(57)【要約】フィルムのイオン支援蒸着に使用するためのイオン供給源（１０）。このイオン供給源は、イオン化領域（１３）と、イオン化領域へイオン化可能ガスを供給するためのガス供給源（２２）と、ガスをイオン化させるためのガス励起システム（１１，１２）と、イオンをターゲットに向けられるイオン電流に変換するためのイオン作用手段と、イオン電流を断続的に創出するようにイオン供給源を制御するためのイオン供給源制御器を有する。【選択図】図１
2004514264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン供給源であって、
イオン化領域と、
該イオン化領域へイオン化可能ガスを供給するためのガス供給源と、
前記イオン化領域内でガスをイオン化させるためのガス励起システムと、
前記イオン化領域内で創出されたイオンを実質的にターゲットに向けられるイオン電流に変換するためのイオン作用手段と、
前記イオン電流を断続的に創出するように該イオン供給源を制御するためのイオン供給源制御器と、
から成ることを特徴とするイオン供給源。
【請求項２】
前記イオン供給源制御器は、前記イオン電流の創出を制御する規則的な波形信号を発生する信号発生器を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン供給源。
【請求項３】
前記イオン電流は、前記イオン供給源制御器が受け取る外部トリガーに応答して起動され、該イオン供給源制御器は、該イオン電流の持続時間を制御するためのタイマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン供給源。
【請求項４】
イオン供給源であって、
イオン化領域と、
該イオン化領域へイオン化可能ガスを供給するためのガス供給源と、
前記イオン化領域の一端に配設されたカソードと、
該カソードに電子を放出させるためのカソード放出制御器と、
該イオン化領域の長手方向他端に配設されたアノードと、
前記カソードから放出された電子を前記アノードの方に向けて加速させ、該アノードに向って移動する電子を前記イオン化可能ガスにボンバードさせてイオンを創生するために、該カソードとアノードの間に電位を創生するための電位発生器と、
前記イオン化領域内で創出されたイオンを実質的にターゲットに向けられるイオン電流に変換するためのイオン作用手段と、
から成り、
前記カソード放出制御器は、該イオン供給源がイオン電流を断続的に創出するように前記カソードから電子を断続的に放出させることを特徴とするイオン供給源。
【請求項５】
前記カソード放出制御器は、前記カソードから電子の放出を誘導するために該カソードへ送られる波形電流信号を発生することを特徴とする請求項４に記載のイオン供給源。
【請求項６】
前記カソード放出制御器は、前記カソードから電子の放出を誘導するために該カソードへ送られるＤＣ電流信号を発生し、該ＤＣ電流信号は、該カソードからの電子の放出に必要なしきい電流より低い連続的な基底電流信号と、該基底電流信号に重合された断続的パルス電流を含み、該基底電流とパルス電流の組み合わせは、該カソードから電子を放出させるのに必要とされる前記しきい電流より高いことを特徴とする請求項４に記載のイオン供給源。
【請求項７】
前記パルス電流信号は、５％ないし２０％のデューティサイクルを有することを特徴とする請求項６に記載のイオン供給源。
【請求項８】
前記カソードへ送られる総電流は、総信号期間の５〜２０％の期間の間電子を放出するためのしきい値を越えることを特徴とする請求項６に記載のイオン供給源。
【請求項９】
イオン供給源であって、
イオン化領域と、
該イオン化領域へイオン化可能ガスを供給するためのガス供給源と、
前記イオン化領域内でガスをイオン化させるためのガス励起システムと、
前記イオン化領域内で創出されたイオンを実質的にターゲットに向けられるイオン電流に変換するためのイオン作用手段と、
前記イオン電流を断続的に創出するように前記イオン化領域へのガスの流れを制御するためのガス流制御器と、
から成ることを特徴とするイオン供給源。
【請求項１０】
前記ガス供給源は、前記イオン化領域へのガス吐出口を備えたガス供給導管と、該ガス吐出口へのガスの流れを制御するために該ガス供給導管に設けられた弁と、該弁の開閉を制御するための信号を発生する信号発生器を含むことを特徴とする請求項９に記載のイオン供給源。
【請求項１１】
前記弁は、前記ガス吐出口に実質的に近接して配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のイオン供給源。
【請求項１２】
