(57)【要約】【課題】陰極である蒸発源が蒸発することによる成膜効率の低下を抑制しつつ、ストライカチップと陰極との接触を安定させる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１０は、ワーク５２を収容するチャンバ１１を陽極とし、蒸発源１４を陰極としてアーク放電を発生させ、蒸発源１４から蒸発した蒸発材料をイオン化してワーク５２に堆積させる成膜装置である。成膜装置１０は、蒸発源１４に設けられており、蒸発源１４と電気的に接続されている点弧用陰極１６を備えている。成膜装置１０は、点弧用陰極１６と接触させるストライカチップ２３を有するストライカ機構２０を備えている。成膜装置１０は、磁力線を発生させてアーク放電の放電位置を制御するコイル３１を備えている。そして、蒸発源１４は、チャンバ１１に対する点弧用陰極１６の位置を固定した状態で、チャンバ１１に対する位置を変位可能に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを収容するチャンバを陽極とし、蒸発源を陰極としてアーク放電を発生させ、アーク放電によって前記蒸発源から蒸発材料を蒸発させ、イオン化した蒸発材料を前記ワークに堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記蒸発源に設けられており、該蒸発源と電気的に接続されている点弧用陰極と、
前記点弧用陰極と接触させるストライカチップを有するストライカ機構と、
磁力線を発生させてアーク放電の放電位置を制御する放電位置制御機構と、を備え、
前記蒸発源は、前記チャンバに対する前記点弧用陰極の位置を固定した状態で、前記チャンバに対する位置を変位可能に配置されている成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク放電によって蒸発源を溶解し、蒸発源から蒸発した蒸発材料をイオン化してワークの表面に堆積させることで成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバを陽極として蒸発源を陰極としてアーク放電を発生させて、蒸発源から蒸発した蒸発材料をイオン化してワークの表面に堆積させることで成膜する成膜装置では、アーク放電によって蒸発源が蒸発すると、蒸発源とワークとの距離が離れることによって、成膜を繰り返し行う際に成膜効率が低下することが知られている。
【０００３】
特許文献１には、蒸発材料である陰極を移動させる陰極送り機構が開示されている。特許文献１に開示されている装置では、陰極送り機構によって、蒸発に伴いワークに対して後退した陰極の蒸発面を移動させるとともに、蒸発面を放電位置とするようにコイルによってアーク放電の放電位置を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１‐１８１８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
成膜装置でアーク放電を発生させる際には、トリガ電極としてのストライカチップ等を蒸発源に接触させてから離間させる。蒸発源は、蒸発に加えて、こうしたストライカチップとの接触によって消耗する。
【０００６】
特許文献１に開示されている装置のように陰極送り機構を採用すると、アーク放電によって蒸発が生じた部位が、ストライカチップと接触する部位になるように蒸発源が移動される虞があった。蒸発が生じた部位にストライカチップが接触することになると、蒸発源とストライカチップとの接触が不安定になることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための成膜装置は、ワークを収容するチャンバを陽極とし、蒸発源を陰極としてアーク放電を発生させ、アーク放電によって前記蒸発源から蒸発材料を蒸発させ、イオン化した蒸発材料を前記ワークに堆積させて成膜する成膜装置であって、前記蒸発源に設けられており、該蒸発源と電気的に接続されている点弧用陰極と、前記点弧用陰極と接触させるストライカチップを有するストライカ機構と、磁力線を発生させてアーク放電の放電位置を制御する放電位置制御機構と、を備え、前記蒸発源は、前記チャンバに対する前記点弧用陰極の位置を固定した状態で、前記チャンバに対する位置を変位可能に配置されている。
【０００８】
上記構成では、ストライカチップが接触する点弧用陰極が蒸発源とは別体として設けられていることによって、ストライカチップが蒸発源に接触することがない。このため、アーク放電による蒸発源の蒸発に関わらず、ストライカチップと陰極との接触を安定させることができる。また、上記構成では、放電位置制御機構によって放電位置を制御可能であり、さらに蒸発源が変位可能に配置されている。これによって、成膜を繰り返し行う際に、放電位置を特定の位置に設定しつつ、蒸発源のうちアーク放電によって蒸発が生じていない部位を放電位置に移動させることができる。
