JP2002270395A - 圧力勾配型プラズマ発生装置の中間電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電極の冷却効率が高く、且つ、ケースシール
部や磁石の耐久性に優れた圧力勾配型プラズマ発生装置
の中間電極構造を提供する。 【解決手段】 中間電極１のケース２は側面が外周に沿
って窪んでおり、その窪みにプラズマビームを収束させ
てオリフィス３を通過させるための環状の磁石４もしく
はコイルが嵌め込まれた構造とした。磁石４もしくはコ
イルをケース２の外に配置し、オリフィス３近傍に沿っ
て冷却溶媒５の流路を形成したため、冷却溶媒５の滞り
がなくなって中間電極１全体が均等に冷却されると共
に、冷却溶媒５による磁石４の劣化やコイル配線の断線
が防止される。また、ケース２のシール部２ａ，２ｂ，
２ｃをオリフィス３から離れた位置とすることで、シー
ル部２ａ，２ｂ，２ｃの破壊を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空成膜装置に用い
られる圧力勾配型プラズマ発生装置の中間電極構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧力勾配型プラズマ発生装置を利
用した真空成膜装置として、例えば図８に示すようなイ
オンプレーティング装置１０が知られている。このイオ
ンプレーティング装置１０は、真空容器１１に圧力勾配
型プラズマ発生装置２０が取り付けられており、その圧
力勾配型プラズマ発生装置２０の外周には発生させたプ
ラズマビームをガイドするためのコイル３０が配設され
ている。また、圧力勾配型プラズマ発生装置２０には、
プラズマビームを収束するための第一の中間電極９１お
よび第二の中間電極１０１が並設されていて、この第一
の中間電極９１には環状の磁石９４が内蔵され、第二の
中間電極１０１には収束コイル１０２がそれぞれ内蔵さ
れている。

【０００３】真空容器１１内は、基板６０が天井部に吊
り下げられるように支持されて配置されていると共に、
該基板６０には負バイアス用の直流電源が接続されてい
る。そして、真空容器１１の底面には基板６０と対向す
るようにハース（陽極）５０が配置され、その外周には
環状の補助陽極５１が配置されている。また、真空容器
１１の側壁には、真空容器１１内にキャリアガスを導入
するためのガス導入口１１ａと、真空容器１１内を排気
するための排気口１１ｂとが形成されている。

【０００４】圧力勾配型プラズマ発生装置２０は、一端
に導体板２１を備えており、この導体板２１に形成され
たキャリアガス導入口２２からキャリアガス（Ａｒ等の
不活性ガス）が導入されるようになっている。また、こ
の導体板２１には可変電源７０のマイナス端が接続さ
れ、プラス端はそれぞれ抵抗器Ｒ１およびＲ２を介して
第一の中間電極９１および第二の中間電極１０１に接続
されている。また、ハース５０は、可変電源７０ならび
に抵抗器Ｒ１およびＲ２に接続されている。

【０００５】こうして構成されたイオンプレーティング
装置１０は、圧力勾配型プラズマ発生装置２０のキャリ
アガス導入口２２からキャリアガスが導入されると、圧
力勾配型プラズマ発生装置２０内で放電が開始され、プ
ラズマビーム４０が発生する。発生したプラズマビーム
４０は、内部に環状の磁石９４およびコイル１０２が内
蔵された第一の中間電極９１および第二の中間電極１０
１の中心の通路（オリフィス）に収束させられ、コイル
３０と補助陽極５１の磁石にガイドされて、陽極として
用いられるハース５０および補助陽極５１に到達し、ハ
ース５０に収容された蒸着材料５２がジュール加熱され
て蒸発する。こうして蒸発された蒸着材料５２からの蒸
着金属粒子はプラズマビーム４０によってイオン化・活
性化され、このイオン粒子が負電圧の印加された基板６
０の表面に付着し、基板６０上に膜が形成されるように
なっている。

【０００６】図９は、上記イオンプレーティング装置１
０の圧力勾配型プラズマ発生装置２０の第一の中間電極
９１をより詳細に示す説明図であり、（ａ）は正面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図を示
している。

【０００７】以下図９を参照して第一の中間電極９１の
構成を説明すると、第一の中間電極９１は、中心部にプ
ラズマビームを収束し通過させる貫通口（オリフィス）
９３を有するドーナッツ形状をしており、内部が中空構
造となっているケース９２の該中空内に、プラズマビー
ムを収束させてオリフィス９３の中を通過させるための
磁石９４が支持固定され収納された構造となっている。
このとき、ケース９２は、外形に沿った略円形の３つの
シール部９２ａ、９２ｂ、９２ｃで溶接接合されること
で、環状の磁石９４がケース９２の内部に収納されるよ
うになっている。なお、上記シール部９２ａ、９２ｂ、
９２ｃは、溶接接合のほか、Ｏリングやパッキンを挟ん
でネジ止めしたものでも良い。

