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JP4173759B2 - Arc evaporation film deposition system - Google Patents
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JP4173759B2 - Arc evaporation film deposition system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク蒸発源を備えるアーク蒸発式成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アーク蒸発式成膜装置は、アーク蒸発源によってアーク放電を発生させることにより、アーク蒸発源のターゲットカソードを構成する物質からなる膜を成膜することができる。
【0003】
図2は、従来のアーク蒸発式成膜装置に用いられるアーク蒸発源60の構造を示す図である(例えば、実用新案登録文献1、特許文献2参照)。また、図2には、アーク蒸発源60と電源64との接続が模式的に示されている。
【0004】
アーク蒸発源60は、真空チャンバ内に配置されており、真空チャンバ外に配置される直流電源64に接続されている。そして、アーク蒸発源60は、直流電源64より電力を供給され真空チャンバ内にアーク放電を形成する。
【0005】
そして、アーク放電が形成されることにより、ターゲットカソード62を構成する物質が蒸発し、真空チャンバ内でアーク蒸発源60に対向するように配置された図示されない基材に膜が形成される。
【0006】
また、図2に示されるように、従来のアーク蒸発源60にはトリガー電極65が設けられている。即ち、従来のアーク蒸発源60では、トリガー電極65の先端をターゲットカソード62の表面に接触させた状態からトリガー電極65をターゲットカソード62より垂直方向に引き離すように移動させて、アーク放電を開始させるようにしている。
【0007】
そして、前記アーク蒸発源60及びアーク蒸発源60を備えるアーク蒸発式成膜装置には、トリガー電極65をターゲットカソード62に対して前記垂直方向に駆動するための機構も設けられている。
【0008】
また、トリガー電極65は、一旦放電が開始すると、蒸発源60の近傍より退避させるようにされており、アーク放電を開始した後の蒸発源60による成膜の妨げとならないようにされている
【0009】
【実用新案登録文献1】
実公平3−11226号公報(第1図)。
【特許文献2】
特許第3287163号公報(第1図)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来のアーク蒸発源60にあっては、トリガー電極65が設けられており、このトリガー電極65及びこれを支持して駆動するための機構をアーク蒸発源60やその近傍に設けなければならなかった。
【0011】
そのため、アーク蒸発源60を簡潔な構造にすることができなかった。また、トリガー電極65により放電を開始させると、トリガー電極65を構成する物質が成膜される膜中に混入し、膜質を低下させる。
【0012】
そこで、本発明は、放電を容易に開始させるとともに、アーク蒸発源よりトリガー電極を除くことにより以上の問題を解決することができるアーク蒸発式成膜装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ターゲットカソード、該ターゲットカソードの先端の側方の近傍にターゲットカソードを囲むように配置されたシールド板及び前記ターゲットカソードに対する基端側に配置される磁石を備えるアーク蒸発源と、真空チャンバと、前記アーク蒸発源に電力を供給する電力供給手段とを備え、前記アーク蒸発源に前記電力供給手段により所定の直流電力を供給して真空チャンバ内にアーク放電を形成するとともに、前記シールド板及び磁石によって前記アーク放電を安定させるようにされており、前記アーク放電を形成することによって前記真空チャンバ内に配置された基材に成膜するアーク蒸発式成膜装置であって、前記電力供給手段により前記ターゲットカソードと前記シールド板間に所定の高電圧を印加することによって火花放電を発生させ、前記火花放電を発生させた後に前記アーク放電を形成するように構成され、前記電力供給手段による高電圧の印加により火花放電を発生した後に、その高電圧の印加を停止するように切り換える切換え手段が設けられたことを特徴とする。
【0014】
本発明のアーク蒸発式成膜装置によると、前記ターゲットカソードとシールド板間に火花放電を発生させ、この火花放電を発生させることによってアーク放電を発生させるようにしている。
【0015】
従って、本発明のアーク蒸発式成膜装置によると、アーク蒸発源にトリガー電極を設けることなく、アーク放電を発生させることができる。これにより、トリガー電極を省くことにより、アーク蒸発源を簡潔な構造にすることができ、また成膜される膜中への不純物の混入を防いで膜質の低下を防ぐこともできる。
【0016】
また、前記電力供給手段を、前記火花放電を発生させる高電圧を供給する高電圧発生装置と前記アーク放電を形成する電力を供給する直流電源とを備える構成とし、
前記直流電源を、負極側の端子が前記ターゲットカソード側に接続され、正極側の端子が前記真空チャンバ側に接続されるよう、前記ターゲットカソードと前記真空チャンバとを接続する第一の回路中に介装し、
前記高電圧発生装置を、前記ターゲットカソードと前記シールド板とを接続する第二の回路中に介装することができる(請求項2)。
【0017】
この発明によると、前記火花放電を発生させる高電圧は高電圧発生装置により供給され、アーク放電を形成するための電力は直流電源により供給される。これにより、高電圧発生装置と直流電源とを個別に制御できるので、前記火花放電の発生に関する電力供給手段の制御を行い易い。
【0018】
また、電力供給手段が高電圧発生装置と直流電源とを備えるアーク蒸発式成膜装置について(請求項2)、所定の電流の導通を検出して前記アーク放電の発生を検出するための電流検出手段をさらに設け、
前記第二の回路のうち前記第一の回路と重なる部分を除いた部分に切換え手段を設け、
