(57)【要約】【課題】アーク蒸発源にトリガー電極を設けることなく、アーク放電を発生させることができるアーク蒸発式成膜装置を提供することである。【解決手段】アーク蒸発源６に電力を供給するための電力供給手段１０として、直流電源１１と高電圧発生装置１２を接続する。そして、高電圧発生装置１２によりターゲットカソード７とシールド板８間に高電圧を供給して火花放電を発生させることによってアーク放電を発生させる。【選択図】  図１
2004300552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットカソード、該ターゲットカソードの先端の側方の近傍にターゲットカソードを囲むように配置されたシールド板及び前記ターゲットカソードに対する基端側に配置される磁石を備えるアーク蒸発源と、真空チャンバと、前記アーク蒸発源に電力を供給する電力供給手段とを備え、
前記アーク蒸発源に前記電力供給手段により所定の直流電力を供給して真空チャンバ内にアーク放電を形成するとともに、前記シールド板及び磁石によって前記アーク放電を安定させるようにされており、前記アーク放電を形成することによって前記真空チャンバ内に配置された基材に成膜するアーク蒸発式成膜装置であって、
前記電力供給手段により前記ターゲットカソードと前記シールド板間に所定の高電圧を印加することによって火花放電を発生させ、
前記火花放電を発生させた後に前記アーク放電を形成するように構成されたアーク蒸発式成膜装置。
【請求項２】
前記電力供給手段は、前記火花放電を発生させる高電圧を供給する高電圧発生装置と前記アーク放電を形成する直流電力を供給する直流電源とを備え、
前記直流電源は、負極側の端子が前記ターゲットカソード側に接続され、正極側の端子が前記真空チャンバ側に接続されるよう、前記ターゲットカソードと前記真空チャンバとを接続する第一の回路中に介装されており、
前記高電圧発生装置は、前記ターゲットカソードと前記シールド板とを接続する第二の回路中に介装されている請求項１に記載のアーク蒸発式成膜装置。
【請求項３】
所定の電流の導通を検出して前記アーク放電の発生を検出するための電流検出手段をさらに備え、
前記第二の回路のうち前記第一の回路と重なる部分を除いた部分に切換え手段が設けられており、
前記切換え手段は、前記アーク放電が発生するまで前記第二の回路の電気抵抗が小となる状態に維持するとともに、前記電流検出手段により前記アーク放電の発生を検出すると前記第二の回路の電気抵抗が大となるように切換えられるようにされた請求項２に記載のアーク蒸発式成膜装置。
【請求項４】
前記切換え手段が、両端間の導通と非導通とが切換えられるオン／オフ切換えスイッチであることを特徴とする請求項３に記載のアーク蒸発式成膜装置。
【請求項５】
前記電流検出手段によりアーク放電の発生を検出すると、前記高電圧発生装置の動作を停止させるように構成された請求項３又は４に記載のアーク蒸発式成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク蒸発源を備えるアーク蒸発式成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アーク蒸発式成膜装置は、アーク蒸発源によってアーク放電を発生させることにより、アーク蒸発源のターゲットカソードを構成する物質からなる膜を成膜することができる。
【０００３】
図２は、従来のアーク蒸発式成膜装置に用いられるアーク蒸発源６０の構造を示す図である（例えば、実用新案登録文献１、特許文献２参照）。また、図２には、アーク蒸発源６０と電源６４との接続が模式的に示されている。
【０００４】
アーク蒸発源６０は、真空チャンバ内に配置されており、真空チャンバ外に配置される直流電源６４に接続されている。そして、アーク蒸発源６０は、直流電源６４より電力を供給され真空チャンバ内にアーク放電を形成する。
【０００５】
そして、アーク放電が形成されることにより、ターゲットカソード６２を構成する物質が蒸発し、真空チャンバ内でアーク蒸発源６０に対向するように配置された図示されない基材に膜が形成される。
【０００６】
また、図２に示されるように、従来のアーク蒸発源６０にはトリガー電極６５が設けられている。即ち、従来のアーク蒸発源６０では、トリガー電極６５の先端をターゲットカソード６２の表面に接触させた状態からトリガー電極６５をターゲットカソード６２より垂直方向に引き離すように移動させて、アーク放電を開始させるようにしている。
【０００７】
