(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの内部に臨むように配設され、電子を放出するカソードおよび前記カソードが放出した電子を案内する磁束を形成する収束コイルを備えるプラズマガンと、
磁束を前記チャンバ内に形成する補助磁石とを有し、
前記収束コイルに磁束の向きが変動する励磁電流を印加し、
前記プラズマガンは、前記カソードと前記収束コイルとの間に、第１電極および第２電極を備える圧力勾配型プラズマガンであり、
前記第２電極は、内部に電極内コイルが配設されており、
前記電極内コイルに前記励磁電流と同期して変動する極内電流を印加することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記励磁電流と前記極内電流とは、同一周波数で同位相の同期した正弦波電流であり、前記収束コイルと前記電極内コイルとに同じ極性の磁束を形成させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記補助磁石は、前記プラズマガンと反対側の前記チャンバの外側に、磁極の向きが前記プラズマガンの軸と交差するように配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備えることを特徴とする蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置および蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを形成して蒸着を促進するプラズマアシスト法を行う蒸着装置が知られている。プラズマアシスト法を行う場合、ガラス基板等の被蒸着体をプラズマの近くに配置すると、被蒸着体が過熱されてその表面にイオンスパッタが発生し、蒸着により形成した膜に欠陥を生じ得る。
【０００３】
プラズマガンは、一般に、放出した電子を案内する磁束を形成するために収束コイルを備える。そこで、特許文献１および特許文献２に記載された蒸着装置では、磁石を用いて、収束コイルが形成した磁束を屈曲させ、或いは、屈曲した合成磁場を形成し、蒸着原料のるつぼの近くにプラズマが形成されるようにしている。しかしながら、被蒸着体とプラズマとの距離が遠くなると、蒸発した原料の活性が低下して膜質が悪くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７６７７０号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記問題点に鑑みて、本発明は、プラズマアシスト法に適したプラズマを形成できるプラズマ発生装置、および、プラズマアシスト法によって蒸着膜に欠陥を生じさせず高品質の成膜が可能な蒸着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明によるプラズマ発生装置は、チャンバと、前記チャンバの内部に臨むように配設され、電子を放出するカソードおよび前記カソードが放出した電子を案内する磁束を形成する収束コイルを備えるプラズマガンと、磁束を前記チャンバ内に形成する補助磁石とを有し、前記収束コイルに磁束の向きが変動する励磁電流を印加し、前記プラズマガンは、前記カソードと前記収束コイルとの間に、第１電極および第２電極を備える圧力勾配型プラズマガンであり、前記第２電極は、内部に電極内コイルが配設されており、前記電極内コイルに前記励磁電流と同期して変動する極内電流を印加するものとする。
【０００７】
この構成によれば、励磁電流の電流変化にともなって、収束コイルが形成する磁束と補助磁石が形成する磁束との合成磁束の経路が変化する。これにより、プラズマが形成される範囲が移動、典型的には、補助磁石に接近または離間するように、プラズマが形成される範囲が屈曲または伸長する。これにより、プラズマを移動させて、プラズマの範囲が固定されることにより生じる被蒸着体の過熱等の不具合を回避できる。
【０００９】
この構成によれば、電極内コイルが形成する磁束の向きと、収束コイルが形成する磁束の向きとが同調するので、カソードから放出された電子を収束コイルが形成した磁束に捕捉させやすく、電子の移動が安定する。このため、プラズマを安定して発生させられる励磁電流の変化の許容度が高く、電流変動に対するプラズマ発生範囲の移動の追従が早い。
【００１０】
また、本発明のプラズマ発生装置において、前記励磁電流と前記極内電流とは、同一周波数で同位相の同期した正弦波電流であり、前記収束コイルと前記電極内コイルとに同じ極性の磁束を形成させてもよい。
【００１１】
この構成によれば、収束コイルと電極内コイルの極性を完全に一致させることで、電子の移動が安定するとともに、励磁電流および極内電流を同一の電源または同じ制御信号によって制御される回路を用いて発生させられるので、構成が簡単である。
【００１２】