前記切換え手段を、前記アーク放電が発生するまで前記第二の回路の電気抵抗が小となる状態に維持するとともに、前記電流検出手段により前記アーク放電の発生を検出すると前記第二の回路の電気抵抗が大となるように切換えられるようにすることができる(請求項3)。
【0019】
この発明によると、アーク放電の発生が検出されると、前記切換え手段により第二の回路は電気抵抗が大となる状態に切換えられる。これにより、シールド板は真空チャンバより電気的に浮いた状態とされ、アーク放電はターゲットカソードと真空チャンバの内面間で形成される。
【0020】
そして、前記切換え手段を両端間の導通と非導通とが切換えられるオン/オフ切換えスイッチとすることができる(請求項4)。これにより、前記シールド板と電力供給手段との接続を切換える切換え手段を簡潔な構成にできる。
【0021】
また、前記電流検出手段によりアーク放電の発生を検出すると、前記高電圧発生装置の動作を停止させるように構成することもできる(請求項5)。これにより、アーク放電を発生した後には高電圧発生装置を停止させ、装置の非効率な動作を防ぐことができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態であるアーク蒸発式成膜装置1の構成の概略を示す図である。また、図1は、アーク蒸発式成膜装置1のアーク蒸発源6の模式的な断面図、及びアーク蒸発源6と電力供給手段10と真空チャンバ25との接続の模式的な関係を示している。
【0023】
アーク蒸発式成膜装置1は、アーク蒸発源6と電力供給手段10と真空チャンバ25を備えている。アーク蒸発源6は、ターゲットカソード7とシールド板8と磁石9を備えている。
【0024】
ターゲットカソード7は、アーク蒸発源6の先端に配設されている。シールド板8は、中空の円板状をなしており、ターゲットカソード7の先端の側方の近傍に、ターゲットカソード7を囲むように配設されている。磁石9は、ターゲットカソード7に対する基端側に配設されている。
【0025】
磁石9とシールド板8とにより、ターゲットカソード7の表面付近におけるアーク放電の状態を安定化させることができる。
【0026】
アーク蒸発源6は、電力供給手段10より電力を供給される。電力供給手段10は、直流電源11と高電圧発生装置12を備えている。直流電源11は、アーク蒸発源6にアーク放電を形成するための直流電力を供給する。
【0027】
直流電源11は、負極側の端子と正極側の端子を備えており、直流電力として約10〜100V(ボルト)程度の電圧値であり、約10〜500A(アンペア)程度の電流値の電力を出力する。
【0028】
直流電源11は、ターゲットカソード7と真空チャンバ25とを接続する第一の回路中に介装されている。第一の回路は、後に説明する高電圧発生装置12の出力端子12a、12b及び直流電源11をとおり、ターゲットカソード7と真空チャンバ25とを接続する回路である。
【0029】
そして、直流電源11は、負極側の端子がターゲットカソード7側に接続され、正極側の端子が真空チャンバ25側に接続されている。真空チャンバ25は接地電位とされており、直流電源11の正極側の端子は接地電位とされる。
【0030】
また、直流電源11の正極側の端子は、切換えスイッチ13を介してシールド板8にも接続されている。なお、真空チャンバ25の構造部材は、導電性の材質により形成され、アーク蒸発源6を動作させる回路の一部を構成している。また、アーク蒸発源6が真空チャンバ25に配設されるにあたり、ターゲットカソード7が真空チャンバ25の構造部材から電気的に絶縁されるようにされている。
【0031】
高電圧発生装置12は、アーク蒸発源6に火花放電を発生させるための高電圧を供給する。火花放電は、この放電の後にアーク放電を形成するための初期の放電である。
【0032】
高電圧発生装置12は、数千〜数万ボルト(V)程度の高電圧を出力する。高電圧発生装置12により形成された高電圧は、二つの出力端子12a、12bより出力される。
【0033】
高電圧発生装置12は、ターゲットカソード7とシールド板8とを接続する第二の回路中に介装されている。第二の回路は、高電圧発生装置12の出力端子12a、12bと直流電源11と後に説明するオン/オフ切換えスイッチ13とをとおり、ターゲットカソード7とシールド板8とを接続する回路である。
【0034】
そして、高電圧発生装置12の一方の出力端子12aは、ターゲットカソード7に接続されている。また、高電圧発生装置12の他方の出力端子12bは直流電源11の負極側の端子に接続されている。
【0035】
また、直流電源11の負極側の端子は高電圧発生装置12の出力端子を介してターゲットカソード7に接続される。また、高電圧発生装置12の他方の端子12bは、直流電源11を介してオン/オフ切換えスイッチ13に接続され、さらにシールド板8に接続されている。
【0036】
高電圧発生装置12として、交流の電力により高電圧を出力する装置を用いるのが好ましい。高電圧発生装置12が交流の電力を出力する装置であると、アーク蒸発源6に高電圧を供給するにあたり、その動作の制御が容易だからである。特に、高周波の高電圧を出力する装置を用いるのがより好ましい。
【0037】
また、電力供給手段10とアーク蒸発源6及び真空チャンバ25とを接続する回路には、電流センサ14が設けられている。この電流センサ14により、電力供給手段10よりアーク蒸発源6に供給される電流が検出される。
【0038】
この電流センサ14が一定電流を検出してアーク放電が形成されたことが検出されると、高電圧発生装置12は動作を停止するよう制御され、また切換えスイッチ13はオフされるように制御される。前記電流センサ14は、アーク放電の発生を検出するための電流検出手段にあたる。
【0039】
オン/オフ切換えスイッチ13は、ターゲットカソード7とシールド板8とを接続する第二の回路のうち、第一の回路と重なる部分を除いた部分に介装されている。
【0040】
図1に示される回路において、切換えスイッチ13が閉じられてオンされた状態では、シールド板8と真空チャンバ25とが切換えスイッチ13によって短絡されており、シールド板8は接地電位とされる。
【0041】