そして、前記アーク蒸発源６０及びアーク蒸発源６０を備えるアーク蒸発式成膜装置には、トリガー電極６５をターゲットカソード６２に対して前記垂直方向に駆動するための機構も設けられている。
【０００８】
また、トリガー電極６５は、一旦放電が開始すると、蒸発源６０の近傍より退避させるようにされており、アーク放電を開始した後の蒸発源６０による成膜の妨げとならないようにされている
【０００９】
【実用新案登録文献１】
実公平３−１１２２６号公報（第１図）。
【特許文献２】
特許第３２８７１６３号公報（第１図）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来のアーク蒸発源６０にあっては、トリガー電極６５が設けられており、このトリガー電極６５及びこれを支持して駆動するための機構をアーク蒸発源６０やその近傍に設けなければならなかった。
【００１１】
そのため、アーク蒸発源６０を簡潔な構造にすることができなかった。また、トリガー電極６５により放電を開始させると、トリガー電極６５を構成する物質が成膜される膜中に混入し、膜質を低下させる。
【００１２】
そこで、本発明は、放電を容易に開始させるとともに、アーク蒸発源よりトリガー電極を除くことにより以上の問題を解決することができるアーク蒸発式成膜装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ターゲットカソード、該ターゲットカソードの先端の側方の近傍にターゲットカソードを囲むように配置されたシールド板及び前記ターゲットカソードに対する基端側に配置される磁石を備えるアーク蒸発源と、真空チャンバと、前記アーク蒸発源に電力を供給する電力供給手段とを備え、
前記アーク蒸発源に前記電力供給手段により所定の直流電力を供給して真空チャンバ内にアーク放電を形成するとともに、前記シールド板及び磁石によって前記アーク放電を安定させるようにされており、前記アーク放電を形成することによって前記真空チャンバ内に配置された基材に成膜するアーク蒸発式成膜装置であって、
前記電力供給手段により前記ターゲットカソードと前記シールド板間に所定の高電圧を印加することによって火花放電を発生させ、
前記火花放電を発生させた後に前記アーク放電を形成するように構成されたアーク蒸発式成膜装置である（請求項１）。
【００１４】
本発明のアーク蒸発式成膜装置によると、前記ターゲットカソードとシールド板間に火花放電を発生させ、この火花放電を発生させることによってアーク放電を発生させるようにしている。
【００１５】
従って、本発明のアーク蒸発式成膜装置によると、アーク蒸発源にトリガー電極を設けることなく、アーク放電を発生させることができる。これにより、トリガー電極を省くことにより、アーク蒸発源を簡潔な構造にすることができ、また成膜される膜中への不純物の混入を防いで膜質の低下を防ぐこともできる。
【００１６】
また、前記電力供給手段を、前記火花放電を発生させる高電圧を供給する高電圧発生装置と前記アーク放電を形成する電力を供給する直流電源とを備える構成とし、
前記直流電源を、負極側の端子が前記ターゲットカソード側に接続され、正極側の端子が前記真空チャンバ側に接続されるよう、前記ターゲットカソードと前記真空チャンバとを接続する第一の回路中に介装し、
前記高電圧発生装置を、前記ターゲットカソードと前記シールド板とを接続する第二の回路中に介装することができる（請求項２）。
【００１７】
この発明によると、前記火花放電を発生させる高電圧は高電圧発生装置により供給され、アーク放電を形成するための電力は直流電源により供給される。これにより、高電圧発生装置と直流電源とを個別に制御できるので、前記火花放電の発生に関する電力供給手段の制御を行い易い。
【００１８】
また、電力供給手段が高電圧発生装置と直流電源とを備えるアーク蒸発式成膜装置について（請求項２）、所定の電流の導通を検出して前記アーク放電の発生を検出するための電流検出手段をさらに設け、
前記第二の回路のうち前記第一の回路と重なる部分を除いた部分に切換え手段を設け、
前記切換え手段を、前記アーク放電が発生するまで前記第二の回路の電気抵抗が小となる状態に維持するとともに、前記電流検出手段により前記アーク放電の発生を検出すると前記第二の回路の電気抵抗が大となるように切換えられるようにすることができる（請求項３）。
【００１９】
この発明によると、アーク放電の発生が検出されると、前記切換え手段により第二の回路は電気抵抗が大となる状態に切換えられる。これにより、シールド板は真空チャンバより電気的に浮いた状態とされ、アーク放電はターゲットカソードと真空チャンバの内面間で形成される。