また、本発明のプラズマ発生装置において、前記補助磁石は、前記プラズマガンと反対側の前記チャンバの外側に、磁極の向きが前記プラズマガンの軸と交差するように配設されてもよい。
【００１３】
この構成によれば、補助磁石は、合成磁束をプラズマガンの軸から外れるように屈曲させ得るので、プラズマ発生範囲を容易に揺動できる。
【００１４】
また、本発明による蒸着装置の第１の態様は、前記プラズマ発生装置のいずれかを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、電子を案内する磁束の経路を変化させることにより、プラズマの発生範囲を移動させられ、プラズマの作用を調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の蒸着装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の蒸着装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態である蒸着装置１の構成を示す。蒸着装置１は、内部を真空排気可能なチャンバ２と、チャンバ２の側壁に設けた開口からチャンバ２の内部を望むように配設された圧力勾配型プラズマガン３と、チャンバ２のプラズマガン３と反対側の側壁の外側に配設された永久磁石からなる補助磁石４とを有する。
【００２１】
チャンバ２は、内部空間の上部に、表面に金属を蒸着すべき被蒸着体であるガラス基板５を保持でき、底部に蒸着原料を溶解するためのるつぼ６が配設されている。
【００２２】
プラズマガン３は、電子を放出するカソード７と、電子の軌道に沿って電位勾配を形成する第１電極８および第２電極９と、カソード７が放出した電子を回収する帰還電極１０と、カソード７が放出した電子を案内する磁束を形成する収束コイル１１とを有する。第１電極８は、内部に永久磁石１２を収容した中空環状の電極である。第２電極９は、内部に空芯コイルからなる極内コイル１３を収容した中空環状の電極である。プラズマガン３は、例えばアルゴンのような電離してプラズマ化するガスを、カソード７，第１電極８、第２電極９、帰還電極１０および収束コイル１１の中心を貫通して噴射するようになっている。
【００２３】
また、プラズマガン３は、インバータからなり、第２電極９の極内コイル１３に交流電流である極内電流を印加するための極内励磁電源１４と、インバータからなり、収束コイル１１に交流電流である励磁電流を印加するための収束励磁電源１５と、極内励磁電源１４および収束励磁電源１５を制御する制御装置１６とを有する。極内励磁電源１４と収束励磁電源１５とは、巻線方向が同じ、つまり、印加される電流に対して発生する磁束の向きが同じである。また、本実施形態において、制御装置１６は、極内励磁電源１４と収束励磁電源１５とに、同一周波数で同位相の同期した正弦波電流を出力させるようになっている。
【００２４】
補助磁石４は、プラズマガン３の中心軸からずらして、両極間の向きがプラズマガン３の中心軸と直交するように、具体的には、Ｓ極がプラズマガン３の中心軸の方向を向いて配置されている。
【００２５】
収束コイル１１が、チャンバ２側がＮ極になるような磁束を形成すると、収束コイル１１が形成した磁束は、補助磁石４に引き寄せられる。つまり、収束コイル１１が形成した磁束と補助磁石４が形成した磁束との合成磁場は、プラズマガン３の中心軸から補助磁石４に向かって逸れるように湾曲する。プラズマガン３から放出された電子は、磁束にからみつくように移動するので、プラズマガン３から噴射されたガスを電離してプラズマを形成する範囲も、一点鎖線で図示する範囲Ａ１のように、補助磁石４側に湾曲する。
【００２６】
収束コイル１１が、チャンバ２側がＳ極になるような磁束を形成すると、収束コイル１１が形成した磁束と補助磁石４が形成した磁束とが反発しあうので、プラズマガン３から放出された電子を案内する連続した磁束を形成できない。このため、電子は、磁束に案内されることなく、略プラズマガン３の中心軸に沿って直進し、二点鎖線で図示する範囲Ａ２のように、略プラズマガン３の中心軸に沿う領域にプラズマを形成する。尚、収束コイル１１が形成する磁束と補助磁石４が形成する磁束とのバランスによっては、プラズマが形成される範囲が補助磁石４から離間する場合もある。
【００２７】
したがって、収束励磁電源１５によって、収束コイル１１に交流の励磁電流を印加すると、プラズマが形成される範囲が、励磁電流に同期して揺動する。つまり、チャンバ２内のプラズマは、収束コイル１１に印加される励磁電流と同じ周期で、ガラス基板５に対して接近および離間を繰り返す。
【００２８】
このように、蒸着装置１は、プラズマをガラス基板５から周期的に離間させることで、ガラス基板５がプラズマから受ける熱量を低減する。これにより、ガラス基板５の温度が過度に上昇することによって生じ得る蒸着被膜の欠陥が防止される。同時に、蒸発した蒸着原料分子を活性化するプラズマをガラス基板５に周期的に接近させることで、膜質や成膜効率を向上させ得る。
