(57)【要約】【課題】  基板に帯電する負電荷が中和される様にする。【解決手段】  真空チャンバー１内に、絶縁部材を介して取り付けられた基板ホルダー４、蒸発材料の加熱用電子銃９を有する蒸発源、真空チャンバー側壁及び底壁に沿って碍子２１を介して真空チャンバー側壁に取り付けられた防着板２０、真空チャンバー内に蒸発源から蒸発した蒸発粒子をイオン化するための電子ビームを発生するプラズマ発生源１１を備え、プラズマ発生源１１は、熱陰極１５と電子放出電極１７が配置されたケース１２と、熱陰極１５と電子引出電極１７との間に放電電圧を印加する放電電源を備え、ケース１２内で形成されたプラズマＰ１中の電子を放電電圧に基づいて真空チャンバー１内に引き出す様に成しているイオンプレーティング装置において、基板ホルダー４と真空チャンバー１壁間の電位を測定する直流電圧計２２と、この電位が基準値になる様に放電電圧をコントロールする制御装置２３が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー、該真空チャンバー内の上壁に絶縁部材を介して取り付けられた基板ホルダー、該真空チャンバーの下部に設けられ、蒸着材料の加熱用電子銃を有する蒸発源、該真空チャンバー内の側壁及び底壁に沿って絶縁部材を介して該真空チャンバー内の側壁に取り付けられた防着板、前記真空チャンバー内に前記蒸発源から蒸発した蒸発粒子をイオン化するための電子ビームを発生するプラズマ発生源を備えており、前記プラズマ発生源は、熱陰極と電子引出電極が配置された放電室と、該熱陰極と該電子引出電極との間に放電電圧を印加するための放電電源と、該放電室内に放電用ガスを供給する手段を備え、前記放電室内で形成された第１プラズマ中の電子を前記放電電圧に基づいて前記真空チャンバー内に引き出す様に成したイオンプレーティング装置において、前記基板ホルダー若しくは防着板とアース間の電位を検出し、該電位が基準値になる様に前記放電電圧をコントロールする様に成したイオンプレーティング装置。
【請求項２】
前記基板ホルダー若しくは防着板と真空チャンバー間の電位を検出する様に成した請求項１記載のイオンプレーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生源を備えたイオンプレーティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に膜を形成する装置には、真空蒸着装置、スパッタリング装置、イオンプレーティング装置等があり、特にイオンプレーティング装置は基板への膜密着性が優れ、且つ、高品質な膜が得られることから、近年、光学レンズのコーティング等、種々の薄膜形成に利用されている。
【０００３】
図１はイオンプレーティング装置の一概略例を示したものである。
【０００４】
図中１は真空チャンバーで、排気通路２を通じて真空ポンプ（図示せず）により排気される様に成っている。
【０００５】
該真空チャンバーの上壁中央部には、基板３（３ａ、３ｂ、３ｃ、…）がセットされた基板ホルダー４がホルダー支持軸５を介して取り付けられている。尚、該ホルダー支持軸の中間部は絶縁部材で形成されている。
【０００６】
前記真空チャンバー１の底壁に設けられた基台６中には、蒸発材料７が収容された坩堝８が設置されている。
又、前記基台６中には、前記坩堝８に隣接して電子銃９が設けられており、該電子銃からの電子ビームＥＢが偏向器（図示せず）により、例えば２７０゜偏向され、該坩堝に収容された前記蒸発材料７を衝撃する様に成されている。尚、前記電子銃９と前記坩堝８の間には、走査用コイル（図示せず）が設けられており、該電子銃から発生し、前記偏向器（図示せず）により２７０゜偏向された電子ビームＥＢが前記蒸発材料７上を走査する様に成されている。
【０００７】
又、前記基台６中には、前記坩堝８からの蒸発粒子の前記基板ホルダー４方向への飛散を遮蔽するシャッターＳと一体化した回転軸Ｂが、モーター等から成る駆動機構（図示せず）により回転可能に取り付けられている。
【０００８】
