(57)【要約】【課題】  電極の開口部に配設されたオリフィスがスパッタされることを最小限に抑制することが可能になり、メンテナンス頻度を削減させることができるとともに、所定の成膜品質を確実に得ることができる。【解決手段】  不活性ガスが供給されるカソード部１１と、筒状とされた複数の電極１２〜１４とがこの順に同軸的に配設され、カソード部１１で前記不活性ガスを放電させることにより、複数の電極１２〜１４の内側に電子ビームを順次通過させる構成とされたプラズマ発生装置１０であって、複数の電極１２〜１４の少なくとも一つの開口部に、チタンにより形成されたオリフィス１８ａ〜１８ｃが配設されている。【選択図】      図１
2005340007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスが供給されるカソード部と、筒状とされた複数の電極とがこの順に同軸的に配設され、前記カソード部で前記不活性ガスを放電させることにより、前記複数の電極の内側に電子ビームを順次通過させる構成とされたプラズマ発生装置であって、
前記複数の電極の少なくとも一つの開口部に、チタンにより形成されたオリフィスが配設されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ発生装置において、
前記複数の電極は前記カソード部側から順次、第１中間電極と第２中間電極と加速電極とが配設されるとともに、前記加速電極は真空室内に配設される構成とされ、前記第２中間電極と前記加速電極との間には、前記真空室内に開放される差動排気部が配設され、
前記第２中間電極の前記加速電極側の開口部、および前記加速電極の前記第２中間電極側の開口部の少なくとも一方に、前記オリフィスが配設されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば真空成膜装置に用いられるプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ発生装置としては、例えば下記特許文献１から３に示されるような、不活性ガスが供給されるカソード部と、筒状とされた第１中間電極および第２中間電極とがこの順に同軸的に配設され、前記カソード部で前記不活性ガスを放電させて、前記第１、第２中間電極の内側に電子ビームを順次通過させる構成が知られている。そして、前記電子ビームが前記第１、第２中間電極の内側を順次通過して、これらの電極が加熱されても、これらが溶融することを回避するために、これらの電極の内周面にタングステン、モリブデン若しくはカーボン等といった高融点金属からなるオリフィスを配設する構成が知られている。
【０００３】
ところで、このようなプラズマ発生装置を使用する際、前述のように第１、第２中間電極が加熱され易いことに加え、前記不活性ガスイオンが流入する場合があり、このため第１、第２中間電極の開口部が特にスパッタされ易く、そのメンテナンス工数がかかるという問題があった。この問題を解決するための手段として、下記特許文献１では、第１、第２中間電極の内径面に螺合する第１オリフィスと、この第１オリフィスの内径面に螺合する第２オリフィスとを備えさせ、前述した電子ビームや不活性ガスに直接曝される第２オリフィスを交換可能にした構成が開示されている。
【０００４】
また近年、真空排気系統を削減し、かつ電子ビームを高密度状態で長距離まで到達させるための手段として、前記第１、第２中間電極に加えて、第２中間電極より前記カソード部からさらに離間した位置に加速電極を真空室内に配設するとともに、第２中間電極と加速電極との間に、前記真空室内に開放された差動排気部を配設し、さらに第２中間電極の前記加速電極側の開口部に前記オリフィスを配設した構成が知られている。この構成により、前記第１、第２中間電極の磁場により拘束されていた電子ビームが、前記真空室内に到達すると、前記差動排気部によりこの拘束状態が一旦解除された後に、加速電極の磁場により再度拘束されることによって、電子ビームが加速されて、この電子ビームを高密度状態で長距離まで到達させることができるようになっている。
【特許文献１】特開平９−１４７７７３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９９５４号公報
