(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面を囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を備えており、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の内部を通して前記真空容器中に照射させるように構成したプラズマ発生装置において、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、後者の部分に着脱可能に取り付けたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面を囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を有し、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の内部を通して前記真空容器中に照射させるように構成すると共に、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、後者の部分に着脱可能に取り付けたプラズマ発生装置を備え、前記真空容器内で気化状態の蒸着材料に前記プラズマ発生装置からの電子を照射して発生したプラズマ中のイオンを基板に付着させるようにした薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、内部で発生させたプラズマから電子を外部に導くように成したプラズマ発生装置及びこの様なプラズマ発生装置を用いた薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンプレーティング装置やプラズマＣＶＤ装置等の薄膜形成装置にプラズマ発生装置が利用されている。
【０００３】
図１は、プラズマ発生装置を備えたイオンプレーティング装置の概略を示し、図２はプラズマ発生装置の詳細を示している。図中１はイオンプレーテイング装置の真空容器で、この真空容器の底部には、被蒸発材料２を収容した坩堝３、該被蒸発材料に電子ビームを照射するための電子銃４が設けられている。一方、真空容器の上部には、基板電源５から負の電圧が印加されている基板６が取り付けられている。図中７は真空容器の底部に支持台８により支持されたプラズマ発生装置で、その詳細は後述するが、該プラズマ発生装置からの電子ビームが、前記基板６と坩堝３の間に照射されるように成している。図中９は真空ポンプ、１０はバルブ、１１は反応ガスボンベ、１２はバルブ、１３は放電ガスボンベ、１４はバルブである。
【０００４】
図２は前記プラズマ発生装置の概略を示しており、１５は放電室を形成するケースである。該ケース内にはカソード１６が配置されており、該カソードは加熱電源１７に接続されていると共に、放電電源１８にも接続されている。該ケースには放電ガス供給管１９が設けられており、前記放電ガスボンベ１３から該放電ガス供給管１９を介してＡｒガスの如き不活性ガスがケース内に導入される。該ケースの一方の端部には、ケース１５に碍子２０を介してリング状のアノード２１が設けられている。又、アノードの内側には、前記カソード１６からの電子が該アノードに直接照射されないようにシールド電極２２が配置されている。尚、このシールド電極は同時に電子ビームを通過させるオリフィスを成している。前記ケース１５は抵抗Ｒ１を介して前記放電電源１８に接続され、前記アノード２１は抵抗Ｒ２を介して放電電源１８に接続されている。更に、前記真空容器１は抵抗Ｒ３を介して放電電源１８接続されている。尚、これらの抵抗の抵抗値は、通常、Ｒ１  Ｒ３＞Ｒ２とされており、前記放電電源１８に流れる電流の大部分は、アノード２１とカソード１６との間で放電電流となる。図中２３はケース内の放電電流を整形するための電磁石を構成するコイルで、ケースの外側に設けられている。
【０００５】
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、バルブ１０を開き、真空容器１とケース１５内を真空ポンプ９により所定の圧力になるまで排気する。そして、バルブ１４を開き、ケース９内に放電ガス供給管１９を介して放電ガスボンベ１３から放電ガス（例えば、Ａｒガス）を所定量導入し、ケース１５内の圧力を高め、カソード１６を加熱電源１７により熱電子放出可能な温度にまで加熱する。
【０００６】
次に、コイル２３に所定の電流を流し、プラズマの点火と安定なプラズマを維持するのに必要な磁場を電子ビームの軸方向に発生させる。この状態において、カソード１６とアノード２１に放電電源１８から所定の電圧を印加すると、カソード１６とケース１５との間で初期放電が発生する。この初期放電がトリガとなってケース１５内にプラズマが発生する。この放電プラズマ中の電子は、前記コイル２３が形成する磁場の影響で、電子ビームの軸方向に集束を受け、シールド電極２２のアノード２１に近い側の先端近傍に発生する加速電界により真空容器１内へと引き出される。
【０００７】
