(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、真空アーク放電によって陰極から陰極物質を蒸発させるアーク式蒸発源と、このアーク式蒸発源の前記陰極とそれに対する陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に前記陰極を負極側にして接続されたアーク電源とを備え、前記真空容器内において前記陰極物質を基材に蒸着する装置であって、前記アーク式蒸発源が、前記陰極とは絶縁されていて当該陰極の側方の周囲を覆うシールド板と、このシールド板と前記陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に接続された抵抗器とを有する真空アーク蒸着装置において、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記シールド板に流れる電流を計測する電流計測器と、この電流計測器で計測した電流が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記比較手段を能動化する制御手段とを備える絶縁診断装置を設けたことを特徴とする真空アーク蒸着装置。
【請求項２】
真空容器と、真空アーク放電によって陰極から陰極物質を蒸発させるアーク式蒸発源と、このアーク式蒸発源の前記陰極とそれに対する陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に前記陰極を負極側にして接続されたアーク電源とを備え、前記真空容器内において前記陰極物質を基材に蒸着する装置であって、前記アーク式蒸発源が、前記陰極とは絶縁されていて当該陰極の側方の周囲を覆うシールド板と、このシールド板と前記陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に接続された抵抗器とを有する真空アーク蒸着装置において、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記シールド板と陽極または陽極を兼ねる真空容器との間の電圧を計測する電圧計測器と、この電圧計測器で計測した電圧が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記比較手段を能動化する制御手段とを備える絶縁診断装置を設けたことを特徴とする真空アーク蒸着装置。
【請求項３】
真空容器と、真空アーク放電によって陰極から陰極物質を蒸発させるアーク式蒸発源と、このアーク式蒸発源の前記陰極とそれに対する陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に前記陰極を負極側にして接続されたアーク電源とを備え、前記真空容器内において前記陰極物質を基材に蒸着する装置であって、前記アーク式蒸発源が、前記陰極とは絶縁されていて当該陰極の側方の周囲を覆うシールド板と、このシールド板と前記陽極または陽極を兼ねる前記真空容器との間に接続された抵抗器とを有する真空アーク蒸着装置において、前記陰極と前記シールド板との間の抵抗を計測する抵抗計測器と、この抵抗計測器で計測した抵抗が基準値よりも小さいときに異常検出信号を出力する比較手段と、前記陰極を前記アーク電源側と前記抵抗計測器側とに切り換えるスイッチとを備える絶縁診断装置を設けたことを特徴とする真空アーク蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空アーク放電によって陰極（カソード）物質を蒸発させるアーク式蒸発源を有していて、当該陰極物質を基材に蒸着させて薄膜を形成する真空アーク蒸着装置に関し、より具体的には、そのアーク式蒸発源の陰極とその周囲に配置されたシールド板との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の真空アーク蒸着装置の従来例を図４に示す。真空排気装置４によって真空排気される真空容器２内に、基材３０を保持するホルダ３２が設けられており、このホルダ３２上の基材３０に向くように、この例では真空容器２の側壁部に、アーク式蒸発源１０が取り付けられている。この例のアーク式蒸発源１０は、以下に詳述するけれども、その陰極１２と、陽極を兼ねる真空容器２との間の真空アーク放電によって、陰極１２を溶解させてそこから陰極物質１４を蒸発させる。１６はフランジ、２０は絶縁物である。陰極１２と真空容器２との間には、前者を負極側にして直流のアーク電源２４が接続されている。真空容器２は通常は接地されている。
【０００３】
ホルダ３２上の基材３０には、通常は、直流のバイアス電源３６から、例えば−数十Ｖ〜−１０００Ｖ程度の負のバイアス電圧が印加される。３４は絶縁物である。また、基材３０に対する成膜の均一性を良好にするために、基材３０を保持したホルダ３２を、矢印Ｂ方向またはその逆方向に回転させる場合もある。
【０００４】
