(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内に設けた不活性ガスが流通する金属パイプの先端に筒形の高融点金属からなるホロー陰極を取り付け、該ホロー陰極と成膜材料を納めたハースとを直流電源を介して接続し、該ホロー陰極とハース間に放電を生じさせ、該ホロー陰極内からの熱電子により該成膜材料を蒸発させて基材に成膜を施す装置に於いて、該ホロー陰極の先端部を螺着自在の１５００℃でも溶融しない高融点金属パイプにて構成し、該高融点金属パイプの内部にLaB6からなる筒形パイプ状の熱電子放射体を設け、前記ホロー陰極を構成する前記高融点金属パイプの外周をアルミナの碍子を介して電位的に浮遊させた着脱自在のグラファイトからなる炭素カバーで覆い、該ホロー陰極の残部をアルミナからなる絶縁物で覆ったことを特徴とする成膜用ホロー陰極装置。
【請求項２】
上記ホロー陰極及び高融点金属パイプをTaにて形成すると共に上記炭素カバーをアルミナの碍子を介して該高融点金属パイプの外周に固定したことを特徴とする請求項１に記載の成膜用ホロー陰極装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材にホロー陰極放電を利用してイオンプレーティング法により薄膜を成膜するために使用されるホロー陰極装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、陽極と陰極を対向させたアーク放電の１種としてホロー陰極を使用したホロー陰極放電が知られており、成膜材料の蒸気をイオン化して基材に成膜するイオンプレーティング法の成膜に使用されている。その１例は図１に示す如くであり、真空処理室ａ内に引き込んだ不活性ガスが流通する金属パイプｂの先端にＬ字形のTa、Mo、Ｗ等の高融点金属からなるホロー陰極ｃを溶接により取り付け、該ホロー陰極ｃと金属等の成膜材料ｄを収めた銅製ハースｅとを直流電源ｆに接続し、真空ポンプｇを接続した真空排気管ｈを介して該真空処理室ａ内を真空排気したのち不活性ガスを導入し、直流電源ｆから該ホロー陰極ｃ及びハースｅに通電してその間にホロー陰極放電を発生させる。該ハースｅ内の成膜材料ｄはホロー陰極ｃの内部から放出される熱電子により加熱蒸発され、ホロー陰極放電によりイオン化されて支持台ｉに支持した上方の基材ｊに付着し、薄膜が形成される。該ホロー陰極ｃの寸法は、外径２０ｍｍ、内径１４ｍｍ、長さ２００ｍｍ程度で、その内部には比較的低温で多量に熱電子を放出するLaB6の円筒が装着される。
【０００３】
図示の例はハースｅ内に金属材料の成膜材料ｄを用意して金属酸化物の薄膜を形成する装置を示し、ガスノズルｋから基材ｊに向けて酸素ガスを噴射し、該基材ｊ上で金属蒸気と酸素ガスを反応させて成膜を行う。その反応効果を高めるため、該基材ｊをチムニーｌで覆い、反応温度を調整するための赤外線ヒーターｍが設けられる。図示の装置で形成される金属酸化物膜の例として、MgO、TiO2、ZrO2、SiO2等の誘電体材料、In2O3-SiO2（通称ITO）の透明導電材料、Al2O3等の絶縁材料がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
長時間に亘りアーク放電を継続すると蒸発材料が基材以外の部分、特にホロー陰極の外周面に厚く付着し、その付着形状が突起状になるとホロー陰極の先端ノズル部とハースの間で発生していた放電がその突起とハースとの間で発生するようになり、放電不安定になり、成膜速度も不安定になる。従来は、一定時間の成膜時間が経過すると、成膜を止めホロー陰極に付着した蒸着物を取り除くメンテナンスを行っていたが、完全に除去するには時間が掛かるため運転効率が低下し、付着物が残存すると短時間に放電不安定を生じて高品質の膜を形成できない不都合があった。
【０００５】
本発明は、メンテナンスを簡単且つ確実に行え、長時間安定した放電を得られて高速で高品質の成膜を行えるホロー陰極装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空処理室内に設けた不活性ガスが流通する金属パイプの先端に筒形の高融点金属からなるホロー陰極を取り付け、該ホロー陰極と成膜材料を納めたハースとを直流電源を介して接続し、該ホロー陰極とハース間に放電を生じさせ、該ホロー陰極内からの熱電子により該成膜材料を蒸発させて基材に成膜を施す装置に於いて、該ホロー陰極の先端部を螺着自在の１５００℃でも溶融しない高融点金属パイプにて構成し、該高融点金属パイプの内部にLaB6からなる筒形パイプ状の熱電子放射体を設け、前記ホロー陰極を構成する前記高融点金属パイプの外周をアルミナの碍子を介して電位的に浮遊させた着脱自在のグラファイトからなる炭素カバーで覆い、該ホロー陰極の残部をアルミナからなる絶縁物で覆ったことことにより、上記の目的を達成するようにした。該ホロー陰極及び高融点金属パイプをTaにて形成すると共に該炭素カバーをアルミナの碍子を介して該高融点金属パイプの外周に固定し、該ホロー陰極の残部の部分をアルミナで覆うことが有利である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明すると、図３は金属酸化膜を成膜する装置に適用した例を示し、同図に於いて符号１は真空ポンプ２に接続された真空排気管３を設けた真空処理室、４は該真空処理室１の上方に支持台５に支持して設けた成膜を施される基材、６は該基材４の下方にこれと対向して設けた銅製のハースを示す。該ハース６の内部には金属等の成膜材料７が収められ、該真空処理室１を内外に伸びて内部にＡｒガスが流通する金属パイプ８に、該成膜材料７に熱電子を照射してこれを加熱蒸発させるホロー陰極９が取り付けられる。１０はチムニー１１で囲まれた基材４に向けて酸素ガスを吹き出すガスノズルで、酸素ガスは赤外線ヒーター１２で温度調節された該基材４の表面でハース６から蒸発する金属蒸気と反応して金属酸化物の膜を形成する。該ホロー陰極９及びハース６には直流電源１３を接続し、該ホロー陰極９とハース６の間にアーク放電を発生させると、ホロー陰極９内に設けたLaB6から熱電子がハース６内の成膜材料７に向けて放射され、該成膜材料７が蒸発し、基材４が成膜される。
