定されている。陰極３の近傍には、回転軸６により正逆回転可能なトリガ電極５が取着され、トリガ電極５には抵抗器８が接続されて、アーク電流を流出するように構成されている。
【００３２】
アーク電源７により高電圧を印加しながら回転軸６によりトリガ電極５を回転させると、トリガ電極先端部５ａは回転軌跡６ａを描きながら陰極表面３ａに接触する。そして、回転軸６を逆回転させてトリガ電極先端部５ａを陰極表面３ａから引き離すと、トリガ電極先端部５ａと陰極表面３ａとの間にアーク放電が発生し、プラズマ状態の陰極物質９が陰極表面３ａから放出され、陰極表面３ａは放電面３ａになる。
【００３３】
アーク放電が安定しては生起すると、回転軸６は逆回転により、暗視野境界線Ｌ（半球限界面Ｌと云ってもよい）の裏側半球にある暗視野空間１３に退避される。陰極物質９は半球限界面Ｌの表側半球に放出されるだけで、裏側半球にある暗視野空間１３には直達されない。従って、トリガ電極先端部５ａには陰極物質９が堆積せず、或いは殆ど堆積しないから、トリガ電極先端部５ａはいつも清浄に保持される。前記暗視野境界線Ｌは暗視野空間１３と明視野空間との境界線である。
陰極物質９が放出されるに連れて、陰極表面３ａは次第に後退に、陰極３の厚みは次第に小さくなってゆく。トリガ電極先端部５ａには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部５ａを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
【００３４】
図２は、本発明において、暗視野境界線Ｌの裏側半球を暗視野空間１３としたコ字型のトリガ電極５を用いた第２実施例の断面概要図である。
図１では棒状のトリガ電極５が用いられているのに対し、図２ではコ字型のトリガ電極５を用いている点が異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第２実施例においても、アーク放電が安定しては生起すると、回転軸６は逆回転により、暗視野境界線Ｌの裏側半球にある暗視野空間１３に退避される。陰極物質９は暗視野境界線Ｌの表側半球に放出されるだけで、裏側半球にある暗視野空間１３には直達されない。従って、トリガ電極先端部５ａには陰極物質９が堆積せず、或いは殆ど堆積しないから、トリガ電極先端部５ａはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部５ａには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部５ａを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
【００３５】
図３は、本発明において、格納ポケット１０の中に暗視野空間１３を有する第３実施例の断面概要図である。
図３では格納ポケット１０により暗視野空間１３を形成している点が図１と異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第３実施例では、ダクト２の中に開口部１０ａを開放した格納ポケット１０を設けており、回転軸６を逆転させることにより、トリガ電極５を開口部１０ａに通過させて内部に収納して退避させる。
【００３６】
陰極表面３の角と格納ポケット１０の角とを結んだ暗視野境界線Ｌが、左側の暗視野空間１３と右側の明視野空間との境界線になっている。トリガ電極先端部５ａを暗視野空間１３の内部に位置させれば、陰極物質９は暗視野空間１３には侵入しないから、トリガ電極先端部５ａには陰極物質が堆積することは無いか、或いは殆ど堆積しないから、トリガ電極先端部５ａはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部５ａには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部５ａを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
【００３７】
図４は、本発明において、格納ポケット１０の開口部１０ａ付近にダクト側遮蔽板１２を設け且つ回転軸６にトリガ側遮蔽板１１を設けた第４実施例の断面概要図である。
図４ではダクト側遮蔽板１２とトリガ側遮蔽板１１を設けている点が図３と異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第４実施例では、格納ポケット１０の開口部１０ａの端部付近にＬ字型のダクト側遮蔽板１２を設け、且つ回転軸６にＬ字型のトリガ側遮蔽板１１を設けている。そして、回転軸６を逆転させることにより、トリガ電極５を開口部１０ａに通過させてその内部に収納して退避させる。
【００３８】