前記信号は、規則的なパルス波形信号であることを特徴とする請求項１０に記載のイオン供給源。
【請求項１３】
前記規則的な形状のパルス波形信号は、５％ないし３０％のデューティサイクルを有することを特徴とする請求項１２に記載のイオン供給源。
【請求項１４】
前記弁は、前記信号発生器からの信号によって電気的に制御されることを特徴とする請求項１０に記載のイオン供給源。
【請求項１５】
前記弁は、前記ガス供給導管内に形成された弁座と、該ガス供給導管内に配置されており、該ガス供給導管を通してのガスの流れを阻止するために該弁座に密封係合するようになされたアーマチャーと、該ガス供給導管を囲繞して配設されており、前記信号発生器からの信号によって荷電されるコイルを含み、該アーマチャーは、該コイルの荷電状態の変化に応答して前記弁座から離脱することを特徴とする請求項１０に記載のイオン供給源。
【請求項１６】
前記アーマチャーは、前記弁座から離脱する位置に向けて偏倚されていることを特徴とする請求項１５に記載のイオン供給源。
【請求項１７】
前記アーマチャーは、磁石からの磁界によって前記弁座から離脱する位置に向けて偏倚されていることを特徴とする請求項１６に記載のイオン供給源。
【請求項１８】
前記ガス供給源は、計量された所定量のガスを前記イオン化領域へ噴射する１つ又は複数のガスインゼクターを含み、該ガスインゼクターからのガスの噴射は、前記ガス流制御器によって制御されることを特徴とする請求項９に記載のイオン供給源。
【請求項１９】
イオン供給源であって、
イオン化領域と、
該イオン化領域へイオン化可能ガスを供給するためのガス供給源と、
前記イオン化領域の一端に配設されたカソードと、
該カソードに電子を放出させるためのカソード放出制御器と、
該イオン化領域の長手方向他端に配設されたアノードと、
前記カソードから放出された電子を前記アノードの方に向けて加速させ、該アノードに向って移動する電子を前記イオン化可能ガスにボンバードさせてイオンを創生するために、該カソードとアノードの間に電位を創生するための電位発生器と、
前記イオン化領域内で創出されたイオンを実質的にターゲットに向けられるイオン電流に変換するためのイオン作用手段と、
から成り、
前記電位は、該イオン供給源がイオン電流を断続的に創出するように断続的に発生されることを特徴とするイオン供給源。
【請求項２０】
前記電位発生器は、前記カソードから放出された電子を前記アノードの方に向けて加速させる、該アノードに対しての電位を創生することを特徴とする請求項１９に記載のイオン供給源。
【請求項２１】
請求項１に記載のイオン供給源と、前記ターゲットに向けて被着材料の流れを吐出する被着装置とを含む薄フィルム被着システム。
【請求項２２】
薄フィルム被着システムであって、
少くとも１つのターゲット基板に向けて被着材料の流れを吐出する被着装置と、
前記ターゲット基板に向けられるイオン電流を創生するイオン供給源と、
該イオン電流を断続的に創出するように該イオン供給源を制御するためのイオン供給源制御器と、
から成り、前記ターゲット基板が前記イオン電流に露呈されている間該ターゲット基板上への材料の被着が実質的に防止されることを特徴とする薄フィルム被着システム。
【請求項２３】
前記ターゲット基板が前記イオン電流に露呈されている間該ターゲット基板上への材料の前記被着を実質的に阻止するシャッター部材を含むことを特徴とする請求項２２に記載の薄フィルム被着システム。
【請求項２４】
前記シャッター部材は、前記イオン供給源制御器によって制御されることを特徴とする請求項２３に記載の薄フィルム被着システム。
【請求項２５】
前記イオン供給源制御器は、前記イオン供給源と前記シャッター部材を制御するパルス波形信号を発生する信号発生器を含むことを特徴とする請求項２４に記載の薄フィルム被着システム。
【請求項２６】
該システムの圧力を測定する圧力モニターを含み、圧力測定値が所定のレベルより低下したことに応答して前記ターゲット基板への材料の被着が再開されることを特徴とする請求項２２に記載の薄フィルム被着システム。
【請求項２７】
薄フィルム被着システムであって、
少くとも１つのターゲット基板に向けて被着材料の流れを吐出する被着装置と、
前記ターゲット基板に向けられるイオン電流を創生するイオン供給源と、
該イオン電流を所定の持続時間の間創出するように該イオン供給源を制御するためのイオン供給源制御器と、
被着された材料が所定のレベルを超えて所定量だけ増大したのに応答して前記イオン電流の創生を開始するために前記イオン供給源をトリガーする被着モニターと、
から成ることを特徴とする薄フィルム被着システム。
【請求項２８】
前記所定のレベルは、５ないし３０ｎｍであることを特徴とする請求項２７に記載の薄フィルム被着システム。