【特許文献３】特開２００２−６３８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前者のプラズマ発生装置では、オリフィスを前記高融点金属により形成することにより、前述したように、電子ビームが通過することによる加熱によって前記電極が溶融することを抑制することができたとしても、これらの金属は、スパッタ収量が比較的大きく、さらに酸化され易くかつその酸化物の融点が大きく低下する材質であるため、その耐久性を十分に確保することが困難であることに変わりはなく、メンテナンス工数の低減を図ることはできたとしてもその頻度を低減させることができるまでには至っていなかった。
【０００６】
また、後者のプラズマ発生装置では、第２中間電極と加速電極との間に差動排気部が配設されているので、電子ビームは第２中間電極を通過した際、前記拘束状態が解除されて径方向外方へ広がることになる。従って、第２中間電極の加速電極側の開口部に位置するオリフィスの開口周縁部がイオンによりスパッタされ易く、前述した問題が特に顕著になるという問題があった。さらにこの場合、前記スパッタされたオリフィスの材料が真空室内に侵入することにより、コンタミネーションが生じたり、あるいはオリフィスの開口部の内径が拡径されることにより、第１中間電極と第２中間電極との間の圧力や、真空室内の圧力が変化し、真空室内のプラズマが不安定になり、成膜品質のばらつきを招く虞があった。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、電極の開口部に位置するオリフィスがスパッタされることを最小限に抑制することが可能になり、メンテナンス頻度を低減させることができるとともに、所定の成膜品質を確実に得ることができるプラズマ発生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】
【０００８】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、不活性ガスが供給されるカソード部と、筒状とされた複数の電極とがこの順に同軸的に配設され、前記カソード部で前記不活性ガスを放電させることにより、前記複数の電極の内側に電子ビームを順次通過させる構成とされたプラズマ発生装置であって、前記複数の電極の少なくとも一つの開口部に、チタンにより形成されたオリフィスが配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、前記複数の電極の少なくとも一つの開口部に、チタンにより形成されたオリフィスが配設されているので、このオリフィスの耐久性を向上させることが可能になり、メンテナンス頻度を低減させることができるとともに、スパッタされたオリフィスの材料が真空室内に侵入することを抑制することが可能になり、コンタミネーションが発生することを抑制することができる。
すなわち、従来からオリフィスの材質として用いられていた高融点金属としての例えばモリブデンは、その融点が２８９３Ｋ、１００ｅＶのＡｒ＋イオンによるスパッタ収量が０．１３、酸化モリブデンの融点が１０６８Ｋ、蒸気圧１０−４Ｔｏｒｒとなる温度が１１７０Ｋであるのに対し、チタンでは、その融点が１９５３Ｋ、前記スパッタ収量が０．０８１、酸化チタンの融点が２１１３Ｋ、蒸気圧１０−４Ｔｏｒｒとなる温度が１５７０Ｋである。
【００１０】
つまり、チタンの融点はモリブデンと比べて低くなるものの、プラズマ発生装置の使用時における加熱温度（約１０００Ｋ）に十分に耐え得るものであり、また、この装置を使用して酸化物の成膜をする際、一般に真空室内に酸素ガスが供給されるため、オリフィスが酸化されることになるが、この酸化物において、モリブデンは融点が著しく低下するのに対して、チタンではむしろ融点が高くなっており、すなわちモリブデンでは、このプラズマ発生装置を使用する過程において、オリフィスの融点が著しく低下することになるが、チタンでは融点を向上させることが可能になる。さらに、チタンの前記スパッタ収量はモリブデンの約半分であり、このプラズマ発生装置を使用する過程において、オリフィスがスパッタされることを抑制することが可能になり、このオリフィスの耐久性を向上させることができるとともに、コンタミネーションが発生することを抑制することができる。
【００１１】
ここで、前記複数の電極として、前記カソード部側から順次、第１中間電極と第２中間電極と加速電極とを配設するとともに、前記加速電極が真空室内に配設される構成とし、前記第２中間電極と前記加速電極との間に、前記真空室内に開放される差動排気部を配設し、前記第２中間電極の前記加速電極側の開口部、および前記加速電極の前記第２中間電極側の開口部の少なくとも一方に、前記オリフィスを配設してもよい。