前記真空チャンバー１の側部には、反応性ガス供給管１０が設けられている。
【０００９】
図中１１はプラズマ発生源で、該プラズマ発生源からの電子ビームが、前記基板ホルダー４と坩堝８の間に照射される様に成っている。
該プラズマ発生源において、１２は円筒状のケースで、先端部には、先端がオリフィス状に形成された円筒状のシールド筒１３が取り付けられており、側部にはアルゴンガス供給管１４が設けられている。
又、前記ケース１２の内部底壁部には、例えばタングステンで形成された熱陰極１５が設けられており、該熱陰極には加熱電源１６が接続されている。
前記プラズマ発生源１１において、１７は前記シールド筒１３の先端部周辺に配置された電子引出電極で、該電子引出電極には抵抗（図示せず）を介して直流電源（放電電源）１８が接続されている。又、１９は前記シールド筒１３の先端部周辺に配置された環状直流コイルで、電子が前記シールド筒１３を通じて引き出される方向と平行な磁場を形成する電磁石から成り、前記ケース１２内で生成されたプラズマを該ケースの中心軸方向に集束させるものである。尚、前記熱陰極１６、電子引出電極１７、ケース１２、加熱電源１６及び直流電源（放電電源）１８で放電回路を構成しており、該放電回路は抵抗（図示せず）を介して前記真空チャンバー１と接続されている。
【００１０】
図中２０は、前記真空チャンバー１内のプラズマ発生領域を前記基板ホルダー４とで取り囲む様に、アースされた前記真空チャンバー１の内壁に碍子２１を介して取り付けられた防着板で、前記蒸発材料７からの蒸発粒子が真空チャンバー内壁等に付着するのを防ぐためのものである。
尚、前記電子銃９からの電子ビームＥＢが前記坩堝８内の蒸発材料７に照射される様に、該蒸発材料からの蒸発粒子が前記基板３の方向に向かって前記プラズマ領域に行ける様に、前記反応性ガス供給管１０からの反応性ガスが前記プラズマ発生領域に行ける様に、更には、前記排気通路２を通じて真空ポンプ（図示せず）により前記真空チャンバー１内の排気を効率良く行える様に、前記防着板２０の適宜箇所には開口が設けられている。
【００１１】
この様な構成のイオンプレーティング装置において、先ず、前記真空チャンバー１内を真空ポンプ（図示せず）により真空排気する。
該真空チャンバー内が所定の真空度に達したら、前記電子銃９からの電子ビームＥＢを前記坩堝８内の蒸発材料に照射する。
この照射により前記蒸発材料７は加熱され、やがて蒸発を始める。尚、この時、前記シャッターＳは遮蔽位置（前記坩堝８と基板ホルダー４との間の位置）にある。
該蒸発材料の蒸発が始まると、前記プラズマ発生源１１において、前記アルゴンガス供給管１４から前記ケース１２内にアルゴンガスを導入する。
同時に、前記加熱電源１８から前記熱陰極１５へ電流を供給することにより該熱陰極を熱電子放出可能な温度にまで加熱する。
【００１２】
次に、前記コイル１９に所定の電流を流し、プラズマ点火と安定なプラズマを得るために必要な磁場を発生させる。
【００１３】
この状態において、前記直流電源（放電電源）１８から前記電子引出電極１７と熱陰極１５との間に所定の正電圧を印加すると、前記シールド筒１３のオリフィス上部に正電界が形成され、該電界によって、前記熱陰極１５からの熱電子は前記電子引出電極１７の方向に加速し始める。該熱電子の加速により、該熱電子と前記導入したアルゴンガスとが衝突を繰り返し、前記ケース１２内にプラズマＰ１が生成される。
【００１４】
こうして生成されたプラズマＰ１中の電子は、前記コイル１９が形成する磁場により前記ケース１２の中心軸方向に集束を受けながら、前記電界により前記真空チャンバー１内へと引き出される。
【００１５】
一方、前記真空チャンバー１内においては、前記蒸発材料７の蒸発が安定すると、前記シャッターＳが前記坩堝８と基板ホルダー４の間の位置から大きく外れた位置に回転移動される。
【００１６】
すると、前記真空チャンバー１内に引き出された前記プラズマ発生源１１からの電子は前記蒸発粒子に衝突し、該粒子を励起してイオン化させるので、該真空チャンバー内にプラズマＰ２が形成される。
