(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空アーク放電に用いられる陰極部材であって、
粒界が存在しないガラス状炭素からなり、蒸発面の算術平均粗さＲａが８．６μｍ以下である、陰極部材。
【請求項２】
請求項１に記載の陰極部材であって、
次の式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが１２．２以上である、陰極部材。
【数１】
0006414404.tif 000009
ここで、前記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の陰極部材であって、
柱状部分を有する、陰極部材。
【請求項４】
請求項３に記載の陰極部材であって、
前記柱状部分は、中心軸に垂直な断面が円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状、又は環状をなす、陰極部材。
【請求項５】
真空容器と、
前記真空容器に取り付けられる陰極部材を含むアーク式蒸発源と、
を備え、
前記陰極部材は、ガラス状炭素からなり、次の式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが１２．２以上である、プラズマ装置。
【数２】
0006414404.tif 000010
ここで、前記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ装置であって、
前記陰極部材は、粒界が存在しないガラス状炭素からなり、蒸発面の算術平均粗さＲａが８．６μｍ以下である、プラズマ装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のプラズマ装置であって、
前記陰極部材は、柱状部分を有する、プラズマ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ装置であって、
前記柱状部分は、中心軸に垂直な断面が円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状、又は環状をなす、プラズマ装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のプラズマ装置であって、さらに、
アークスポットが前記柱状部分の側面をスパイラル状に移動するように磁界を発生させる磁界発生手段、
を備える、プラズマ装置。
【請求項１０】
請求項５から９のいずれか１項に記載のプラズマ装置であって、さらに、
前記真空容器内に配置される基材を保持するための保持部材、
を備えており、
当該プラズマ装置は、真空アーク蒸着装置である、プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空アーク放電用の陰極部材、及びこれを用いたプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空アーク放電に用いられる様々な電極部材が知られている。例えば、特許文献１には、アーク放電による合金鋼の製造に用いられる黒鉛電極について記載されている。特許文献１では、当該黒鉛電極について、シミュレーションにより性能評価を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０９１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、真空アーク放電に用いられる陰極部材として、ガラス状炭素からなるものがある。ガラス状炭素からなる陰極部材は、粒界を有しない。このため、ガラス状炭素からなる陰極部材を用いれば、パーティクルが発生しないスパークレス放電を行うことができる。
【０００５】
しかしながら、ガラス炭素からなる陰極部材は、放電点弧した際、例えば急激な温度上昇等により、瞬時に粉砕してしまうことがある。また、放電点弧後、アークスポットが陰極部材以外の部分に移動することがある。この場合、真空アーク放電を継続することができなくなったり、スパークレス放電を継続することができなくなったりする。
【０００６】
そこで、本発明は、安定したスパークレス放電を継続することが可能な陰極部材、及びこれを用いたプラズマ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、真空アーク放電に用いられる陰極部材であって、ガラス状炭素からなり、蒸発面の算術平均粗さＲａが１５．４μｍよりも小さい。
【０００８】
上記陰極部材は、蒸発面の算術平均粗さＲａが１５．４μｍよりも小さい。このため、真空アーク放電の際、陰極部材以外の部分へのアークスポットの移動が抑制される。よって、上記陰極部材によれば、安定したスパークレス放電を継続することが可能となる。
【０００９】