一方、切換えスイッチ13が開かれてオフされると、ターゲットカソード7及びシールド板8間は開放され、高電圧発生装置12との接続が切られ、ターゲットカソード7とシールド板8間に高電圧が供給されない。
【0042】
また、切換えスイッチ13がオフされると、シールド板8は真空チャンバ25から電気的に浮いた状態となり、接地されている真空チャンバ25と異なる電位をとる状態となる。
【0043】
この切換えスイッチ13は、第二の回路を電気抵抗が小となる状態と大となる状態とを切り換えるために設けられており、切換え手段にあたる。
【0044】
なお、図1に示される切換えスイッチ13とシールド板8とを接続する回路は、真空チャンバ25から電気的に絶縁されるようにされている。
【0045】
また、このアーク蒸発式成膜装置1は、その動作を制御するための特に図示されないコントローラを備えている。そして、前記電流センサ14が検出した電流値はこのコントローラに検出されるようにされている。
【0046】
また、このコントローラは、電流センサ14による電流の検出に基づき、高電圧発生装置12の動作を停止させ、切換えスイッチ13のオン、オフの制御を行うようにもされている。
【0047】
また、真空チャンバ25は、その内部が外部の空間から閉じられた状態で図示しない排気手段によって排気され、アーク蒸発源6を動作させて成膜プロセスを実行するための所要の真空雰囲気とされる。
【0048】
また、このアーク蒸発式成膜装置は、真空チャンバ25内に所要のプロセスガスを供給し、真空チャンバ25内を前記ガスによる所要の圧力に調整できるようにされている。このプロセスガスとして、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスが供給される。
【0049】
また、成膜装置1は、図示しない基材ホルダが真空チャンバ25内に配置されるようにされている。そして、成膜の対象である基材は前記基材ホルダによりアーク蒸発源6に対向して保持されるようにされている。
【0050】
以上に説明した成膜装置1を動作させる例について説明する。アーク蒸発源6を、図1に示されるように、ターゲットカソード7及びシールド板8が真空チャンバ25内に位置するように真空チャンバ25に配置する。
【0051】
そして、真空チャンバ25内に図示されない基材を配置して真空チャンバ25を閉じる。そして、真空チャンバ25内を排気しつつ不活性ガスとしてアルゴンガスを供給し所要のガス圧に調整する。
【0052】
真空チャンバ25内にアルゴンガスを供給するにあたり、以下のアーク蒸発源6に火花放電を発生させる工程では、アーク放電を形成して成膜を行う工程に比べてガス圧を少し高く調整するのが好ましい。
【0053】
次に、電力供給手段10を動作させると、直流電源11より出力される直流電圧及び高電圧発生装置12より出力される高電圧がアーク蒸発源6に印加される。
【0054】
アーク蒸発源6は、高電圧発生装置12より供給される高電圧によって火花放電を発生する。そして、アーク蒸発源6は、この火花放電を発生した後にアーク放電を発生する。
【0055】
ここで、アーク蒸発源6がアーク放電を発生すると、電流センサ14がアーク放電の発生に伴う電流の導通を検出する。そして、アーク放電の発生が検出されると、高電圧発生装置12は動作を停止するよう制御され、切換えスイッチ13はオフされるように制御される。
【0056】
そして、切換えスイッチ13がオフされることにより、シールド板8は真空チャンバ25より電気的に浮いた状態とされる。これにより、ターゲットカソード7と真空チャンバ25の内面との間でアーク放電が形成される。
【0057】
そして、アーク蒸発源6によりアーク放電が形成されることにより、ターゲットカソード7を構成する膜の原料物質がイオン化する。そして、イオン化した膜の原料物質は、ターゲットカソード7より真空チャンバ25内の空間に向かって放出される。これにより、真空チャンバ25内に保持される基材に膜が形成される。
【0058】
以上に説明したように、アーク蒸発式成膜装置1によると、電力供給手段10によりアーク蒸発源6のターゲットカソード7とシールド板8間に高電圧を印加して火花放電を発生させ、アーク放電を発生させるようにしている。
【0059】
これにより、アーク蒸発源6にトリガー電極を設ける必要がない。これにより、アーク蒸発源6の構造を簡潔にでき、アーク蒸発源6のターゲットカソード7を交換するメンテナンスを容易にすることもできる。また、トリガー電極による放電を用いないので、膜中に不純物が混入することを防ぎ、膜質の低下を防ぐこともできる。
【0060】
なお、以上の図1に基づく説明では、直流電源11と高電圧発生装置12とを直列に接続し、直流電源11が介装される第一の回路と高電圧発生装置12が介装される第二の回路の一部が重なるように設ける例を挙げた。
【0061】
本発明を実施するにあたり、第一の回路と第二の回路とを互いに独立に設け、この第一の回路に直流電源を介装し、この第二の回路に高電圧発生装置を介装することもできる。
【0062】
また、以上の説明では、電力供給手段10を、直流電源11と高電圧発生装置12の二種類の電源を設けて構成する例を挙げた。このように、二種類の電源を設けると、各電源ごとに動作を制御できるので、火花放電を発生させた後の動作の制御を行い易く好ましい。
【0063】
一方、アーク蒸発源6を動作させるための電力供給手段を一つの電源により構成することもできる。即ち、一つの電源により火花放電を発生させるための高電圧の出力と、成膜を行うためのアーク放電を形成する直流電力の供給を行うようにすることもできる。
【0064】
また、以上の説明では、切換え手段として切換えスイッチ13を設け、アーク放電の発生が検出されると、切換えスイッチ13をオフすることにより真空チャンバ25とシールド板8との電気的な接続を切り離して第二の回路の電気抵抗が大となるようにし、シールド板8の電位を真空チャンバ25の電位と異ならせるようにする例を挙げた。
【0065】
切換え手段の他の例として、切換えスイッチ13と該切換えスイッチ13に並列に接続される図示されない抵抗とにより構成することができる。切換え手段をこのように構成すると、切換えスイッチ13がオフされると、並列に接続される抵抗によって、ターゲットカソード7とシールド板8とを接続する回路の抵抗が大となる状態に切換えられ、シールド板8の電位は真空チャンバ25の電位と異なるものとなる。