【請求項２９】
前記所定の持続時間は、０．５ないし５秒であることを特徴とする請求項２７に記載の薄フィルム被着システム。
【請求項３０】
イオン支援被着過程を制御するための制御システムであって、
基板上の被着材料の厚みをモニターする被着モニターと、
前記イオン支援被着過程が進行している真空チャンバー内の圧力を測定する圧力モニターと、
イオン供給源制御器と、
被着制御器と、
から成り、
前記被着制御器は、前記被着モニターによってモニターされる前記基板上の被着材料の厚みの測定値が所定量を越えたのに応答して発生される第１信号に応答して該基板上への材料の被着を停止させ、
前記イオン供給源制御器は、前記第１信号に応答して、イオン供給源に指令して前記基板に向けられるイオン電流を所定の持続時間の間創生させ、
前記被着制御器は、前記所定の持続時間の経過後、前記圧力モニターによってモニターされる前記真空チャンバー内の圧力測定値が所定の圧力値を越えたのに応答して発生される第２信号に応答して前記基板上への材料の被着を再開させることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、フィルム、特に光学適合等級のフィルムのイオン支援被着（ＩＡＤ）に使用するためのイオン供給源に関し、そのようなイオン供給源を作動する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン供給源は、宇宙機推進に端を発しているが、近年になって、薄フィルムコーチングのＩＡＤ等の工業工程にも用途を見出している。ＩＡＤ工程では、イオン供給源から発出されるイオンが、ターゲット基板（以下、単に「ターゲット」とも称する）に向けられ、被着されるコーチング材を高密度化（圧縮）させる。この工程は、１０−２Ｐａ以下のレベルの圧力の拔気された（真空）チャンバー内で行われる。
【０００３】
ほとんどあらゆる光学材料においてその成長過程においてイオン支援から得られる利点は、周知であり、今日、実用において広く利用されている。一般に、イオンボンバードメントは、フィルムの嵩密度を高め、その結果として、フィルムの耐久性及び性能を劇的に改善する。しかしながら、多くの等級の材料にとって、この利点には、吸収係数（ｋ）の増大及び屈折率（ｎ）のばらつきとして観察される光学的特性の望ましくない改変が随伴する。多くの等級の材料にとって、この問題は、イオン種と被着材料との間の不適合性に起因する。
【０００４】
アルゴンと酸素は、ＩＡＤ工程に使用されるイオンのうちの最も一般的な２種である。Ａｒ＋の高い運動量は、フィルムのパッキング密度を高めるが、通常、金属酸化物の還元と、大抵の金属フッ化物のフッ素減耗を惹起する。その結果として、金属質に富んだ、その結果として、光吸収率の高いフィルムを生成することになる。
【０００５】
一方、Ｏ＋の使用は、チタニア（二酸化チタン）、シリカ等の金属酸化物のＩＡＤに好適である。イオンエネルギーとイオン電流密度を適正に選択すれば、Ｏ＋ＩＡＤは、完全に圧縮された（高密度化された）、低応力フィルムを提供することができる。しかしながら、化学的活性が非常に高い酸素イオンが、被着分子からのフッ素原子をそれらがフィルム内に取り込まれる直前に押しのけてしまうようなことがあると、問題が生じる。酸素イオンがフッ素原子を押しのけてしまうと、酸フッ化物（オキシフロリド）を成長させ、その結果として光学特性を劣化させる。この現象が起こる度合は、イオンエネルギー及びイオン電流等の要素に左右される。
【０００６】
発明の開示
本発明は、その第１側面においては、イオン供給源であって、
イオン化領域と、
該イオン化領域へイオン化可能ガスを供給するためのガス供給源と、
前記イオン化領域内でガスをイオン化させるためのガス励起システムと、
前記イオン化領域内で創出されたイオンを実質的にターゲットに向けられるイオン電流に変換するためのイオン作用手段と、
前記イオン電流を断続的に創出するように該イオン供給源を制御するためのイオン供給源制御器と、
を含むイオン供給源を提供する。
【０００７】
本発明の第１実施形態では、ガスは、イオン化領域内へ断続的に導入される。
【０００８】
本発明の第２実施形態では、イオン化領域内への電子の流入は、断続的にされる。
【０００９】
本発明の更に他の実施形態では、前記イオン供給源がフィルム被着装置と組合わされ、イオン電流がターゲット基板に向けられている間、新しい材料が該ターゲットに被着されるのを防止する被着制御システムを含むものとする。
【００１０】
本発明の特徴及び利点は、添付図を参照して以下に記述する本発明の好ましい実施形態の説明から一層明らかになろう。