【０００８】また、ケース９２と磁石９４との隙間には
冷却溶媒９５が流通されている。冷却溶媒９５は、放電
電子もしくはイオン衝撃または陰極からの熱などによっ
てケース９２が破壊されることを防ぐために中間電極９
１全体を冷却するためのものであり、図１０（ａ）の垂
直断面図および（ｂ）の水平断面図に示すように、中間
電極９１内のケース９２と磁石９４との隙間を流通する
ようになっている。即ち、ケース９２の側面には配管用
の穴９５ａ、９５ｂが開けられ、その穴９５ａ、９５ｂ
に配管を取り付け、ケース９２と磁石９４の隙間に冷却
溶媒９５を流すことで、中間電極９１全体を冷却してプ
ラズマ発生時の熱から保護する構造となっている。な
お、図９（ｃ）に示す９６は中間電極９１のオリフィス
９３近傍が直接プラズマビームに接することないように
覆っているカバーであり、タングステンなどのスパッタ
率の低い金属やカーボン等で成っている。

【０００９】なお、第一の中間電極９１の構造を例に環
状の磁石９４を用いた例で説明してきたが、第二の中間
電極１０１のように収束コイル１０２を用いて収束磁場
を作るようにした構造も同様である。ただし、コイルを
用いた構造の場合には、ケースの外から水密を確保した
状態で配線が行われる。また、上記イオンプレーティン
グ装置１０はあくまでも一例であり、圧力勾配型プラズ
マ発生装置２０、ハース５０、基板６０の配置は装置の
構成によって様々なものがある。また、イオンプレーテ
ィング装置を例に説明してきたが、そのほか圧力勾配型
プラズマ発生装置を使ったプラズマＣＶＤ装置などの真
空成膜装置に対しても同様である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の圧力勾配型プラズマ発生装置２０の中間電極９
１の構造は、ドーナッツ形状をしたケース９２の中空構
造の中に環状の磁石９４もしくはコイルが配置された構
成となっているので、オリフィス９３の近傍で冷却溶媒
９５が滞りやすく、その付近の冷却効率が悪いといった
問題があった。また、ケース９２の中空構造内に磁石９
４もしくはコイルを収容保持した状態で磁石９４とオリ
フィス９３との間に冷却溶媒９５の流路となるスペース
を形成するためには、ケース９２のシール部９２ａ、９
２ｂを構造上このオリフィス９３の近傍に形成せざるを
得ず、オリフィス９３近傍はプラズマビームの収束部分
となるために放電電子もしくはイオン衝撃または陰極か
らの熱などによってシール部９２ａ、９２ｂが破壊され
やすく、長期に亘って使用するにあたり耐久性に問題が
あった。特に上述したオリフィス９３近傍で冷却溶媒９
５が滞りやすいといった問題と合わせると耐久性の面で
さらに問題であった。また、ケース９２内の冷却溶媒９
５中に磁石９４もしくはコイルが置かれていることにな
るため、冷却溶媒９５によって磁石９４が劣化して割れ
ることで中心磁場の状態が経時変化してしまったり、コ
イルの配線が腐食断線してしまったりといった問題もあ
り、こうした問題の解決が課題とされるものとなってい
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した従来の
課題を解決するための具体的手段として、中央部に貫通
口を有し且つ内部に中空を有するケースと、該ケースに
固定されプラズマビームを前記貫通口に収束させて通過
させるための環状の磁石もしくはコイルと、前記ケース
の中空内を流通して全体を冷却するための冷却溶媒と、
から成る圧力勾配型プラズマ発生装置の中間電極構造に
おいて、前記ケースは側面が外周に沿って窪んでおり、
その窪みに前記磁石もしくはコイルが嵌め込まれた構造
となっていることを特徴とする圧力勾配型プラズマ発生
装置の中間電極構造を提供することで課題を解決するも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明を図に示す実施形態に
基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明に係る圧力勾配型プラズマ発
生装置の中間電極構造の第一実施形態を示す断面図であ
り、全体の真空成膜装置（例えばイオンプレーティング
装置）や圧力勾配型プラズマ発生装置の構成は従来例
（図８）と同様であるのでここでの説明は省略する。

