(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のアノード電極と、
中心軸線を前記アノード電極の中心軸線と略一致させ、当該アノード電極内部に配置された柱状の蒸着材料と、
前記蒸着材料の周囲に配置された筒状の絶縁部材と、
前記絶縁部材の周囲に配置された筒状のトリガ電極とを有し、
前記トリガ電極と前記蒸着材料の間で発生したトリガ放電によって、前記アノード電極内壁面と前記蒸着材料との間にアーク放電を誘起させ、
前記蒸着材料から放出された微小粒子を前記アノード電極の開放口から放出させる同軸型真空アーク蒸着源であって、
前記蒸着材料の前記アノード電極の開放口側の端面が、前記絶縁部材の前記アノード電極の開放口側の端面に対して第１の凹み基準値だけ凹むように配置されるとともに、前記トリガ電極の前記アノード電極の開放口側の端面が、前記絶縁部材の前記アノード電極の開放口側の端面に対して第２の凹み基準値だけ凹むように配置され、
前記第１の凹み基準値が、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である同軸型真空アーク蒸着源。
【請求項２】
前記第２の凹み基準値が、０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１記載の同軸型真空アーク蒸着源。
【請求項３】
前記第２の凹み基準値が、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項２記載の同軸型真空アーク蒸着源。
【請求項４】
真空槽内に請求項１乃至３のいずれか１項記載の同軸型真空アーク蒸着源が設けられている蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着装置に関し、特に、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属薄膜や誘電体材料の薄膜は、半導体装置や液晶表示装置に用いられており、このような薄膜は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等によって成膜される。
これらの薄膜形成方法のうち、膜厚制御性に優れ、高品質の薄膜を形成できることから、近年では同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来の同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の全体構成を示す断面図である。
図５に示すように、この蒸着装置１０１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽１０２を有している。
この真空槽１０２内の底壁には、同軸型真空アーク蒸着源１０３が配置され、さらに真空槽１０２内の天井側には、基板ホルダ１０４によって保持された基板１０５が配置されている。
【０００４】
同軸型真空アーク蒸着源１０３は、開放口１６０が基板ホルダ１０４に向けられた円筒形形状のアノード電極１０６を有しており、このアノード電極１０６の内部の空間には、カソード電極となる蒸着材料１０７が設けられている。
この蒸着材料１０７は、金属やカーボン等の薄膜材料を用いて円柱形状に形成されたもので、金属製の基台１１０に電気的に接続された状態で、その中心軸線がアノード電極１０６の中心軸線と一致するように配設されている。
【０００５】
ここで、蒸着材料１０７は、円筒形形状の絶縁部材１０８の内周面に接触した状態で先端部分が突出するように挿入固定され、この蒸着材料１０７の突出する部分の外周面が、アノード電極１０６の内周面と対向するように構成されている。
【０００６】
さらに、絶縁部材１０８は、円筒形形状の金属からなるトリガ電極１０９の内周面に接触するように挿入固定され、さらにトリガ電極１０９と基台１１０との間に絶縁碍子１１１が設けられており、これによりトリガ電極１０９は、蒸着材料１０７に対して電気的に絶縁された状態になっている。
【０００７】
一方、真空槽１０２の外部には、トリガ電源１１２、アーク電源１１３及びコンデンサユニット１１４を有する放電電源１１５が配置されている。
【０００８】
ここで、トリガ電源１１２とアーク電源１１３の負電位側の端子は、それぞれ基台１１０に共通に接続されている。他方、トリガ電源１１２の正電位側の端子は、トリガ電極１０９に接続され、またアーク電源１１３の正電位側の端子は、アノード電極１０６に接続されている。
【０００９】