【００２０】
そして、前記切換え手段を両端間の導通と非導通とが切換えられるオン／オフ切換えスイッチとすることができる（請求項４）。これにより、前記シールド板と電力供給手段との接続を切換える切換え手段を簡潔な構成にできる。
【００２１】
また、前記電流検出手段によりアーク放電の発生を検出すると、前記高電圧発生装置の動作を停止させるように構成することもできる（請求項５）。これにより、アーク放電を発生した後には高電圧発生装置を停止させ、装置の非効率な動作を防ぐことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるアーク蒸発式成膜装置１の構成の概略を示す図である。また、図１は、アーク蒸発式成膜装置１のアーク蒸発源６の模式的な断面図、及びアーク蒸発源６と電力供給手段１０と真空チャンバ２５との接続の模式的な関係を示している。
【００２３】
アーク蒸発式成膜装置１は、アーク蒸発源６と電力供給手段１０と真空チャンバ２５を備えている。アーク蒸発源６は、ターゲットカソード７とシールド板８と磁石９を備えている。
【００２４】
ターゲットカソード７は、アーク蒸発源６の先端に配設されている。シールド板８は、中空の円板状をなしており、ターゲットカソード７の先端の側方の近傍に、ターゲットカソード７を囲むように配設されている。磁石９は、ターゲットカソード７に対する基端側に配設されている。
【００２５】
磁石９とシールド板８とにより、ターゲットカソード７の表面付近におけるアーク放電の状態を安定化させることができる。
【００２６】
アーク蒸発源６は、電力供給手段１０より電力を供給される。電力供給手段１０は、直流電源１１と高電圧発生装置１２を備えている。直流電源１１は、アーク蒸発源６にアーク放電を形成するための直流電力を供給する。
【００２７】
直流電源１１は、負極側の端子と正極側の端子を備えており、直流電力として約１０〜１００Ｖ（ボルト）程度の電圧値であり、約１０〜５００Ａ（アンペア）程度の電流値の電力を出力する。
【００２８】
直流電源１１は、ターゲットカソード７と真空チャンバ２５とを接続する第一の回路中に介装されている。第一の回路は、後に説明する高電圧発生装置１２の出力端子１２ａ、１２ｂ及び直流電源１１をとおり、ターゲットカソード７と真空チャンバ２５とを接続する回路である。
【００２９】
そして、直流電源１１は、負極側の端子がターゲットカソード７側に接続され、正極側の端子が真空チャンバ２５側に接続されている。真空チャンバ２５は接地電位とされており、直流電源１１の正極側の端子は接地電位とされる。
【００３０】
また、直流電源１１の正極側の端子は、切換えスイッチ１３を介してシールド板８にも接続されている。なお、真空チャンバ２５の構造部材は、導電性の材質により形成され、アーク蒸発源６を動作させる回路の一部を構成している。また、アーク蒸発源６が真空チャンバ２５に配設されるにあたり、ターゲットカソード７が真空チャンバ２５の構造部材から電気的に絶縁されるようにされている。
【００３１】
高電圧発生装置１２は、アーク蒸発源６に火花放電を発生させるための高電圧を供給する。火花放電は、この放電の後にアーク放電を形成するための初期の放電である。
【００３２】
高電圧発生装置１２は、数千〜数万ボルト（Ｖ）程度の高電圧を出力する。高電圧発生装置１２により形成された高電圧は、二つの出力端子１２ａ、１２ｂより出力される。
【００３３】
高電圧発生装置１２は、ターゲットカソード７とシールド板８とを接続する第二の回路中に介装されている。第二の回路は、高電圧発生装置１２の出力端子１２ａ、１２ｂと直流電源１１と後に説明するオン／オフ切換えスイッチ１３とをとおり、ターゲットカソード７とシールド板８とを接続する回路である。
【００３４】
そして、高電圧発生装置１２の一方の出力端子１２ａは、ターゲットカソード７に接続されている。また、高電圧発生装置１２の他方の出力端子１２ｂは直流電源１１の負極側の端子に接続されている。
【００３５】
また、直流電源１１の負極側の端子は高電圧発生装置１２の出力端子を介してターゲットカソード７に接続される。また、高電圧発生装置１２の他方の端子１２ｂは、直流電源１１を介してオン／オフ切換えスイッチ１３に接続され、さらにシールド板８に接続されている。
【００３６】