【００１４】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置
の中間電極１は、中心部にプラズマビームを収束し通過
させる貫通口（オリフィス）３を有するドーナッツ形状
をし、内部が中空構造となっているケース２に、プラズ
マビームを収束させてオリフィス３の中を通過させるた
めの磁石４が支持固定されている。このとき、ケース２
は、外形に沿った略円形の３つのシール部２ａ、２ｂ、
２ｃで溶接接合されることで、ケース２の内部を中空構
造としている。なお、上記シール部２ａ、２ｂ、２ｃは
溶接接合のほか、Ｏリングやパッキンを挟んでネジ止め
したものでも良い。

【００１５】そして、このケース２の中空内を冷却溶媒
５が流通するようになっている。この冷却溶媒５は、放
電電子もしくはイオン衝撃または陰極からの熱などによ
ってケース２が破壊されることを防ぐために中間電極１
全体を冷却するためのものであり、後で説明するように
中間電極１の中空内を流通するようになっている。

【００１６】以上の点については従来例と同様である
が、本発明ではケース２の側面が外周面に沿って窪んだ
形状をしており、その窪みに磁石４が嵌め込まれた構成
となっている。即ち、図２（ａ）に示すように環状の磁
石４を、（ｂ）に示すように４ａと４ｂの２分割にし、
（ｃ）に示すようにケース２の側面から窪みに嵌め込ん
で固定している。なお、磁石４の代わりにコイルを用い
た場合は、図３に示すようにケース２側面の窪みに薄い
絶縁シート等を敷いてその上から絶縁皮膜付きの銅線を
巻くことでコイル４ｃが設けられている。

【００１７】上記構成とすることで、従来はケース２内
に収容され冷却溶媒５中に置かれていた磁石４もしくは
コイルをケース２の外（冷却溶媒５の流路の外）に取り
出し、冷却溶媒５による磁石４の劣化やコイル配線の断
線防止が図れる。

【００１８】次に冷却溶媒５の流路について図４に沿っ
て説明する。ケース２の側面の磁石４もしくはコイルが
嵌め込まれる窪み以外の箇所にはケース２の中空内に通
じる配管用の２つの穴が開けられ、その穴に配管５ａ、
５ｂが取り付けられている。そして、まず、（ａ）に示
すように配管５ａから冷却溶媒５が流入され、の矢印
の方向に流れる。そして、ケースの中空内に形成された
仕切壁２ｄ、２ｅによってオリフィス３近傍に流れ込
み、（ｂ）に示すようにオリフィス３に沿っての方向
に流れて、磁石４を挟んだ反対側に流れ込む。そして、
（ｃ）に示すように仕切壁２ｆ、２ｇに沿っての方向
に流れ、（ｄ）に示すようにオリフィス３に沿っての
方向に流れて、（ａ）に示すように仕切壁２ｄ、２ｅに
沿っての方向に流れ、配管５ｂから流出されるように
なっている。こうして、ケース２の中空内を冷却溶媒５
がムラなく循環し、特に中間電極１の中で最も熱を持つ
オリフィス３の近傍に沿って冷却溶媒５の流路を形成
し、中間電極１全体を均等に冷却してプラズマ発生時の
熱から保護するようになっている。なお、図１において
６は、中間電極１のオリフィス３近傍が直接プラズマビ
ームに接することないように覆っているカバーであり、
タングステンなどのスパッタ率の低い金属やカーボン等
で成っている。

【００１９】ここで、中間電極１のケース２のシール部
２ａ、２ｂ、２ｃは、中間電極１内に冷却溶媒５の流路
となる中空構造を形成するために外形に沿った略円形の
ものであるが、従来のようにケースの中空内に磁石やコ
イルを保持する構造を有する必要がないため、オリフィ
ス３から離れた位置とすることが可能となる。つまり、
プラズマビームの収束部分となり熱が集中してしまうオ
リフィス３近傍からシール部２ａ、２ｂ、２ｃを離すこ
とで、シール部の破壊を防ぐことができる。

【００２０】なお、シール部２ａ、２ｂ、２ｃは、図１
に示す第一実施形態のほかに、例えば図５乃至図７に示
す第二実施形態乃至第四実施形態であっても良い。特
に、図６に示す第三実施形態では、シール部を中間電極
１の陽極側の２ａ、２ｂの２箇所のみとし、中空構造を
変更したものであり、陰極側にシール部を形成していな
いことで、陰極からの熱などの影響を防げる構造となっ
ている。また、図７に示す第四実施形態も同じく、シー
ル部２ａ、２ｂを２箇所のみとし、これらシール部２
ａ、２ｂを中間電極１の側面に形成したものであり、シ
ール部２ａ、２ｂがオリフィス３から最も離れた位置で
あるため、シール部の保護の点でより効果が発揮される
ものである。また、これら図６および図７は、シール部
が２箇所のみであるため製造コスト削減にも効果があ
る。