一方、真空容器１の内部においては、被蒸発材料２に向けて電子銃４からの電子ビームが照射され、該被蒸発材料は加熱されて蒸発させられる。又、真空容器１内には、バルブ１２が開かれることにより、反応ガスボンベ１１から反応ガス（例えば、酸素ガス）が導入される。前記プラズマ発生装置７から引き出された電子ビームは、前記真空容器１内に導入された反応ガスや蒸発粒子と衝突し、それらを励起、イオン化させて真空容器１内にプラズマＰを形成する。該プラズマ中のイオン化された蒸発粒子は、基板６に引き寄せられて付着し、該基板上には蒸発粒子の成膜が成される。
【０００８】
尚、プラズマ発生装置７から真空容器１内に引き出された電子及びプラズマＰ中の電子は、真空容器１やアノード２１に流れ込み、安定な放電が維持される。又、プラズマＰの強さは、放電ガスの流量やカソード１６の加熱温度によって制御することが出来る。又、抵抗Ｒ２とＲ３について、これらの抵抗値の関係を、Ｒ３＞Ｒ２としたが、この抵抗値の関係を、  Ｒ３＝Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２、Ｒ３＜Ｒ２、Ｒ３  Ｒ２と任意に変えることにより、アノード２１と真空容器１に流れる電流量を自由に選択することが出来る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この様なプラズマ発生装置は、ケース１５内のプラズマ中の電子を積極的に真空容器１内に引き出しているが、該真空容器１内に形成されたプラズマＰ中のイオンが、前記真空容器１内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場により捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行してプラズマ発生装置をスパッタする。特に、電子ビームの軌道を取り囲むように設けられているシールド電極２２先端部は、この様なスパッタにより著しく消耗する。その為、定期的にシールド電極２２を交換しなければならない。
【００１０】
所で、通常、シールド電極２２は、対面しているカソード１６からの輻射熱による影響を出来るだけ小さくするために例えば、高価な高融点金属材料（例えば、タンタル）で形成されている。その為、定期的にシールド電極を交換するとコストが著しく高くなる。
【００１１】
又、シールド電極はケース１５に固定されている為、シールド電極を交換する場合にはプラズマ発生装置自体を真空容器１から外部に出し、プラズマ発生装置自体を解体しなければならない。この作業は厄介で時間が掛かる。ましてや、この作業を定期的に行うとなれば、作業能率の悪さと時間のロスは大きな問題となる。
【００１２】
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規なプラズマ発生装置及び薄膜形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ発生装置は、放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面を囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を備えており、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の内部を通して前記真空容器中に照射させるように構成したプラズマ発生装置において、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、後者の部分に着脱可能に取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
又、本発明の薄膜形成装置は、放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面を囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を有し、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の内部を通して前記真空容器中に照射させるように構成すると共に、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、部分に着脱可能に取り付けたプラズマ発生装置を備え、前記真空容器内で気化状態の蒸着材料に前記プラズマ発生装置からの電子を照射して発生したプラズマ中のイオンを基板に付着させるようにしたことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図３は本発明のプラズマ発生装置の一例を示している。尚、図中、前記図２にて使用した番号と同一番号の付されたものは同一構成要素である。
【００１８】
図３に示された装置と、図２で示された装置の構成上の差異を、以下に説明する。
【００１９】