本発明の他の実施形態に係るプラズマ装置は、真空容器と、真空容器に取り付けられる陰極部材を含むアーク式蒸発源と、を備える。陰極部材は、ガラス状炭素からなり、次の式（１）で表される熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい。
【数１】
0006414404.tif 000002
【００１０】
ここで、上記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。
【００１１】
上記プラズマ装置では、熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい陰極部材が用いられている。よって、真空アーク放電の際に急激な温度上昇が生じ、大きな熱応力が発生した場合であっても、陰極部材が粉砕しにくい。このため、上記プラズマ装置によれば、スパークレス放電の安定継続を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ装置に用いられるアーク式蒸発源の斜視図である。
【図３】図３は、図１に示すプラズマ装置に用いられるアーク式蒸発源の側面図である。
【図４】図４は、図２に示すアーク式蒸発源のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図５は、真空アーク放電試験後における比較例１の陰極部材を示す写真である。
【図６】図６は、真空アーク放電試験後における実施例１−１の陰極部材を示す写真である。
【図７】図７は、真空アーク放電試験後における実施例２−２に係る陰極部材を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一又は相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。
【００１４】
［プラズマ装置の構成］
図１に示すように、本実施形態に係るプラズマ装置１００は、真空容器１と、保持部材２と、アーク式蒸発源３と、永久磁石４とを備える。プラズマ装置１００は、さらに、電源５，６と、トリガ電極７と、抵抗８とを備えている。なお、説明の便宜上、プラズマ装置１００において、図１に示すようにｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を定義する。
【００１５】
（真空容器）
真空容器１は、接地ノードＧＮＤに接続される。真空容器１は、排気口１１を有する。排気装置（図示略）が真空容器１内の空気を排気口１１から排出させることにより、真空容器１内が減圧される。
【００１６】
（保持部材）
保持部材２は、真空容器１に取り付けられる。保持部材２は、真空容器１内に配置される基材２１を保持する。基材２１は、保持部材２に対して動かないように固定されていてもよいし、プラズマ装置１００の使用者の操作等に応じて向きを変更できるように保持部材２に取り付けられていてもよい。
【００１７】
（アーク式蒸発源）
アーク式蒸発源３は、真空容器１に取り付けられる。アーク式蒸発源３は、台座３１と、陰極部材３２と、バッキングプレート３３とを含む。
【００１８】
台座３１は、略円板状をなす。台座３１の一方の面は、バッキングプレート３３に取り付けられる。台座３１の他方の面は、真空容器１内の基材２１に向いている。以下、説明の便宜上、台座３１の両面のうち基材２１に向いている面を、台座３１の上面という。
【００１９】
図２に示すように、台座３１の直径Ｒ１は、例えば６４ｍｍとすることができる。台座３１の高さＨ１は、例えば２０ｍｍとすることができる。台座３１は、特に限定されるものではないが、例えば焼結体グラファイトからなる。
【００２０】
陰極部材３２は、台座３１及びバッキングプレート３３を介して、真空容器１に取り付けられている。図２から図４に示すように、陰極部材３２は、柱状をなす。より具体的には、陰極部材３２は、中実の円柱状をなす。つまり、陰極部材３２において、中心軸に垂直な断面（ｘ−ｙ平面に沿う断面）は、円形状をなす。
【００２１】
陰極部材３２は、例えば、直径Ｒ２が３ｍｍ、高さＨ２が１０ｍｍの円柱状とすることができる。ただし、陰極部材３２の直径Ｒ２及び高さＨ２は適宜変更することができる。例えば、真空アーク放電の継続時間等に応じて、陰極部材３２の高さＨ２を調整してもよい。
【００２２】
本実施形態における「柱状」は、中実の柱状だけでなく、パイプ等の中空の柱状（筒状）を含む概念である。「柱状」とは、例えば、中心軸に垂直な断面が円形状、楕円形状、多角形状、角部に丸みを付けた多角形状、又は環状をなす形状をいう。「環状」には、円環状、楕円環状、多角環状、及び角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角環状が含まれる。よって、陰極部材３２は、本実施形態のような円柱状の他、例えば、楕円柱状、多角柱状、又は角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角柱状とすることもできるし、円筒状、楕円筒状、多角筒状、又は角部に丸み（Ｒ取り）を付けた多角筒状とすることもできる。