【0066】
【発明の効果】
本発明によると、以上に説明したように、アーク蒸発源のターゲットカソードとシールド板間に高電圧を印加して火花放電を発生させることによりアーク放電を発生させるようにしている。これにより、アーク蒸発源よりトリガー電極を省くことができる。
【0067】
これにより、アーク蒸発源の構造を簡潔にすることができる。また、成膜された膜の膜質の低下を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アーク蒸発式成膜装置の一実施形態を示す図である。
【図2】従来のアーク蒸発源を示す図である。
【符号の説明】
1 アーク蒸発式成膜装置
6 アーク蒸発源
7 ターゲットカソード
8 シールド板
9 磁石
10 電力供給手段
11 直流電源
12 高電圧発生装置
12a 一方の出力端子
12b 他方の出力端子
13 切換えスイッチ
14 電流センサ
25 真空チャンバ
60 (従来の)アーク蒸発源
62 ターゲットカソード
64 直流電源
65 トリガー電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arc evaporation type film forming apparatus including an arc evaporation source.
[0002]
[Prior art]
The arc evaporation type film forming apparatus can form a film made of a material constituting the target cathode of the arc evaporation source by generating arc discharge by the arc evaporation source.
[0003]
FIG. 2 is a diagram showing a structure of an arc evaporation source 60 used in a conventional arc evaporation film forming apparatus (see, for example, Utility Model Registration Document 1 and Patent Document 2). FIG. 2 schematically shows the connection between the arc evaporation source 60 and the power source 64.
[0004]
The arc evaporation source 60 is disposed in the vacuum chamber and is connected to a DC power source 64 disposed outside the vacuum chamber. The arc evaporation source 60 is supplied with electric power from the DC power source 64 and forms an arc discharge in the vacuum chamber.
[0005]
As a result of the arc discharge being formed, the material constituting the target cathode 62 evaporates, and a film is formed on a base material (not shown) arranged to face the arc evaporation source 60 in the vacuum chamber.
[0006]
As shown in FIG. 2, the conventional arc evaporation source 60 is provided with a trigger electrode 65. That is, in the conventional arc evaporation source 60, the trigger electrode 65 is moved away from the target cathode 62 in the vertical direction from the state in which the tip of the trigger electrode 65 is in contact with the surface of the target cathode 62, and arc discharge is started. I am doing so.
[0007]
The arc evaporation film forming apparatus including the arc evaporation source 60 and the arc evaporation source 60 is also provided with a mechanism for driving the trigger electrode 65 in the vertical direction with respect to the target cathode 62.
[0008]
In addition, the trigger electrode 65 is retracted from the vicinity of the evaporation source 60 once discharge is started, so that film formation by the evaporation source 60 after starting arc discharge is not hindered. 0009
[Utility model registration document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 3-11226 (FIG. 1).
