(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、このプラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を包囲するように設けられ、前記プラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルとを備え、前記プラズマビームにより前記真空チャンバー内に配置した基板上に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記短管部内に、このプラズマビームの周囲を取囲み、電気的に浮遊状態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて前記絶縁管を介して前記プラズマビームの外周側を取巻くとともに、前記出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極とを設け、前記絶縁管を前記プラズマビームと前記電子帰還電極に入射する電子ビームとを遮る位置に設けたことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記電子帰還電極に、この電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面に沿って摺動して、前記面への付着物を除去するワイパーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面を凹凸形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項４】
前記短管部の開口部に、多数の貫通部を全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラズマビームの通過口を有するバッフルプレートを、前記プラズマビームを横切るように配置したことを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記電子帰還電極を水冷構造としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記バッフルプレートを水冷構造としたことを特徴とする請求項４に記載の真空成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的絶縁性物質からなる薄膜を基板上に形成する真空成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導電性物質あるいは絶縁性物質の薄膜を基板上に形成する真空成膜装置は公知であり、図１２は、その内のイオンプレーティング装置、図１３はプラズマＣＶＤ装置を示している。
このイオンプレーティング装置は、圧力勾配型プラズマガン１１により真空チャンバー１２内にプラズマを発生させて真空チャンバー１２内に配置した基板１３上に蒸着により薄膜を形成するものである。
【０００３】
さらに詳説すれば、プラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６、第２中間電極１７を備え、陰極１５側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバー１２内に向けて流出させるように配置されている。真空チャンバー１２は、図示しない真空ポンプに接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。また、真空チャンバー１２の第２中間電極１７に向けて突出した短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。真空チャンバー１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１９が載置されており、このハース１９上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着材料２０が収められている。さらに、ハース１９の内部にはハース用磁石２１が設けられている。
【０００４】
そして、第２中間電極１７から蒸着材料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、蒸着材料２０が蒸発させられ、基板１３の下面に付着し、薄膜が形成される。なお、このプラズマビーム２２に対して、収束コイル１８は横断面を収縮させる作用を、また磁石２１は焦点合わせおよびプラズマビーム２２を曲げさせる作用をしている。
【０００５】
一方、図１３に示すプラズマＣＶＤ装置は、上述した装置のハース１９、蒸着材料２０、磁石２１に代えて、放電電源１４のプラス側に接続されたアノード３１、このアノード３１の背後、即ちプラズマガン１１とは反対の側に配設したアノード用磁石３２および原料ガス供給管３３を設けたもので、他は図面上、実質的に同一である。
そして、原料ガス供給管３３から真空チャンバー１２内に原料ガスと反応ガスを供給し、これらをプラズマにより分離結合させることにより基板１３に蒸着させて基板１３上に薄膜を形成するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１２、図１３に示す従来の装置により電気的絶縁性物質からなる薄膜を形成する場合、ハース（アノード部）１９の表面、真空チャンバー１２の内面等に絶縁性物質が付着し、特に、ハース１９の表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバー１２内で通電不能となる結果、電極各部がチャージアップする現象が時間経過とともに進行する。このため、プラズマビーム２２に対する連続的な安定制御ができなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が生じる。なお、このような現象が生じた場合、通電不能となった部分に入射しようとした電子は反射され、イオンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返されることとなる。
【０００７】