このような蒸着装置１０１では、真空槽１０２内を真空排気し、蒸着材料１０７に負電圧を印加するとともに、トリガ電極１０９に正のパルス電圧を印加してトリガ放電を発生させると、蒸着材料１０７がカソード電極になり、アノード電極１０６と蒸着材料１０７との間にアーク放電が誘起され、蒸着材料１０７を構成する粒子が放出される。そして、この粒子を基板１０５に導くことにより、基板１０５上に薄膜を形成することができる。
【００１０】
しかし、このような従来技術においては、アーク放電の回数が多くなると、蒸着材料１０７が溶融して絶縁部材１０８の上面、すなわち、アノード電極１０６の開放口１６０側の端面１０８ａに付着し、これにより蒸着材料１０７とトリガ電極１０９とが短絡してしまい、その結果、アーク放電が発生しなくなるおそれがある。
【特許文献１】特開２００１−１１６０６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、蒸着材料及びトリガ電極間の短絡を防止して安定したアーク放電を行うことができる同軸型真空アーク蒸着源及びこれを用いた蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、筒状のアノード電極と、中心軸線を前記アノード電極の中心軸線と略一致させ、当該アノード電極内部に配置された柱状の蒸着材料と、前記蒸着材料の周囲に配置された筒状の絶縁部材と、前記絶縁部材の周囲に配置された筒状のトリガ電極とを有し、前記トリガ電極と前記蒸着材料の間で発生したトリガ放電によって、前記アノード電極内壁面と前記蒸着材料との間にアーク放電を誘起させ、前記蒸着材料から放出された微小粒子を前記アノード電極の開放口から放出させる同軸型真空アーク蒸着源であって、前記蒸着材料の前記アノード電極の開放口側の端面が、前記絶縁部材の前記アノード電極の開放口側の端面に対して第１の凹み基準値だけ凹むように配置されるとともに、前記トリガ電極の前記アノード電極の開放口側の端面が、前記絶縁部材の前記アノード電極の開放口側の端面に対して第２の凹み基準値だけ凹むように配置され、前記第１の凹み基準値が、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であるものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の凹み基準値が、０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であるものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第２の凹み基準値が、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であるものである。
請求項４記載の発明は、真空槽内に請求項１乃至３のいずれか１項記載の同軸型真空アーク蒸着源が設けられている蒸着装置である。
【００１３】
本発明の場合、蒸着材料のアノード電極の開放口側の端面が、絶縁部材のアノード電極の開放口側の端面に対して第１の凹み基準値だけ凹むように配置されていることから、蒸着材料が溶融した場合であっても、絶縁部材のアノード電極の開放口側の端面に蒸着材料が付着することが抑制され、これにより蒸着材料及びトリガ電極間が短絡せず安定したアーク放電を行うことができる。
【００１４】
また、トリガ電極のアノード電極の開放口側の端面が、絶縁部材のアノード電極の開放口側の端面に対して第２の凹み基準値だけ凹むように配置されていることから、仮にアノード電極の開放口側に吹き飛んだ蒸着材料の液滴が絶縁部材の端面に付着した場合であっても、蒸着材料とトリガ電極間の電気的絶縁が保持されるためトリガ放電の発生を維持することができる。
そして、上述した同軸型真空アーク蒸着源を真空槽内に設けた蒸着装置によれば、安定してアーク放電を生じさせて基板上に蒸着を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蒸着材料及びトリガ電極間の短絡を防止して安定したアーク放電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る蒸着装置の実施の形態の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態の蒸着装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽２を有している。
【００１７】
ここで、真空槽２内の底壁には、後述する同軸型真空アーク蒸着源３が配置され、さらに真空槽２内の天井側には、基板ホルダ４によって保持された基板５が配置されている。
【００１８】