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3287163 (FIG. 1).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional arc evaporation source 60, the trigger electrode 65 is provided, and the trigger electrode 65 and a mechanism for supporting and driving the trigger electrode 65 are connected to the arc evaporation source 60 or the vicinity thereof. Had to be established.
[0011]
For this reason, the arc evaporation source 60 could not have a simple structure. Further, when the discharge is started by the trigger electrode 65, the substance constituting the trigger electrode 65 is mixed in the film to be formed, and the film quality is lowered.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide an arc evaporation type film forming apparatus capable of easily starting discharge and solving the above problems by removing a trigger electrode from an arc evaporation source.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a target cathode, a shield plate disposed so as to surround the target cathode in the vicinity of the side of the tip of the target cathode, and a magnet disposed on the base end side with respect to the target cathode. An arc evaporation source, a vacuum chamber, and a power supply means for supplying power to the arc evaporation source, and a predetermined DC power is supplied to the arc evaporation source by the power supply means to cause arc discharge in the vacuum chamber. The arc discharge is formed on the base material disposed in the vacuum chamber by forming the arc discharge and stabilizing the arc discharge by the shield plate and the magnet. A power supply means for applying a predetermined high voltage between the target cathode and the shield plate. To generate a spark discharge by pressure, the is configured to form the arc discharge a spark discharge after generating, after generating the spark discharge by applying a high voltage by the power supply unit, the high voltage A switching means for switching to stop the application is provided.
[0014]
According to the arc evaporation type film forming apparatus of the present invention, a spark discharge is generated between the target cathode and the shield plate, and the arc discharge is generated by generating the spark discharge.
[0015]
Therefore, according to the arc evaporation type film forming apparatus of the present invention, arc discharge can be generated without providing a trigger electrode in the arc evaporation source. Thus, by omitting the trigger electrode, the arc evaporation source can have a simple structure, and contamination of the film to be formed can be prevented and deterioration of the film quality can be prevented.
[0016]
Further, the power supply means includes a high voltage generator for supplying a high voltage for generating the spark discharge and a direct current power source for supplying power for forming the arc discharge,
In the first circuit for connecting the DC power supply, the target cathode and the vacuum chamber are connected such that the negative terminal is connected to the target cathode and the positive terminal is connected to the vacuum chamber. Intervening,
The high-voltage generator can be interposed in a second circuit that connects the target cathode and the shield plate (Claim 2).
[0017]
According to the present invention, the high voltage for generating the spark discharge is supplied by the high voltage generator, and the electric power for forming the arc discharge is supplied by the DC power source. Thereby, since the high voltage generator and the DC power supply can be individually controlled, it is easy to control the power supply means related to the generation of the spark discharge.
[0018]
Further, for an arc evaporation type film forming apparatus in which the power supply means includes a high voltage generator and a DC power supply (Claim 2), current detection for detecting the occurrence of the arc discharge by detecting conduction of a predetermined current Further providing means,
A switching means is provided in a portion excluding a portion overlapping the first circuit in the second circuit,
The switching means is maintained in a state where the electric resistance of the second circuit is reduced until the arc discharge occurs, and when the occurrence of the arc discharge is detected by the current detection means, the electric current of the second circuit is detected. The resistance can be switched so as to increase (claim 3).
[0019]
According to the present invention, when the occurrence of arc discharge is detected, the switching means switches the second circuit to a state where the electrical resistance is increased. As a result, the shield plate is in an electrically floating state from the vacuum chamber, and arc discharge is formed between the target cathode and the inner surface of the vacuum chamber.
[0020]
The switching means can be an on / off switch that switches between conduction and non-conduction between both ends. Thereby, the switching means for switching the connection between the shield plate and the power supply means can be simplified.
[0021]
Further, when the occurrence of arc discharge is detected by the current detection means, the operation of the high voltage generator can be stopped (Claim 5). Thereby, after generating arc discharge, a high voltage generator can be stopped and inefficient operation | movement of an apparatus can be prevented.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of an arc evaporation type film forming apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the arc evaporation source 6 of the arc evaporation film forming apparatus 1 and a schematic relationship between the arc evaporation source 6, the power supply means 10, and the vacuum chamber 25. Yes.
[0023]
The arc evaporation type film forming apparatus 1 includes an arc evaporation source 6, a power supply means 10, and a vacuum chamber 25. The arc evaporation source 6 includes a target cathode 7, a shield plate 8, and a magnet 9.
[0024]
The target cathode 7 is disposed at the tip of the arc evaporation source 6. The shield plate 8 has a hollow disk shape, and is disposed in the vicinity of the side of the tip of the target cathode 7 so as to surround the target cathode 7. The magnet 9 is disposed on the base end side with respect to the target cathode 7.
[0025]
The state of arc discharge in the vicinity of the surface of the target cathode 7 can be stabilized by the magnet 9 and the shield plate 8.
[0026]
The arc evaporation source 6 is supplied with electric power from the electric power supply means 10. The power supply means 10 includes a DC power supply 11 and a high voltage generator 12. The DC power source 11 supplies DC power for forming arc discharge to the arc evaporation source 6.
