同軸型真空アーク蒸着源
【課題】同軸型アーク蒸着源のメンテナンスに要するコストを低減する。
【解決手段】本発明の蒸着源５は、円筒状のアノード電極２３と、円柱状のカソード電極１２と、円筒状のトリガ電極１３と、カソード電極１２に接続された蒸着材料１１と、蒸着材料１１とトリガ電極１３との間に配置されたハット状の絶縁碍子１４とを有し、ハット状の絶縁碍子１４は、円筒状部分と円板状部分からなり、円板状部分の側周部に凹所または凸所がある。このため、蒸着材料１１とトリガ電極１３との間の耐電圧が低下しないように、沿面距離を確保しつつ絶縁碍子１４の高さを低くできるので、交換部品である絶縁碍子１４のコストを低減することができる。
【解決手段】本発明の蒸着源５は、円筒状のアノード電極２３と、円柱状のカソード電極１２と、円筒状のトリガ電極１３と、カソード電極１２に接続された蒸着材料１１と、蒸着材料１１とトリガ電極１３との間に配置されたハット状の絶縁碍子１４とを有し、ハット状の絶縁碍子１４は、円筒状部分と円板状部分からなり、円板状部分の側周部に凹所または凸所がある。このため、蒸着材料１１とトリガ電極１３との間の耐電圧が低下しないように、沿面距離を確保しつつ絶縁碍子１４の高さを低くできるので、交換部品である絶縁碍子１４のコストを低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着源及び蒸着装置に係り、特に、いわゆる同軸型真空アーク蒸着源に用いられる碍子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜は、従来より、半導体装置や液晶装置等の種々の分野に用いられており、スパッタリング装置や蒸着装置等の薄膜形成装置によって、金属薄膜や磁性薄膜等の多種の薄膜が形成されている。それらのうち、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置が知られている。
【０００３】
従来の同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の一例を図６の符号１０１に示す。この蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、真空槽１０２の内部天井側に配置された基板ホルダ１０３と、真空槽１０２の内部に、基板ホルダ１０３に対向するように配置された蒸着源１０５とを有している。また、真空槽１０２の外部に設けた電源装置１０６から、蒸着源１０５に電力を供給する。
【０００４】
この蒸着源１０５の詳細な構成を図４、図５に示す。この蒸着源１０５は、ステンレスがΦ３０ｍｍ×６０ｍｍの筒状に形成されてなるアノード電極１２３を有している。
【０００５】
図６に示すように、真空槽１０２の内部底面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するように、取付けフランジ１５０が配置されている。取付けフランジ１５０には、鉛直に配置された複数本の支柱１５１の下端が固定されており、支柱１５１の上端には、蒸着源１０５のアノード電極１２３が固定されている。
【０００６】
ここで使用される蒸着源１０５は、図４、図５に示すように板状のベースフランジ１１９と、カソード電極１１２と、蒸着材料１１１と、トリガ電極１１３と絶縁碍子１１４とを有している。
【０００７】
上述したアノード電極１２３の内部側面には、円板状のベースフランジ１１９の端部が固定されており、カソード電極１１２は、このベースフランジ１１９と絶縁された状態で、ベースフランジ１１９の表面側に配置されている。
【０００８】
蒸着材料１１１は、Φ１０×２２ｍｍの円柱状に形成された蒸発部分と、特に図示しない一端が蒸発部分の底面に垂直に配置された棒状のねじ部とを有している。ねじ部の先端には、ねじが切られている。他方、カソード電極１１２は銅で出来た電極であり、その上面にはねじ孔が設けられている。蒸着材料１１１はカソード電極１１２の上にねじ止め固定されている。
【０００９】
また、カソード電極１１２と蒸着材料１１１との間には、絶縁碍子１１４及びその周囲に配置されたリング状のトリガ電極１１３が配置されている。この絶縁碍子１１４は、円筒状の部分と円板状の部分が一体となっており、その形状からハット型碍子と呼称する。トリガ電極１１３はこのハット型の絶縁碍子１１４により、カソード電極１１２と蒸着材料１１１との両方と絶縁されている。このとき蒸着材料１１１、絶縁碍子１１４及びトリガ電極１１３の側面は、面一になっている。なお、絶縁碍子１１４は、アルミナで出来ており、純度は９６％である。また、高さは１５ｍｍである。
【００１０】
上述したベースフランジ１１９には、貫通孔が設けられており、その貫通孔には、スリーブ１１６が挿通されており、円筒部分はベースフランジ１１９の裏面側から露出している。露出した円筒部分の周囲には、アルミナなどの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１１７が配置されている。スリーブ１１６の上には、上述したカソード電極１１２が配置されている。カソード電極１１２の下端はスリーブ１１６を挿通してベースフランジ１１９の裏面側に露出している。カソード電極１１２の下端にはねじが切られており、そのねじがナット１１８でねじ止めされることにより、カソード電極１１２は、スリーブ１１６及びスリーブ押え１１７を挟み付けた状態で、ベースフランジ１１９表面に固定されている。この状態で、カソード電極１１２の下端は、ベースフランジ１１９の裏面側に露出している。
【００１１】
トリガ電極１１３には、トリガ配線１２１の一端が接続されている。トリガ配線１２１は、その周囲がトリガ配線碍子１２２によって被覆されている。上述したベースフランジ１１９には、その表裏を貫通する小孔が設けられ、トリガ配線１２１及びトリガ配線碍子１２２は、この小孔を気密に挿通されてベースフランジ１１９の裏面側に引き出されている。なお、トリガ配線１２１はステンレスで出来ている。
【００１２】
このように、トリガ配線１２１、カソード電極１１２、アノード電極１２３は、真空槽１０２の内部に収納され、これらのカソード電極１１２、トリガ配線１２１及びアノード電極１２３は、取付フランジ１５０を気密に挿通して配置された電流導入端子の一端にそれぞれ接続されている。各電流導入端子の他端は真空槽１０２の外部に露出しており、ともに真空槽１０２の外部に配置された電源装置１０６と接続されている。
【００１３】
この電源装置１０６は、トリガ電源１３１とアーク電源１３２とコンデンサユニット１３３とを有している。トリガ電源１３１は、トリガ電極１１３に、蒸着材料１１１に対して約３ｋＶの正のパルス状の電圧を印加することができるように構成されている。他方、アーク電源１３２は、アノード電極１２３に対して、蒸着材料１１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加することができるように構成されている。また、コンデンサユニット１３３は１８００μＦの容量を持ち、アーク電源１３２によって充電される。
【００１４】
上記のような構成の蒸着装置１０１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽１０２内に基板１０４を搬入して、基板ホルダ１０３に保持させて蒸着源１０５と対向配置させておき、真空槽１０２内を高真空雰囲気にしておく。
【００１５】
次いで、アーク電源１３２により、アノード電極１２３に対して、蒸着材料１１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加しておく。その状態でトリガ電源１３１を起動し、トリガ電極１１３に約３ｋＶの正のパルス電圧を印加する。
【００１６】