【００２３】
陰極部材３２は、軸方向に沿って径の大きさが変化してもよい。例えば、陰極部材３２は、台座３１側から先端に向かって径が小さくなる円錐状又は楕円錐状であってもよいし、台座３１側から先端に向かって段階的に径が小さくなっていてもよい。
【００２４】
本実施形態では、陰極部材３２全体が柱状部分であるが、陰極部材３２の一部が柱状部分であってもよい。つまり、陰極部材３２の一部が円柱状、楕円柱状、円筒状、又は楕円筒状等であってもよい。
【００２５】
陰極部材３２は、ガラス状炭素からなる。ガラス状炭素は、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を焼成、炭素化することにより製造される。ガラス状炭素は、構造的にガラス状であり、粒界が存在しない。粒界が存在しないという理由から、陰極部材３２は、導電性のダイヤモンドからなっていてもよい。
【００２６】
ガラス状炭素からなる陰極部材３２は、粒界を有しないため、アーク放電中に原子状のカーボンを放出する。つまり、陰極部材３２を用いることにより、パーティクルが発生しないスパークレス放電を生じさせることができる。なお、本実施形態において、パーティクルとは、サイズが５ｎｍ〜数μｍであるカーボンの粒をいう。
【００２７】
ガラス状炭素には、グラッシーカーボン（glassy carbon）、アモルファスカーボン、非晶質カーボン、非定形炭素、無定形炭素、非黒鉛化炭素、及びvitreous carbon等が含まれる。ガラス状炭素の具体例として、日清紡ケミカル製のガラス状カーボン、又は東海カーボン製のグラッシーカーボン等を挙げることができる。
【００２８】
陰極部材３２の熱衝撃抵抗Ｒは、好ましくは７．９より大きく、より好ましくは１２．２以上である。熱衝撃抵抗Ｒは、次の式（１）で定義される。下記式（１）において、σは曲げ強度［ＭＰａ］、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、αは熱膨張率［／１０６Ｋ］、Ｅはヤング率［ＧＰａ］である。
【数１】
0006414404.tif 000003
【００２９】
陰極部材３２は、アーク放電の際に陰極物質の蒸発が生じる蒸発面を有する。陰極部材３２の蒸発面の表面粗度（算術平均粗さＲａ）は、１５．４μｍよりも小さいことが好ましく、８．６μｍ以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、円柱状の陰極部材３２の側面（外周面）が主な蒸発面である。つまり、陰極部材３２の側面の算術平均粗さＲａは、好ましくは１５．４μｍよりも小さく、より好ましくは８．６μｍ以下である。
【００３０】
陰極部材３２の先端面の表面粗度は、特に限定されるものではない。つまり、陰極部材３２において、先端面の表面粗度は、側面の表面粗度よりも大きくすることもできるし、小さくすることもできる。陰極部材３２において、先端面の表面粗度は、側面の表面粗度と同等であってもよい。
【００３１】
図１に示すように、バッキングプレート３３は、真空容器１の壁部に固定される。上述したように、バッキングプレート３３には台座３１が固定される。
【００３２】
なお、真空容器１には、アーク式蒸発源３とは別にＥＢ蒸発源やスパッタ源等が取り付けられていてもよい。
【００３３】
（永久磁石）
図１に示すように、永久磁石４は、真空容器１の外部において、アーク式蒸発源３に近接して配置される。より具体的には、永久磁石４は、アーク式蒸発源３の背面（バッキングプレート３３の表面）近傍に設けられている。
【００３４】
永久磁石４は、略環状をなす。永久磁石４は、アーク式蒸発源３と同心となるよう配置される。永久磁石４は、例えば、アーク式蒸発源３に近い方の面がＮ極であり、アーク式蒸発源３から遠い方の面がＳ極である。ただし、永久磁石４の磁極の配置は特に限定されるものではない。例えば、永久磁石４において、アーク式蒸発源３に近い方の面をＳ極、アーク式蒸発源３から遠い方の面をＮ極としてもよい。
【００３５】
本実施形態では、永久磁石４が「磁界発生手段」に相当する。ただし、永久磁石４以外のものを「磁界発生手段」として使用してもよい。例えば、「磁界発生手段」は、コイルに通電することで磁界を発生させる電磁石であってもよい。
【００３６】
（電源）
電源５は、保持部材２と接地ノードＧＮＤとの間に配置される。電源５は、保持部材２及び接地ノードＧＮＤに接続される。電源５は、保持部材２を介して基材２１に負の電圧を印加する。
【００３７】
電源６は、アーク式蒸発源３と接地ノードＧＮＤとの間に配置される。電源６は、アーク式蒸発源３及び接地ノードＧＮＤに接続される。電源６は、フィードスルー９を介してアーク式蒸発源３に負の電圧を印加する。
【００３８】
（トリガ電極）