【００２９】
また、プラズマガン３は、第２電極９の極内コイル１３に励磁電流と同期した極内電流を印加しているので、極内コイル１３が形成する磁束と、収束コイル１１が形成する磁束とが一体となり、プラズマガン３の内部を貫通する合成磁束が形成される。このため、カソード７から放射された電子は、プラズマガン３の内部において、収束コイル１１および極内コイル１３が形成する磁束に捕らえられ、チャンバ２内に放出された後も、収束コイル１１の磁束に沿って進む。これにより、収束コイル１１の磁束の変化に対して、電子の移動経路を応答よく追従させることができ、プラズマの形成範囲を安定して揺動させられる。
【００３０】
尚、プラズマガン３の起動直後は、カソード７の温度が低く、電子が不安定であるため、励磁電流および極内電流を直流電流とし、カソード７の温度が上昇して安定した熱電子の放出状態となってから、励磁電流を変動させることが望ましい。
【００３１】
本実施形態において、制御装置１６は、蒸着のコンディションを調整するために、極内励磁電源１４および収束励磁電源１５の出力波形を変化させたり、周波数を変化させたりすることによって、プラズマの揺動範囲や揺動周期を調節してもよい。尚、極内電流および励磁電流の周波数が高いと、表皮効果によって収束コイル１１や極内コイル１３での損失が大きくなるので、それらの周波数の上限を数百Ｈｚ程度とすることが好ましい。
【００３２】
また、外部の磁界の影響等を考慮して、極内コイル１３に印加する極内電流の位相と、収束コイル１１に印加する励磁電流の位相とを若干ずらしてもよい。また、簡素化のために、収束コイル１１と極内コイル１３には、同一の電源によって電流を印加するように構成してもよい。また、補助磁石４は、キュリー温度以上に熱せられると磁力を失うため、チャンバの外部に配置することが好ましいが、チャンバの内部に配置してもよく、補助磁石４を冷却するようにしてもよい。
【００３３】
続いて、図２に、本発明の第２実施形態の蒸着装置１ａを示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３４】
本実施形態のプラズマガン３ａは、従来どおり、収束コイル１１および極内コイル１３に直流電流のみが印加されるものである。本実施形態では、収束コイル１１が発生する磁束を変化させる代わりに、プラズマガン３と反対側のチャンバ２の外側に配設した２つの補助磁石４ａ，４ｂによって、収束コイル１１が放出した電子を案内するために発生させた磁束の経路を移動させるようになっている。
【００３５】
補助磁石４ａ，４ｂは、電磁石からなり、プラズマガン３ａの中心軸を挟んで、ガラス基板５と反対側およびガラス基板５に近い側に配設されている。補助磁石４ａ，４ｂには、不図示の電源によって、周期的に変動し、例えば９０°位相が異なる補助電流が印加されるようになっている。つまり、本実施形態では、２つの補助磁石４ａ，４ｂが発生する磁束を周期的に変化させることにより、収束コイル１１と補助磁石４ａ，４ｂとの合成磁束を揺動させる。
【００３６】
本実施形態においても、チャンバ２内において、プラズマガン３ａが放出した電子を案内する磁束の経路が揺動するので、ガラス基板５の過熱防止や、蒸発した金属分子の活性化が可能である。
【００３７】
尚、補助磁石４ａ，４ｂのいずれか一方だけでも、磁束を揺動させられ、さらに多数の補助磁石を用いてもよい。補助磁石４ａ，４ｂに印加する補助電流の位相差や、波形等は、蒸着のコンディション調整のために変更してもよい。また、永久磁石からなる補助磁石を機械的に移動させるようにしてもよい。
【００３８】
さらに、本発明によれば、第１実施形態に係る収束コイル１１が形成する磁束を変化させる方法と、第２実施形態に係る補助磁石４ａ，４ｂが形成する磁束を変化させる方法とを組み合わせることもできる。
【００３９】
加えて、本発明は、蒸着条件の調整のために、カソード出力のアップスロープおよびダウンスロープによるプラズマ密度制御等と組み合わせることもできるため、より広範な条件設定により、高品質の蒸着を可能とする。
【００４０】
また、本発明は、蒸着だけでなく、プラズマを用いてプロセスを促進する装置や方法に広く適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１，１ａ…蒸着装置
２…チャンバ
３，３ａ…プラズマガン
４，４ａ，４ｂ…補助磁石
５…ガラス基板（被蒸着体）
６…るつぼ
７…カソード
８…第１電極
９…第２電極
１０…帰還電極
１１…収束コイル
１２…永久磁石
１３…極内コイル
１４…極内励磁電源
１５…収束励磁電源
１６…制御装置
Ａ１，Ａ２…プラズマ形成範囲
【図１】
0005968666.tif 000002
【図２】
0005968666.tif 000003