また、真空チャンバー１２内には、プラズマビーム２２を制御するための磁場が存在しており、上述した反射された電子、即ち反射電子の動きはこの磁場により制約を受ける。したがって、プラズマガン１１を使用して絶縁性物質からなる薄膜を連続的、かつ安定して形成するためには、磁場分布状態が最適で、絶縁性の膜が付着しにくい位置に適正な反射電子帰還電極を設ける必要がある。
ところで、前記反射電子の大部分は、強制的に反射帰還経路を変更させない限り、照射ビームを制御している磁場の影響を受けて、この磁場に沿って照射ビームの経路を逆流しようとする。換言すれば、照射ビームと反射電子ビームとは、ほぼ同じ経路を往復する状態になるが、照射ビーム中の電子に比して、反射電子の方が反射、散乱により収束度は悪く、加速電圧も小さくなる。
【０００８】
このため、反射電子帰還電極に入射する電子ビームは、プラズマガン１１からの照射ビームであるプラズマビーム２２とは分離される必要がある。この分離がなされなければ、反射電子帰還電極に直接流れ込む照射ビームが発生し、蒸着材料側，或いはアノード側に至る照射ビーム量が減少して、薄膜形成効率が低下するだけでなく、陰極１５と反射電子帰還電極との間に直接放電が生じることにより、放電自体が異常なものとなる。また反射電子帰還電極は、絶縁性物質の付着防止の観点からすれば、真空チャンバー１２内の薄膜材料を発生させる部分（図１２：蒸着材料２０の位置、図１３：原料ガス供給管からのガス流出口）からできるだけ離れた位置に設けるのが好ましく、小型化という観点からすれば、できるだけ収束コイル１８に近い位置に設けるのが好ましい。
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題として、また上述した考察に基づいてなされたもので、プラズマ放電の連続安定維持時間を長くすること、成膜速度の向上を可能とした真空成膜装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、真空チャンバー内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、このプラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を包囲するように設けられ、前記プラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルとを備え、前記プラズマビームにより前記真空チャンバー内に配置した基板上に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記出口部にこのプラズマビームの周囲を取囲み、電気的に浮遊状態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて前記絶縁管の外周側を取巻くとともに、前記出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極とを設け、前記絶縁管を前記プラズマビームと前記電子帰還電極に入射する電子ビームとを遮る位置に設けた構成とした。
【００１０】
また、第２発明は、前記電子帰還電極に、この電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面に沿って摺動して、前記面への付着物を除去するワイパーを設けた構成とした。
【００１１】
さらに、第３発明は、前記電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面を凹凸形状に形成した。
【００１２】
さらに、第４発明は、前記短管部の開口部に、多数の貫通部を全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラズマビームの通過口を有するバッフルプレートを、前記プラズマビームを横切るように配置した構成とした。
【００１３】
さらに、第５発明は、前記電子帰還電極を水冷構造とした。
【００１４】
さらに、第６発明は、前記バッフルプレートを水冷構造とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装置を示し、図１２に示す装置と実質的に同一の部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この真空成膜装置では、プラズマガン１１の出口部にプラズマビーム２２の周囲を取囲み、電気的に浮遊状態として突設した絶縁管１と、真空チャンバー１２の前記短管部１２Ａ内にて絶縁管１の外周側を取巻くとともに、放電電源１４のプラス側に接続され、プラズマガン１１の出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極２とが設けられている。また、ハース１９内の蒸着材料２０は、絶縁性物質である。なお、前記絶縁管１として、たとえば、セラミック製短管が採用される。
【００１６】
このように、この真空成膜装置では、電子帰還電極２を蒸着材料２０から離れた位置に設けて、絶縁性の蒸着材料２０から蒸発した絶縁性物質が電子帰還電極２に付着しにくくなっている。また、プラズマガン１１から出たプラズマビーム２２と電子帰還電極２との間に両者を遮る絶縁管１を設けることにより、このプラズマビーム２２が電子帰還電極２に入射して、陰極１５と電子帰還電極２との間で異常放電が発生するのを防止するようになっている。このため、プラズマビーム２２の外側の、プラズマビーム２２とは分離した経路に沿って電子帰還電極２に至る反射電子流３が形成され、プラズマビーム２２が連続的かつ安定して持続され、この持続時間は絶縁管１、電子帰還電極２を設けない場合に比して倍以上となり、飛躍的に向上することが確認されている。また、絶縁管１を設けて、異常放電の発生を防止して、プラズマビーム２２の電子帰還電極２への流れ込みによる電力ロスを減少させるようした結果、プラズマガン１１から照射するプラズマビーム２２が同じとして、約２０％の成膜速度（材料蒸発量）の向上も確認された。さらに、電子帰還電極２を収束コイル１８に近い位置に設けてあり、小型化し易いようになっている。
【００１７】
図２は、本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ方式を採用した真空成膜装置を示し、図１並びに図１３に示す装置と実質的に同一の部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この真空成膜装置は、前述した図１に示す真空成膜装置と同様に、絶縁管１と、電子帰還電極２とを設けたものである。