【０００９】
すなわち、上記構成によれば、蒸発源のうち蒸発が生じていない部位を放電位置に移動することで成膜効率を確保しつつ、ストライカチップと陰極との接触を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】成膜装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】同実施形態にかかる成膜装置の蒸発源を拡大して示す断面図。
【図３】同実施形態にかかる成膜装置の蒸発源を変位させた状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、成膜装置の一実施形態である成膜装置１０について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、成膜装置１０は、チャンバ１１によって区画された成膜空間６１にワーク５２を収容している。成膜空間６１は、密閉されている。成膜を行う際には、成膜空間６１にアルゴンガス等の不活性ガス又は炭化水素ガス等の反応性ガスが導入される。
【００１２】
チャンバ１１は、有底円筒状に形成されている筒部１２と、筒部１２の開口を閉塞する蓋部１３とを備えている。なお、図ではチャンバ１１の底部の図示を省略している。チャンバ１１は、円筒状に形成された筒部の両端における開口を閉塞する蓋部を設けて形成することもできる。
【００１３】
成膜装置１０は、チャンバ１１における蓋部１３とは反対側に、ワーク５２を支持するホルダ５１を備えている。ワーク５２は、ホルダ５１を介してチャンバ１１内の成膜空間６１に収容されている。ホルダ５１には挿通孔が形成されており、ワーク５２の一部が挿通孔に挿入されることで、ワーク５２がホルダ５１に支持されている。ホルダ５１及びワーク５２は、チャンバ１１とは電気的に絶縁されている。
【００１４】
チャンバ１１内には、蒸発源１４が配置されている。蒸発源１４は、円筒状に形成されている。図１には、円筒状の蒸発源１４の中心軸として中心軸１４Ｃを図示している。なお、蒸発源１４の中心軸１４Ｃは、チャンバ１１の中心軸と同軸上に位置している。また、ワーク５２の中心軸も、中心軸１４Ｃと同軸上に位置している。蒸発源１４の外径は、チャンバ１１における筒部１２の内径よりも小さくされている。蒸発源１４は、チャンバ１１の径方向において、ワーク５２の外側に蒸発源１４が位置するようにチャンバ１１内に配置されている。蒸発源１４は、チャンバ１１とは電気的に絶縁されている。蒸発源１４としては、例えばチタンやクロムやタングステン等の金属、又は黒鉛を用いることができる。
【００１５】
蒸発源１４の内周面１５には、蒸発源１４と電気的に接続されている点弧用陰極１６が取り付けられている。点弧用陰極１６は、円筒状に成形されている。中心軸１４Ｃの延伸方向において、点弧用陰極１６の長さは、蒸発源１４の長さよりも短い。また、点弧用陰極１６の外径は、蒸発源１４の内径とほぼ等しくされており、点弧用陰極１６の外周面１７が蒸発源１４の内周面１５に当接している。点弧用陰極１６は、蒸発源１４と同じ材料が用いられている。なお、図示を省略するが、点弧用陰極１６は、絶縁体を介してチャンバ１１に固定されている。すなわち、点弧用陰極１６は、チャンバ１１とは電気的に絶縁されている。チャンバ１１への固定態様としては、例えば、蓋部１３から点弧用陰極１６を吊り下げて固定することができる。
【００１６】
図１及び図２を参照して、蒸発源１４及び点弧用陰極１６について詳述する。
図２には、蒸発源１４と点弧用陰極１６とが当接している部分を拡大して示している。蒸発源１４の内周面１５には、螺旋状の溝及びねじ山が形成されている。そして、点弧用陰極１６の外周面１７には、蒸発源１４の内周面１５に形成されている溝及びねじ山と相補的な溝及びねじ山が形成されている。蒸発源１４の溝と点弧用陰極１６のねじ山とが互いに係合しており、蒸発源１４のねじ山と点弧用陰極１６の溝とが互いに係合している。すなわち、蒸発源１４が雌ねじとして、点弧用陰極１６が雄ねじとして機能する。
【００１７】
このように蒸発源１４と点弧用陰極１６とが係合しているため、例えば成膜処理が完了したワーク５２を交換する際に、作業者が蒸発源１４の中心軸１４Ｃを回転軸として点弧用陰極１６に対して蒸発源１４を回転させることができる。上述のように点弧用陰極１６がチャンバ１１に固定されているため、蒸発源１４が点弧用陰極１６に対して回転すると、蒸発源１４は、中心軸１４Ｃの延伸方向において回転方向に応じて蓋部１３側又はホルダ５１側に変位する。すなわち、蒸発源１４は、チャンバ１１に対する点弧用陰極１６の位置を固定した状態で、チャンバ１１に対する位置を変位可能に配置されている。