【００１７】
尚、この時、該真空チャンバー内には、前記反応性ガス供給管１０から反応性ガス（例えば、酸素ガス）が導入されているので、該反応性ガスも前記プラズマ発生源１１からの電子の衝突によりイオン化される。
【００１８】
このプラズマＰ２中のイオン化された蒸発粒子と反応性ガスは、前記基板３に引き寄せられて該基板に付着し、該基板上には蒸発粒子と反応性ガスの反応物の膜が形成される。
【００１９】
この様な膜形成において、（１）前記真空チャンバー１内に引き出された電子及び前記プラズマＰ２中の電子は、前記引出電極１７に流れ込む。
【００２０】
（２）前記プラズマＰ２に晒された前記基板３、基板ホルダー４及び防着板２０表面には電子による負電荷が蓄積され、該基板等の表面上に負の電圧が印加される状態となる（即ち、アース電位にある前記真空チャンバー１に対し電位的にフローティングの状態にある）。一方、前記プラズマＰ２はアース若しくは正のポテンシャルを持っているので、前記基板３等の表面近傍においては、前記プラズマＰ２が持つポテンシャルと前記基板３等が持つポテンシャルの差が生じ、該基板等近傍のプラズマ中のイオン（正イオン）は、該基板等に向けて加速され、該基板を照射する（叩く）現象が発生する。この結果、前記基板３等表面の帯電電荷（負電荷）は中和される（この中和をプラズマのセルフバイアス電位による中和と称す）。
【００２１】
これら（１）および（２）の現象により、前記真空チャンバー１内に形成されるプラズマＰ２が安定に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平  ９−  ２５６１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
さて、前記電子銃９からの電子を前記蒸発材料７に照射したとき、蒸発粒子の発生と共に、該蒸発材料から二次電子や反射電子が発生している。これらの電子は前記シャッターＳの位置に拘わらず前記基板３、基板ホルダー４及び防着板２０に達し、該基板等の表面へ負電荷が蓄積するが、前記プラズマのセルフバイアス電位による中和作用により中和される。
【００２４】
しかし、前記真空チャンバー１内にプラズマＰ２が生成されていない時には該プラズマのセルフバイアス電位による中和作用が起こらない。又、前記プラズマＰ２の生成初期（プラズマＰ２が未だ安定していない時）においては該中和作用が僅かしか行われない。この結果、前記基板等の表面には前記電子による負電荷が蓄積し、前記基板３への膜形成において思わしくない事態を引き起こす。例えば基板がフッ化カルシウム製の場合は基板が変色し、プラスチック製の場合には基板に対する被膜物質の付着力が低下する。
【００２５】
又、前記真空チャンバー１内に生成されるプラズマＰ２のポテンシャルは、前記プラズマ発生源１１の各パラメータが一旦設定されてしまうと、一義的に決まってしまう。一方、前記基板３等の帯電状態は真空チャンバー１内の圧力、被膜物質の種類等により変化する。従って、たとえ前記真空チャンバー１内に安定したプラズマＰ２が生成されていても、このプラズマＰ２のセルフバイアス電位による中和作用で充分中和されるとは限らない。又、前記基板３等の帯電状態をプラズマＰ２のセルフバイアス電位によりコントロールすることが出来ない。
【００２６】
本発明は、この様な問題を解決する新規なイオンプレーティング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明のイオンプレーティング装置は、真空チャンバー、該真空チャンバー内の上壁に絶縁部材を介して取り付けられた基板ホルダー、該真空チャンバーの下部に設けられ、蒸着材料の加熱用電子銃を有する蒸発源、該真空チャンバー内の側壁及び底壁に沿って絶縁部材を介して該真空チャンバーの側壁に取り付けられた防着板、前記真空チャンバー内に前記蒸発源から蒸発した蒸発粒子をイオン化するための電子ビームを発生するプラズマ発生源を備えており、前記プラズマ発生源は、熱陰極と電子引出電極が配置された放電室と、該熱陰