[0027]
The DC power source 11 includes a negative electrode side terminal and a positive electrode side terminal, and has a voltage value of about 10 to 100 V (volt) as DC power, and a power value of about 10 to 500 A (ampere). Output.
[0028]
The DC power source 11 is interposed in a first circuit that connects the target cathode 7 and the vacuum chamber 25. The first circuit is a circuit for connecting the target cathode 7 and the vacuum chamber 25 through output terminals 12a and 12b of the high voltage generator 12 and a DC power supply 11 which will be described later.
[0029]
The DC power supply 11 has a negative terminal connected to the target cathode 7 side and a positive terminal connected to the vacuum chamber 25 side. The vacuum chamber 25 is set to the ground potential, and the positive terminal of the DC power supply 11 is set to the ground potential.
[0030]
The positive terminal of the DC power supply 11 is also connected to the shield plate 8 via the changeover switch 13. The structural member of the vacuum chamber 25 is made of a conductive material and constitutes a part of a circuit that operates the arc evaporation source 6. Further, when the arc evaporation source 6 is disposed in the vacuum chamber 25, the target cathode 7 is electrically insulated from the structural members of the vacuum chamber 25.
[0031]
The high voltage generator 12 supplies a high voltage for generating a spark discharge to the arc evaporation source 6. The spark discharge is an initial discharge for forming an arc discharge after this discharge.
[0032]
The high voltage generator 12 outputs a high voltage of about several thousand to several tens of thousands of volts (V). The high voltage formed by the high voltage generator 12 is output from the two output terminals 12a and 12b.
[0033]
The high voltage generator 12 is interposed in a second circuit that connects the target cathode 7 and the shield plate 8. The second circuit is a circuit for connecting the target cathode 7 and the shield plate 8 through the output terminals 12a and 12b of the high voltage generator 12, the DC power source 11, and an on / off switch 13 described later.
[0034]
One output terminal 12 a of the high voltage generator 12 is connected to the target cathode 7. The other output terminal 12 b of the high voltage generator 12 is connected to the negative terminal of the DC power supply 11.
[0035]
The negative terminal of the DC power supply 11 is connected to the target cathode 7 via the output terminal of the high voltage generator 12. The other terminal 12 b of the high voltage generator 12 is connected to the on / off switch 13 via the DC power supply 11 and further connected to the shield plate 8.
[0036]
As the high-voltage generator 12, it is preferable to use a device that outputs a high voltage using AC power. This is because, when the high voltage generator 12 is an apparatus that outputs AC power, the operation of the high voltage generator 12 can be easily controlled when supplying a high voltage to the arc evaporation source 6. In particular, it is more preferable to use a device that outputs a high frequency high voltage.
[0037]
In addition, a current sensor 14 is provided in a circuit that connects the power supply means 10 to the arc evaporation source 6 and the vacuum chamber 25. This current sensor 14 detects the current supplied from the power supply means 10 to the arc evaporation source 6.
[0038]
When this current sensor 14 detects a constant current and detects that arc discharge has been formed, the high voltage generator 12 is controlled to stop its operation, and the changeover switch 13 is controlled to be turned off. The The current sensor 14 corresponds to current detection means for detecting the occurrence of arc discharge.
[0039]
The on / off switch 13 is interposed in a portion of the second circuit that connects the target cathode 7 and the shield plate 8 except for a portion that overlaps the first circuit.
[0040]
In the circuit shown in FIG. 1, when the changeover switch 13 is closed and turned on, the shield plate 8 and the vacuum chamber 25 are short-circuited by the changeover switch 13, and the shield plate 8 is set to the ground potential.
[0041]
On the other hand, when the changeover switch 13 is opened and turned off, the target cathode 7 and the shield plate 8 are opened, the connection to the high voltage generator 12 is disconnected, and a high voltage is applied between the target cathode 7 and the shield plate 8. Not supplied.
[0042]
Further, when the changeover switch 13 is turned off, the shield plate 8 is in an electrically floating state from the vacuum chamber 25 and takes a potential different from that of the grounded vacuum chamber 25.
[0043]
The change-over switch 13 is provided for switching the second circuit between a state where the electric resistance is small and a state where the electric resistance is large, and corresponds to a switching means.
[0044]
1 is electrically insulated from the vacuum chamber 25. The circuit connecting the changeover switch 13 and the shield plate 8 shown in FIG.
[0045]
Further, the arc evaporation type film forming apparatus 1 includes a controller (not shown) for controlling the operation thereof. The current value detected by the current sensor 14 is detected by this controller.
[0046]
Further, the controller is configured to stop the operation of the high voltage generator 12 and control the on / off of the changeover switch 13 based on the detection of the current by the current sensor 14.
[0047]
The vacuum chamber 25 is evacuated by an evacuation unit (not shown) with the inside thereof being closed from the outside space, and a vacuum atmosphere required for executing the film forming process by operating the arc evaporation source 6 is obtained. .