すると、蒸着材料１１１の表面とトリガ電極１１３の表面との間に絶縁碍子１１４の円筒状部分の厚み分の距離（約１ｍｍ）を介して印加することで絶縁碍子１１４の表面でトリガ放電となる沿面放電が発生する。このトリガ放電によって、蒸着材料１１１の表面から蒸着材料１１１の構成物質が蒸発し、蒸気や、イオンが発生する。また、蒸着材料１１１と絶縁碍子１１４のつなぎ目から電子が発生する。
【００１７】
それらの蒸気、イオン、電子等によってアノード電極１２３内の圧力が上昇し、アノード電極１２３と蒸着材料１１１との間の絶縁耐圧が低下すると、コンデンサユニット１３３に充電された電荷よって、蒸着材料１１１とアノード電極１２３との間でアーク放電が発生する。アーク放電により、蒸着材料１１１に多量の電流が流入し、ジュール熱により蒸着材料１１１が蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１１の表面からアノード電極１２３に向けて大量に放出される。
【００１８】
かかるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノード電極１２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１２３の開口部方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極１２３に向けて放出された荷電微粒子は、真空槽１０２内に放出され、対向配置された基板１０４の表面に到達すると、基板１０４の表面に、薄膜が成長する。
【００１９】
以上が、蒸着装置１０１の動作であるが、蒸着源１０５は、一定の期間の寿命を有する。
ここで、従来の同軸型真空アーク蒸着源の寿命には２つのケースがある。
【００２０】
一つはカソード電極である蒸着材料の消耗である。蒸着材料１１１は蒸発して消耗するため、長期間使用するとトリガ放電が生じなくなり、使用できなくなる。そのときには、蒸着材料１１１を新しいものと交換する必要がある。
【００２１】
２つ目は、碍子の上部に金属蒸着物が付着し、カソード電極とトリガ電極が電気的に導通し、トリガ電圧が印加できなくなることである。
【００２２】
上述した絶縁碍子１１４は、円筒状部１１４ａと、円板状部１１４ｂとを有するハット型碍子である。円筒状部１１４ａは、リング状に形成され、カソード電極１１２の表面に配置されている。
【００２３】
円板状部１１４ｂは、絶縁碍子１１４の底面に形成されている。絶縁碍子１１４は、トリガ電極１１３の中空内部に挿通されている。円筒部分１１４ａは、外径が円筒状のトリガ電極１１３の内径と等しく、かつその高さがトリガ電極１１３の高さと等しくなっており、円筒部分１１４ａはトリガ電極１１３の内部に納まっている。
【００２４】
かかるハット型の絶縁碍子１１４の内部中空とカソード電極１１２の孔は連通しており、その内部には、蒸着材料１１１のねじ部が挿通されている。絶縁碍子１１４の円板状部分１１４ｂ、トリガ電極１１３の外径は互いに等しくなっており、これらの側面は面一になっている。
【００２５】
蒸着材料１１１はその上端面から蒸発するが、トリガ電極１１３近傍の蒸着材料１１１の表面では、トリガ放電によって生じた荷電微粒子の空間密度は均一ではなく、トリガ電極近傍の位置における荷電微粒子の空間密度は、トリガ電極から離れた位置における荷電微粒子の空間密度に比して大きい。従って、アーク電流は、トリガ電極近傍に位置する蒸着材料１１１の表面において大きく流れ、その結果、蒸着材料１１１は、トリガ電極近傍のごく一部でその大部分が蒸発して消耗することになる。この場合、蒸着材料１１１の他端部であるねじ部等は消耗しないが、蒸着材料１１１を交換する際には、このようにほとんど消耗しない部分まで含めた蒸着材料１１１全体を交換しなければならなかった。
【００２６】
また、ハット型の絶縁碍子１１４も放電により消耗するが、このハット型の絶縁碍子１１４も、トリガ電極１１３近傍に位置する円筒状部分１１４ａの上端のみが消耗し、トリガ電極１１３の下に配置される円板状部１１４ｂはほとんど消耗しないにも関わらず、その円筒部１１４ａを含めたハット型の絶縁碍子１１４全体を交換しなければならない。
【００２７】
さらに、放電により、蒸着材料の一部は、ハット型の絶縁碍子１１４の上面に付着する。蒸着装置を長期間使用すると、付着した蒸着材料の付着量が増え、蒸着材料１１１とトリガ電極１１３が、その蒸着材料を介して電気的に接続されてしまうという不都合が生じてしまう。
【００２８】
そこで従来、同軸型アーク蒸着源のメンテナンスに要するコストを低減する試みがなされている。すなわち、蒸着源の構成品を、主として消耗する部分と消耗が少ない部分とに分離できるように構成し、消耗した部分のみを交換するようにするというものである（特許文献１参照）。
【００２９】
【特許文献１】特開２００２−２２０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、交換可能であっても、交換頻度が多かった。また、交換部品自体が高価であった。
【００３１】
上記課題の解決のため、従来の同軸型真空アーク蒸着源の交換部品のうち、特に絶縁碍子のコストダウンを行うものである。
【００３２】
一つは、従来のハット型の絶縁碍子の製作に関してである。例えば、絶縁碍子の高さを低くすることにより、材料を少なくすることが可能である。しかしながら、単に高さを低くすると、カソード電極とトリガ電極の間の距離が短くなって、耐電圧を確保できなくなる。
【００３３】
また、従来のハット型の絶縁碍子の交換単位についてである。すなわち、アーク放電により絶縁碍子の円筒部の上部に蒸着材料の一部が付着するが、付着物での電気導通によって発生するジュール熱で溶けて蒸発し、消耗してしまうことがある。従来は、ハット型の絶縁碍子全体を交換していた。また、ハット型の絶縁碍子全体の材質を消耗しにくいものにすると高価になる。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記課題を解決するため、本発明は、円筒状のアノード電極と、円柱状のカソード電極と、円筒状のトリガ電極と、前記カソード電極に接続された蒸着材料と、前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に配置されたハット状の絶縁碍子とを有し、
前記蒸着材料は、前記トリガ電極に近接した位置に配置され、
前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発するように構成された蒸着源であって、
前記円筒状のトリガ電極と前記円柱状のカソード電極が前記ハット状の絶縁碍子を挟んで同軸に隣接して固定され、前記円柱状のカソード電極の周りに同軸に円筒状のアノード電極が配置され、
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状部分と円板状部分からなり、
前記円板状部分の側周部に凹所または凸所があることを特徴とする蒸着源である。
【００３５】
すなわち、同軸型真空アーク蒸着源の碍子を、消耗しやすい部分と消耗しにくい部分とに分割し、消耗しやすい部分だけを交換しできるようにした。また、消耗しやすい部分の材質を改善した。
【００３６】
また、部材の価格を抑えるために、円筒状の蒸着材料の高さを低くする。これに伴って、絶縁碍子の円筒状部分ならびに円板状部分の高さを低くする。この際、円板状部分の耐電圧が低下しないように側周面に溝（凹所）または壁（凸所）を形成して沿面距離を長くし、蒸着材料の付着を少なくする。
【００３７】
また、絶縁碍子の消耗を抑えるために円筒部分の消耗量を減じるため碍子の融点を高くする。例えば、碍子の材質がアルミナであれば、純度を９９％以上にして融点を高くして蒸発を低減する。さらに融点を高くするためには、アルミナより融点が高いジルコニアやＹＳＺ（Ｙ２０３−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄＺｒＯ2）を使用する。