【００１１】
実施形態の説明
典型的なイオン供給源では、カソードフィラメントからイオン化可能ガスを通してアノードに向けて電子が引き出される。このガス分子と高エネルギーの電子との衝突が、プラズマを誘導することによって陽イオンの源を創生する。グリッドなしイオン供給源と称されるタイプのイオン供給源においては、イオン供給源から発出加速されたイオンをイオンビームに整形するためにプラズマを横切って磁界が印加される。ホール効果式イオン供給源と称されるグリッドなしイオン供給源の特定のタイプにおいては、磁界の軸線が、カソードとアノードの間の電位に整列せしめられる。磁界と電界との相互作用により、帯電粒子を磁界線に沿ってほぼ追従させる。これらの装置では、アノードは、通常、外向きに傾斜した内径を有する環状であり、プラズマの大部分はアノードの側壁の領域内に形成される。
【００１２】
以下に、本発明の特定のイオン供給源を説明するが、以下の記述は、本発明を例示するためのものであり、本発明は、幾つかの既知のイオン供給源のいずれにも適用することができることを理解されたい。
【００１３】
添付図を参照して説明すると、図１及び図２は、カソードワイヤ又はカソードフィラメント（以下、単に「カソード」とも称する）１１と、アノード１２を有する本発明のイオン供給源１０を示す。アノード１２は、カソードワイヤ１１に向かって外向きに傾斜した内側表面（内径）３５を有する環体である。カソード１１とアノード１２の間にイオン化領域１３が設けられている。カソードワイヤ１１は、シールド（遮蔽）プレート３０によって保持され、シールドプレートから電気的に隔絶された２つの取り付けピン２０によってアノード１２の上方に懸架されている。シールドプレート３０は、アノード１２より低い地点からカソード１１より高い地点まで延在し、アノード、カソード及びイオン化領域を実質的に囲繞しており、好ましくは、アノード及びカソードを外部の電場から遮蔽するためにアース（接地）電位に維持される。イオン化領域１３の外側にアノード１２に近接して磁石１４が配設されている。この磁石１４は、アノード１２の軸線に整列する長手軸線を有する磁界を創生する。磁石１４は、永久磁石であってもよく、あるいは、電磁石であってもよいが、ＮｄＦｅＢ磁石のような高磁束希土類磁石であることが好ましい。
【００１４】
あるいは別法として、磁石１４は、アノード１２及びイオン化領域１３を囲繞するリング磁石とすることもできる。
【００１５】
磁界を電界に整列させることにより、カソード１１によって発出された電子を電界線にほぼ追従させてアノード１２に向けて移動させる。それによって、電子の流れを磁界の軸線に向けて集中させる効果が得られる。従って、磁界強度が最大となる領域は、最大電子束の領域ともなる。
【００１６】
イオン化可能ガス、例えば酸素、窒素又はアルゴンが、ガス供給導管２２からガス流路を通してイオン化領域１３へ供給される。ガス流路は、ガス吐出口部材１５に終端している。ガス吐出口部材１５は、ガスをイオン化領域１３内へ実質的にランダムな方向に導入する複数の孔１７を備えたガスシャワーヘッドの形を有している。このガスシャワーヘッド１５は、その孔１７から噴出したガスが高電子束の地点でイオン化領域１３に進入するようにアノード１２の軸線上にイオン化領域１３に近接して配置されている。イオン化の大部分はガス吐出口に近接したところで生じるので、ガスシャワーヘッド１５は、入来電子束からの非常に高いエネルギーに耐えるステンレス鋼のような材料で形成される。
【００１７】
アノード１２内には、アノードを冷却するための水を供給する流体導管５５に連通するチャンネル５３を配設することが好ましい。チャンネル５３は、吐出口部材１５の本体内に突入させることが好ましい。
【００１８】
アノード１２、吐出口部材１５及びシールド３０は、非導電性取り付けベース５０上に取り付けられており、ガス流路及び流体導管５５はベース５０を貫通して延長している。アノード１２は、複数の取り付けねじ５７によってベース５０に固定される。磁石１４は、その外側磁極が露出するような態様にベース５０内に収容されている。取り付けベース５０は、ガス流路の一部を構成し、ガス供給導管２２をガス吐出口部材１５に、両者の間に電気的接続がなされないような態様で、接続する導管５８を有している。取り付けベース５０は、又、水供給導管５５をチャンネル５３に接続するための同様な導管を有している。ガス供給導管２２及び水供給導管５５は、取り付けベース５０に螺入させることが好ましい。取り付けベース５０のための好適な素材は、ガラス入りポリテトラフルオロエチレンとらである。この構成は、電気的危険性を減少させ、取り付け及び設置作業を簡略にし、ガス供給導管内に二次プラズマが発生する危険性を少なくする。