真空容器２内には、例えばガス導入口６から、通常はガス８が導入される。このガス８は、例えば、基材３０の表面に化合物薄膜を形成する場合は陰極物質１４と反応する反応性ガス（例えば窒素ガス）、あるいは基材３０の表面に陰極物質１４単独の金属薄膜を形成する場合は陰極物質１４と反応しない不活性ガス（例えばアルゴンガス）、等である。
【０００５】
アーク放電によって蒸発された陰極物質１４の一部はイオン化しており、このイオン化した陰極物質１４は、負のバイアス電圧が印加された基材３０に引き付けられて衝突すると共に、反応性ガスを導入している場合はそれと化合し、基材３０の表面に密着性の高い薄膜が形成される。これによって、基材３０の表面に、例えば、ＴiＮ、ＣrＮ等の耐摩耗性に優れた化合物薄膜や、Ｔi 、Ｃr 等の
金属薄膜を形成することができる。
【０００６】
上記アーク式蒸発源１０の詳細例を図５に示す。このアーク式蒸発源１０は、前述した陰極１２と、それを支持する非磁性金属製のフランジ１６と、その背面に取り付けられたアーク状態制御用の磁石（例えば永久磁石）１８とを有しており、これらは絶縁物２０を介して非磁性金属製の取付板４２に取り付けられており、この取付板４２は絶縁物４４を介して真空容器２に取り付けられている。陰極１２と真空容器２との間には、フランジ１６を経由して、前述したアーク電源２４から、例えば数十Ｖ程度の直流電圧が印加される。
【０００７】
フィードスルー５０を介して取付板４２を貫通する軸４８の先端部に、アーク点弧用のトリガ電極４６が取り付けられている。このトリガ電極４６は、駆動装置５２によって、矢印Ａのように陰極１２の前後方向に駆動される。軸４８ひいてはトリガ電極４６と真空容器２との間には、アーク点弧時の電流制限用の抵抗器３８が接続されている。この抵抗器３８の値は、例えば１Ω〜数十Ω程度である。
【０００８】
陰極１２の側方の周囲には、アークを広げるために、即ち陰極１２とそれからある程度離れたところの陽極兼用の真空容器２との間でアーク放電を持続させるために、環状のシールド板２６が陰極１２を取り囲むように配置されており、このシールド板２６によって陰極１２の側方の周囲を覆っている。このシールド板２６は、陰極１２に対して電気的に絶縁されており、陰極１２との間には隙間２５があけられている。このシールド板２６は、導電性の支柱２７および電流制限用の抵抗器２８を介して真空容器２に接続されている。このシールド板２６も、この例では、磁石１８の磁界を乱すのを避けるために、非磁性の金属から成る。抵抗器２８の値は、例えば１Ω〜数十Ω程度である。
【０００９】
トリガ電極４６を駆動装置５２によって移動させて、アーク電源２４から直流電圧を印加している陰極１２と接触させた後に離すと、トリガ電極４６と陰極１２との間に火花が生じ、これが引金となって初めは陰極１２とシールド板２６との間にアーク放電が生じるけれども、抵抗器２８によってシールド板２６に流れる電流が制限されるため、すぐにアーク放電は陰極１２と陽極兼用の真空容器２との間の放電に移行して広がり、この両者間でアーク放電が持続し、それによって陰極１２の表面が溶解されて陰極物質１４が蒸発する。アーク放電が陰極１２と真空容器２間に移行した後は、トリガ電極４６には電流は流れなくなる。
【００１０】
なお、アーク式蒸発源１０用の陽極を真空容器２とは別に設ける場合もあり、その場合は、前記アーク電源２４の正極、抵抗器２８および抵抗器３８は当該陽極に接続され、真空容器２は通常は接地される（図６参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記陰極１２とシールド板２６との間に陰極物質１４やゴミ等の導電性の付着物が付着していたり、シールド板２６の固定が不十分でこのシールド板２６と陰極１２とが接触したりしていて、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと、アーク放電が陰極面で、即ち陰極１２と真空容器２との間で正常に発生せず、蒸着が正常に行えないことがある。このことが、長時間をかけて真空容器２内の真空排気を行った後の蒸着を始めるときになって初めて明らかになると、真空容器２内を再び大気圧に戻してアーク式蒸発源１０の上記絶縁不良箇所の修復を行わなければならず、時間的損失が大きくなってしまう。
【００１２】
これを避けるために従来は、真空容器２内の真空排気を行う前に毎回、作業者がテスターやメガー等を利用して、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁状態のチェックを行っていた。このような方法は、絶縁チェックに人手がかかるため、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化を図る場合の障害になる。また、作業者による絶縁チェックでは時間がかかるため、生産性が低下する。特に、アーク式蒸発源１０を複数台設けている場合や、大型の真空容器２で高い場所や作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源１０が配置されている場合等においては、絶縁チェックに特に多くの時間を要するので、生産性の低下は大きい。