陰極表面３の角とダクト側遮蔽板１２の端縁とを結んだ暗視野境界線Ｌが、左側の暗視野空間１３と右側の明視野空間との境界線になっている。また、ダクト側遮蔽板１２とトリガ側遮蔽板１１により格納ポケット１０の内部への陰極物質９の侵入を遮断しているから、格納ポケット１０の内部はかなり清浄化されている。特に、トリガ電極先端部５ａを暗視野空間１３の内部に位置させるから陰極物質９の侵入が遮断されるだけでなく、ダクト側遮蔽板１２とトリガ側遮蔽板１１により、陰極物質９やプラズマの回り込みも遮断できるから、暗視野空間１３の中は極めて清浄化されている。従って、トリガ電極先端部５ａには陰極物質が堆積することは無いから、トリガ電極先端部５ａはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部５ａには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部５ａを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
【００３９】
図５は、本発明において、開口部１０ａを挟む両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板１２、１２を設け且つ回転軸６にトリガ側遮蔽板１１を設けた第５実施例の断面概要図である。
図５では開口部１０ａを挟む両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板１２、１２を対向して設ける点が図４と異なるだけで、他の部材については全く同一であるからそれらの説明は省略する。
この第５実施例では、格納ポケット１０は断面コ字型の直方体形であり、後述する図７及び図８と共通した格納ポケット１０を使用している。開口部１０ａを挟む両側縁近辺の夫々にダクト側遮蔽板１２、１２を対向して設けているから、回転軸６を逆転させると、トリガ電極５はダクト側遮蔽板１２、１２の間を通過して開口部１０ａから内部に退避して収納される。
【００４０】
陰極物質９はダクト側遮蔽板１２、１２の間を通過して内部に侵入する以外になく、その通路は極めて狭隘で深いから、陰極物質９はトリガ電極先端部５ａに到達する前に格納ポケット１０の内壁面に吸着されてしまう。
従って、トリガ電極先端部５ａを暗視野空間１３の内部に位置させるから陰極物質９の侵入が遮断されるだけでなく、トリガ側遮蔽板１１の遮断作用に加えて、ダクト側遮蔽板１２、１２の遮断作用により、暗視野空間１３の中は極めて清浄化されている。従って、トリガ電極先端部５ａには陰極物質が堆積することは無いから、トリガ電極先端部５ａはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部５ａには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部５ａを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
【００４１】
図６は、本発明において、格納ポケット１０の中の暗視野空間１３にコ字型のトリガ電極５を退避させた第６実施例の断面概要図である。
この第６実施例は、図２のコ字型のトリガ電極５を、格納ポケット１０の中の暗視野空間１３に収納した点で図２と異なっているだけであり、他の点は全て図２と同様であるから、それらの説明を省略する。
【００４２】
暗視野境界線Ｌの左側は暗視野空間１３であり、右側は明視野空間である。格納ポケット１０の全体は暗視野空間１３の中に包含され、格納ポケット１０の内部の全ては暗視野空間１３になっている。従って、トリガ電極５を格納ポケット１０に退避させると、トリガ電極先端部５ａを含むトリガ電極５の全てが暗視野空間１３内にあり、陰極物質９がトリガ電極先端部５ａに堆積することは無く、同時に、陰極物質９がトリガ電極５の表面に堆積することはあり得ない。
【００４３】
この実施例６では、暗視野空間１３の中は極めて清浄化されている。トリガ電極先端部５ａには陰極物質が堆積することは無く、トリガ電極先端部５ａはいつも清浄に保持される。
トリガ電極先端部５ａには陰極物質の堆積が無いから、トリガ電極先端部５ａを用いて再着火させると、アーク放電は瞬時に生起して再びアークプラズマ蒸着が可能になる。
【００４４】
図７は、本発明において、トリガ電極５の回転軸６を陰極３に対しオフセットした位置に配置した場合に、トリガ電極先端部５ａへの明視野領域１５が小さくなることを示すオフセットしたアーク式蒸発源の平面図である。
このオフセット配置の実施形態では、陰極３の表面におけるトリガ電極先端部５ａへの明視野領域１５の面積が相対的に小さくなるから、格納ポケット１０の内部に侵入する陰極物質９の量が少なくなる効果がある。しかも、図示されるように、格納ポケット１０の開口部１０ａの両側縁付近はダクト側遮蔽板１２、１２に保護されているから、陰極３に対しトリガ電極先端部５ａは完全な暗視野領域の中に配置されることになり、トリガ電極先端部５ａには陰極物質９が堆積することは無い。また、トリガ電極５を回転させる回転軸６の表面の中で、回転軸６のプラズマ曝露領域１４も比較的小さくて済む効果がある。
更に詳細に説明すると、本形態で、オフセット状態とは回転軸６の回転に応じたトリガ電極先端部５ａの回転軌跡６ａが陰極３の直径方向から外れていることを云う。