【００３８】
さらに、コストを抑えるためにハット型の絶縁碍子を、円筒状の部品と、円板状の部品に分割し、さらに、円板状の部品の厚みを薄くし、円板の外側に円周状に溝を入れて沿面距離を長くする。
【００３９】
また、絶縁碍子の部品の交換頻度を下げるために円筒状の部品についてはアルミナの純度を９９％以上にして、融点を高くする。さらには、円筒状の部品の材質を融点がさらに高温であるジルコニアあるいはＹＳＺ等を用いる。
一方、碍子の円板状の部品は、消耗しないので、コストダウンの為、アルミナの純度を９６％以下とする。
【発明の効果】
【００４０】
同軸型アーク蒸着源のメンテナンスに要するコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明の実施の形態の同軸アーク蒸着源を示す。図２に本発明の実施の形態の蒸着装置１を示す。
【００４２】
本発明の実施形態の蒸着装置を図２の符号１に示す。この蒸着装置１は、真空槽２と、真空槽２の内部天井側に配置された基板ホルダ３と、真空槽２の内部に、基板ホルダ３に対向するように配置された蒸着源５とを有している。また、真空槽２の外部に設けた電源装置６から、蒸着源５に電力を供給する。
【００４３】
この蒸着源５の詳細な構成を図１に示す。この蒸着源５は、ステンレスがΦ３０ｍｍ×６０ｍｍの筒状に形成されてなるアノード電極２３を有している。
【００４４】
図２に示すように、真空槽２の内部底面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するように、取付けフランジ５０が配置されている。取付けフランジ５０には、鉛直に配置された複数本の支柱５１の下端が固定されており、支柱５１の上端には、蒸着源５のアノード電極２３が固定されている。
【００４５】
ここで使用される蒸着源５は、図１に示すように板状のベースフランジ１９と、カソード電極１２と、蒸着材料１１と、トリガ電極１３と絶縁碍子１４とを有している。
【００４６】
上述したアノード電極２３の内部側面には、円板状のベースフランジ１９の端部が固定されており、カソード電極１２は、このベースフランジ１９と絶縁された状態で、ベースフランジ１９の表面側に配置されている。
【００４７】
蒸着材料１１は、Φ１０×１７ｍｍの円柱状に形成された蒸発部分と、特に図示しない一端が蒸発部分の底面に垂直に配置された棒状のねじ部とを有している。ねじ部の先端には、ねじが切られている。他方、カソード電極１２は銅で出来た電極であり、その上面にはねじ孔が設けられている。蒸着材料１１はカソード電極１２の上にねじ止め固定されている。
【００４８】
また、カソード電極１２と蒸着材料１１との間には、絶縁碍子１４及びその周囲に配置されたリング状のトリガ電極１３が配置されている。この絶縁碍子１４は、円筒状の部分と円板状の部分から構成されており、その形状からハット型碍子と呼称する。トリガ電極１３はこのハット型の絶縁碍子１４により、カソード電極１２と蒸着材料１１との両方と絶縁されている。このとき蒸着材料１１、絶縁碍子１４及びトリガ電極１３の側面は、面一になっている。なお、絶縁碍子１４の円筒状部分１４ａは、アルミナで出来ており、純度は９９％である。また、高さは１０ｍｍである。また、絶縁碍子１４の円板状部分１４ｂは、アルミナで出来ており、純度は９６％である。また、円板状部分１４ｂの側周面には、溝が形成されている。
【００４９】
上述したベースフランジ１９には、貫通孔が設けられており、その貫通孔には、スリーブ１６が挿通されており、円筒部分はベースフランジ１９の裏面側から露出している。露出した円筒部分の周囲には、アルミナなどの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１７が配置されている。スリーブ１６の上には、上述したカソード電極１２が配置されている。カソード電極１２の下端はスリーブ１６を挿通してベースフランジ１９の裏面側に露出している。カソード電極１２の下端にはねじが切られており、そのねじがナット１８でねじ止めされることにより、カソード電極１２は、スリーブ１６及びスリーブ押え１７を挟み付けた状態で、ベースフランジ１９表面に固定されている。この状態で、カソード電極１２の下端は、ベースフランジ１９の裏面側に露出している。
【００５０】
トリガ電極１３には、トリガ配線２１の一端が接続されている。トリガ配線２１は、その周囲がトリガ配線碍子２２によって被覆されている。上述したベースフランジ１９には、その表裏を貫通する小孔が設けられ、トリガ配線２１及びトリガ配線碍子２２は、この小孔を気密に挿通されてベースフランジ１９の裏面側に引き出されている。なお、トリガ配線２１はステンレスで出来ている。
【００５１】
このように、トリガ配線２１、カソード電極１２、アノード電極２３は、真空槽２の内部に収納され、これらのカソード電極１２、トリガ配線２１及びアノード電極２３は、取付フランジ５０を気密に挿通して配置された電流導入端子の一端にそれぞれ接続されている。各電流導入端子の他端は真空槽２の外部に露出しており、ともに真空槽１０２の外部に配置された電源装置６と接続されている。
【００５２】
この電源装置６は、トリガ電源３１とアーク電源３２とコンデンサユニット３３とを有している。トリガ電源３１は、トリガ電極１３に、蒸着材料１１に対して約３ｋＶの正のパルス状の電圧を印加することができるように構成されている。他方、アーク電源３２は、アノード電極２３に対して、蒸着材料１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加することができるように構成されている。また、コンデンサユニット３３は１８００μＦの容量を持ち、アーク電源３２によって充電される。
【００５３】
上記のような構成の蒸着装置１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽２内に基板４を搬入して、基板ホルダ３に保持させて蒸着源５と対向配置させておき、真空槽２内を高真空雰囲気にしておく。
【００５４】
次いで、アーク電源３２により、アノード電極２３に対して、蒸着材料１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加しておく。その状態でトリガ電源３１を起動し、トリガ電極１３に約３ｋＶの正のパルス電圧を印加する。
【００５５】
すると、蒸着材料１１の表面とトリガ電極１３の表面との間に絶縁碍子１４の円筒状部分の厚み分の距離（約１ｍｍ）を介して印加することで絶縁碍子１４の表面でトリガ放電となる沿面放電が発生する。このトリガ放電によって、蒸着材料１１の表面から蒸着材料１１の構成物質が蒸発し、蒸気や、イオンや電子等が発生する。また、蒸着材料１１と絶縁碍子１４のつなぎ目から電子が発生する。
【００５６】
それらの蒸気、イオン、電子等によってアノード電極２３内の圧力が上昇し、アノード電極２３と蒸着材料１１との間の絶縁耐圧が低下すると、コンデンサユニット１３３に充電された電荷よって、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でアーク放電が発生する。アーク放電により、蒸着材料１１に多量の電流が流入し、ジュール熱により蒸着材料１１が蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１の側面からアノード電極２３に向けて大量に放出される。
【００５７】
かかるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノード電極２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極２３の開口部方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極２３に向けて放出された荷電微粒子は、真空槽２内に放出され、対向配置された基板４の表面に到達すると、基板４の表面に、薄膜が成長する。
【００５８】
同軸型真空アーク蒸着源の寿命は２つあり、一つはカソードの消耗である。２つ目は、碍子の上部に金属蒸着物が付着し、カソードとトリガ電極が電気的に導通し、トリガ電圧が印加できなくなることである。
【００５９】
上述した蒸着材料１１は蒸発して消耗するため、長期間使用するとトリガ放電が生じなくなり、使用できなくなる。そのときには、蒸着材料１１を新しいものと交換する必要がある。
【００６０】
上述した絶縁碍子１４は、円筒状部１４ａと、板状部１４ｂとを有するハット型碍子である。円筒状部１４ａは、リング状に形成され、カソード電極１２の表面に配置されている。
【００６１】
円板状部１４ｂは、絶縁碍子１４の底面に形成されフランジ状である。絶縁碍子１４は、トリガ電極１３の中空内部に挿通されている。円筒部分１４ａは、外径が円筒状のトリガ電極１３の内径と等しく、かつその高さがトリガ電極１３の高さと等しくなっており、内筒部分１４ａはトリガ電極１３の内部に納まっている。
【００６２】
かかるハット型碍子１４の内部中空とカソード電極１２の孔は連通しており、その内部には、蒸着材料１１のねじ部が挿通されている。絶縁碍子１４の円板状部分１４ｂ、トリガ電極１３の外径は互いに等しくなっており、これらの側面は面一になっている。
【００６３】
以上のように構成自体は従来と同じである。差異点は、図１において、絶縁碍子１４が、分割して構成されることである。すなわち、円筒状部分１４ａと板状部分１４ｂである。
円筒状部分１４ａは円筒の高さ方向を短くする。本実施例では１０ｍｍとした。また、材質はアルミナで純度９９％以上にしている。
また、板状部分１４ｂも高さ方向を短くする。さらに、円周の側面に溝部を形成した。また、材質はアルミナで純度９６％とした。
【００６４】
この結果、従来の絶縁碍子１１４では寿命が１００００回〜３００００回であったものが、本願発明の絶縁碍子１４では４００００回〜６００００回に伸びた。
【００６５】
なお、本発明では、絶縁碍子１４の高さを低くしたことにより、副次的に蒸着材料１１１をコストダウンすることもできる。すなわち、碍子の高さを従来１５ｍｍであったものを１０ｍｍとしたことで、カソード電極である蒸着材料１１１の長さも従来２２ｍｍ必要であったが、本発明の蒸着材料１１では、１７ｍｍに短縮することが出来た。その分、部材の価格が下がった。
【００６６】
以上まとめると、本発明の同軸真空アーク蒸着源用ハット型碍子によれば、ハット型碍子を円筒部品と板状部品に２分割して、寿命を２倍近く伸ばすことができた。さらに、円筒部品と板状部品に分割したことにより、製造しやすくなり、価格を下げることができた。
また、消耗部品である円筒部品の材質を変えたことにより、交換頻度が下がり、ランニングコストが減った。
【００６７】
以上のように、本発明の実施の形態について、円板状部分の外周面に溝（凹所）を有するハット型の絶縁碍子を例にとって説明したが、勿論、本願発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６８】
例えば実施例では、円板状部分の外周面に溝（凹所）を有するハット型の絶縁碍子を用いたが、円板状部分の外周面に壁（凸所）を有するハット型の絶縁碍子でも良い。沿面距離を稼ぐことが出来れば同様の効果が得られる。
【００６９】
また、ハット型の絶縁碍子を円筒部品と円筒部品の外周側に嵌った円環状の板状部品に分割したが、２個とは限らず、２個以上の複数個に分割しても良い。また、円環の枚数、高さ、円環の厚み、材質を適宜変えることにより、交換頻度を調整可能である。
【００７０】
また、ハット型の絶縁碍子を円筒部品と円筒部品の外周側に嵌った円環状の板状部品に分割したが、ハット型の絶縁碍子を軸方向に分割しても良い。例えば、ハット型の円筒状部分と円板状部分に分けても良いし、円板状部分に設けた溝の部分で分割しても良い（図３参照）。また、２個とは限らず、２個以上の複数個に分割しても良い。また、円筒または円板の枚数、高さ、材質を適宜変えることにより、交換頻度を調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態の同軸型真空アーク蒸着源を説明する断面図（正面）である。
【図２】本発明の蒸着装置を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の同軸型真空アーク蒸着源の変形例を説明する断面図（正面）である。
【図４】従来の同軸型真空アーク蒸着源を説明する断面図（正面）である。
【図５】従来の同軸型真空アーク蒸着源を説明する断面図（側面）である。
【図６】従来の蒸着装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・蒸着装置、２・・・真空槽、３・・・基板ホルダ、４・・・基板、５・・・蒸着源、６・・・電源装置、
１１・・・蒸着材料、１２・・・カソード電極、１２ａ・・・電極ホルダ部、１２ｂ・・・下端部、１３・・・トリガ電極、１４・・・絶縁碍子、１４’・・・絶縁碍子、１４ａ・・・円筒、１４ｂ・・・円板、１４ｃ・・・ハット、１４ｄ・・・円板、１６・・・スリーブ、１７・・・スリーブ押さえ、１７ａ・・・上側スリーブ押さえ、１７ｂ・・・下側スリーブ押さえ、１８・・・ナット、
２１・・・トリガ配線、２２・・・トリガ配線碍子、２３・・・アノード電極、
３１・・・トリガ電源、３２・・・アーク電源、３３・・・コンデンサユニット、
５０・・・取付けフランジ、５１・・・支柱、
１０１・・・蒸着装置、１０２・・・真空槽、１０３・・・基板ホルダ、１０４・・・基板、１０５・・・蒸着源、１０６・・・電源装置、
１１１・・・蒸着材料、１１２・・・カソード電極、１１２ａ・・・電極ホルダ部、１１２ｂ・・・下端部、１１２ｃ・・・ねじ、１１３・・・トリガ電極、１１４・・・絶縁碍子、１１４ａ・・・円筒、１１４ｂ・・・円板、１１６・・・スリーブ、１１７・・・スリーブ押さえ、１１７ａ・・・上側スリーブ押さえ、１１７ｂ・・・下側スリーブ押さえ、１１８・・・ナット、
１２１・・・トリガ配線、１２２・・・トリガ配線碍子、１２３・・・アノード電極、
１３１・・・トリガ電源、１３２・・・アーク電源、１３３・・・コンデンサユニット、
１５０・・・取付けフランジ、１５１・・・支柱、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着源及び蒸着装置に係り、特に、いわゆる同軸型真空アーク蒸着源に用いられる碍子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜は、従来より、半導体装置や液晶装置等の種々の分野に用いられており、スパッタリング装置や蒸着装置等の薄膜形成装置によって、金属薄膜や磁性薄膜等の多種の薄膜が形成されている。それらのうち、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置が知られている。
【０００３】
従来の同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置の一例を図６の符号１０１に示す。この蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、真空槽１０２の内部天井側に配置された基板ホルダ１０３と、真空槽１０２の内部に、基板ホルダ１０３に対向するように配置された蒸着源１０５とを有している。また、真空槽１０２の外部に設けた電源装置１０６から、蒸着源１０５に電力を供給する。