【００１３】
そこでこの発明は、上記のようなアーク式蒸発源の陰極とシールド板との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができるようにすることを主たる目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る真空アーク蒸着装置の一つは、前記真空容器内の圧力を計測する真空計と、前記シールド板に流れる電流を計測する電流計測器と、この電流計測器で計測した電流が０よりも大きいときに異常検出信号を出力する比較手段と、前記真空計で計測した圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上の条件下で、前記アーク電源から電圧を出力させると共に前記比較手段を能動化する制御手段とを備える絶縁診断装置を設けたことを特徴としている（請求項１）。
【００１５】
上記構成によれば、制御手段による制御によって、真空容器内の圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上のときに、アーク電源からアーク式蒸発源の陰極に電圧を印加すると共に、比較手段を能動化することができる。このとき陰極とシールド板間の絶縁が保たれていないと、シールド板に幾らかの（即ち０よりも大きい）電流が流れるので、それが比較手段によって検出され、当該比較手段から異常検出信号が出力される。これによって、アーク式蒸発源の陰極とシールド板間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００１６】
上記のような絶縁診断を、真空容器内の圧力が１〜３Ｔｏｒｒ以上のときに行うようにしているのは、そのような圧力下では真空アーク放電が持続しないので、絶縁診断時に仮に導電性の付着物等によって陰極とシールド板間で火花が発生しても、これが種となって陰極とシールド板や真空容器との間でアーク放電が発生し持続することを防止することができるからである。
【００１７】
シールド板に流れる電流の代わりに、シールド板と、陽極または陽極を兼ねる真空容器との間の電圧によって（請求項２）、または陰極とシールド板間の抵抗そのものによって（請求項３）、陰極とシールド板間の絶縁不良を検出するようにしても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および絶縁診断装置周りの一例を示す断面図である。図４および図５の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。真空アーク蒸着装置全体としての構成は、例えば先に図４を参照して説明したものと同じであるので、ここでは重複説明を省略する。
【００１９】
この実施の形態では、シールド板２６に流れる電流Ｉによってその絶縁診断を行う絶縁診断装置６０ａを設けている。この絶縁診断装置６０ａは、前記真空容器２内の圧力Ｐを計測する真空計６２と、前記抵抗器２８に直列に接続されていて当該抵抗器２８を経由して前記シールド板２６に流れる電流Ｉを計測する電流計測器６８と、この電流計測器６８で計測した電流Ｉと所定の基準値Ｅ1 （この例では０Ａ）とを比較して当該電流Ｉが基準値Ｅ1 すなわち０よりも大きいときに異常検出信号Ｓを出力する比較器６６ａと、真空計６２で計測した圧力Ｐが数（１〜３）Ｔｏｒｒ以上の条件下で、▲１▼前記アーク電源２４に電圧出力指令Ｃ1 を与えて当該アーク電源２４から電圧を出力させて陰極１２に電圧を印加すると共に、▲２▼前記比較器６６ａに比較指令Ｃ2 を与えて当該比較器６６ａを能動化して前記比較を行わせる機能を有する制御回路６４ａとを備えている。
【００２０】
真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上のときに、制御回路６４ａから上記指令Ｃ1 およびＣ2 を出して絶縁診断を行うようにしているのは、そのような圧力下では真空アーク放電が持続しないので、絶縁診断時に仮に導電性の付着物等によって陰極１２とシールド板２６間で火花が発生しても、これが種となって陰極１２とシールド板２６や真空容器２との間でアーク放電が発生し持続することを防止することができ、基材３０に対する不本意な成膜を防止することができるからである。上記数Ｔｏｒｒ以上の圧力の内でも、大気圧が最も簡単で好ましいと言える。
【００２１】
上記絶縁診断装置６０ａによれば、制御回路６４ａによる制御によって、真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上（例えば大気圧）のときに、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に、比較器６６ａを能動化して比較を行わせることができる。このとき、陰極１２とシールド板２６との間に導電性の付着物が付着している、あるいはシールド板２６が陰極１２に接触している等によって、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと（即ち絶縁が正常時より悪化していると）、アーク電源２４から陰極１２を経由してシールド板２６に幾らかの（即ち０よりも大きい）電流Ｉが流れる。例えば、上記アーク電源２４が、定常的なアーク放電時に陰極１２に、５０Ｖ、３０Ａの電力を供給することができるものの場合、上記絶縁診断時にシールド板２６には最大で３０Ａの電流Ｉが流れる。