この場合、前記差動排気部により、第２中間電極を通過した電子ビームが一旦径方向外方へ広がった後に加速電極によって再度径方向内方へ絞られるような軌跡で移動されることにより、第２中間電極の加速電極側の開口部、および加速電極の前記第２中間電極側の開口部に位置するオリフィスの開口周縁部に大きな負荷が作用するにも拘わらず、オリフィスがチタンにより形成されているので、前記開口周縁部におけるスパッタの発生を抑制することができる。従って、オリフィスの交換頻度を最小限に削減することができるとともに、オリフィスの前記スパッタされた材料が真空室内に侵入することを抑えることが可能になり、コンタミネーションが発生することを防止することができる。さらに、オリフィスの開口部がスパッタされてその内径が拡径されることを抑制することが可能になり、第１中間電極と第２中間電極との間の圧力や、真空室内の圧力が変化し、真空室内のプラズマが不安定になることを抑えることが可能になり、成膜品質のばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置を示すものであって、このプラズマ発生装置１０は、不活性ガスがその下方から供給される構成とされたカソード部１１と、筒状（円筒状）とされた複数の電極１２〜１４とが上方に向けてこの順に同軸的に配設された構成とされている。このプラズマ発生装置１０は、本実施形態では、真空成膜装置に用いられるものであって、この真空成膜装置では、カソード部１１から最も離間して配設された電極１４（いわゆるアノード部）と、該電極１４が収納されるとともに、その内部が真空室１５とされるカバー１６とを備える概略構成とされている。そして、カソード部１１と前記電極１４との間に電圧を印加して、前記不活性ガスを放電させることにより、前記複数の電極１２〜１４の内側に電子ビームを順次通過させる構成となっている。
【００１３】
これら複数の電極１２〜１４はカソード部１１側から順次、第１中間電極１２と第２中間電極１３と加速電極１４とされるとともに、第２中間電極１３と加速電極１４との間には、真空室１５内に開放される差動排気部１７が配設されている。そして本実施形態では、これら複数の電極１２〜１４の内側にチタンからなる円筒状のオリフィス１８ａ〜１８ｃが各別に配設されている。すなわち、これらのオリフィス１８ａ〜１８ｃの外径は、各電極１２〜１４の内径より小さくされており、各々のオリフィス１８ａ〜１８ｃはその外径面が各電極１２〜１４の内径面に嵌合されて、これらの電極１２〜１４の内側に各別に配設されている。具体的には、第１中間電極１２に設けられたオリフィス１８ａは、この電極１２の内径面の略全面に亙って配設され、また第２中間電極１３に設けられたオリフィス１８ｂは、この電極１３の加速電極１４側の開口部１３ａにおける内径面に配設され、また加速電極１４に設けられたオリフィス１８ｃは、この電極１４の第２中間電極１３側の開口部１４ａにおける内径面に配設されている。
【００１４】
なお、カソード部１１、第１中間電極１２および第２中間電極１３の各内側は、外部に対して遮断されるとともに、第２中間電極１３の前記開口部１３ａに配設されたオリフィス１８ｂの内側を介して、真空室１５に連通された構成となっている。この構成において、特にオリフィス１８ｂの内径により、カソード部１１および第１、第２中間電極１２、１３の内側における内圧と、真空室１５の内圧とが設定されるようになっている。また、第２中間電極１３の加速電極１４側の外周面に、その径方向外方へ突出するようにリング状の支持部材１９が配設されており、この支持部材１９の上面がカバー１６に支持されて当該プラズマ発生装置１０が加速電極１４を真空室１５内に突出させて配設されるようになっている。
【００１５】
ここで、第１中間電極１２と第２中間電極１３との間、および第２中間電極１３と支持部材１９との間にはそれぞれ、絶縁部材２０が配設されている。また、加速電極１４は支柱２１にその下面における外周縁部が支持されて配設されている。すなわち、第２中間電極１３と加速電極１４との間には、支柱２１の高さ分だけの隙間が設けられており、この隙間が真空室１５に対して開放された差動排気部１７とされている。
【００１６】
以上の構成において、電子ビームは、第１中間電極１２および第２中間電極１３によって発生される磁場により、第１、第２中間電極１２、１３をこの装置１０の軸方向と略平行に移動されながら通過した後に、第２中間電極１３および加速電極１４によって発生される磁場により、第２中間電極１３と加速電極１４とを通過するようになっている。ここで、差動排気部１７においては、前記隙間が設けられたことにより、磁場が弱まっているので、第２中間電極１３を通過して差動排気部１７に到達した電子ビームは、一旦径方向外方へ膨らむように広がった後に、加速電極１４により径方向内側に絞られて再度、前記軸方向と略平行に移動するようになっている。