図２では、シールド電極２２は一体物で、例えば、タンタルやモリブデンの如き高融点金属材料から成り、ケース１５に固定されていた。それに対し、図３の装置では、シールド電極２５は２つの部分、即ち、カソード１６からの電子が直接アノード２１やケース１５に照射されるのを防止するためのシールド体２６と、ケース内と外部との圧力差をつけると共にケース内に発生したプラズマからの電子を通過させるためのオリフィス体２７から成る。そして、前記シールド体２６はタンタルやモリブデンの如き高融点金属材料から成り、ケース１５に固定されている。一方、オリフィス部２７は、イオンスパッタされ難い材料、例えば、カーボンから成り、しかも、前記シールド体２６の先端部に、例えば、ねじ込み式、若しくは差込式で着脱可能に取り付けられている。
【００２０】
この様な構成のシールド電極を備えたプラズマ発生装置を、例えば、図１に示す如きイオンプレーティング装置に応用した場合、次のように動作する。
【００２１】
先ず、バルブ１０を開き、真空容器１とケース１５内を真空ポンプ９により所定の圧力になるまで排気する。そして、バルブ１４を開き、ケース９内に放電ガス供給管１９を介して放電ガスボンベ１３から放電ガス（例えば、Ａｒガス）を所定量導入し、ケース１５内の圧力を高め、カソード１６を加熱電源１７により熱電子放出可能な温度にまで加熱する。
【００２２】
次に、コイル２３に所定の電流を流し、プラズマの点火と安定なプラズマを維持するのに必要な磁場を電子ビームの軸方向に発生させる。この状態において、カソード１６とアノード２１に放電電源１８から所定の電圧を印加すると、カソード１６とケース１５との間で初期放電が発生する。この初期放電がトリガとなってケース１５内にプラズマが発生する。この放電プラズマ中の電子は、前記コイル２３が形成する磁場の影響で、電子ビームの軸方向に集束を受け、シールド電極２５のオリフィス体２７の先端近傍に発生する加速電界により真空容器１内へと引き出される。尚、カソード１６からの熱電子は、シールド電極２５のシールド体２６により、直接アノード２１やケース１５に照射されることはない。
【００２３】
一方、真空容器１の内部においては、被蒸発材料２に向けて電子銃４からの電子ビームが照射され、該被蒸発材料は加熱されて蒸発させられる。又、真空容器１内には、バルブ１２が開かれることにより、反応ガスボンベ１１から反応ガス（例えば、酸素ガス）が導入される。前記プラズマ発生装置７から引き出された電子ビームは、前記真空容器１内に導入された反応ガスや蒸発粒子と衝突し、それらを励起、イオン化させて真空容器１内にプラズマＰを形成する。該プラズマ中のイオン化された蒸発粒子は、基板６に引き寄せられて付着し、該基板上には蒸発粒子の成膜が成される。
【００２４】
さて、前記真空容器１内に形成されたプラズマＰ中のイオンが、前記真空容器１内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場により捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行してプラズマ発生装置７に向かって来る。そして、該イオンの大部分が、電子ビームの軌道を取り囲むように設けられているシールド電極２５のオリフィス体２７の先端部に当たる。
【００２５】
しかし、このオリフィス体２７はイオンによる衝撃に対し、スパッタされ難い材料で出来ている為、スパッタによる消耗が極めて少ない。その為、シールド電極消耗によるシールド電極交換の頻度が著しく低くなる。このシールド電極交換時には、シールド電極全体を交換するのではなく、オリフィス体２７のみの交換で済む。しかも、このオリフィス体は従来使用されていた高融点金属材料に対しかなり安価な材料が使用されているので、シールド電極交換（実質的には、オリフィス体交換）のコストが著しく低く抑えることが出来る。
【００２６】
しかも、このオリフィス体２７は、ケース１５に固定されているシールド体２６に、ねじ込み式若しくは差込式で取り付けられているので、交換時、プラズマ発生装置自体を真空容器から外部に出して解体する必要がなくなり、オリフィス体のみシールド体２６から取り外せばよいので、交換作業は極めて簡単で短時間で済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プラズマ発生装置を備えたイオンプレーティング装置の概略を示している。
【図２】  従来のプラズマ発生装置の概略を示している。
【図３】  本発明のプラズマ発生装置の一例を示している。
【符号の説明】
１…真空容器、２…被蒸発材料、３…坩堝、４…電子銃、５…基板電源、６…基板、７…プラズマ発生装置、８…支持台、９…真空ポンプ、１０…バルブ、１１…反応ガスボンベ、１２…バルブ、１３…放電ガスボンベ、１４…バルブ、１５…ケース、１６…カソード、１７…加熱電源、１８…放電電源、１９…放電ガス供給管、２０…碍子、２１…アノード、２２，２５…シールド電極、２６…シールド体、２７…オリフィス体
【図１】
0003717655.tif 000002
【図２】
0003717655.tif 000003
【図３】
0003717655.tif 000004