高電圧発生装置１２として、交流の電力により高電圧を出力する装置を用いるのが好ましい。高電圧発生装置１２が交流の電力を出力する装置であると、アーク蒸発源６に高電圧を供給するにあたり、その動作の制御が容易だからである。特に、高周波の高電圧を出力する装置を用いるのがより好ましい。
【００３７】
また、電力供給手段１０とアーク蒸発源６及び真空チャンバ２５とを接続する回路には、電流センサ１４が設けられている。この電流センサ１４により、電力供給手段１０よりアーク蒸発源６に供給される電流が検出される。
【００３８】
この電流センサ１４が一定電流を検出してアーク放電が形成されたことが検出されると、高電圧発生装置１２は動作を停止するよう制御され、また切換えスイッチ１３はオフされるように制御される。前記電流センサ１４は、アーク放電の発生を検出するための電流検出手段にあたる。
【００３９】
オン／オフ切換えスイッチ１３は、ターゲットカソード７とシールド板８とを接続する第二の回路のうち、第一の回路と重なる部分を除いた部分に介装されている。
【００４０】
図１に示される回路において、切換えスイッチ１３が閉じられてオンされた状態では、シールド板８と真空チャンバ２５とが切換えスイッチ１３によって短絡されており、シールド板８は接地電位とされる。
【００４１】
一方、切換えスイッチ１３が開かれてオフされると、ターゲットカソード７及びシールド板８間は開放され、高電圧発生装置１２との接続が切られ、ターゲットカソード７とシールド板８間に高電圧が供給されない。
【００４２】
また、切換えスイッチ１３がオフされると、シールド板８は真空チャンバ２５から電気的に浮いた状態となり、接地されている真空チャンバ２５と異なる電位をとる状態となる。
【００４３】
この切換えスイッチ１３は、第二の回路を電気抵抗が小となる状態と大となる状態とを切り換えるために設けられており、切換え手段にあたる。
【００４４】
なお、図１に示される切換えスイッチ１３とシールド板８とを接続する回路は、真空チャンバ２５から電気的に絶縁されるようにされている。
【００４５】
また、このアーク蒸発式成膜装置１は、その動作を制御するための特に図示されないコントローラを備えている。そして、前記電流センサ１４が検出した電流値はこのコントローラに検出されるようにされている。
【００４６】
また、このコントローラは、電流センサ１４による電流の検出に基づき、高電圧発生装置１２の動作を停止させ、切換えスイッチ１３のオン、オフの制御を行うようにもされている。
【００４７】
また、真空チャンバ２５は、その内部が外部の空間から閉じられた状態で図示しない排気手段によって排気され、アーク蒸発源６を動作させて成膜プロセスを実行するための所要の真空雰囲気とされる。
【００４８】
また、このアーク蒸発式成膜装置は、真空チャンバ２５内に所要のプロセスガスを供給し、真空チャンバ２５内を前記ガスによる所要の圧力に調整できるようにされている。このプロセスガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスが供給される。
【００４９】
また、成膜装置１は、図示しない基材ホルダが真空チャンバ２５内に配置されるようにされている。そして、成膜の対象である基材は前記基材ホルダによりアーク蒸発源６に対向して保持されるようにされている。
【００５０】
以上に説明した成膜装置１を動作させる例について説明する。アーク蒸発源６を、図１に示されるように、ターゲットカソード７及びシールド板８が真空チャンバ２５内に位置するように真空チャンバ２５に配置する。
【００５１】
そして、真空チャンバ２５内に図示されない基材を配置して真空チャンバ２５を閉じる。そして、真空チャンバ２５内を排気しつつ不活性ガスとしてアルゴンガスを供給し所要のガス圧に調整する。
【００５２】
真空チャンバ２５内にアルゴンガスを供給するにあたり、以下のアーク蒸発源６に火花放電を発生させる工程では、アーク放電を形成して成膜を行う工程に比べてガス圧を少し高く調整するのが好ましい。
【００５３】
次に、電力供給手段１０を動作させると、直流電源１１より出力される直流電圧及び高電圧発生装置１２より出力される高電圧がアーク蒸発源６に印加される。
【００５４】
アーク蒸発源６は、高電圧発生装置１２より供給される高電圧によって火花放電を発生する。そして、アーク蒸発源６は、この火花放電を発生した後にアーク放電を発生する。
【００５５】
ここで、アーク蒸発源６がアーク放電を発生すると、電流センサ１４がアーク放電の発生に伴う電流の導通を検出する。そして、アーク放電の発生が検出されると、高電圧発生装置１２は動作を停止するよう制御され、切換えスイッチ１３はオフされるように制御される。