そして、斯る構成により、第１実施形態の場合と同様に、プラズマビーム２２の外側の、プラズマビーム２２とは分離した経路に沿って電子帰還電極２に至る反射電子流３が形成され、プラズマビーム２２が連続的かつ安定して持続され、成膜速度も向上されるようになっている。また、電子帰還電極２を収束コイル１８に近い位置に設けてあるため、小型化し易いようになっている。
【００１８】
図３および４は、本発明の第３実施形態に係るイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装置を示し、図１に示す装置と実質的に同一の部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この真空成膜装置では、絶縁管１と電子帰還電極２の前方、即ちプラズマガン１１とは反対の側に、プラズマビーム２２の横断面を両側から収縮させる一対の、同極性同志（Ｎ極同志、或いはＳ極同志）を対向させたシート状磁石４，４を配置してある。
そして、斯る構成により、蒸着材料２０に入射するプラズマビーム２２をシート状にし、広巾の蒸発源を形成することで、広巾基板に対して適用するようになっている。
なお、図２に示すプラズマＣＶＤ方式を採用した真空成膜装置についても、このシート状磁石４，４を適用してもよく、これを適用することにより前記同様の作用を生じさせることができる。
【００１９】
図５〜図１１は、本発明の他の実施形態に係る真空成膜装置のプラズマガン１１、真空チャンバー１２の短管部１２Ａ、およびその近傍のみを示したもので、前述した真空成膜装置と共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
また、この図５〜図１１に示す構成は、、イオンプレーティング方式、プラズマＣＶＤ方式のいずれにも適用でき、図示していない他の部分の構成は図１或いは  図２に示す真空成膜装置と実質的に同一である。
図５および６は、電子帰還電極２にその表面の付着物、特に絶縁物質を払拭して、除去する旋回式ワイパー５を設け、電子帰還電極２の表面を反射電子帰還のために良好な状態を長期間保てるようにしたものである。
【００２０】
図７は、電子帰還電極２のプラズマガン１１とは反対の側の面６を凹凸形状に形成して、反射電子帰還のための表面積を増大させたものである。
図８は、真空チャンバー１２の短管部１２Ａの真空チャンバー１２内側開口部に、例えば格子状に、多数の貫通部７ａを全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラズマビーム２２の通過口７ｂを有するバッフルプレート７を配置し、電子帰還電極２の表面に達するガス状態の絶縁性物質の量を減少させるようにしたものである。なお、このバッフルプレート７は、前述したワイパー５とともに、或いは凹凸の面６を有する真空成膜装置にも適用できるものである。
そして、これら図５〜図８に示す構成により、より一層、連続安定放電ができるようになる。
【００２１】
なお、本発明は、電子帰還電極２或は絶縁管１の配設位置と断面形状について、前述した各実施形態に示すものに限定するものではない。これらの配設位置については、プラズマビーム２２を取り巻く位置で、短管部１２Ａ内であればよく、例えば、図９に示すように、電子帰還電極２および絶縁管１を短管部１２Ａ内の真空チャンバー１２内側に限度一杯まで片寄らせて配置してもよい。また断面形状についても、この図９に示す例では、電子帰還電極２の断面形状を矩形とし、絶縁管１をプラズマガン１１側にフランジを有する筒体形状とするのが好ましい。
そして、斯る構成により、さらに一層反射電子を効率よく捕捉できるようになる。
【００２２】
図１０は、電子帰還電極２内に水冷用ジャケット２３を形成し、この水冷用ジャケット２３の入口部に冷却水流入管２４を接続するとともに、その出口部に冷却水流出管２５を接続して、電子帰還電極２を水冷構造としたものである。
また、図１１は、バッフルプレート７内に水冷用ジャケット２６を形成し、この水冷用ジャケット２６の入口部に冷却水流入管２７を接続するとともに、その出口部に冷却水流出管２８を接続して、バッフルプレート７を水冷構造としたものである。
そして、斯る構成により、電子帰還電極２およびバッフルプレート７のそれぞれの温度上昇を抑制することができ、投入可能放電電力を増大させ、成膜速度を向上させ得るようになっている。
【００２３】
なお、前述した各実施形態において、絶縁管１は電気的に浮遊状態に保たれていれば、その材料は、導電性物質か否かは問わない。
また、前記説明では蒸着材料２０を絶縁性物質であるとしてあるが、蒸着材料２０が反応ガスと化合して絶縁性物質に変化するものである場合は、この蒸着材料２０は導電性物質であってもよい。ただし、この場合には、図１，２および３において、二点鎖線Ａで示すように真空チャンバー１２内に反応ガスを供給する反応ガス供給ラインを設けることと、ハース１９或いはアノード３１を放電電源１４と電気的に遮断する必要がある。ちなみに、蒸着材料２０が絶縁性物質である場合には、ハース１９或いはアノード３１と放電電源１４との電気的遮断は必ずしも必要ではない。さらに、前記説明では、基板１３を平板とし、静止状態で成膜するとしてあるが、基板１３はフィルム状基板を巻出・巻取りながら、また、平板状基板にあっては、回転あるいは水平移動させながら成膜するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、真空チャンバー内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、このプラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を包囲するように設けられ、前記プラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルとを備え、前記プラズマビームにより前記真空チャンバー内に配置した基板上に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記出口部にこのプラズマビームの周囲を取囲み、電気的に浮遊状態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて前記絶縁管の外周側を取巻くとともに、前記出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極とを設け、前記絶縁管を前記プラズマビームと前記電子帰還電極に入射する電子ビームとを遮る位置に設けた構成としてある。