【００１９】
ガス吐出口のサイズは、吐出口から距離的に離隔するにつれて急激に減少する局部化された高圧帯域が吐出口の周りに創生されるようにするために、アノード１２の最小内径の２分の１以下とすることが好ましい。
【００２０】
作動において、アノード１２は、アース電位又はそれに近い電位にあるカソード１１に対して０〜５００Ｖ、好ましくは２５０Ｖの範囲に荷電される。カソードには、電子の放出を誘導するためにほぼ１２ＡのＤＣ電流が通される。ＡＣ電流を用いることもできるが、交流電流と磁界を組み合わせると、カソードに振動を惹起し、カソードの有効寿命を縮めることが判明した。カソードに発生した電子は、アノードの電位によって作用（影響）され、アノード１２に向けて加速される。磁界が、電子にらせん運動を付与して電子の運動エネルギーを、従って電子の電位を更に増大させ、それによってガス分子をイオン化し、電子を磁界の長手軸線に向けて集束させる。これらの高エネルギーの電子を吐出口部材１５から噴出されるガス分子に衝突させることによって、ガスのイオン化を惹起する。十分な量のイオン化衝突が起こると、プラズマが発生する。プラズマ内に創生された陽イオンは、電子とは反対の作用を受ける。これらのイオンは、最初は不規則な速度を有しているが、電位勾配によって作用されて、カソード１１に向けて加速され、カソードを通過する。この場合、磁界は、イオンを磁界の長手軸線に心合したイオンビーム又はイオン電流内へ集束させることによってイオンがイオン供給源１０から放出される方向を制御する働きをする。磁界の軸線を適正に整列させることによって、イオンビームをターゲットの方に差し向けることができる。
【００２１】
上述したイオン供給源の更なる特徴は、本出願人の同時係属出願であるＰＣＴ／ＡＵ９９／００５９１から得ることができる。（ＰＣＴ／ＡＵ９９／００５９１の記載内容は、本明細書に編入されているものとする。）
【００２２】
本発明の第１実施形態においては、カソードフィラメント１１は、可変波形信号発生器を具備したＤＣ電源に接続される。カソードフィラメント１１は、熱電子の放出に必要なしきい電流の少くとも７０％、好ましくは７５〜９５％に相当する８〜９ＡのＤＣバイアス電流（図３に破線で示される）を有する。この電流は、基底連続波形（ＣＷ）信号（図３ａ）としてフィラメント１１に供給される。この基底フィラメント信号に、ほぼ３Ａの方形波パルス信号（図３ｂ）が重合される。この組み合わせ信号（図３ｃ）は、補助パルス信号のピーク期間中に熱電子放出を惹起するのに十分な信号である。カソードからの電子の放出、及び、その後のガスイオン化は、十分なカソード電流が存在するときにのみ生じるので、イオン供給源は、カソードの電流サイクルのピーク期間中にのみイオン電流を発生する。パルス信号が終了し、総フィラメント電流が基底レベルに戻ると、ガスのイオン化を励起する熱電子の放出が生じず、従って、イオンビームはゼロになる。
【００２３】
基底フィラメント信号とパルス信号のサイズは、使用されるフィラメントの要件及びタイプに応じて信号発生器によって変更することができ、パルス信号のデューティサイクル及び周波数も変更することができる。
【００２４】
本発明者は、５〜３０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍ厚の１回の被着（例えば、蒸着）につき、０．５〜５秒間、好ましくは１秒間ターゲットをイオンでボンバードするのが適当であることを見出した。これは、５％〜３０％、好ましくは１０％のデューティサイクルでほぼ５〜５０秒、好ましくは１０秒のカソードフィラメントのパルス信号期間にほぼ相当する。これらのパラメータでは、イオンビーム電流は、それが各サイクル中オンに（通電）されている時間の長さよりはるかに短い時間スケールで増大し、減衰する。
【００２５】
カソードフィラメントに大きい振幅の単一のパルス信号を与えるのではなく、カソードフィラメントにＣＷ基底電流を付与し、それに周期的パルス電流を付加することによって、フィラメントの熱衝撃を防止し、それによってフィラメントの有効寿命を延長することができる。
【００２６】
図４は、断続的なイオンビーム電流を創出するための本発明の変型実施形態を示す。この実施形態では、周期的とされるのは、イオン化領域１３内へのガスの流れである。イオン供給源のイオン化領域１３に近接して配置されたガス吐出口へは、ガス供給導管２２を通してガスが供給される。
【００２７】
ガス流路２２内に電気制御弁（電気的に制御される弁）４３が設けられ、この電気制御弁に、その開閉を制御し、それによってイオン化領域１３内へのガスの流れを制御するために信号発生器４５から信号が与えられる。