【００２２】
そしてこの電流Ｉが電流計測器６８によって計測され、この計測された電流Ｉが比較器６６ａによって基準値Ｅ1 （ここでは０Ａ）と比較され、Ｉ＞０なのでこの比較器６６ａから異常検出信号Ｓが出力される。陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれている場合は、シールド板２６に流れる上記電流Ｉは０であるので、比較器６６ａから異常検出信号Ｓは出力されない。
【００２３】
上記のようにして、この絶縁診断装置６０ａによれば、アーク式蒸発源１０の陰極１２とシールド板２６との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。その結果、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化にも対応することができる。また、アーク式蒸発源１０を複数台有している場合や、例えば高所のような作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源１０が配置されている場合においても、絶縁チェックの時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【００２４】
なお、上記制御回路６４ａと同じ機能を有する制御手段および上記比較器６６ａと同じ機能を有する比較手段を、コンピュータを用いて構成しても良い（図２および図３の実施の形態における制御回路６４ｂおよび比較器６６ｂならびに制御回路６４ｃおよび比較器６６ｃについても同様）。
【００２５】
図２に示す実施の形態では、シールド板２６に加わる電圧Ｖによって絶縁診断を行う絶縁診断装置６０ｂを設けている。この絶縁診断装置６０ｂは、前記と同じ真空計６２と、前記抵抗器２８に並列に接続されていて当該抵抗器２８の両端の電圧Ｖ、即ちシールド板２６と真空容器２との間の電圧Ｖを計測する電圧計測器７０と、この電圧計測器７０で計測した電圧Ｖと所定の基準値Ｅ2 （ここでは０Ｖ）とを比較して当該電圧Ｖが基準値Ｅ2 すなわち０よりも大きいときに異常検出信号Ｓを出力する比較器６６ｂと、前記制御回路６４ａと同様の機能を有する制御回路６４ｂとを備えている。
【００２６】
この絶縁診断装置６０ｂによれば、制御回路６４ｂによる制御によって、真空容器２内の圧力Ｐが数Ｔｏｒｒ以上（例えば大気圧）のときに、アーク電源２４から陰極１２に電圧を印加すると共に、比較器６６ｂを能動化して比較を行わせることができる。このとき、陰極１２とシールド板２６との間に導電性の付着物が付着している、あるいはシールド板２６が陰極１２に接触している等によって、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと、陰極１２からシールド板２６に幾らかの（即ち０よりも大きい）電圧Ｖが加わる。例えば、上記アーク電源２４が、前述したように陰極１２に５０Ｖ、３０Ａの電力を供給することができるものの場合、上記絶縁診断時にシールド板２６には最大で５０Ｖの電圧Ｖが加わる。
【００２７】
そしてこの電圧Ｖが電圧計測器７０によって計測され、この計測した電圧Ｖが比較器６６ｂによって基準値Ｅ2 （ここでは０Ｖ）と比較され、Ｖ＞０なのでこの比較器６６ｂから異常検出信号Ｓが出力される。陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれている場合は、シールド板２６に加わる上記電圧Ｖは０であるので、比較器６６ｂから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、この絶縁診断装置６０ｂによっても、アーク式蒸発源１０の陰極１２とシールド板２６との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００２８】
図３に示す実施の形態では、陰極１２とシールド板２６との間の抵抗Ｒそのものによって絶縁診断を行う絶縁診断装置６０ｃを設けている。この絶縁診断装置６０ｃは、陰極１２とシールド板２６との間の抵抗Ｒを計測する抵抗計測器７２と、この抵抗計測器７２で計測した抵抗Ｒと所定の基準値Ｅ3 とを比較して当該抵抗Ｒが基準値Ｅ3 よりも小さいときに異常検出信号Ｓを出力する比較器６６ｃと、陰極１２を前記アーク電源２４側と抵抗計測器７２側とに切り換えるスイッチ７４とを備えている。スイッチ７４を設けているのは、アーク電源２４の抵抗が、陰極１２とシールド板２６間の絶縁診断に支障を来すのを避けるためである。