極と該電子引出電極との間に放電電圧を印加するための放電電源と、該放電室内に放電用ガスを供給する手段を備え、前記放電室内で形成された第１プラズマ中の電子を前記放電電圧に基づいて前記チャンバー内に引き出す様に成したイオンプレーティング装置において、前記基板ホルダー若しくは防着板とアース間の電位を検出し、該電位が基準値に成る様に前記放電電圧をコントロールする様に成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、真空チャンバーにおいて、蒸発材料の蒸発が開始されて直ぐに形成されるプラズマＰ２は、常に、基板の帯電による電荷が充分に中和される様なセルフバイアス電位を有する状態に成るので、前記基板への膜形成において思わしくない事態を引き起こすことはなく、前記基板等の帯電状態が真空チャンバー内の圧力や被膜物質の種類等により変化しても、該基板等の帯電電荷は充分中和される。
【００２９】
又、膜形成中の前記基板等の帯電状態は、蒸発材料に適したプラズマＰ２のセルフバイアス電位を有する状態に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のイオンプレーティング装置の一概略例を示している。
【図２】本発明のイオンプレーティング装置の一概略例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
先ず、本発明の原理について説明する。
前記、発明が解決しようとする課題で説明した前記基板３等の帯電による負電荷がプラズマＰ２のセルフバイアス電位による中和作用で充分に中和されるには、前記蒸発材料７への電子照射と同時若しくはそれ以前に前記プラズマ発生源１１を作動させて該プラズマ発生源からの電子引出により前記真空チャンバー１内にプラズマＰ２を生成させ、且つ、該プラズマＰ２のセルフバイアス電位が、前記基板３等の帯電状態がいかなる状態の時であっても、該帯電による電荷が充分中和される様にコントロール出来る様にすれば良い。
【００３２】
この前記基板３等の帯電状態は、例えば、前記基板ホルダー４のフローティング電位値によって知ることが出来、前記プラズマＰ２のセルフバイアス電位は、前記直流電源（放電電源）１８から電子引出電極１７と熱陰極１５間に印加される正電圧によりコントロールすることが出来る。
【００３３】
そこで、例えば前記基板ホルダー４のフローティング電位値を常にモニターし、常に該フローティング電位値に基づいて前記直流電源（放電電源）１８から電子引出電極１７と熱陰極１５との間に印加される電圧を適宜コントロールすれば、前記、発明が解決しようとする課題で説明した前記基板３等の帯電による電荷がプラズマＰ２のセルフバイアス電位による中和作用で充分に中和される筈である。
図２はこの様な原理に基づいて成された本発明のイオンプレーティング装置の一概略例を示したものである。図中、図１で使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００３４】
図２に示すイオンプレーティング装置が図1のイオンプレーティング装置と異なる所は、フローティング電位にある前記基板ホルダー４とアース電位にある真空チャンバー１間に該フローティング電位を測定するための直流電圧計２２が接続されている点と、該直流電圧計からのフローティング電位に基づいて前記直流電源（放電電源）１８をコントロールする制御装置２３が新たに設けられている点である。
【００３５】
この様な構成のイオンプレーティング装置において、先ず、前記真空チャンバー１内を真空ポンプ（図示せず）により真空排気する。
該真空チャンバー内が所定の真空度に達したら、前記電子銃９からの電子ビームＥＢを前記坩堝８内の蒸発材料に照射する。尚、この時、前記反応性ガス供給管１０から該真空チャンバー内に反応性ガスが導入されている。
この照射により前記蒸発材料７は加熱され、蒸発を始める。尚、最初、前記シャッターＳは遮蔽位置（前記坩堝８と基板ホルダー４との間の位置）にあるが、直ぐに、該遮蔽位置から大きく外れた位置に回転移動される。