陰極３が円柱又は略円柱の場合には陰極３の表面は円形になり、しかも格納ポケット１０の開口部１０ａが陰極表面に対して開く開口角度が一定角であるとする。トリガ電極５は格納ポケット１０に回転収納されるから、トリガ電極先端部５ａの回転軌跡６ａは開口角度の中央に位置する。従って、トリガ電極先端部５ａの回転軌跡６ａが陰極３の直径方向から外れているオフセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面３ａの面積（トリガ電極先端部５ａへの明視野領域１５）は外れが大きくなるほど小さくなる。
つまり、開口角度の領域に入る陰極表面３ａの面積（トリガ電極先端部５ａへの明視野領域１５）が小さいほど陰極物質９の侵入量が小さくなるから、本形態では、オフセット状態になるように回転軸６を上方へ偏移して配置し、陰極物質９の到達量を低減させることに成功した。従って、オフセットが大きいほど、トリガ電極先端部５ａに堆積する陰極物質９の量が少なくなり、本形態ではオフセット状態に配置することになる。
【００４５】
図８は、本発明において、トリガ電極５の回転軸６を陰極３に対しオフセットしていない位置に配置した場合に、トリガ電極先端部５ａへの明視野領域１５が大きくなることを示すオフセットしていないアーク式蒸発源の平面図である。
図８のオフセットしていない状態は、オフセット状態を表す図７の存在意義をより明瞭にするために比較して図示されている。オフセットしていない状態（オンセット状態とも云う）とは、トリガ電極先端部５ａの回転軌跡６ａが陰極３の直径方向に一致していることを云う。
オフセットしていない状態、即ちトリガ電極先端部５ａの回転軌跡６ａが陰極３の直径方向に一致しているオンセット状態では、開口角度の領域に入る陰極表面３ａの面積（トリガ電極先端部５ａへの明視野領域１５ともいう）が最大になる。その結果、格納ポケット１０に侵入する陰極物質９の量が最大になる配置状態である。しかも、トリガ電極５を回転させる回転軸６の表面の中で、回転軸６のプラズマ曝露領域１４が増大する弱点もある。
本発明では、オフセットしていない配置状態よりも、オフセットした配置状態を使用して、格納ポケット１０の内部への陰極物質９の侵入を極減し、トリガ電極先端部５ａの清浄化を増進する。
【００４６】
本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における別実施例、種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る真空アークプラズマ蒸着装置の先端防汚型着火装置を用いれば、放出される前記陰極物質が直達しない暗視野空間を設けて、着火時以外はトリガ電極を逆回転させてトリガ電極先端部を暗視野空間に退避させてトリガ電極先端部に陰極物質が直達せず、トリガ電極先端部をいつも清浄に保持することが可能になる。
この先端防汚型着火装置により、プラズマ着火後にトリガ電極先端部を放電面となる陰極表面から見て暗視野になる位置まで回転させて退避させることができるから、トリガ電極先端部に陰極物質の堆積を大幅に低減し、且つ放電のプラズマからも遮蔽することでトリガ電極先端部の過度の温度上昇を防ぎ、先端に付着した金属膜の軟化を防止することで、再着火時にトリガ電極と陰極が溶着することを防止でき、再着火を自在且つ瞬時に実現でき、真空アークプラズマ蒸着装置の高性能化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１          真空容器
２          ダクト
３          陰極（蒸発源）
３ａ        陰極表面（放電面）
４          陰極支持体
５          トリガ電極
５ａ        トリガ電極先端部
６          回転軸
６ａ        回転軌跡
７          アーク電源
８          抵抗器
９          陰極物質
１０        格納ポケット
１０ａ      開口部
１１        トリガ側遮蔽板
１２        ダクト側遮蔽板
１３        暗視野空間
１４        回転軸のプラズマ曝露領域
１５        トリガ電極先端部への明視野領域
Ｌ          暗視野境界線（半球限界面）
２１        真空容器
２２        ダクト
２３        陰極（蒸発源）
２３ａ      陰極表面（放電面）
２４        陰極支持体
２５        トリガ電極
２５ａ      トリガ電極先端部
２６        回転軸
２６ａ      回転軌跡
２７        アーク電源
２８        抵抗器
２９        陰極物質
ＬＬ        半球限界面
【図１】
2019112708.tif 000003
【図２】
2019112708.tif 000004
【図３】
2019112708.tif 000005
【図４】
2019112708.tif 000006
【図５】
2019112708.tif 000007
【図６】
2019112708.tif 000008
【図７】
2019112708.tif 000009
【図８】
2019112708.tif 000010
【図９】
2019112708.tif 000011
【図１０】
2019112708.tif 000012