【００２８】
弁４３の作動を制御するのに用いられる波形は、上述したカソードフィラメントの実施形態に用いられるのと同じ方形パルス波形とすることができる。ただし、イオンビーム電流の立ち上がり時間とその後の減衰時間は、弁４３が開放された後ガスがイオン化領域１３に進入してくるまでに遅れがあることと、弁４３が閉鎖された後弁４３の下流側のガス流路からの残留ガスの拡散があるので、上述した周期的フィラメント電流の実施形態の場合より長くなる。従って、周期的フィラメント電流の実施形態におけるのと同じ実効イオンビーム電流強度及び持続時間を得るためには、制御弁４３を開放位置に保持するのに用いられるパルスを対応するフィラメント電流パルスより僅かに長くする必要がある。又、弁４３が閉鎖された後弁４３の下流側のガス流路内に残留する残留ガスの量を少なくするために弁４３をガス吐出口にできる限り近い位置に配置することが肝要である。
【００２９】
ガス供給導管２２内に配設する制御弁の一実施形態を図５を参照して説明する。この実施形態では、ガス供給導管２２の周りにソレノイドコイル（以下、単に「ソレノイド」とも称する）６０が巻装され、ガス供給導管２２内にアーマチャー６１が配設される。アーマチャー６１は、弁座６３に係合して弁を閉鎖する第１位置と、ガスを吐出口へ通す第２位置の間で移動自在である。アーマチャー６１は、強磁性及び、又は常磁性であり、常態では、ばね６５によって、あるいは、プラズマからのイオンの放出を制御するのに用いられる希土類磁石１４の磁界によって弁を閉鎖する位置へ偏倚されている。ソレノイド６０内の電流が信号発生器又は波形発生器４５からの波形によって制御されて変化すると、アーマチャー６１を取り巻く局部的磁気条件を変化させ、それによって、アーマチャー６１を弁座６３から引き離して、ガスを通流させる。ソレノイドの荷電状態が反対に変化されると、再びアーマチャー６１を弁座６３に係合させる。
【００３０】
アーマチャー６１は、ソレノイドコイル６０内に磁界が存在しないときは希土類磁石１４の磁界によって反撥されて弁閉鎖位置へ移動せしめられるように磁化させておくことが好ましい。ソレノイドが荷電されると、ソレノイドの磁界が磁石１４の磁界に打ち克ち、弁を開放する働きをする。かくして、電流が流されていないときは、ガス供給導管２２は、閉鎖状態に保たれる。
【００３１】
変型システムとして、弁４３は、波形発生器からの制御信号が高い値と低い値の間で変化するのに応答して開閉される圧電弁としてもよい。
【００３２】
更に別の実施形態として、ガス吐出口と弁の使用に代えて、計量された所定量のガスをイオン化領域内へ噴射する１つ又は複数のガスインゼクター（噴射器）を用いることができる。ガス噴射のタイミングは、波形発生器によって制御することができる。ガス流を周期的に流すことの利点は、イオン電流が必要とされない間はガスが供給されないので、イオン化領域へ供給されるガスの全体量を少なくすることができることであり、従って、最適なＩＡＤ条件を設定するのに必要とされる低圧（減圧）を得るための真空ポンプとして、比較的小型で、安価な真空ポンプを用いることができる。
【００３３】
より重要な利点は、パルス（周期的又は脈動又は断続）ガス流によれば、同じポンプシステムを用いて、低いバックグラウンド圧力を維持したままで、イオン化領域内により高い局部的ガス圧を創出することができることである。なぜなら、パルスガス流の場合、幾つかのガス流サイクルを通しての平均ガス流量、従って平均バックグラウンド圧力が、同じガス流量を用いて設定される連続ガス流条件の場合より低いからである。従って、この周期的ガス流システムは、高いバックグラウンド圧力によって惹起される不安定をシステム内に持ちこむことなく、ガス流サイクルのオン段階（通流状態）中、より高いガス流量を許容することができる。ガス流量を高くすればするほど、それだけイオン化領域内に高い圧力を創生することができ、より高いイオン電流を創生することができる。
【００３４】
パルス（周期的）イオンビーム電流を創出するための更に別の方法は、イオン供給源のアノード１２にカソード１１に対して０Ｖからその平常作動電圧（２５０Ｖ）までの範囲の方形パルス波形電圧を付与する方法である。アノード電圧が高くされると、イオン供給源はイオンビーム電流を発生する働きをし、アノード電圧が低下されると、カソードで創出された電子は、アノード電圧によって影響されず、イオン化領域に向かって優先的に加速されることがない。従って、最少限の励起衝突しか発生せず、有意のイオンビームが創出されない。
【００３５】