【０００４】
この蒸着源１０５の詳細な構成を図４、図５に示す。この蒸着源１０５は、ステンレスがΦ３０ｍｍ×６０ｍｍの筒状に形成されてなるアノード電極１２３を有している。
【０００５】
図６に示すように、真空槽１０２の内部底面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するように、取付けフランジ１５０が配置されている。取付けフランジ１５０には、鉛直に配置された複数本の支柱１５１の下端が固定されており、支柱１５１の上端には、蒸着源１０５のアノード電極１２３が固定されている。
【０００６】
ここで使用される蒸着源１０５は、図４、図５に示すように板状のベースフランジ１１９と、カソード電極１１２と、蒸着材料１１１と、トリガ電極１１３と絶縁碍子１１４とを有している。
【０００７】
上述したアノード電極１２３の内部側面には、円板状のベースフランジ１１９の端部が固定されており、カソード電極１１２は、このベースフランジ１１９と絶縁された状態で、ベースフランジ１１９の表面側に配置されている。
【０００８】
蒸着材料１１１は、Φ１０×２２ｍｍの円柱状に形成された蒸発部分と、特に図示しない一端が蒸発部分の底面に垂直に配置された棒状のねじ部とを有している。ねじ部の先端には、ねじが切られている。他方、カソード電極１１２は銅で出来た電極であり、その上面にはねじ孔が設けられている。蒸着材料１１１はカソード電極１１２の上にねじ止め固定されている。
【０００９】
また、カソード電極１１２と蒸着材料１１１との間には、絶縁碍子１１４及びその周囲に配置されたリング状のトリガ電極１１３が配置されている。この絶縁碍子１１４は、円筒状の部分と円板状の部分が一体となっており、その形状からハット型碍子と呼称する。トリガ電極１１３はこのハット型の絶縁碍子１１４により、カソード電極１１２と蒸着材料１１１との両方と絶縁されている。このとき蒸着材料１１１、絶縁碍子１１４及びトリガ電極１１３の側面は、面一になっている。なお、絶縁碍子１１４は、アルミナで出来ており、純度は９６％である。また、高さは１５ｍｍである。
【００１０】
上述したベースフランジ１１９には、貫通孔が設けられており、その貫通孔には、スリーブ１１６が挿通されており、円筒部分はベースフランジ１１９の裏面側から露出している。露出した円筒部分の周囲には、アルミナなどの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１１７が配置されている。スリーブ１１６の上には、上述したカソード電極１１２が配置されている。カソード電極１１２の下端はスリーブ１１６を挿通してベースフランジ１１９の裏面側に露出している。カソード電極１１２の下端にはねじが切られており、そのねじがナット１１８でねじ止めされることにより、カソード電極１１２は、スリーブ１１６及びスリーブ押え１１７を挟み付けた状態で、ベースフランジ１１９表面に固定されている。この状態で、カソード電極１１２の下端は、ベースフランジ１１９の裏面側に露出している。
【００１１】
トリガ電極１１３には、トリガ配線１２１の一端が接続されている。トリガ配線１２１は、その周囲がトリガ配線碍子１２２によって被覆されている。上述したベースフランジ１１９には、その表裏を貫通する小孔が設けられ、トリガ配線１２１及びトリガ配線碍子１２２は、この小孔を気密に挿通されてベースフランジ１１９の裏面側に引き出されている。なお、トリガ配線１２１はステンレスで出来ている。
【００１２】
このように、トリガ配線１２１、カソード電極１１２、アノード電極１２３は、真空槽１０２の内部に収納され、これらのカソード電極１１２、トリガ配線１２１及びアノード電極１２３は、取付フランジ１５０を気密に挿通して配置された電流導入端子の一端にそれぞれ接続されている。各電流導入端子の他端は真空槽１０２の外部に露出しており、ともに真空槽１０２の外部に配置された電源装置１０６と接続されている。
【００１３】
この電源装置１０６は、トリガ電源１３１とアーク電源１３２とコンデンサユニット１３３とを有している。トリガ電源１３１は、トリガ電極１１３に、蒸着材料１１１に対して約３ｋＶの正のパルス状の電圧を印加することができるように構成されている。他方、アーク電源１３２は、アノード電極１２３に対して、蒸着材料１１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加することができるように構成されている。また、コンデンサユニット１３３は１８００μＦの容量を持ち、アーク電源１３２によって充電される。
【００１４】
上記のような構成の蒸着装置１０１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽１０２内に基板１０４を搬入して、基板ホルダ１０３に保持させて蒸着源１０５と対向配置させておき、真空槽１０２内を高真空雰囲気にしておく。
【００１５】
次いで、アーク電源１３２により、アノード電極１２３に対して、蒸着材料１１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加しておく。その状態でトリガ電源１３１を起動し、トリガ電極１１３に約３ｋＶの正のパルス電圧を印加する。
【００１６】
すると、蒸着材料１１１の表面とトリガ電極１１３の表面との間に絶縁碍子１１４の円筒状部分の厚み分の距離（約１ｍｍ）を介して印加することで絶縁碍子１１４の表面でトリガ放電となる沿面放電が発生する。このトリガ放電によって、蒸着材料１１１の表面から蒸着材料１１１の構成物質が蒸発し、蒸気や、イオンが発生する。また、蒸着材料１１１と絶縁碍子１１４のつなぎ目から電子が発生する。
【００１７】
それらの蒸気、イオン、電子等によってアノード電極１２３内の圧力が上昇し、アノード電極１２３と蒸着材料１１１との間の絶縁耐圧が低下すると、コンデンサユニット１３３に充電された電荷よって、蒸着材料１１１とアノード電極１２３との間でアーク放電が発生する。アーク放電により、蒸着材料１１１に多量の電流が流入し、ジュール熱により蒸着材料１１１が蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１１の表面からアノード電極１２３に向けて大量に放出される。
【００１８】
かかるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノード電極１２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１２３の開口部方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極１２３に向けて放出された荷電微粒子は、真空槽１０２内に放出され、対向配置された基板１０４の表面に到達すると、基板１０４の表面に、薄膜が成長する。
【００１９】
以上が、蒸着装置１０１の動作であるが、蒸着源１０５は、一定の期間の寿命を有する。
ここで、従来の同軸型真空アーク蒸着源の寿命には２つのケースがある。
【００２０】
一つはカソード電極である蒸着材料の消耗である。蒸着材料１１１は蒸発して消耗するため、長期間使用するとトリガ放電が生じなくなり、使用できなくなる。そのときには、蒸着材料１１１を新しいものと交換する必要がある。
【００２１】
２つ目は、碍子の上部に金属蒸着物が付着し、カソード電極とトリガ電極が電気的に導通し、トリガ電圧が印加できなくなることである。
【００２２】
上述した絶縁碍子１１４は、円筒状部１１４ａと、円板状部１１４ｂとを有するハット型碍子である。円筒状部１１４ａは、リング状に形成され、カソード電極１１２の表面に配置されている。
【００２３】
