(57)【要約】【課題】最適な放電条件を維持できる同軸型アーク蒸着源を提供する。【解決手段】電流導入端子１７が設けられる端子取付プレート２３を真空槽１０の固定フランジ１１に固定せず、調節部材２７を固定フランジ１１に固定し、この調節部材２７に端子取付プレート２３を取り付ける。ポート部１４の長さが変わった場合でも、最適な長さの調節部材２７を用いることで、カソード電極６先端と基板ステージ１３の間の距離ＴＳを一定値に維持することができる。カソード電極６と電流導入端子１７との間の配線の長さも替えないで済む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード台座と、
前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、
前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、
前記カソード電極に対し、絶縁された状態で固定されたトリガ電極と、
前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源であって、
一端に取付部が配置され、他端にフランジ部が配置された調節部材を有し、
前記取付部は、前記端子取付プレートの前記アノード台座が位置する側とは反対側の面に対して着脱可能に構成され、
前記フランジ部は、当該同軸型真空アーク蒸着源が取り付けられるべき真空槽に対して着脱可能に構成された同軸型真空アーク蒸着源。
【請求項２】
前記取付部と前記端子取付プレートの間と、前記フランジ部と前記真空槽との間は気密に密着可能に構成された請求項１記載の同軸型真空アーク蒸着源。
【請求項３】
前記端子取付プレートには、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子が気密に設けられ、
前記カソード電極と前記トリガ電極は、前記電流導入端子にそれぞれ接続された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の同軸型真空アーク蒸着源。
【請求項４】
真空槽と請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の同軸型真空アーク蒸着源とを有し、
前記同軸型真空アーク蒸着源は、真空槽内に挿通され、前記真空槽に設けられた固定フランジと、前記フランジ部とが気密に密着された真空蒸着装置。
【請求項５】
アノード台座と、
前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に対し、絶縁部材を介してて固定されたトリガ電極と、前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源を真空槽に固定し、前記真空槽内に配置された基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
異なる長さの前記調節部材を用意し、
前記真空槽に応じて前記調節部材を交換し、前記カソード電極と前記基板との間を所望距離に設定して薄膜を形成する薄膜形成方法。
【請求項６】
前記端子取付プレートに、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子を気密に設け、
前記カソード電極をカソード配線によって前記電流導入端子に接続し、
前記調節部材を交換しても、前記端子と前記カソード電極との間の配線の長さが変わらないようにする請求項５記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸着装置の技術分野にかかり、特に、同軸型真空アーク蒸着源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２の符号１３１は、真空蒸着装置であり、真空槽１１０と、該真空槽１１０内に配置された従来の同軸型真空アーク蒸着源１３２とを有している。
【０００３】
真空槽１１０は、真空槽１１０の一部である細長のポート部１１４を有しており、該ポート部１１４の端部には、固定フランジ１１１が設けられている。
【０００４】
同軸型真空アーク蒸着源１３２は、ポート部１１４内に配置され、後述するように固定フランジ１１１に取り付けられている。
【０００５】