周期的イオンビームを創出するための方法として、更に別の方法も可能である。例えば、イオンビームを整形し、方向付けするために電磁石を用いるタイプのイオン供給源の場合、イオンをターゲットに向けて流動させる方向づけ作用が断続的に得られるように電磁石にパルス信号を与えることができる。
【００３６】
もちろん、断続的イオンビーム電流を創生するために上述した方法のうちの任意の幾つかを組み合わせることも可能である。
【００３７】
図６を参照すると、いずれも真空チャンバー７３内に配設された、本発明によるイオン供給源７０と、被着（蒸着）装置７１と、ターゲット基板（以下、単に「ターゲット」又は「基板」とも称する）７２を含むイオン支援式薄フィルム被着（蒸着）システムが模式的に示されている。イオン供給源を作動させる電源７４は、ターゲット基板７２に向けられる周期的イオンビーム８０を創生するために用いられる波形発生器４５を含む。被着装置７１は、被着すべき材料の蒸気７９を発生するための装置であり、物理的蒸着に使用される任意の周知の技法、例えば熱による蒸着法又は電子ビームによる蒸着法等を用いることができる。どの蒸着法を用いるかは、被着すべき材料のタイプと、基板のタイプに応じて決められる。
【００３８】
作動において、まず、イオン支援なしに所定の厚さのコーチング材料を基板に被着し、それによって、低いパッキング密度を有する化学量的な材料の被着フィルムを成長させる。次いで、この被着されたフィルムを短持続時間、高エネルギーイオンパルスでボンバードする。この工程を完全な厚さのフィルムが得られるまで繰り返す。最終的に、良好な嵩密度と光学特性を有する、強固に付着した、化学量的なフィルムが得られる。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態では、ターゲット基板７２上へのコーチング材料の被着は、各被着段階ごとに周期的に行われ、イオンボンバードメントは、非併行的に、即ち、他の段階を除外して（被着段階が行われていないときに）行われる。波形発生器４５は、被着装置又は蒸着装置７１を信号によって制御するのに用いることができ、その信号の時間的リバース（逆）をイオン供給源を制御するのに用いることができる。かくして、ターゲット７２は、互いに区別された個別の被着段階とボンバードメント段階から成る反復サイクルを受ける。
【００４０】
別の実施形態として、蒸着装置７１は、イオンボンバードメントが行われている間追加の被着材料７９がターゲット７２に向けられるのを防止するようにターゲットへの被着材料７９の流れを阻止するために、全体工程サイクルのイオンボンバードメント段階の開始時に作動されるシャッター部材７８を含むものとすることができる。シャッター部材７８は、イオン供給源を制御する波形発生器４５からの同じ波形によって制御することができる。イオンボンバードメント段階が終了すると、シャッター部材は、被着材料７９の流れ経路から外へ移動される。
【００４１】
イオン供給源は、イオンビーム電流の発生をトリガーするために波形発生器４５を用いる代わりに、外部トリガーを用いることもできる。例えば、イオン供給源は、被着されたフィルムの成長を現場で測定する、例えば水晶結晶板モニターのような被着モニター７６からのフィードバックを受け取るように構成することができる。所定の厚さのフィルムが被着されたならば、制御信号が発せられてイオン供給源をトリガー（起動）し、直近に被着されたフィルムの高密度化を惹起するイオンのパルスを供給する構成とすることができる。パルスのサイズと持続時間は、波形発生器４５又はその他の手段によって制御することができる。イオンボンバードメントが行われている間追加のフィルム（被着）材料が基板７２に被着されるのを防止するために、イオンビームを起動するのに用いられるのと同じトリガーを用いて、蒸着装置７１及び、又はシャッター部材７８を制御することができる。
【００４２】
イオンボンバードメント段階の持続時間は、波形発生器４５にパルス幅を設定することによって予め規定される。
【００４３】
イオンボンバードメント段階が終了した時点では、イオン供給源に注入されたガスのために、圧力が被着段階に必要とされる、又は被着段階にとって望ましいレベルより高くなっていることがある。圧力が所定のレベルより低くなるまで被着工程が再開されるのを防止するのにこのシステムが用いることができる真空チャンバー７３内の圧力を測定するために、真空チャンバー７３内に圧力トランスジューサ又は圧力モニター７５を配設することができる。
【００４４】
ケーススタディー１：フッ化マグネシウム