[0048]
The arc evaporation type film forming apparatus supplies a required process gas into the vacuum chamber 25 so that the inside of the vacuum chamber 25 can be adjusted to a required pressure by the gas. As this process gas, an inert gas such as an argon (Ar) gas is supplied.
[0049]
The film forming apparatus 1 is configured such that a base material holder (not shown) is disposed in the vacuum chamber 25. The base material to be deposited is held by the base material holder so as to face the arc evaporation source 6.
[0050]
An example of operating the film forming apparatus 1 described above will be described. The arc evaporation source 6 is disposed in the vacuum chamber 25 such that the target cathode 7 and the shield plate 8 are located in the vacuum chamber 25 as shown in FIG.
[0051]
Then, a base material (not shown) is disposed in the vacuum chamber 25 and the vacuum chamber 25 is closed. Then, while evacuating the vacuum chamber 25, argon gas is supplied as an inert gas to adjust to a required gas pressure.
[0052]
In supplying argon gas into the vacuum chamber 25, in the process of generating spark discharge in the arc evaporation source 6 described below, the gas pressure is adjusted slightly higher than in the process of forming a film by forming arc discharge. preferable.
[0053]
Next, when the power supply unit 10 is operated, a DC voltage output from the DC power source 11 and a high voltage output from the high voltage generator 12 are applied to the arc evaporation source 6.
[0054]
The arc evaporation source 6 generates a spark discharge by the high voltage supplied from the high voltage generator 12. The arc evaporation source 6 generates arc discharge after generating this spark discharge.
[0055]
Here, when the arc evaporation source 6 generates arc discharge, the current sensor 14 detects conduction of current accompanying the occurrence of arc discharge. When the occurrence of arc discharge is detected, the high voltage generator 12 is controlled to stop its operation, and the changeover switch 13 is controlled to be turned off.
[0056]
When the changeover switch 13 is turned off, the shield plate 8 is brought into an electrically floating state from the vacuum chamber 25. Thereby, arc discharge is formed between the target cathode 7 and the inner surface of the vacuum chamber 25.
[0057]
Then, arc discharge is formed by the arc evaporation source 6, whereby the raw material of the film constituting the target cathode 7 is ionized. Then, the ionized film material is discharged from the target cathode 7 toward the space in the vacuum chamber 25. Thereby, a film is formed on the substrate held in the vacuum chamber 25.
[0058]
As described above, according to the arc evaporation type film forming apparatus 1, a high voltage is applied between the target cathode 7 and the shield plate 8 of the arc evaporation source 6 by the power supply means 10 to generate a spark discharge. Is generated.
[0059]
Thereby, it is not necessary to provide a trigger electrode in the arc evaporation source 6. Thereby, the structure of the arc evaporation source 6 can be simplified, and maintenance for exchanging the target cathode 7 of the arc evaporation source 6 can be facilitated. In addition, since discharge by the trigger electrode is not used, it is possible to prevent impurities from being mixed into the film and to prevent deterioration of the film quality.
[0060]
In the above description based on FIG. 1, the DC power supply 11 and the high voltage generator 12 are connected in series, and the first circuit in which the DC power supply 11 is interposed and the high voltage generator 12 are interposed. The example which provided so that a part of 2nd circuit might overlap was given.
[0061]
In carrying out the present invention, a first circuit and a second circuit are provided independently of each other, a DC power source is interposed in the first circuit, and a high voltage generator is interposed in the second circuit. You can also
[0062]
Moreover, in the above description, the example which comprises the power supply means 10 by providing two types of power supplies, DC power supply 11 and the high voltage generator 12, was given. Thus, it is preferable to provide two types of power supplies, because the operation can be controlled for each power supply, so that it is easy to control the operation after the spark discharge is generated.
[0063]
On the other hand, the power supply means for operating the arc evaporation source 6 can be configured by a single power source. That is, it is possible to supply a high voltage output for generating a spark discharge with a single power source and a DC power for forming an arc discharge for film formation.
[0064]
In the above description, the changeover switch 13 is provided as a changeover means, and when the occurrence of arc discharge is detected, the changeover switch 13 is turned off to disconnect the electrical connection between the vacuum chamber 25 and the shield plate 8. An example has been given in which the electric resistance of the second circuit is increased and the electric potential of the shield plate 8 is made different from the electric potential of the vacuum chamber 25.
[0065]
As another example of the changeover means, the changeover switch 13 and a resistor (not shown) connected in parallel to the changeover switch 13 can be used. If the switching means is configured in this way, when the switch 13 is turned off, the resistance of the circuit connecting the target cathode 7 and the shield plate 8 is switched to a state in which the resistance connected in parallel increases the shield. The potential of the plate 8 is different from the potential of the vacuum chamber 25.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, arc discharge is generated by applying a high voltage between the target cathode of the arc evaporation source and the shield plate to generate spark discharge. Thereby, the trigger electrode can be omitted from the arc evaporation source.