同軸型真空アーク蒸着源１３２の構成を説明すると、この同軸型真空アーク蒸着源１３２は、円盤状のアノード台座１０１と円筒状のアノード電極１０２を有している。アノード台座１０１の外周部分とアノード電極１０２の端部の内周面にはネジ部が設けられており、アノード電極１０２の端部がアノード台座１０１にネジ止め固定されている。
【０００６】
アノード台座１０１の中央位置には、アルミナ製のスリーブ碍子１０４が固定されており、このスリーブ碍子１０４には、カソード取付台座１０３が固定されている。
【０００７】
カソード取付台座１０３の先端には、絶縁円筒１２１を介してカソード電極１０６が取り付けられている。カソード電極１０６とカソード取付台座１０３との間は、この絶縁円筒１２１によって電気的に絶縁されている。
【０００８】
絶縁円筒１２１には、円筒形状のトリガ電極１０９が配置されている。トリガ電極１０９とカソード電極１０６の間、及びトリガ電極１０９とカソード取付台座１０３との間は絶縁ワッシャ１０７によって電気的に絶縁されている。
【０００９】
アノード台座１０１は、サポート１１８によって、取付フランジ１１５に固定されている。
【００１０】
同軸型アーク蒸着源１３２は、その取付フランジ１１５が真空槽１１１の外部に配置された状態で、取付フランジ１１５と固定フランジ１１１とが、互いに気密に固定されており、カソード電極１０６と、アノード電極１０２と、トリガ電極１０９とは、ポート部１１４内に位置するように構成されている。
【００１１】
取付フランジ１１５には二個の電流導入端子１１７、１１９が設けられている。各電流導入端子１１７、１１９には、トリガ配線１０５とカソード配線１１６とがそれぞれ挿通されている。真空槽１１０の外部には、電源装置１１２が配置されており、トリガ配線１０５により、トリガ電極１０９は電源装置１１２に接続され、カソード配線１１６により、カソード電極１０６は電源装置１１２に接続されている。
また、取付フランジ１１５には、グランド端子１２０が接続されている。
【００１２】
アノード電極１０２とアノード台座１０１とは真空槽１１０と電気的に接続されており、グランド端子１２０を接地電位に接続すると、アノード電極１０２とアノード台座１０１と真空槽１１０とは、取付フランジ１１５を介して接地電位に接続される。
【００１３】
上記構成の真空蒸着装置１３１において、真空槽１１０内を所定圧力まで真空排気し、アノード電極１０２を接地電位に接続した状態で電源装置１１２を動作させ、カソード電極１０６に負電圧を印加し、トリガ電極１０９に、カソード電極１０６対して正電圧を印加するとトリガ電極１０９とカソード電極１０６との間にトリガ放電が生じ、トリガ電極１０９から放出された蒸着材料の粒子によってアノード電極１０２内の圧力が上昇し、アノード電極１０３とトリガ電極１０９の間にアーク放電が誘起される。電源装置１１２内にはコンデンサが設けられており、アーク放電によって流れるアーク電流は、そのコンデンサの放電によって供給される。
【００１４】
アーク電流がトリガ電極１０９を流れるとトリガ電極１０９が部分的に蒸発し、トリガ電極１０９から蒸着材料の粒子が多量に放出される。
【００１５】
アーク電流はカソード取付台座１０３とカソード配線１１６とを流れ、磁界を形成する。
【００１６】
それによって生じた磁界により、電子や蒸着材料の粒子中に含まれる微小荷電粒子がアーク電流が流れる方向とは逆方向に曲げられ、アノード電極１０２の開口から放出される。
【００１７】
微小粒子が飛行する方向には、成膜対象の基板を保持する基板ステージ１１３が配置されており、微小粒子が基板ステージ１１３上の基板の表面に到達すると、薄膜が成長する。
【００１８】
他方、カソード電極１０６から放出された蒸着材料の微小粒子のうち、中性粒子や質量の大きな荷電粒子は磁界から受けるローレンツ力が小さいため、アノード電極１０２の壁面に衝突し、そこに付着してアノード電極１０２の外部には放出されない。従って、微小な粒子だけが基板ステージ１１３上の基板に到達し、緻密な膜が形成される。
【００１９】
このような成膜装置１３１では、薄膜成長速度や使用可能な基板の大きさは、アーク電流を供給するコンデンサの容量や、カソード電極１０６の先端部分と基板表面との間の距離ＴＳに依存する（ＴＳは、正確にはカソード電極１０６先端と基板ステージ１１３との間の距離を示している。）。
【００２０】
また、カソード電極１０６の寿命を長くするためには、カソード電極１０６に最適な大きさの電力を投入する必要があり、そのためにもコンデンサの容量や距離ＴＳの大きさは重要であり、最適な容量に対し、最適な距離ＴＳが存在する。