同軸型真空アーク蒸着源３は、円筒形形状のアノード電極６を有し、その開放口６０（以下「アノード開放口６０」という）が基板ホルダ４に向けられている。そして、アノード電極６の内部の空間には、カソード電極となる蒸着材料７が設けられている。
蒸着材料７は、金属やカーボン等の薄膜材料を用いて円柱形状に形成され、金属製の基台１０に電気的に接続された状態で取り付けられている。
【００１９】
ここで、蒸着材料７は、その中心軸線がアノード電極６の中心軸線と一致するように配置されている。
蒸着材料７の周囲には、円筒形形状の絶縁性材料（例えばＡｌ2Ｏ3等）からなる絶縁部材８が蒸着材料７と接触するように配設されている。
【００２０】
そして、蒸着材料７のアノード開放口６０側の端面７ａが、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａに対して後述する第１の凹み基準値Ｄ1だけ凹むように絶縁部材８に挿入固定されている。
【００２１】
さらに、絶縁部材８の周囲には、円筒形形状の金属からなるトリガ電極９が絶縁部材８と接触するように設けられるとともに、トリガ電極９と基台１０との間には絶縁碍子１１が設けられており、これによりトリガ電極９は、蒸着材料７に対して電気的に絶縁された状態になっている。
【００２２】
この場合、トリガ電極９のアノード開放口６０側の端面９ａが、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａに対して後述する第２の凹み基準値Ｄ2だけ凹むように配置されている。
【００２３】
一方、真空槽２の外部には、トリガ電源１２、アーク電源１３及びコンデンサユニット１４を有する放電電源１５が配置されている。
ここで、トリガ電源１２とアーク電源１３の負電位側の端子は、それぞれ基台１０に共通に接続されている。
【００２４】
他方、トリガ電源１２の正電位側の端子は、トリガ電極９に接続され、またアーク電源１３の正電位側の端子は、アノード電極６に接続されている。
【００２５】
図２は、本発明における蒸着材料、絶縁部材及びトリガ電極の寸法関係を示す説明図、図３は、本発明における放電後の状態を示す断面図である。
本発明の場合、特に限定されることはないが、アノード電極６及び蒸着材料７間においてアーク放電を確実に発生させる観点からは、蒸着材料７のアノード開放口６０側の端面７ａと、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａとの距離、すなわち、第１の凹み基準値Ｄ1が、０ｍｍ≦Ｄ1≦１．０ｍｍとなるように構成することが好ましく、より好ましくは、０．５ｍｍ≦Ｄ1≦１．０ｍｍである。
【００２６】
また同様に、特に限定されることはないが、アノード電極６及び蒸着材料７間においてアーク放電を確実に発生させる観点からは、トリガ電極９のアノード開放口６０側の端面９ａと、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａとの距離、すなわち、第２の凹み基準値Ｄ2が、０ｍｍ≦Ｄ2≦１．０ｍｍとなるように構成することが好ましく、より好ましくは、０．５ｍｍ≦Ｄ2≦１．０ｍｍである。
なお、本発明は、絶縁部材８として、円筒部分の肉厚が０．３〜１．０ｍｍのものを用いた場合に特に好適となるものである。
【００２７】
以上述べた本実施の形態によれば、蒸着材料７のアノード開放口６０側の端面が７ａ、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａに対して第１の凹み基準値Ｄ1だけ凹むように配置されていることから、蒸着材料７が溶融した場合であっても、溶融した蒸着材料７は、図３に示すように、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａに付着せず凹部内に留まるため、蒸着材料７及びトリガ電極９間が短絡せず安定したアーク放電を行うことができる。
【００２８】
また、トリガ電極９のアノード開放口６０側の端面９ａが、絶縁部材８のアノード開放口６０側の端面８ａに対して第２の凹み基準値Ｄ2だけ凹むように配置されていることから、仮に蒸着材料７の液滴がアノード開放口６０側に吹き飛び、絶縁部材８の端面８ａに付着した場合であっても、蒸着材料７とトリガ電極９間の電気的絶縁が保持されるためトリガ放電の発生を維持することができる。
【００２９】
そして、上述した同軸型真空アーク蒸着源３を真空槽２内に設けた本実施の形態の蒸着装置１によれば、安定してアーク放電を生じさせて基板５上に蒸着を行うことができる。
【００３０】