【００２９】
更にこの絶縁診断装置６０ｃでは、必須ではないけれども、▲１▼スイッチ７４にスイッチ切換指令Ｃ3 を与えて当該スイッチ７４を抵抗計測器７２側に切り換えると共に、▲２▼比較器６６ｃに比較指令Ｃ2 を与えて当該比較器６６ｃを能動化して前記比較を行わせる機能を有する制御回路６４ｃを設けている。
【００３０】
上記基準値Ｅ3 は、例えば、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が正常に保たれているときに、スイッチ７４を抵抗計測器７２側に切り換えた場合の、陰極１２につながる回路とシールド板２６につながる回路との間の抵抗に相当する値に設定しておけば良い。具体的には、数（１〜３）ＭΩに設定しておけば良い。
【００３１】
なお、この絶縁診断装置６０ｃでは、絶縁診断時にアーク電源２４から陰極１２に電圧を印加する必要はないので、真空容器２内の圧力がどのような場合でも絶縁診断を行うことができ、従って前述した真空計６２は不要である。
【００３２】
この絶縁診断装置６０ｃによれば、制御回路６４ｃによる制御によって、スイッチ７４を抵抗計測器７２側に切り換えると共に、比較器６６ｃを能動化して比較を行わせることができる。このとき、陰極１２とシールド板２６との間に導電性の付着物が付着している、あるいはシールド板２６が陰極１２に接触している等によって、陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれていないと、抵抗計測器７２で計測する抵抗Ｒは基準値Ｅ3 よりも小さくなり、比較器６６ｃから異常検出信号Ｓが出力される。例えば、シールド板２６が陰極１２に接触している場合は、抵抗計測器７２で計測する抵抗Ｒは数Ω以下になる。陰極１２とシールド板２６との間の絶縁が保たれている場合は、抵抗計測器７２で計測する抵抗Ｒは基準値Ｅ3 よりも大きいので、比較器６６ｃから異常検出信号Ｓは出力されない。このようにして、この絶縁診断装置６０ｃによっても、アーク式蒸発源１０の陰極１２とシールド板２６との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。
【００３３】
なお、比較器６６ｃを常に能動化しておいても、スイッチ７４をアーク電源２４側に切り換えている場合は、抵抗計測器７２の入力は開放となってそれで計測する抵抗Ｒは無限大近くになるので、比較器６６ｃから異常検出信号Ｓが出力されることはない。従って、外部からの信号等によって単にスイッチ７４を切り換えるだけで、上記絶縁診断を行うことも可能であり、従って、上記制御回路６４ｃを敢えて設けなくても良い。
【００３４】
図６に、アーク式蒸発源１０用の陽極７６を真空容器２とは別に設けた場合の実施の形態を示す。これは、図１に示した実施の形態に対応している。この場合、アーク電源２４の正極、抵抗器２８および抵抗器３８は陽極７６に接続され、真空容器２は通常は接地される。図２および図３に示した実施の形態についても同様である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、上記のような絶縁診断装置を設けたので、アーク式蒸発源の陰極とシールド板との間の絶縁不良を、人手を要することなく簡単に検出することができる。その結果、当該真空アーク蒸着装置の自動運転化にも対応することができる。また、アーク式蒸発源を複数台有している場合や、例えば高所のような作業者の手の届きにくい場所にアーク式蒸発源が配置されている場合においても、絶縁チェックの時間が短縮されるので、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および絶縁診断装置周りの一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および絶縁診断装置周りの他の例を示す断面図である。
【図３】この発明に係る真空アーク蒸着装置のアーク式蒸発源および絶縁診断装置周りの更に他の例を示す断面図である。
【図４】従来の真空アーク蒸着装置の一例を示す概略図である。
【図５】図４中のアーク式蒸発源周りの一例を示す断面図である。
【図６】アーク式蒸発源の陽極を真空容器とは別に設けた場合の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
２  真空容器
１０  アーク式蒸発源
１２  陰極
１４  陰極物質
２４  アーク電源
２６  シールド板
２８  抵抗器
３０  基材
３２  ホルダ
６０ａ〜６０ｃ  絶縁診断装置
６２  真空計
６４ａ〜６４ｃ  制御回路（制御手段）
６６ａ〜６６ｃ  比較器（比較手段）
６８  電流計測器
７０  電圧計測器
７２  抵抗計測器
７４  スイッチ
７６  陽極
【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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