円板状部１１４ｂは、絶縁碍子１１４の底面に形成されている。絶縁碍子１１４は、トリガ電極１１３の中空内部に挿通されている。円筒部分１１４ａは、外径が円筒状のトリガ電極１１３の内径と等しく、かつその高さがトリガ電極１１３の高さと等しくなっており、円筒部分１１４ａはトリガ電極１１３の内部に納まっている。
【００２４】
かかるハット型の絶縁碍子１１４の内部中空とカソード電極１１２の孔は連通しており、その内部には、蒸着材料１１１のねじ部が挿通されている。絶縁碍子１１４の円板状部分１１４ｂ、トリガ電極１１３の外径は互いに等しくなっており、これらの側面は面一になっている。
【００２５】
蒸着材料１１１はその上端面から蒸発するが、トリガ電極１１３近傍の蒸着材料１１１の表面では、トリガ放電によって生じた荷電微粒子の空間密度は均一ではなく、トリガ電極近傍の位置における荷電微粒子の空間密度は、トリガ電極から離れた位置における荷電微粒子の空間密度に比して大きい。従って、アーク電流は、トリガ電極近傍に位置する蒸着材料１１１の表面において大きく流れ、その結果、蒸着材料１１１は、トリガ電極近傍のごく一部でその大部分が蒸発して消耗することになる。この場合、蒸着材料１１１の他端部であるねじ部等は消耗しないが、蒸着材料１１１を交換する際には、このようにほとんど消耗しない部分まで含めた蒸着材料１１１全体を交換しなければならなかった。
【００２６】
また、ハット型の絶縁碍子１１４も放電により消耗するが、このハット型の絶縁碍子１１４も、トリガ電極１１３近傍に位置する円筒状部分１１４ａの上端のみが消耗し、トリガ電極１１３の下に配置される円板状部１１４ｂはほとんど消耗しないにも関わらず、その円筒部１１４ａを含めたハット型の絶縁碍子１１４全体を交換しなければならない。
【００２７】
さらに、放電により、蒸着材料の一部は、ハット型の絶縁碍子１１４の上面に付着する。蒸着装置を長期間使用すると、付着した蒸着材料の付着量が増え、蒸着材料１１１とトリガ電極１１３が、その蒸着材料を介して電気的に接続されてしまうという不都合が生じてしまう。
【００２８】
そこで従来、同軸型アーク蒸着源のメンテナンスに要するコストを低減する試みがなされている。すなわち、蒸着源の構成品を、主として消耗する部分と消耗が少ない部分とに分離できるように構成し、消耗した部分のみを交換するようにするというものである（特許文献１参照）。
【００２９】
【特許文献１】特開２００２−２２０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、交換可能であっても、交換頻度が多かった。また、交換部品自体が高価であった。
【００３１】
上記課題の解決のため、従来の同軸型真空アーク蒸着源の交換部品のうち、特に絶縁碍子のコストダウンを行うものである。
【００３２】
一つは、従来のハット型の絶縁碍子の製作に関してである。例えば、絶縁碍子の高さを低くすることにより、材料を少なくすることが可能である。しかしながら、単に高さを低くすると、カソード電極とトリガ電極の間の距離が短くなって、耐電圧を確保できなくなる。
【００３３】
また、従来のハット型の絶縁碍子の交換単位についてである。すなわち、アーク放電により絶縁碍子の円筒部の上部に蒸着材料の一部が付着するが、付着物での電気導通によって発生するジュール熱で溶けて蒸発し、消耗してしまうことがある。従来は、ハット型の絶縁碍子全体を交換していた。また、ハット型の絶縁碍子全体の材質を消耗しにくいものにすると高価になる。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記課題を解決するため、本発明は、円筒状のアノード電極と、円柱状のカソード電極と、円筒状のトリガ電極と、前記カソード電極に接続された蒸着材料と、前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に配置されたハット状の絶縁碍子とを有し、
前記蒸着材料は、前記トリガ電極に近接した位置に配置され、
前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発するように構成された蒸着源であって、
前記円筒状のトリガ電極と前記円柱状のカソード電極が前記ハット状の絶縁碍子を挟んで同軸に隣接して固定され、前記円柱状のカソード電極の周りに同軸に円筒状のアノード電極が配置され、
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状部分と円板状部分からなり、
前記円板状部分の側周部に凹所または凸所があることを特徴とする蒸着源である。
【００３５】
すなわち、同軸型真空アーク蒸着源の碍子を、消耗しやすい部分と消耗しにくい部分とに分割し、消耗しやすい部分だけを交換しできるようにした。また、消耗しやすい部分の材質を改善した。
【００３６】
また、部材の価格を抑えるために、円筒状の蒸着材料の高さを低くする。これに伴って、絶縁碍子の円筒状部分ならびに円板状部分の高さを低くする。この際、円板状部分の耐電圧が低下しないように側周面に溝（凹所）または壁（凸所）を形成して沿面距離を長くし、蒸着材料の付着を少なくする。
【００３７】
また、絶縁碍子の消耗を抑えるために円筒部分の消耗量を減じるため碍子の融点を高くする。例えば、碍子の材質がアルミナであれば、純度を９９％以上にして融点を高くして蒸発を低減する。さらに融点を高くするためには、アルミナより融点が高いジルコニアやＹＳＺ（Ｙ２０３−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄＺｒＯ2）を使用する。
【００３８】
さらに、コストを抑えるためにハット型の絶縁碍子を、円筒状の部品と、円板状の部品に分割し、さらに、円板状の部品の厚みを薄くし、円板の外側に円周状に溝を入れて沿面距離を長くする。
【００３９】
また、絶縁碍子の部品の交換頻度を下げるために円筒状の部品についてはアルミナの純度を９９％以上にして、融点を高くする。さらには、円筒状の部品の材質を融点がさらに高温であるジルコニアあるいはＹＳＺ等を用いる。
一方、碍子の円板状の部品は、消耗しないので、コストダウンの為、アルミナの純度を９６％以下とする。
【発明の効果】
【００４０】
同軸型アーク蒸着源のメンテナンスに要するコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明の実施の形態の同軸アーク蒸着源を示す。図２に本発明の実施の形態の蒸着装置１を示す。
【００４２】
本発明の実施形態の蒸着装置を図２の符号１に示す。この蒸着装置１は、真空槽２と、真空槽２の内部天井側に配置された基板ホルダ３と、真空槽２の内部に、基板ホルダ３に対向するように配置された蒸着源５とを有している。また、真空槽２の外部に設けた電源装置６から、蒸着源５に電力を供給する。
【００４３】
この蒸着源５の詳細な構成を図１に示す。この蒸着源５は、ステンレスがΦ３０ｍｍ×６０ｍｍの筒状に形成されてなるアノード電極２３を有している。
【００４４】
図２に示すように、真空槽２の内部底面には貫通孔が設けられ、この貫通孔を気密に蓋するように、取付けフランジ５０が配置されている。取付けフランジ５０には、鉛直に配置された複数本の支柱５１の下端が固定されており、支柱５１の上端には、蒸着源５のアノード電極２３が固定されている。
【００４５】
ここで使用される蒸着源５は、図１に示すように板状のベースフランジ１９と、カソード電極１２と、蒸着材料１１と、トリガ電極１３と絶縁碍子１４とを有している。
【００４６】
上述したアノード電極２３の内部側面には、円板状のベースフランジ１９の端部が固定されており、カソード電極１２は、このベースフランジ１９と絶縁された状態で、ベースフランジ１９の表面側に配置されている。
【００４７】
蒸着材料１１は、Φ１０×１７ｍｍの円柱状に形成された蒸発部分と、特に図示しない一端が蒸発部分の底面に垂直に配置された棒状のねじ部とを有している。ねじ部の先端には、ねじが切られている。他方、カソード電極１２は銅で出来た電極であり、その上面にはねじ孔が設けられている。蒸着材料１１はカソード電極１２の上にねじ止め固定されている。