【００１７】
以上説明したように本実施形態によるプラズマ発生装置によれば、複数の電極１２〜１４の少なくとも一つの開口部に、チタンにより形成されたオリフィス１８ａ〜１８ｃが配設されているので、このオリフィス１８ａ〜１８ｃの耐久性を向上させることが可能になり、メンテナンス頻度を低減させることができるとともに、スパッタされたオリフィス１８ａ〜１８ｃの材料が真空室１５内に侵入することを抑制することが可能になり、コンタミネーションが発生することを防止することができる。
【００１８】
すなわち、チタンの融点は従来から高融点金属として使用されていたモリブデンと比べて低くなるものの、プラズマ発生装置の使用時における加熱温度に十分に耐え得るものであり、また、この装置を使用して酸化物の成膜をする際、真空室１５内に酸素ガスが供給されるため、オリフィス１８ａ〜１８ｃが酸化されることになるが、この酸化物において、モリブデンは融点が著しく低下するのに対して、チタンではむしろ融点が高くなる。つまりモリブデンでは、このプラズマ発生装置を使用する過程において、オリフィスの融点が著しく低下することになるが、チタンでは融点を向上させることが可能になる。さらに、チタンのスパッタ収量はモリブデンの約半分であり、このプラズマ発生装置２０を使用する過程において、オリフィス１８ａ〜１８ｃがスパッタされることを抑制することが可能になり、このオリフィス１８ａ〜１８ｃの耐久性を向上させることができるとともに、コンタミネーションが発生することを防止することができる。
【００１９】
特に前記実施形態では、第２中間電極１３の加速電極１４側の開口部１３ａおよび加速電極１４の第２中間電極１３側の開口部１４ａにそれぞれ、チタンからなるオリフィス１８ｂ、１８ｃが配設されているので、前記差動排気部１７により、第２中間電極１３を通過した電子ビームが一旦径方向外方へ膨らんで広がった後に加速電極１４によって再度径方向内方へ絞られるような軌跡で移動されることにより、第２中間電極１３の前記開口部１３ａに配設されたオリフィス１８ｂ、および加速電極１４の前記開口部１４ａに配設されたオリフィス１８ｃの各開口周縁部に大きな負荷が作用するにも拘わらず、これらの開口周縁部におけるスパッタの発生を抑制することができる。従って、オリフィス１８ａ〜１８ｃの交換頻度を最小限に削減することができるとともに、オリフィス１８ａ〜１８ｃの前記スパッタされた材料が真空室１５内に侵入することを抑えることが可能になり、コンタミネーションが発生することを防止することができる。特に、第２中間電極１３の前記開口部１３ａに配設されたオリフィス１８ｂが前述のようにスパッタされてその内径が拡径されることを抑制することが可能になるので、第１中間電極１２と第２中間電極１３との間の圧力や、真空室１５内の圧力が変化し、真空室１５内のプラズマが不安定になることを抑えることが可能になり、成膜品質のばらつきを抑制することができる。
【００２０】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、前記実施形態では、第２中間電極１３の前記開口部１３ａ、および加速電極１４の前記開口部１４ａにそれぞれ、オリフィス１８ｂ、１８ｃを配設した構成を示したが、これらの開口部１３ａ、１４ａに限らず、これらの内径面の全体にオリフィス１８ｂ、１８ｃを配設するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
電極の開口部に配設されたオリフィスがスパッタされることを最小限に抑制することが可能になり、メンテナンス頻度を低減させることができるとともに、所定の成膜品質を確実に得ることができるプラズマ発生装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のプラズマ発生装置の一実施形態の全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  プラズマ発生装置
１１  カソード部
１２  第１中間電極
１３  第２中間電極
１３ａ、１４ａ  開口部
１４  加速電極
１５  真空室
１７  差動排気部
１８ａ〜１８ｃ  オリフィス
【図１】
2005340007.tif 000003