【００２５】
このため、絶縁性物質が電子帰還電極に付着しにくく、陰極と電子帰還電極との間で異常放電が発生するのを防止するようになり、プラズマビームの外側の、プラズマビームとは分離した経路に沿って電子帰還電極に至る反射電子流が形成され、プラズマビームが連続的かつ安定して持続され、この持続時間を絶縁管と電子帰還電極を設けない場合に比して倍以上となり、飛躍的に向上させることが可能となる。また、絶縁管を設けて、異常放電の発生を防止して、プラズマビームの電子帰還電極への流れ込みによる電力ロスを減少させるようした結果、プラズマガンから照射するプラズマビームが同じとして、成膜速度の向上も可能となる。さらに、電子帰還電極を収束コイルに近い位置に設けてあり、小型化し易い等種々の効果を奏する。
【００２６】
また、第２発明によれば、前記電子帰還電極に、この電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面に沿って摺動して、前記面への付着物を除去するワイパーを設けた構成としてある。
さらに、第３発明によれば、前記電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面を凹凸形状に形成してある。
さらに、第４発明によれば、、前記短管部の開口部に、多数の貫通部を全面にわたって万遍なく散在させたバッフルプレートを、前記プラズマビームを横切るように配置した構成としてある。
このため、第１発明による効果に加えて、より一層、連続安定放電ができるようになるという効果を奏する。
【００２７】
さらに、第５発明によれば、前記電子帰還電極を水冷構造としてある。
さらに、第６発明によれば、前記バッフルプレートを水冷構造とてある。
このため、前述した各効果に加えて、電子帰還電極およびバッフルプレートのそれぞれの温度上昇を抑制することができ、投入可能放電電力を増大させ、成膜速度を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係るイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装置を示す図である。
【図２】  本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ方式を採用した真空成膜装置を示す図である。
【図３】  本発明の第３実施形態に係るイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装置を示す図である。
【図４】  図３に示す装置におけるシート状磁石の前後のプラズマビームの状態を示す図である。
【図５】  本発明の他の実施形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、およびその近傍のみを示す図である。
【図６】  図５に示す電子帰還電極を前方側から見た図である。
【図７】  本発明の他の実施形態に係る別の真空成膜装置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、およびその近傍のみを示す図である。
【図８】  本発明の他の実施形態に係るさらに別の真空成膜装置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、およびその近傍のみを示す図である。
【図９】  本発明の他の実施形態に係るさらに別の真空成膜装置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、およびその近傍のみを示す図である。
【図１０】  本発明の他の実施形態に係るさらに別の真空成膜装置の電子帰還電極を示す図である。
【図１１】  本発明の他の実施形態に係るさらに別の真空成膜装置のバッフルプレートを示す図である。
【図１２】  従来のイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装置を示す図である。
【図１３】  従来のプラズマＣＶＤ方式を採用した真空成膜装置を示す図である。
【符号の説明】
１  絶縁管                          ２  電子帰還電極
３  反射電子流                      ４  シート状磁石
５  ワイパー                        ６  面
７  バッフルプレート                ７ａ  貫通部
７ｂ  通過口                        １１  プラズマガン
１２  真空チャンバー                １２Ａ  短管部
１３  基板                          １４  放電電源
１５  陰極                          １６  第１中間電極
１７  第２中間電極                  １８  収束コイル
１９  ハース                        ２０  蒸着材料
２１  ハース用磁石                  ２２  プラズマビーム
２３、２６  水冷用ジャケット        ３１  アノード
３２  アノード用磁石                ３３  原料ガス供給管
【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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【図７】
0004074370.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004074370.tif 000012
【図１２】
0004074370.tif 000013
【図１３】
0004074370.tif 000014