【００４８】
また、カソード電極１２と蒸着材料１１との間には、絶縁碍子１４及びその周囲に配置されたリング状のトリガ電極１３が配置されている。この絶縁碍子１４は、円筒状の部分と円板状の部分から構成されており、その形状からハット型碍子と呼称する。トリガ電極１３はこのハット型の絶縁碍子１４により、カソード電極１２と蒸着材料１１との両方と絶縁されている。このとき蒸着材料１１、絶縁碍子１４及びトリガ電極１３の側面は、面一になっている。なお、絶縁碍子１４の円筒状部分１４ａは、アルミナで出来ており、純度は９９％である。また、高さは１０ｍｍである。また、絶縁碍子１４の円板状部分１４ｂは、アルミナで出来ており、純度は９６％である。また、円板状部分１４ｂの側周面には、溝が形成されている。
【００４９】
上述したベースフランジ１９には、貫通孔が設けられており、その貫通孔には、スリーブ１６が挿通されており、円筒部分はベースフランジ１９の裏面側から露出している。露出した円筒部分の周囲には、アルミナなどの絶縁材からなるリング状のスリーブ押え１７が配置されている。スリーブ１６の上には、上述したカソード電極１２が配置されている。カソード電極１２の下端はスリーブ１６を挿通してベースフランジ１９の裏面側に露出している。カソード電極１２の下端にはねじが切られており、そのねじがナット１８でねじ止めされることにより、カソード電極１２は、スリーブ１６及びスリーブ押え１７を挟み付けた状態で、ベースフランジ１９表面に固定されている。この状態で、カソード電極１２の下端は、ベースフランジ１９の裏面側に露出している。
【００５０】
トリガ電極１３には、トリガ配線２１の一端が接続されている。トリガ配線２１は、その周囲がトリガ配線碍子２２によって被覆されている。上述したベースフランジ１９には、その表裏を貫通する小孔が設けられ、トリガ配線２１及びトリガ配線碍子２２は、この小孔を気密に挿通されてベースフランジ１９の裏面側に引き出されている。なお、トリガ配線２１はステンレスで出来ている。
【００５１】
このように、トリガ配線２１、カソード電極１２、アノード電極２３は、真空槽２の内部に収納され、これらのカソード電極１２、トリガ配線２１及びアノード電極２３は、取付フランジ５０を気密に挿通して配置された電流導入端子の一端にそれぞれ接続されている。各電流導入端子の他端は真空槽２の外部に露出しており、ともに真空槽１０２の外部に配置された電源装置６と接続されている。
【００５２】
この電源装置６は、トリガ電源３１とアーク電源３２とコンデンサユニット３３とを有している。トリガ電源３１は、トリガ電極１３に、蒸着材料１１に対して約３ｋＶの正のパルス状の電圧を印加することができるように構成されている。他方、アーク電源３２は、アノード電極２３に対して、蒸着材料１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加することができるように構成されている。また、コンデンサユニット３３は１８００μＦの容量を持ち、アーク電源３２によって充電される。
【００５３】
上記のような構成の蒸着装置１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽２内に基板４を搬入して、基板ホルダ３に保持させて蒸着源５と対向配置させておき、真空槽２内を高真空雰囲気にしておく。
【００５４】
次いで、アーク電源３２により、アノード電極２３に対して、蒸着材料１１に４００Ｖの負の直流電圧を印加しておく。その状態でトリガ電源３１を起動し、トリガ電極１３に約３ｋＶの正のパルス電圧を印加する。
【００５５】
すると、蒸着材料１１の表面とトリガ電極１３の表面との間に絶縁碍子１４の円筒状部分の厚み分の距離（約１ｍｍ）を介して印加することで絶縁碍子１４の表面でトリガ放電となる沿面放電が発生する。このトリガ放電によって、蒸着材料１１の表面から蒸着材料１１の構成物質が蒸発し、蒸気や、イオンや電子等が発生する。また、蒸着材料１１と絶縁碍子１４のつなぎ目から電子が発生する。
【００５６】
それらの蒸気、イオン、電子等によってアノード電極２３内の圧力が上昇し、アノード電極２３と蒸着材料１１との間の絶縁耐圧が低下すると、コンデンサユニット１３３に充電された電荷よって、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でアーク放電が発生する。アーク放電により、蒸着材料１１に多量の電流が流入し、ジュール熱により蒸着材料１１が蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１の側面からアノード電極２３に向けて大量に放出される。
【００５７】
かかるアーク放電によって生じたアーク電流により、アノード電極２３内に磁場が形成される。その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極２３の開口部方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極２３に向けて放出された荷電微粒子は、真空槽２内に放出され、対向配置された基板４の表面に到達すると、基板４の表面に、薄膜が成長する。
【００５８】
同軸型真空アーク蒸着源の寿命は２つあり、一つはカソードの消耗である。２つ目は、碍子の上部に金属蒸着物が付着し、カソードとトリガ電極が電気的に導通し、トリガ電圧が印加できなくなることである。
【００５９】
上述した蒸着材料１１は蒸発して消耗するため、長期間使用するとトリガ放電が生じなくなり、使用できなくなる。そのときには、蒸着材料１１を新しいものと交換する必要がある。
【００６０】
上述した絶縁碍子１４は、円筒状部１４ａと、板状部１４ｂとを有するハット型碍子である。円筒状部１４ａは、リング状に形成され、カソード電極１２の表面に配置されている。
【００６１】
円板状部１４ｂは、絶縁碍子１４の底面に形成されフランジ状である。絶縁碍子１４は、トリガ電極１３の中空内部に挿通されている。円筒部分１４ａは、外径が円筒状のトリガ電極１３の内径と等しく、かつその高さがトリガ電極１３の高さと等しくなっており、内筒部分１４ａはトリガ電極１３の内部に納まっている。
【００６２】
かかるハット型碍子１４の内部中空とカソード電極１２の孔は連通しており、その内部には、蒸着材料１１のねじ部が挿通されている。絶縁碍子１４の円板状部分１４ｂ、トリガ電極１３の外径は互いに等しくなっており、これらの側面は面一になっている。
【００６３】
以上のように構成自体は従来と同じである。差異点は、図１において、絶縁碍子１４が、分割して構成されることである。すなわち、円筒状部分１４ａと板状部分１４ｂである。
円筒状部分１４ａは円筒の高さ方向を短くする。本実施例では１０ｍｍとした。また、材質はアルミナで純度９９％以上にしている。
また、板状部分１４ｂも高さ方向を短くする。さらに、円周の側面に溝部を形成した。また、材質はアルミナで純度９６％とした。
【００６４】
この結果、従来の絶縁碍子１１４では寿命が１００００回〜３００００回であったものが、本願発明の絶縁碍子１４では４００００回〜６００００回に伸びた。
【００６５】
なお、本発明では、絶縁碍子１４の高さを低くしたことにより、副次的に蒸着材料１１１をコストダウンすることもできる。すなわち、碍子の高さを従来１５ｍｍであったものを１０ｍｍとしたことで、カソード電極である蒸着材料１１１の長さも従来２２ｍｍ必要であったが、本発明の蒸着材料１１では、１７ｍｍに短縮することが出来た。その分、部材の価格が下がった。
【００６６】