【００１８】
図１に示すように、成膜装置１０は、ストライカ機構２０を備えている。ストライカ機構２０は、アーム２１と、アーム２１の一端に取り付けられているストライカチップ２３とを備えている。ストライカチップ２３は、例えばモリブデンを用いることができる。アーム２１は、アーム２１の他端を回転軸２２として回動可能にチャンバ１１内に取り付けられている。ストライカ機構２０は、アーム２１が回動することで、ストライカチップ２３が点弧用陰極１６の内周面１８に接触することが可能なように配置されている。
【００１９】
蒸発源１４には、電源４１が接続されている。アーク放電を発生させる際には、電源４１によって蒸発源１４に負の直流電圧が印加される。これによって、蒸発源１４が陰極として機能する。蒸発源１４と電気的に接続されている点弧用陰極１６もまた、陰極として機能する。
【００２０】
また、チャンバ１１及びストライカ機構２０は、接地されている。このため、アーク放電を発生させる際には、チャンバ１１が陽極として機能する。そして、ストライカ機構２０のストライカチップ２３が、アーク放電を発生させるためのトリガ電極として機能する。なお、チャンバ１１及びストライカ機構２０は蒸発源１４よりも電位が高ければよいため、チャンバ１１及びストライカ機構２０に対して正の直流電圧を印加するようにしてもよい。
【００２１】
ワーク５２には、バイアス電源４２が接続されている。バイアス電源４２によって、ワーク５２にはバイアス電圧が印加される。
チャンバ１１の径方向外側には、チャンバ１１の周囲を覆うようにして、アーク放電の放電位置（アークスポット）を制御するための放電位置制御機構としてのコイル３１が配置されている。コイル３１には、コイル用電源が接続されている。
【００２２】
次に本実施形態にかかる成膜装置１０の作用とともに、その効果について図１及び図３を参照して説明する。
ワーク５２への成膜処理を行う際には、まず、ストライカ機構２０の駆動によってアーム２１の回動を開始し、図１に二点鎖線で示すようにストライカチップ２３を接触位置Ｐ１まで移動させる。ストライカチップ２３と点弧用陰極１６の内周面１８との接触後、回動開始時点の位置までアーム２１を戻すことでストライカチップ２３と点弧用陰極１６とを離間させる。トリガ電極であるストライカチップ２３を陰極である点弧用陰極１６に接触させることによって、アーク放電が発生する。成膜装置１０では、アーク放電の放電位置がワーク５２の正面である放電位置Ｐ２となるように、コイル３１による制御を行う。このため、蒸発源１４のうち放電位置Ｐ２の周辺が蒸発する。そして、蒸発材料がイオン化されてワーク５２に堆積することで、ワーク５２の表面に膜が形成される。
【００２３】
成膜装置１０では、点弧用陰極１６が蒸発源１４とは別体として設けられている。そして、点弧用陰極１６は、チャンバ１１に固定されている。ストライカ機構２０の駆動によってアーム２１が回動した際にストライカチップ２３が導かれる位置は、点弧用陰極１６の内周面１８における接触位置Ｐ１である。したがって、成膜装置１０では、ストライカチップ２３が蒸発源１４に接触することがない。
【００２４】
ここで、仮に、蒸発源１４の蒸発が生じた部位にストライカチップ２３が接触すると、ストライカチップ２３が蒸発源１４に接触することによる蒸発源１４の消耗が蒸発部位に生じることになる。この場合、蒸発源１４が局所的に消耗する虞があり、蒸発源１４の交換が必要になる時期が早くなることがある。また、ストライカチップ２３が接触する陰極の表面が荒れているとストライカチップ２３と陰極との接触が安定せず、アーク放電の発生が不安定になる虞がある。
【００２５】
この点、成膜装置１０によれば、ストライカチップ２３を陰極に接触させることによる蒸発源１４の消耗が発生しないため、蒸発が生じた部位にストライカチップ２３が接触することがなく、蒸発源１４の消耗が局所的に生じることを抑制できる。さらに、ストライカチップ２３と陰極とが接触した際の接触態様が不安定になることを抑制できる。すなわち、アーク放電による蒸発源１４の蒸発に関わらず、ストライカチップ２３と陰極との接触を安定させることができる。
【００２６】
また、図１及び図３に示すように成膜装置１０では、蒸発源１４を変位させることができる。図３には、図１に示した状態から蒸発源１４を蓋部１３から離間させる側に変位させた状態を示している。このように蒸発源１４を変位させることで、成膜処理によって蒸発した蒸発部位１４Ａを放電位置Ｐ２から遠ざけている。すなわち、成膜装置１０では、蒸発源１４を変位させることによって、蒸発源１４のうち蒸発していない部位を放電位置Ｐ２に移動させることができる。これによって、成膜処理を繰り返し行うとしても、成膜処理の開始時にはワーク５２と蒸発源１４の内周面との間隔が維持された状態にすることができ、成膜処理の繰り返しによる成膜効率の低下を抑制することができる。