【００２１】
例えば、電源装置１１２内のコンデンサ容量が２２００μＦの場合は、１０ｃｍ〜２５ｃｍが最適な距離ＴＳである。
【００２２】
同軸型アーク蒸着源１３２は、取付フランジ１１５上に組み立てた状態で用意されており、カソード電極１０６が消耗したり、異なる種類の蒸着材料によって成膜を行う場合などは、取付フランジ１１５を含む全体を交換している。
【００２３】
しかしながら真空蒸着装置１３１が異なると、ポート部１１４の長さやコンデンサの容量が変わるため、取付フランジ１１５からカソード電極１０６の先端までの長さＬが一種類では対応することができない。
【００２４】
逆に、色々な長さのポート部１１４に対応するため、各ポート部１１４の長さに応じた長Ｌの同軸型アーク蒸着源１３２を用意し、距離ＴＳを一定にして成膜することも可能である。
【００２５】
しかしながら、その場合は、異なる長さＬを持つ同軸型アーク蒸着源１３２毎にカソード取付台座１０３と電流導入端子１１７の間の長さが変わってしまい、アーク電流が流れる経路のインピーダンス、特にコンデンサとカソード電極１０６の間のインピーダンスが異なる結果、アーク電流が流れる期間や流れ始めのタイミングが変わり、アーク電流の最大値も変化してしまう。
そのため、成膜速度や微小荷電粒子の到達範囲が変わってしまう。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、最適な放電条件を維持できる同軸型アーク蒸着源と、その同軸型アーク蒸着源を用いた真空蒸着装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、アノード台座と、前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に対し、絶縁された状態で固定されたトリガ電極と、前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源であって、一端に取付部が配置され、他端にフランジ部が配置された調節部材を有し、前記取付部は、前記端子取付プレートの前記アノード台座が位置する側とは反対側の面に対して着脱可能に構成され、前記フランジ部は、当該同軸型真空アーク蒸着源が取り付けられるべき真空槽に対して着脱可能に構成された同軸型真空アーク蒸着源である。
請求項２記載の発明は、前記取付部と前記端子取付プレートの間と、前記フランジ部と前記真空槽との間は気密に密着可能に構成された請求項１記載の同軸型真空アーク蒸着源である。
請求項３記載の発明は、前記端子取付プレートには、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子が気密に設けられ、前記カソード電極と前記トリガ電極は、前記電流導入端子にそれぞれ接続された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の同軸型真空アーク蒸着源である。
請求項４記載の発明は、真空槽と請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の同軸型真空アーク蒸着源とを有し、前記同軸型真空アーク蒸着源は、真空槽内に挿通され、前記真空槽に設けられた固定フランジと、前記フランジ部とが気密に密着された真空蒸着装置である。
請求項５記載の発明は、アノード台座と、前記アノード台座に取り付けられた筒状のアノード電極と、前記アノード電極の内側に配置され、前記アノード台座に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に対し、絶縁部材を介してて固定されたトリガ電極と、前記アノード台座を支持する端子取付プレートとを有する同軸型真空アーク蒸着源を真空槽に固定し、前記真空槽内に配置された基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、異なる長さの前記調節部材を用意し、前記真空槽に応じて前記調節部材を交換し、前記カソード電極と前記基板との間を所望距離に設定して薄膜を形成する薄膜形成方法である。
請求項６記載の発明は、前記端子取付プレートに、該端子取付プレートを貫通する電流導入端子を気密に設け、前記カソード電極をカソード配線によって前記電流導入端子にそれぞれ接続し、前記調節部材を交換しても、前記端子と前記カソード電極との間の配線の長さが変わらないようにする請求項５記載の薄膜形成方法である。