以上まとめると、本発明の同軸真空アーク蒸着源用ハット型碍子によれば、ハット型碍子を円筒部品と板状部品に２分割して、寿命を２倍近く伸ばすことができた。さらに、円筒部品と板状部品に分割したことにより、製造しやすくなり、価格を下げることができた。
また、消耗部品である円筒部品の材質を変えたことにより、交換頻度が下がり、ランニングコストが減った。
【００６７】
以上のように、本発明の実施の形態について、円板状部分の外周面に溝（凹所）を有するハット型の絶縁碍子を例にとって説明したが、勿論、本願発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６８】
例えば実施例では、円板状部分の外周面に溝（凹所）を有するハット型の絶縁碍子を用いたが、円板状部分の外周面に壁（凸所）を有するハット型の絶縁碍子でも良い。沿面距離を稼ぐことが出来れば同様の効果が得られる。
【００６９】
また、ハット型の絶縁碍子を円筒部品と円筒部品の外周側に嵌った円環状の板状部品に分割したが、２個とは限らず、２個以上の複数個に分割しても良い。また、円環の枚数、高さ、円環の厚み、材質を適宜変えることにより、交換頻度を調整可能である。
【００７０】
また、ハット型の絶縁碍子を円筒部品と円筒部品の外周側に嵌った円環状の板状部品に分割したが、ハット型の絶縁碍子を軸方向に分割しても良い。例えば、ハット型の円筒状部分と円板状部分に分けても良いし、円板状部分に設けた溝の部分で分割しても良い（図３参照）。また、２個とは限らず、２個以上の複数個に分割しても良い。また、円筒または円板の枚数、高さ、材質を適宜変えることにより、交換頻度を調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態の同軸型真空アーク蒸着源を説明する断面図（正面）である。
【図２】本発明の蒸着装置を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の同軸型真空アーク蒸着源の変形例を説明する断面図（正面）である。
【図４】従来の同軸型真空アーク蒸着源を説明する断面図（正面）である。
【図５】従来の同軸型真空アーク蒸着源を説明する断面図（側面）である。
【図６】従来の蒸着装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・蒸着装置、２・・・真空槽、３・・・基板ホルダ、４・・・基板、５・・・蒸着源、６・・・電源装置、
１１・・・蒸着材料、１２・・・カソード電極、１２ａ・・・電極ホルダ部、１２ｂ・・・下端部、１３・・・トリガ電極、１４・・・絶縁碍子、１４’・・・絶縁碍子、１４ａ・・・円筒、１４ｂ・・・円板、１４ｃ・・・ハット、１４ｄ・・・円板、１６・・・スリーブ、１７・・・スリーブ押さえ、１７ａ・・・上側スリーブ押さえ、１７ｂ・・・下側スリーブ押さえ、１８・・・ナット、
２１・・・トリガ配線、２２・・・トリガ配線碍子、２３・・・アノード電極、
３１・・・トリガ電源、３２・・・アーク電源、３３・・・コンデンサユニット、
５０・・・取付けフランジ、５１・・・支柱、
１０１・・・蒸着装置、１０２・・・真空槽、１０３・・・基板ホルダ、１０４・・・基板、１０５・・・蒸着源、１０６・・・電源装置、
１１１・・・蒸着材料、１１２・・・カソード電極、１１２ａ・・・電極ホルダ部、１１２ｂ・・・下端部、１１２ｃ・・・ねじ、１１３・・・トリガ電極、１１４・・・絶縁碍子、１１４ａ・・・円筒、１１４ｂ・・・円板、１１６・・・スリーブ、１１７・・・スリーブ押さえ、１１７ａ・・・上側スリーブ押さえ、１１７ｂ・・・下側スリーブ押さえ、１１８・・・ナット、
１２１・・・トリガ配線、１２２・・・トリガ配線碍子、１２３・・・アノード電極、
１３１・・・トリガ電源、１３２・・・アーク電源、１３３・・・コンデンサユニット、
１５０・・・取付けフランジ、１５１・・・支柱、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のアノード電極と、円柱状のカソード電極と、円筒状のトリガ電極と、前記カソード電極に接続された蒸着材料と、前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に配置されたハット状の絶縁碍子とを有し、
前記蒸着材料は、前記トリガ電極に近接した位置に配置され、
前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発するように構成された蒸着源であって、
前記円筒状のトリガ電極と前記円柱状のカソード電極が前記ハット状の絶縁碍子を挟んで同軸に隣接して固定され、前記円柱状のカソード電極の周りに同軸に円筒状のアノード電極が配置され、
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状部分と円板状部分からなり、
前記円板状部分の側周部に凹所または凸所があることを特徴とする蒸着源。
【請求項２】
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状部分と円板状部分とを分割可能に構成としたことを特徴とする請求項1に記載の蒸着源。
【請求項３】
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状の碍子と、前記円板状部分は該円筒状の碍子の外周側に嵌った円環状の碍子に分割可能としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
【請求項４】
前記ハット状の絶縁碍子は、前記円筒状部分と前記円板状部分とを軸方向に分割可能としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
【請求項１】
円筒状のアノード電極と、円柱状のカソード電極と、円筒状のトリガ電極と、前記カソード電極に接続された蒸着材料と、前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に配置されたハット状の絶縁碍子とを有し、
前記蒸着材料は、前記トリガ電極に近接した位置に配置され、
前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が蒸発するように構成された蒸着源であって、
前記円筒状のトリガ電極と前記円柱状のカソード電極が前記ハット状の絶縁碍子を挟んで同軸に隣接して固定され、前記円柱状のカソード電極の周りに同軸に円筒状のアノード電極が配置され、
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状部分と円板状部分からなり、
前記円板状部分の側周部に凹所または凸所があることを特徴とする蒸着源。
【請求項２】
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状部分と円板状部分とを分割可能に構成としたことを特徴とする請求項1に記載の蒸着源。
【請求項３】
前記ハット状の絶縁碍子は、円筒状の碍子と、前記円板状部分は該円筒状の碍子の外周側に嵌った円環状の碍子に分割可能としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
【請求項４】
前記ハット状の絶縁碍子は、前記円筒状部分と前記円板状部分とを軸方向に分割可能としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２９１３２１（Ｐ２００８−２９１３２１Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３８６４６（Ｐ２００７−１３８６４６）
【出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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