[0067]
Thereby, the structure of the arc evaporation source can be simplified. In addition, deterioration of the film quality of the formed film can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an arc evaporation type film forming apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing a conventional arc evaporation source.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Arc evaporation type film-forming apparatus 6 Arc evaporation source 7 Target cathode 8 Shield plate 9 Magnet 10 Power supply means 11 DC power supply 12 High voltage generator 12a One output terminal 12b The other output terminal 13 Changeover switch 14 Current sensor 25 Vacuum chamber 60 (conventional) arc evaporation source 62 target cathode 64 DC power supply 65 trigger electrode

Claims (5)

ターゲットカソード、該ターゲットカソードの先端の側方の近傍にターゲットカソードを囲むように配置されたシールド板及び前記ターゲットカソードに対する基端側に配置される磁石を備えるアーク蒸発源と、真空チャンバと、前記アーク蒸発源に電力を供給する電力供給手段とを備え、
前記アーク蒸発源に前記電力供給手段により所定の直流電力を供給して真空チャンバ内にアーク放電を形成するとともに、前記シールド板及び磁石によって前記アーク放電を安定させるようにされており、前記アーク放電を形成することによって前記真空チャンバ内に配置された基材に成膜するアーク蒸発式成膜装置であって、
前記電力供給手段により前記ターゲットカソードと前記シールド板間に所定の高電圧を印加することによって火花放電を発生させ、前記火花放電を発生させた後に前記アーク放電を形成するように構成され
前記電力供給手段による高電圧の印加により火花放電を発生した後に、その高電圧の印加を停止するように切り換える切換え手段が設けられたことを特徴とするアーク蒸発式成膜装置。
An arc evaporation source comprising a target cathode, a shield plate disposed so as to surround the target cathode in the vicinity of the side of the tip of the target cathode, and a magnet disposed on the base end side with respect to the target cathode; a vacuum chamber; Power supply means for supplying power to the arc evaporation source,
A predetermined DC power is supplied to the arc evaporation source by the power supply means to form an arc discharge in a vacuum chamber, and the arc discharge is stabilized by the shield plate and the magnet. An arc evaporation type film forming apparatus for forming a film on a substrate disposed in the vacuum chamber by forming
A spark discharge is generated by applying a predetermined high voltage between the target cathode and the shield plate by the power supply means, and the arc discharge is formed after the spark discharge is generated .
An arc evaporation type film forming apparatus, comprising: switching means for switching so as to stop the application of a high voltage after generating a spark discharge by the application of a high voltage by the power supply means .
前記電力供給手段は、前記火花放電を発生させる高電圧を供給する高電圧発生装置と前記アーク放電を形成する直流電力を供給する直流電源とを備え、
前記直流電源は、負極側の端子が前記ターゲットカソード側に接続され、正極側の端子が前記真空チャンバ側に接続されるよう、前記ターゲットカソードと前記真空チャンバとを接続する第一の回路中に介装されており、
前記高電圧発生装置は、前記ターゲットカソードと前記シールド板とを接続する第二の回路中に介装されていることを特徴とする請求項1に記載のアーク蒸発式成膜装置。
The power supply means includes a high voltage generator for supplying a high voltage for generating the spark discharge and a DC power source for supplying DC power for forming the arc discharge,
The DC power supply is configured in a first circuit that connects the target cathode and the vacuum chamber such that a negative terminal is connected to the target cathode and a positive terminal is connected to the vacuum chamber. Is intervening,
The arc evaporation film forming apparatus according to claim 1, wherein the high voltage generator is interposed in a second circuit that connects the target cathode and the shield plate.
所定の電流の導通を検出して前記アーク放電の発生を検出するための電流検出手段をさらに備え、
前記第二の回路のうち前記第一の回路と重なる部分を除いた部分に前記切換え手段が設けられており、
前記切換え手段は、前記アーク放電が発生するまで前記第二の回路の電気抵抗が小となる状態に維持するとともに、前記電流検出手段により前記アーク放電の発生を検出すると前記第二の回路の電気抵抗が大となるように切換えられるようにされたことを特徴とする請求項2に記載のアーク蒸発式成膜装置。
Current detection means for detecting the occurrence of the arc discharge by detecting conduction of a predetermined current,
The switching means is provided in a portion of the second circuit excluding a portion overlapping with the first circuit,
The switching means maintains the electric resistance of the second circuit at a low level until the arc discharge occurs, and the electric current of the second circuit is detected when the occurrence of the arc discharge is detected by the current detection means. 3. The arc evaporation type film forming apparatus according to claim 2, wherein the resistance is switched so as to increase the resistance.
前記切換え手段が、両端間の導通と非導通とが切換えられるオン/オフ切換えスイッチであることを特徴とする請求項3に記載のアーク蒸発式成膜装置。4. The arc evaporation type film forming apparatus according to claim 3, wherein the switching means is an on / off switching switch for switching between conduction and non-conduction between both ends. 前記電流検出手段によりアーク放電の発生を検出すると、前記高電圧発生装置の動作を停止させるように構成されたことを特徴とする請求項3又は4に記載のアーク蒸発式成膜装置。5. The arc evaporation type film forming apparatus according to claim 3, wherein when the occurrence of arc discharge is detected by the current detection means, the operation of the high voltage generator is stopped. 6.
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