トリガ電極７は、例えばモリブデン（Ｍｏ）からなる。トリガ電極７は、その一部が真空容器１内に配置され、他の部分が真空容器１の外部に配置される。トリガ電極７は、抵抗８を介して接地ノードＧＮＤに接続される。トリガ電極７は、往復駆動装置（図示略）によって陰極部材３２に接触させられる。トリガ電極７は、往復駆動装置（図示略）によって陰極部材３２から離反する。
【００３９】
（抵抗）
抵抗８は、トリガ電極７と接地ノードＧＮＤとの間に配置される。抵抗８は、アーク電流がトリガ電極７に流れるのを抑制する。
【００４０】
（その他）
プラズマ装置１００は、所定の機能を有するガスを真空容器１内に供給するガス供給手段（図示略）をさらに備えていてもよい。所定の機能を有するガスは、放電を安定化させたり、カーボン化合物薄膜を生成したり、これらの薄膜の応力を制御したりするためのガスであってもよい、このようなガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、アルゴン等の希ガスや窒素ガス等を挙げることができる。
【００４１】
また、所定の機能を有するガスは、カーボン薄膜の例えば抵抗率といった電気的な特性を制御するためのガスであってもよい。このようなガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ジボランやフォスフィン等を挙げることができる。なお、本発明においては、微量であってもカーボン以外の元素を導入されたカーボン薄膜もカーボン化合物薄膜の範疇に入るものとする。
【００４２】
［プラズマ装置の動作］
次に、上述のように構成されたプラズマ装置１００の動作について説明する。本実施形態では、プラズマ装置１００を用いたカーボン薄膜の生成について説明する。つまり、本実施形態に係るプラズマ装置１００は、真空アーク蒸着装置として機能する。ただし、プラズマ装置１００は、真空アーク蒸着装置でなくてもよく、例えばカーボンナノチューブやフラーレン等、膜以外のものの生成に用いることもできる。この場合、プラズマ装置１００は、基材２１を保持するための保持部材２を備えていなくてもよい。
【００４３】
まず、台座３１をバッキングプレート３３に取り付けるとともに、陰極部材３２を台座３１に取り付ける。このようにして組み立てられたアーク式蒸発源３を真空容器１に取り付ける。また、基材２１を保持部材２に保持させる。
【００４４】
次に、排気口１１を介して真空容器１内を排気し、真空容器１内を所望の圧力まで減圧する。
【００４５】
さらに、電源５によって基材２１に負の電圧（例えば、−１０Ｖ〜−３００Ｖ）を印加する。また、電源６によってアーク式蒸発源３に負の電圧（例えば、−１５Ｖ〜−５０Ｖ）を印加する。
【００４６】
そして、往復駆動装置（図示略）を駆動し、トリガ電極７を陰極部材３２に接触させる。その後、往復駆動装置（図示略）により、トリガ電極７を陰極部材３２から離反させる。これにより、真空容器１と陰極部材３２との間でアーク放電が開始される。なお、この時点では、基材２１と陰極部材３２との間に配置されているシャッター（図示略）が閉じている。
【００４７】
アーク放電により、まず、アークスポットが陰極部材３２の先端面、あるいは先端面と側面とを接続するエッジ部分に現れる。アークスポットは、アーク放電の陰極点であり、強く発光する。アークスポットでは、陰極物質の蒸発が発生する。なお、アーク放電が発生している間、ガス供給手段（図示略）により、上述したような所定の機能を有するガスを真空容器１内に供給してもよい。
【００４８】
その後、基材２１と陰極部材３２との間のシャッター（図示略）を開けると、カーボン薄膜が基材２１上に生成される。カーボン薄膜には、アモルファスカーボン薄膜、ダイヤモンドライクカーボン薄膜、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜、非晶質硬質炭素薄膜、及び硬質炭素薄膜が含まれるものとする。
【００４９】
上述した通り、プラズマ装置１００には永久磁石４が設けられており、この永久磁石４が、アーク式蒸発源３の軸方向及び径方向に向かう磁界を生じさせる。つまり、陰極部材３２が延びる方向の磁界と、陰極部材３２側から台座３１の周縁部に向かう磁界とが発生する。この磁界により、アークスポットは陰極部材３２の側面を移動する。より具体的には、アークスポットは、陰極部材３２の先端側から台座３１側に向かって、陰極部材３２の側面をスパイラル状に移動する。
【００５０】
所定時間が経過した後、シャッターが閉じられ、プラズマ装置１００を用いたカーボン薄膜の生成が終了する。
【００５１】
［実施形態の効果］
以上のように、本実施形態に係るプラズマ装置１００に用いられる陰極部材３２は、ガラス状炭素からなるため、粒界を有しない。よって、陰極部材３２を用いれば、パーティクルが発生しないスパークレス放電を生じさせることができる。一方、陰極部材３２は、熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きいため、真空アーク放電の際に急激な温度上昇が生じ、大きな熱応力が発生した場合であっても粉砕しにくい。したがって、陰極部材３２を用いることにより、安定したスパークレス放電の継続を期待することができる。