【００２８】
本発明は上記のように構成されており、端子取付プレートとアノード台座を固定し、それとは別に、調節部材を設け、調節部材の長さを調節することで、カソード電極と基板との間の距離ＴＳを変更可能にした。
【００２９】
調節部材を交換し、距離ＴＳを変更した場合であっても、カソード電極と電流導入端子の間の距離は変わらない。従って、距離ＴＳばかりでなく、アノード電流が流れる経路のインピーダンスを一定にすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１の符号３１は、真空蒸着装置であり、真空槽１０と、該真空槽１０内に配置された従来の同軸型真空アーク蒸着源３２とを有している。
真空槽１０は、真空槽１０の一部である細長のポート部１４を有しており、該ポート部１４の端部には、固定フランジ１１が設けられている。
【００３１】
同軸型真空アーク蒸着源３２は、ポート部１４内に配置され、後述するように固定フランジ１１に取り付けられている。
同軸型真空アーク蒸着源３２の構成を説明すると、同軸型真空アーク蒸着源３２は、調節部材２７と、端子取付プレート２３と、アノード台座１と、アノード電極２とを有している。
アノード台座１は円盤状であり、その外周部分にはネジが設けられている。
【００３２】
アノード電極２は、内径約φ３０ｍｍの円筒形であり、一端部の内周面にネジが設けられ、その部分にアノード台座１がはめ込まれ、ネジ止め固定されている。
【００３３】
アノード台座１の中央位置には、アルミナ製のスリーブ碍子４が固定されており、このスリーブ碍子４には、カソード取付台座３が挿通されている。カソード取付台座３は、スリーブ碍子４を介してアノード台座１に固定されている。
【００３４】
カソード取付台座３の先端には、絶縁円筒２１を介してカソード電極６が取り付けられている。カソード電極６とカソード取付台座３との間は、この絶縁円筒２１によって電気的に絶縁されている。
【００３５】
カソード電極６は、蒸着材料が成形され、先端が、直径１０ｍｍ、長さ５ｍｍ〜１０ｍｍの柱状に成形されており、カソード電極６の中心軸線はアノード電極２の中心軸線と一致するように配置されている。
【００３６】
また、カソード電極６はの長さは、その先端がアノード電極２の筒内側に位置する長さにされている。
【００３７】
アノード電極２の内径は、カソード電極６の外形よりも大きくなっており、カソード電極６とアノード電極２の間には一定距離（ここでは１０ｍｍ）の間隔が開けられている。
【００３８】
絶縁円筒２１には、ステンレスから成り、円筒形状のトリガ電極９が配置されている。トリガ電極９とカソード電極６の間、及びトリガ電極９とカソード取付台座３との間は絶縁ワッシャ７によって電気的に絶縁されている。
【００３９】
アノード台座１の底面には、サポート１８によって、端子取付プレート２３が固定されている。
【００４０】
端子取付プレート２３には、二個の電流導入端子１７、１９が設けられている。電流導入端子１７、１９には、トリガ配線５とカソード配線１６とがそれぞれ挿通されている。真空槽１０の外部には、電源装置１２が配置されており、トリガ電極９は、トリガ配線５によって電源装置１２に接続され、カソード電極６はカソード配線１６によって電源装置１２に接続されている。なおトリガ配線５はステンレス製であり、アルミナの被覆８で覆われている。
【００４１】
また、端子取付プレート２３には、グランド端子２０が接続されており、このグラウンド端子２０が接地電位に接続されると、アノード電極２は、真空槽１０と共に接地電位に接続されるように構成されている。
端子取付プレート２３の底面には、調節部材２７が配置されている。
【００４２】
調節部材２７は、フランジ部１５と、支柱２４と、取付部２５とで構成されており、フランジ部１５と支柱２４と取付部２５とは一体構成であり、支柱２４によって取付部２５が、フランジ部１５から一定距離だけ離間するように構成されている。
【００４３】
調節部材２７は、フランジ部１５が固定フランジ１１に取り付けられており、取付部２５は端子取付プレート２３に固定されている。その状態では、カソード電極６やトリガ電極９はポート部１４の内部に位置しており、それらはカソード電極６やトリガ電極９は、アノード台座１と、サポート１８と、端子取付プレート２３及び調節部材２７を介して真空槽１０に固定されている。
【００４４】