【０００８】
該ホロー陰極９はTa、Mo、Ｗ等の高融点金属で形成されるが、該ホロー陰極９の先端部に、図４に見られるようにネジ１４を形成してこれにTa等の高融点金属のパイプ１５をカートリッジ式の着脱自在に螺着し、該パイプ１５の内部にLaB6の円筒パイプ１６を設け、メンテナンスに際しては該ネジ１４を回して蒸発金属が付着した該高融点金属パイプ１５及びスパッタにより消耗した円筒パイプ１６を取り外し、別個に用意した新たな高融点金属パイプ１５及び円筒パイプ１６と交換して簡単にメンテナンスを終了できる。
【０００９】
ホロー陰極本体９ａの外周を、図５のように、アルミナ等の絶縁物１７で覆うことで、金属蒸発物がホロー陰極本体９ａの外周に付着することが防止でき、該絶縁物１７に付着しても付着箇所とハース６とのインピーダンスが∞であるため、付着箇所とハース間で放電は生じることがなく、ホロー陰極９の先端とハース６との間で放電を安定に発生させることができる。また、放電中は高融点金属パイプ１５とその内部の円筒パイプ１６が１５００℃に達するもので、この環境では該高融点金属パイプ１５をアルミナの絶縁物１７で覆うとTaの高融点金属パイプ１５と絶縁物１７とが反応を生じて好ましくない。そのため、高融点金属パイプ１５にアルミナの碍子１９を介して電位的に浮遊させた着脱自在のグラファイトの炭素カバー１８で覆うようにした。該炭素カバー１８は導電体であるが、碍子１９で高融点金属パイプ１５を電気的に絶縁して浮遊状態にされているので、該炭素カバー１８に金属蒸発物が付着してもその付着箇所とハース６との間で異常放電が生じることがなく、ホロー陰極９の先端とハース間で安定に放電を継続できる。尚、ホロー陰極９は、その作動中、先端部分は１５００℃以上になるが、その後方部分は１０００℃以下であるから後方部分をアルミナの絶縁物で覆っても高融点金属パイプ１５との反応を生じる不都合はない。
【００１０】
図４及び図５のホロー陰極を使用した実施例に於いて、例えばハース６内にMgの成膜材料７を収容し、該ハースから４００ｍｍ離れた基材４にMgOの膜を形成する場合、該真空処理室１内を２×１０-6Torrに排気し、ホロー陰極９を介してArガスを分圧で５×１０-4Torrになるように導入すると共にガスノズル１０から酸素ガスを分圧で５×１０-5Torrになるように導入する。そして赤外線ヒーター１２により１５０℃に基材４を加熱し、ホロー陰極９及びハース６に直流電源１３から２４Ｖ×４００Ａの電力を投入する。図４、図５のいずれのホロー陰極であっても基材４の表面には４００Å／secの析出速度でMgOを成膜できた。また、この成膜条件では従来のものは成膜時間が２０時間になると放電不安定になったが、図４の実施例では成膜時間が３００時間を超えても放電が不安定になることがなく、図５のものでは成膜時間が１０００時間を超えても放電不安定を生じなかった。これらの実施例ではメンテナンスの際には炭素カバー１８と高融点金属パイプ１５を取り外して別個に用意したこれと同形同構造のものと交換され、その作業時間は従来のメンテナンス時間よりも１／３に短縮できた。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、ホロー陰極の先端部を着脱自在の高融点金属パイプにて構成し、該高融点金属パイプの内部にLaB6からなる円筒パイプを設けたので、該高融点金属パイプの周囲に付着物が多くなったときや内部のLaB6の円筒パイプが消耗したときに簡単に交換でき、該ホロー陰極を構成する該高融点金属パイプの外周を電位的に浮遊させた炭素カバーで覆い、該ホロー陰極の残部を絶縁物で覆ったので、付着物が多くなっても放電不安定が生じにくく、高品質の成膜をでき長時間に亘り成膜を行え、メンテナンスも容易で生産性が向上する等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の成膜装置の截断側面図
【図２】図１のホロー陰極の拡大断面図
【図３】本発明の実施例の截断側面図
【図４】図３の要部の拡大断面図
【図５】図３のホロー陰極の他の実施の形態を示す截断側面図
【符号の説明】
１  真空処理室、４  基材、６  ハース、７  成膜材料、８  金属パイプ、９  ホロー陰極、１０  ガスノズル、１３  直流電源、１５  高融点金属パイプ、１６  LaB6の円筒パイプ、１７  絶縁物、１８  炭素カバー、１９  碍子、
【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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