この時同時に、前記プラズマ発生源１１において、前記アルゴンガス供給管１４から前記ケース１２内にアルゴンガスを導入すると共に、前記加熱電源１８から前記熱陰極１５へ電流を供給することにより該熱陰極を熱電子放出可能な温度にまで加熱する。又、同時に、前記コイル１９に所定の電流を流し、プラズマ点火と安定なプラズマを得るために必要な磁場を発生させる。
この状態において、前記直流電源（放電電源）１８から前記電子引出電極１７と熱陰極１５との間に所定の正電圧を印加すると、前記シールド筒１３のオリフィス上部に正電界が形成され、該電界によって、前記熱陰極１５からの熱電子は前記電子引出電極１７の方向に加速し始める。該熱電子の加速により、該熱電子と前記導入したアルゴンガスとが衝突を繰り返し、前記ケース１２内にプラズマＰ１が生成される。
こうして生成されたプラズマＰ１中の電子は、前記コイル１９が形成する磁場により前記ケース１２の中心軸方向に集束を受けながら、前記電界により前記真空チャンバー１内へと引き出され、前記蒸発粒子及び反応性ガスに衝突し、該粒子と反応性ガスを励起してイオン化させるので、該真空チャンバー内にプラズマＰ２が形成される。従って、本例においては、プラズマＰ２が比較的早い段階（装置稼働時、即ち、膜形成開始時）で形成されることになる。
このプラズマＰ２中のイオン化された蒸発粒子と反応性ガスは、前記基板３に引き寄せられて該基板に付着し、該基板上には蒸発粒子と反応性ガスの反応物の膜が形成される。
さて、この様なイオンプレーティング装置において、予め実験等により、基板３等の帯電状態が該基板への膜形成に対し何ら問題とならない程度のもの及び高品質膜の形成に対応した複数のフローティング電位値が基準電位値として測定され、前記制御装置２３に設定されており、前記直流電圧計２２は装置稼働時（膜形成開始時）から常に前記基板ホルダー４の電位（フローティング電位）を測定している。
従って、前記制御装置２３は、装置稼働時（膜形成開始時）から常に、前記直流電圧計２２からのフローティング電位値と基準電位値を比較し、該フローティング電位値の該基準電位値に対する差が零になるような制御信号値を前記直流電源１８に送ることになり、該直流電源はこの様な制御信号に基づいた正の直流電圧を前記電子引出電極１７と熱陰極１５の間に印加することになる。
この結果、前記蒸発材料７の蒸発が開始されて直ぐの初期段階に形成されるプラズマＰ２は、常に前記基板３等の帯電による電荷が充分に中和される様なセルフバイアス電位を有する状態に成り、その後の膜形成プロセスにおいては蒸発材料に適したセルフバイアス電位を有する状態に成る。
【００３６】
尚、前記例では、フローティング電位を前記基板ホルダー４と真空チャンバー１との間の電圧を測定することにより求めたが、前記防着板２０とアース電位にある部分の間の電圧を測定して求める様にしても良い。
【００３７】
又、前記例では、プラズマ発生源１１が真空チャンバー１内に設けられているイオンプレーティング装置を示したが、プラズマ発生源が真空チャンバー１の外に接続されているイオンプレーティング装置にも本発明が実施可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１…真空チャンバー
２…排気通路
３…基板
４…基板ホルダー
５…ホルダー支持軸
６…基台
７…蒸発材料
８…坩堝
９…電子銃
１０…反応性ガス供給管
１１…プラズマ発生源
１２…ケース
１３…シールド筒
１４…アルゴンガス供給管
１５…熱陰極
１６…加熱電源
１７…電子引出電極
１８…直流電源（放電電源）
１９…環状直流コイル
２０…防着板
２１…碍子
２２…直流電圧計
２３…制御装置
Ｓ  …シャッター
Ｂ  …回転軸
ＥＢ…電子ビーム
Ｐ１、Ｐ２…プラズマ
【図１】
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【図２】
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