【００２１】なお、上記実施形態で述べた配管５ａ、５
ｂの位置および冷却溶媒５の流路はあくまでも一例であ
り、中間電極１内を冷却溶媒５が循環できる構造であれ
ば良い。

【００２２】また、上記実施形態はいずれも圧力勾配型
プラズマ発生装置の中間電極構造に関するものであり、
従来例と同様に本中間電極構造を有する圧力勾配型プラ
ズマ発生装置を用いた様々な構成のイオンプレーティン
グ装置やプラズマＣＶＤ装置などの真空成膜装置に適用
可能であることは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
力勾配型プラズマ発生装置の中間電極のケース側面が外
周に沿って窪んでおり、その窪みにプラズマビームを収
束させて貫通口を通過させるための環状の磁石もしくは
コイルが嵌め込まれた構造としたことで、従来はケース
内に収容され冷却溶媒中に置かれていた磁石もしくはコ
イルをケースの外（冷却溶媒の流路の外）に取り出し、
冷却溶媒による磁石の劣化やコイル配線の断線防止が図
れるといった効果を奏するものである。また、ケースの
中空内を冷却溶媒がムラなく循環し、特に中間電極の中
で最も熱を持つオリフィス近傍に沿って冷却溶媒の流路
を形成したため、従来のような冷却溶媒の滞りがなくな
って、中間電極全体が均等に冷却されるといった効果を
奏するものである。さらに、中間電極のケースのシール
部は、中間電極内に冷却溶媒の流路となる中空構造をつ
くるために外形に沿った略円形のものであるが、従来の
ようにケースの中空内に磁石やコイルを保持する構造を
有する必要がないため、オリフィスから離れた位置とす
ることが可能となり、プラズマビームの収束部分となっ
て熱が集中してしまうオリフィス近傍からシール部を離
すことで、シール部の破壊を防ぐことができるといった
効果をも奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置の中
間電極構造の第一実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置の中
間電極構造として磁石を用いた例を説明する説明図であ
る。

【図３】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置の中
間電極構造としてコイルを用いた例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明に係る中間電極内の冷却溶媒の流れを説
明する説明図である。

【図５】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置の中
間電極の第二実施形態を示す断面図である。

【図６】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置の中
間電極の第三実施形態を示す断面図である。

【図７】本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置の中
間電極の第四実施形態を示す断面図である。

【図８】従来例におけるイオンプレーティング装置の一
例を示す断面図である。

【図９】従来例における圧力勾配型プラズマ発生装置の
中間電極構造を示す説明図であり、（ａ）は正面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）は縦断面図である。

【図１０】従来例における中間電極内の冷却溶媒の流れ
を説明する説明図であり、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）
は水平断面図である。

【符号の説明】

１……中間電極 ２……ケース ２ａ，２ｂ，２ｃ……シール部 ２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ……仕切壁 ３……貫通口（オリフィス） ４……磁石 ４ａ，４ｂ……分割磁石 ４ｃ……コイル ５……冷却溶媒 ５ａ，５ｂ……冷却溶媒用配管 ６……カバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央部に貫通口を有し且つ内部に中空を有
   するケースと、該ケースに固定されプラズマビームを前
   記貫通口に収束させて通過させるための環状の磁石もし
   くはコイルと、前記ケースの中空内を流通して全体を冷
   却するための冷却溶媒と、から成る圧力勾配型プラズマ
   発生装置の中間電極構造において、前記ケースは側面が
   外周に沿って窪んでおり、その窪みに前記磁石もしくは
   コイルが嵌め込まれた構造となっていることを特徴とす
   る圧力勾配型プラズマ発生装置の中間電極構造。
2. 【請求項２】前記ケースの内部に中空を形成するための
   シール部を、前記貫通口より離れた位置に形成したこと
   を特徴とする請求項１記載の圧力勾配型プラズマ発生装
   置の中間電極構造。
3. 【請求項３】前記ケースの内部に中空を形成するための
   シール部を、前記ケース側面の外周に沿って形成したこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧力勾配型プラズマ発生
   装置の中間電極構造。