図４は、本発明に係る同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の他の実施の形態の全体構成を示す断面図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分については、同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３１】
上記実施の形態では、蒸着材料７は固体状態のものを想定しているが、本発明によれば、室温で液相の材料（水銀）や、熱が少し加わるだけですぐ液相になる材料（ガリウム、セシウム、鉛、インジューム）、放電継続中に表面が液化するもの（亜鉛、カドミウム）等の材料も成膜することが可能になる。
【００３２】
そして、このような材料を用いて確実に蒸着を行うため、本実施の形態の蒸着装置１Ａにおいては、蒸着材料７Ａを収容するカソード容器１６から液化した材料が漏れることがないようにシールするようにしている。
【００３３】
図４に示すように、本実施の形態においては、例えば絶縁部材８と周囲のカソード容器１６の外枠部分１６ａとの間、また、この外枠部分１６ａと締結部材１８との間に、耐熱性を有するＯリング１９を設けている。
【００３４】
また、成膜中の蒸着材料７Ａの飛び散りを防止するため、カソード容器１６の基部１６ｂに接続する電流導入端子２０は熱伝導の良い例えば銅によって作製し、この電流導入端子２０を、真空槽２の外部において水冷ブロック２１に密着固定するようにしている。この水冷ブロック２１は、熱伝導の良い例えば銅によって作製され、その内部を冷却水２２が循環できるように構成されている。
【００３５】
このような構成を有する本実施の形態によれば、室温で液相の材料や、熱が少し加わるだけですぐ液相になる材料、更には放電継続中に表面が液化する材料について、安定してアーク放電を発生させて基板５上に蒸着を行うことができる。
その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例について比較例とともに説明する。
図１に示す装置において、低融点材料の錫（融点：２３２℃）を用い、圧力１０-4Ｐａ〜１０-5Ｐａで、放電条件として、コンデンサ容量が２２００μＦ、放電電圧が５０Ｖ、放電周波数が１Ｈｚの下、成膜を行った。
【００３７】
この場合、上述した第１及び第２の凹み基準値Ｄ1、Ｄ2を変化させて蒸着材料とトリガ電極とが短絡するまでのアーク放電の回数を計測した。その結果を表１及び表２に示す。
【００３８】
【表１】
0004725969.tif 000002
【００３９】
ここでは、第１の凹み基準値Ｄ1について、−１．０ｍｍ、０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍとし、一方、第２の凹み基準値Ｄ2は０ｍｍとした。
【００４０】
【表２】
0004725969.tif 000003
【００４１】
ここでは、第１の凹み基準値Ｄ1を０ｍｍとし、第２の凹み基準値Ｄ2について、−１．０ｍｍ、０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍとした。
【００４２】
表１及び表２から明らかなように、第１の凹み基準値Ｄ1及び第２の凹み基準値Ｄ2のそれぞれについて、０ｍｍ〜１．０ｍｍに設定した場合に実用的な回数の放電を行うことができた。
一方、第１の凹み基準値Ｄ1及び第２の凹み基準値Ｄ2のそれぞれが、０ｍｍ〜１．０ｍｍを超えた場合には、いずれも実用的な放電を行うことができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の実施の形態の全体構成を示す断面図
【図２】本発明における蒸着材料、絶縁部材及びトリガ電極の寸法関係を示す説明図
【図３】本発明における放電後の状態を示す断面図
【図４】本発明に係る同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の他の実施の形態の全体構成を示す断面図
【図５】従来の同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の全体構成を示す断面図
【符号の説明】
【００４４】
１……蒸着装置  ２……真空槽  ３……同軸型真空アーク蒸着源  ６……アノード電極  ７……蒸着材料  ７ａ……端面  ８……絶縁部材  ８ａ……端面  ９……トリガ電極  ９ａ……端面  ６０……アノード電極の開放口
【図１】
0004725969.tif 000004
【図２】
0004725969.tif 000005
【図３】
0004725969.tif 000006
【図４】
0004725969.tif 000007
【図５】
0004725969.tif 000008