上記構成の真空蒸着装置３１の動作も、従来技術の真空蒸着装置１３１の動作と同じであり、真空槽１０内を所定圧力まで真空排気し、アノード電極２を接地電位に接続した状態で電源装置１２を動作させ、カソード電極６とトリガ電極９との間にトリガ放電を発生させ、アーク放電を誘起させると、電源装置１２内に配置されたコンデンサＣからアーク電流が供給され、そのアーク電流によってカソード電極９を構成する蒸着材料物質が放出され、真空槽１０内に配置された基板ステージ１３上の基板の表面に微小粒子が到達し、薄膜が形成される。
【００４５】
カソード電極６に印加される電圧は−１００Ｖ、トリガ電極９に印加される電圧は、約３．４ｋＶである。
【００４６】
コンデンサＣの容量は２２００μＦであり、アーク電流は５０μｓ〜１００μｓの間流れる。アーク電流の尖塔電流値は、約１２００〜１４００Ａ程度である。
【００４７】
コンデンサＣの負電圧側の端子と電流導入端子１７間を結ぶケーブルの長さは５０ｍｍであり、正電圧側の端子とグラウンド端子２０を結ぶケーブルの長さは５０から１００ｃｍの間である。
【００４８】
図１の符号Ｌは、取付プレート２３の底面からカソード電極６の先端部までの長さであり、符号ａは、固定フランジ１１の端部から取付プレート２３の底面までの長さ、即ち、調節部材２７の長さである。
【００４９】
フランジ部１５と固定フランジ１１の間は着脱可能に構成されており、従って、フランジ部１５と固定フランジ１１との間の固定状態を解除し、調節部材２７をポート部１４から引き出すと、アノード台座１上のカソード電極６やトリガ電極９は、調節部材２７と一緒にポート部１４から引き出される。
【００５０】
調節部材２７と取付プレート２３の間は着脱可能に構成されており、支柱２４の長さが異なる調節部材に交換すると、電流導入端子１７からカソード電極６までのインピーダンスを替えることなく、距離ａを変更することができる。
【００５１】
アノード電流を供給するコンデンサＣは、電流導入端子１７、２０間に近接して接続することができるので、ポート部１４の外部のインピーダンスは無視することができる。
【００５２】
従って、長さの異なる調節部材２７に交換すると、カソード電極６先端と基板との間の距離を変更し、インピーダンスを悪化させることなく、距離ＴＳを最適値１０ｃｍ〜２５ｃｍにして成膜することができる。
【００５３】
図１の符号３１は、ガスケットやオーリング等の真空シール部材であり、調節部材２７と固定フランジ１１の間、及び調節部材２７と端子取付プレート２３の間は、真空シール部材３１によって気密に密着されている。電流導入端子１７、１９は、端子取付プレート２３に気密に取り付けられており、従って、真空槽１０内を真空排気したときに、同軸型真空アーク蒸着源３２の構成部品や同軸型真空アーク蒸着源３２とポート部１４との間から大気が侵入しないようになっている。
【００５４】
なお、上記は調節部材２７を交換することで長さを調節していたが、支柱２４の長さが伸縮できるように構成してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
取付フランジにカソード用の電流導入端子やトリガ用の電流導入端子を装備せず、別個に設けることで、真空槽の取付ポートの長さと無関係にカソード用の電流導入端子とカソード取付台座との間の配線を一定保つことができる。
【００５６】
また、カソード電極の先端部から基板ステージまでの長さを最適な距離の範囲に設定するために取付フランジから取付プレートまでの長さを変えてあわせる。それにより、端子取付プレートからカソード取付台座までの配線の長さを最適な同じ長さに保つことができるため、放電形態を最適な同じ状態に保っておくことができる。また、カソード電極の先端部分から基板ステージまでの距離ＴＳを最適な大きさに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同軸型真空アーク蒸着源とそれを用いた真空蒸着装置の一例
【図２】従来技術の同軸型真空アーク蒸着源とそれを用いた真空蒸着装置
【符号の説明】
１……アノード台座
２……アノード電極
６……カソード電極
９……トリガ電極
１０……真空槽
１５……フランジ部
１６……カソード配線
１７、１９……電流導入端子
２３……端子取付プレート
２５……取付部
２７……調節部材
３１……真空蒸着装置
３２……同軸型真空アーク蒸着源
【図１】
2004292830.tif 000003
【図２】
2004292830.tif 000004