【００５２】
上記実施形態に係る陰極部材３２の蒸発面の算術平均粗さＲａは、１５．４μｍよりも小さい。よって、アークスポットが陰極部材３２以外の部分に移動するのを抑制することができる。その結果、安定したスパークレス放電を継続することができる。
【００５３】
上記実施形態に係る陰極部材３２は、柱状部分を有する。より詳細には、陰極部材３２は、円柱状をなす。また、プラズマ装置１００では、永久磁石４によって、陰極部材３２の周囲には磁界が発生している。このような構成により、アークスポットは、陰極部材３２の側面（蒸発面）をスパイラル状に移動することができる。よって、アークスポットが陰極部材３２以外の部分に移動することが抑制され、スパークレス放電をより安定して継続することが可能となる。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５５】
図１に示すプラズマ装置１００を使用し、複数種類の陰極部材について真空アーク放電試験を行った。当該真空アーク放電試験では、ロータリポンプ及びターボ分子ポンプ等の排気装置（図示略）によって真空容器１内を９．９×１０−３Ｐａまで真空排気し、アーク電流８０Ａの設定で各陰極材料に放電点弧した後、放電状況の確認を行った。詳細な試験条件を表１に示す。
【００５６】
【表１】
0006414404.tif 000004
【００５７】
表１における軸方向磁場Ｂｚ及び半径方向磁場Ｂｒは、ガウスメータ（Lake Shore社製，410-SCT型）を用いて、各陰極部材の先端位置で測定した値である。
【００５８】
［実施例１］
プラズマ装置１００を使用し、表１に示す試験条件で、４種類の陰極部材（比較例１、実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３）それぞれについて真空アーク放電試験を行った。比較例１、実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の陰極部材は、ガラス状炭素からなり、略同一寸法の円柱状である。実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の各陰極部材は、上記実施形態に係る陰極部材３２に相当する。
【００５９】
各陰極部材の曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、ヤング率Ｅ、及び熱衝撃抵抗Ｒを表２に示す。表２に示す各陰極部材の曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、及びヤング率Ｅは、いずれも２０℃〜３０℃程度における値である。表２に示す各熱衝撃抵抗Ｒは、曲げ強度σ、熱伝導率λ、熱膨張率α、及びヤング率Ｅの値を用いて、上述の式（１）により算出したものである。
【００６０】
【表２】
0006414404.tif 000005
【００６１】
実施例１の真空アーク放電試験の結果を表３に示す。比較例１、実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の陰極部材それぞれについて真空アーク放電試験を３回ずつ実施したところ、３回とも同一の結果となった。
【００６２】
【表３】
0006414404.tif 000006
【００６３】
比較例１の陰極部材は、放電点弧後、瞬時に粉砕して放電が停止した。真空アーク放電試験後における比較例１の陰極部材を図５に示す。比較例１の陰極部材は、熱衝撃抵抗Ｒが７．９と低く、放電点弧した際の急激な温度上昇に耐えることができなかったため、放電点弧後、瞬時に粉砕する結果となった。
【００６４】
一方、熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の陰極部材では、安定したスパークレス放電が発生した。したがって、陰極部材の熱衝撃抵抗Ｒが７．９よりも大きい場合、スパークレス放電が安定して継続することがわかる。
【００６５】
実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３については、安定したスパークレス放電が４０秒に亘って継続したことを確認した後、強制消弧した。強制消弧後、真空容器１を大気開放して各陰極部材の確認を行った。
【００６６】
実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の陰極部材は、いずれも側面にスパイラル状の放電痕跡が残っていた。この点から、真空アーク放電中、実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の陰極部材の側面をアークスポットがスパイラル状に移動したことがわかる。つまり、実施例１−１、実施例１−２、及び実施例１−３の陰極部材は、陰極部材以外の部分へのアークスポットの移動を抑制していると評価することができる。図６は、真空アーク放電試験後における実施例１−１の陰極部材の写真である。