【００２７】
さらに成膜装置１０では、蒸発源１４を変位させることによって蒸発部位１４Ａを上下方向に分散させることができ、蒸発源１４を変位させない場合と比較して、蒸発源１４の交換が必要になる時期を遅らせることができる。
【００２８】
なお、成膜装置１０では点弧用陰極１６が蒸発源１４とは別体であるため、蒸発部位１４Ａを移動させたとしても、蒸発部位１４Ａにストライカチップ２３が接触するようなことがない。
【００２９】
以上のように成膜装置１０によれば、蒸発源１４のうち蒸発が生じていない部位を放電位置Ｐ２に移動することで成膜効率を確保しつつ、ストライカチップ２３と陰極との接触を安定させることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態の成膜装置１０には、蒸発源１４を回転させるための蒸発源回転機構をさらに設けることもできる。蒸発源回転機構は、例えば、磁性流体シールを採用したり、モータやギヤを組み合わせて構成したりすることができる。蒸発源回転機構を設けることによって、蒸発源１４を変位させる際の作業性を向上することができる。
【００３１】
・蒸発源回転機構を採用する場合、ストライカ機構２０と蒸発源回転機構とを連動させることもできる。すなわち、アーム２１の回動を開始してストライカチップ２３を接触位置Ｐ１まで移動させ、回動開始時点の位置までアーム２１を戻す動作に対して、蒸発源１４の回転を連動させることもできる。ストライカチップ２３が点弧用陰極１６に接触して離間する度に、蒸発源１４が所定量だけ回転するように構成することで、アーク放電を発生させる度に、蒸発源１４のうち蒸発が生じていない部位が放電位置Ｐ２に移動するように蒸発源１４を変位させることができ、成膜処理の作業性を向上させることができる。
【００３２】
・上記実施形態では、蒸発源１４と点弧用陰極１６とを、螺旋状の溝及びねじ山によって係合している。螺旋状の溝及びねじ山に替えて、中心軸１４Ｃの延伸方向に延びる凹溝と、凹溝に係合する凸部とを採用することもできる。蒸発源１４又は点弧用陰極１６の一方に凹溝を形成し、他方に凸部を形成する。凹溝と凸部とを係合させて点弧用陰極１６に取り付けられた蒸発源１４は、中心軸１４Ｃの延伸方向に沿ってスライド移動することができる。なお、この場合には、上記蒸発源回転機構に替えて、中心軸１４Ｃの延伸方向に沿って蒸発源１４を直線移動させることが可能な蒸発源移動機構を採用することができる。
【００３３】
・チャンバ１１に対する点弧用陰極１６の固定態様は適宜変更が可能である。例えば、チャンバ１１の内周面から径方向に延びて軸方向に屈曲した吊下具に点弧用陰極１６を吊り下げて、中心軸１４Ｃ方向に移動不能に点弧用陰極１６を固定することもできる。
【００３４】
・上記実施形態では、放電位置制御機構としてコイル３１を設けたが、放電位置制御機構としては、磁場を発生させて形成された磁力線によってアーク放電の放電位置を制御することができればよく、例えば、磁石を採用することもできる。
【００３５】
・上記実施形態では、円筒状に成形されている蒸発源１４を採用しているが、蒸発源の形状は円筒状に限定されるものではない。例えば、板状に成形されている蒸発源を用いることもできる。この場合、板状蒸発源のうちワーク５２と対向する面に点弧用陰極を配置する。点弧用陰極は、チャンバ１１に固定する。なお、点弧用陰極の形状としてはストライカチップ２３が接触する面を有していればよいが、ここでは板状に形成されていることが好ましい。板状蒸発源又は点弧用陰極の一方に凹溝を形成し、他方には凹溝に係合する凸部を形成する。そして、凹溝に凸部を係合することで、点弧用陰極の位置を固定した状態で、板状蒸発源の位置を変位可能に板状蒸発源を配置することができる。こうした構成であっても、蒸発源と別体としての点弧用陰極によってストライカチップと陰極との接触態様を安定させることができる。また、板状蒸発源を変位させることができるため、蒸発源を変位させない場合と比較して蒸発源の交換が必要になる時期を遅らせる効果を奏する。
【符号の説明】
【００３６】
１０…成膜装置、１１…チャンバ、１２…筒部、１３…蓋部、１４…蒸発源、１４Ｃ…中心軸、１５…内周面、１６…点弧用陰極、１７…外周面、１８…内周面、２０…ストライカ機構、２１…アーム、２２…回転軸、２３…ストライカチップ、３１…コイル、４１…電源、４２…バイアス電源、５１…ホルダ、５２…ワーク、６１…成膜空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019070177.tif 000005