【００５６】
そして、切換えスイッチ１３がオフされることにより、シールド板８は真空チャンバ２５より電気的に浮いた状態とされる。これにより、ターゲットカソード７と真空チャンバ２５の内面との間でアーク放電が形成される。
【００５７】
そして、アーク蒸発源６によりアーク放電が形成されることにより、ターゲットカソード７を構成する膜の原料物質がイオン化する。そして、イオン化した膜の原料物質は、ターゲットカソード７より真空チャンバ２５内の空間に向かって放出される。これにより、真空チャンバ２５内に保持される基材に膜が形成される。
【００５８】
以上に説明したように、アーク蒸発式成膜装置１によると、電力供給手段１０によりアーク蒸発源６のターゲットカソード７とシールド板８間に高電圧を印加して火花放電を発生させ、アーク放電を発生させるようにしている。
【００５９】
これにより、アーク蒸発源６にトリガー電極を設ける必要がない。これにより、アーク蒸発源６の構造を簡潔にでき、アーク蒸発源６のターゲットカソード７を交換するメンテナンスを容易にすることもできる。また、トリガー電極による放電を用いないので、膜中に不純物が混入することを防ぎ、膜質の低下を防ぐこともできる。
【００６０】
なお、以上の図１に基づく説明では、直流電源１１と高電圧発生装置１２とを直列に接続し、直流電源１１が介装される第一の回路と高電圧発生装置１２が介装される第二の回路の一部が重なるように設ける例を挙げた。
【００６１】
本発明を実施するにあたり、第一の回路と第二の回路とを互いに独立に設け、この第一の回路に直流電源を介装し、この第二の回路に高電圧発生装置を介装することもできる。
【００６２】
また、以上の説明では、電力供給手段１０を、直流電源１１と高電圧発生装置１２の二種類の電源を設けて構成する例を挙げた。このように、二種類の電源を設けると、各電源ごとに動作を制御できるので、火花放電を発生させた後の動作の制御を行い易く好ましい。
【００６３】
一方、アーク蒸発源６を動作させるための電力供給手段を一つの電源により構成することもできる。即ち、一つの電源により火花放電を発生させるための高電圧の出力と、成膜を行うためのアーク放電を形成する直流電力の供給を行うようにすることもできる。
【００６４】
また、以上の説明では、切換え手段として切換えスイッチ１３を設け、アーク放電の発生が検出されると、切換えスイッチ１３をオフすることにより真空チャンバ２５とシールド板８との電気的な接続を切り離して第二の回路の電気抵抗が大となるようにし、シールド板８の電位を真空チャンバ２５の電位と異ならせるようにする例を挙げた。
【００６５】
切換え手段の他の例として、切換えスイッチ１３と該切換えスイッチ１３に並列に接続される図示されない抵抗とにより構成することができる。切換え手段をこのように構成すると、切換えスイッチ１３がオフされると、並列に接続される抵抗によって、ターゲットカソード７とシールド板８とを接続する回路の抵抗が大となる状態に切換えられ、シールド板８の電位は真空チャンバ２５の電位と異なるものとなる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によると、以上に説明したように、アーク蒸発源のターゲットカソードとシールド板間に高電圧を印加して火花放電を発生させることによりアーク放電を発生させるようにしている。これにより、アーク蒸発源よりトリガー電極を省くことができる。
【００６７】
これにより、アーク蒸発源の構造を簡潔にすることができる。また、成膜された膜の膜質の低下を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アーク蒸発式成膜装置の一実施形態を示す図である。
【図２】従来のアーク蒸発源を示す図である。
【符号の説明】
１    アーク蒸発式成膜装置
６    アーク蒸発源
７    ターゲットカソード
８    シールド板
９    磁石
１０    電力供給手段
１１    直流電源
１２    高電圧発生装置
１２ａ  一方の出力端子
１２ｂ  他方の出力端子
１３    切換えスイッチ
１４    電流センサ
２５    真空チャンバ
６０    （従来の）アーク蒸発源
６２    ターゲットカソード
６４    直流電源
６５    トリガー電極
【図１】
2004300552.tif 000003
【図２】
2004300552.tif 000004