【００６７】
［実施例２］
プラズマ装置１００を使用し、表１に示す試験条件で、４種類の陰極部材（実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、実施例２−４、及び比較例２）それぞれについて真空アーク放電試験を行った。実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、実施例２−４、及び比較例２の陰極部材は、ガラス状炭素からなり、略同一寸法の円柱状である。実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、及び実施例２−４の各陰極部材は、上記実施形態に係る陰極部材３２に相当する。
【００６８】
各陰極部材の側面の表面粗度を表４に示す。表４には、実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、実施例２−４、及び比較例２の陰極部材それぞれについて、側面の算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｍａｘが示されている。
【００６９】
【表４】
0006414404.tif 000007
【００７０】
表４における算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｍａｘは、表面粗さ測定機（ミツトヨ社製，Surftest211型）により、各陰極部材の側面を測定した値である。
【００７１】
実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、実施例２−４、及び比較例２の陰極部材それぞれについて、真空アーク放電試験を３回ずつ実施した。実施例２の真空アーク放電試験の結果を表５に示す。
【００７２】
【表５】
0006414404.tif 000008
【００７３】
比較例２の陰極部材は、３回の真空アーク放電試験の全てにおいて、放電点弧後、アークスポットが瞬時に台座３１へと移動した。比較例２の陰極部材は、側面の表面粗度が（算術平均粗さＲａ）が１５．４μｍと大きく、側面において放電の起点となる凸部が多く又は大きいことを示している。このため、比較例２の陰極部材を用いた真空アーク放電では、アークスポットが陰極部材の側面の凸部を次々と飛ぶように移動し、放電点弧後、アークスポットが瞬時に台座３１へと移動したと考えられる。
【００７４】
一方、表面粗度（算術平均粗さＲａ）が１５．４μｍよりも小さい実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、及び実施例２−４の陰極部材では、安定したスパークレス放電を発生させることができた。実施例２−２及び実施例２−３の陰極部材では、３回の真空アーク放電試験全てで安定したスパークレス放電が発生した。実施例２−１及び実施例２−４の陰極部材では、３回の真空アーク放電試験のうち２回で安定したスパークレス放電が発生した。
【００７５】
このような結果から、陰極部材の側面（蒸発面）の算術平均粗さＲａが１５．４μｍよりも小さい場合、スパークレス放電を安定して継続させ得ることがわかる。同様に、陰極部材の側面（蒸発面）の最大高さＲｍａｘが７８．７μｍよりも小さい場合、安定したスパークレス放電を継続可能と評価することができる。
【００７６】
実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、及び実施例２−４の陰極部材を使用した真空アーク放電試験において、アークスポットが瞬時に台座３１に移動しなかった場合は、スパークレス放電が４０秒に亘って継続したことを確認した後、強制消弧した。強制消弧後、真空容器１を大気開放して各陰極部材の確認を行った。
【００７７】
実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、及び実施例２−４の陰極部材のうち、スパークレス放電が４０秒に亘って継続したものについては、いずれも側面にスパイラル状の放電痕跡が残っていた。この点から、各陰極部材の側面をアークスポットがスパイラル状に移動し、陰極部材以外の部分へのアークスポットの移動が抑制されていることがわかる。図７は、真空アーク放電試験後における実施例２−２の陰極部材の写真である。
【符号の説明】
【００７８】
１００    プラズマ装置
１        真空容器
２        保持部材
２１      基材
３        アーク式蒸発源
３２      陰極部材
４        永久磁石（磁界発生手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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