フッ化マグネシウムは、単層又は多層の反射防止コーティングに適用するための最も一般的に用いられる薄フィルム材であり、屈折率が低く（５５０ｎｍの厚さでｎ＝１．３５）、深紫外線から遠赤外線までの透明度範囲を有する。従来の被着方法では、高い基板温度（３００°Ｃ）を必要とし、そのために、多段階工程の処理時間を増大させ、熱的に敏感な基板を損傷する危険性を増大させる。以下の表１に、ターゲットを連続的にイオンボンバードした場合と、周期的にイオンボンバードした場合のフッ化マグネシウムの被着の比較結果を示す。
【００４５】
【表１】
2004514264.tif 000003
＊２５０ｅＶのＯ＋エネルギー、１０％のデューティサイクルを有する７５０ｍＡのパルスでイオン支援した。
【００４６】
ケーススタディー２：フッ化カルシウム
バルクフッ化カルシウムは、５５０ｎｍの厚さでｎ＝１．２１（バルク）という、薄フィルム材のうちで最も低い屈折率を有し、フッ化マグネシウムに比べて非常に広い透明度範囲を有する。蒸着されたＣａＦ２薄フィルムは、僅か５０％〜６０％のパッケージング密度を有しているので、極めて柔軟であり、損傷されやすい。ＣａＦ２コーチングは、ワイピングによって損傷を受けやすいので、クリーンな環境で使用することがほとんど不可欠である。表２は、パルスイオンボンバードを用いて蒸着したフッ化カルシウムと、パルスイオンボンバードを用いずに蒸着したフッ化カルシウムの比較データを示す。
【００４７】
【表２】
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＊２００ｅＶのＯ＋エネルギー、８％のデューティサイクルを有する５００ｍＡのパルスでイオン支援した。
【００４８】
本発明のイオン供給源は、周期的モードで作動されるので、イオンビームは短時間の間しか発出されず、オン段階中イオン供給源内に生じる不安定は、真空アークの発生のような、破滅的事象が起こる前に、イオン供給源をオフ段階に切り換えれば、イオン供給源の作動にとって致命的な要因とはならない。例えば、本発明のパルスイオンビームシステムのオン段階においては、連続イオンビームシステムの場合より高いガス流量を用いることが可能であり、より高いイオンビーム電流を発生することができる。なぜなら、イオン化領域の外側の圧力が真空アークが起こりうるレベルに達する前に、波形信号が低くなり、それによってガス流を遮断するからである。従って、潜在的な不安定状態は、サイクルの次のオン段階が開始される前に安定化する。
【００４９】
フィルムのイオン支援被着において断続的イオンビームを用いることは、イオン種の減耗や押しのけというような、従来技術のＩＡＤシステムの上述した問題を回避し、少くとも軽減することを可能にする。なぜなら、サイクルのイオンボンバード段階中、最少限の新しい（追加の）被着材料が被着されるからである。従って、イオンビームは、すでに被着されている材料を高密度化（圧縮）するためのエネルギー源としてのみ機能する。従来技術の上記問題は、イオンボンバード段階中材料の被着を完全に排除することによって一層軽減することができる。
【００５０】
本発明は、更に、安定した、光学適合等級のＵＶフィルムの製造を可能にする。
【００５１】
以上、本発明を特定の実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明のイオン供給源の一部断面による立面図である。
【図２】
図２は、図１のイオン供給源の平面図である。
【図３】
図３は、カソードフィラメントの波形信号の一例を示す。
【図４】
図４は、ガス吐出口の近傍に制御弁を有するガス送給システムの側面図である。
【図５】
図５は、吐出口制御弁の一例を示す概略図である。
【図６】
図６は、ＩＡＤ被着装置と組合わされたイオン供給源の概略図である。
【符号の説明】
１０　イオン供給源
１１　カソード、カソードフィラメント、カソードワイヤ
１２　アノード
１３　イオン化領域
１４　希土類磁石、磁石
１５　ガスシャワーヘッド、ガス吐出口部材、吐出口部材
１７　孔
２０　ピン
２２　ガス供給導管、ガス流路
３０　シールド、シールドプレート
４３　制御弁、弁
４５　信号発生器、波形発生器
５０　ベース
５３　チャンネル
５５　水供給導管、流体導管
５８　導管
６０　ソレノイド、ソレノイドコイル
６１　アーマチャー
６３　弁座
７０　イオン供給源
７１　蒸着装置、被着装置
７２　ターゲット、ターゲット基板、基板
７３　真空チャンバー
７４　電源
７５　圧力トランスジューサ
７６　被着モニター
７８　シャッター部材
７９　蒸気
７９　被着材料
８０　イオンビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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