JP2008047535A - 誘電面をイオンビーム処理する方法、および当該方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電面上に生じる電荷の中和効果を向上させ、平坦な面も曲線状の面もイオンビーム処理し得る、誘電面をイオンビーム処理する方法、および当該方法を実施するための装置を提供する。
【解決手段】カソード４の材料にグラファイトまたはボロンを使用し、かつ作動ガスとして酸素またはその混合物を使用することによって、スパッタリング生成物が被処理面１上に凝縮しなくなることで、被処理面１への汚染を最小限にする。また被処理面１へのイオン流の作用領域と、この面とトンネル状の磁界部分との交差領域とが、部分的重なるようにすることによって、被処理面１上の電荷の中和効果を向上させる。種々の形状のイオンビームを生成する加速器をイオン源２として使用することで、平坦な面も曲線状の面もイオンビーム処理できるようにする。
【選択図】図１

Description

ここに提案した本発明は、イオン流で、面を洗浄し、活性化し、変態を生じさせ、アシスト、打ち込みおよびエッチングを行うことを目的として、面を真空処理する分野に関する。本発明は、ディスプレイ、および構造化目的のガラスに薄膜を形成するときに、薄膜を施す前に誘電面上の電荷を中和させることを目的として使用し得る。

電荷を中和するイオン流で、素材面の処理を行うことを目的とする既知の装置が存在する。このような装置には、イオン源、電子源および基板の被処理面が含まれる。それらの全ては、電子源として白熱カソード（incandescent cathode）を使用することを特徴とする。

前記解決方法の主な欠点は、カソードの耐用年数が短いことである。

その上、このような解決方法において使用されるカソードは、強力な熱放射源であり、当該熱放射源は、被処理面に作用し加熱を行う。加熱が行われると、カソードの材料が、蒸発して、被処理面を汚染してしまう（特許文献１、２、３）。

電荷を中和するために使用される電子源としての機能をアーク放電が果たす、イオンフラックスで基板を処理する方法および装置もまた、知られている（特許文献４）。

しかしながら、この工学的解決方法には、以下の欠点がある。
−消費されるエネルギーと比較して電子源の作動効率が低いこと、
−白熱要素（incandescent element）を使用するので耐用年数が短いこと、
−装置の設計が複雑であり、面積が広い面の処理に当該装置を適用することが困難であること、
−直線状でない面の処理が複雑であること、
という欠点がある（特許文献４）。

イオンビームによって被処理面を処理しその上に生じた電荷を中和する方法および装置が知られており、これらの方法および装置は、電子源としてＳＨＦ放電装置を使用する。

しかしながら、前記工学的解決方法には、一連の本質的な欠点がある、すなわち、高価であること、設計が複雑であること、効率が低いこと、狭い面積の処理にしか適用できないこと、および低強度のイオンフラックスで作動するように設計されていること、という欠点がある（特許文献５）。

発明として特許請求の範囲に記載された本方法を実施するための方法および装置に最も類似するのは、マグネトロンと同時に作動するイオン源により基板面を処理する物体である。特許の本質は、マグネトロン放電装置が電子源である点にあって、当該電子源は、イオン源の作動と、基板の面上に生じる電位の調節とに必要であることにある（特許文献６）。

しかしながら、この解決方法は、ある程度制限を受ける。

第一に、本装置は、膜を施すプロセスを支援することのみを目的とし、すなわち、本装置では、基板を洗浄しエッチングするプロセスを効率的に行うことはできない。その理由は、処理面が、カソードのスパッタリング生成物でひどく汚染されてしまうからである。

第二に、基板上の電荷の中和プロセスは、最善ではなく、カソードの放電をハイパワーにする必要がある。
米国特許第４７３１５４０号明細書 米国特許第５１３６１７１号明細書 米国特許第６７２４１６０号明細書 米国特許第６３１３４２８号明細書 米国特許第５５７６５３８号明細書 米国特許第６４５４９１０号明細書

本発明の目的は、前記欠点の全てをなくすとともに、機器製造業において使用される狭い面から建築物を建造するときに使用する非常に広い面まで、かなり種々の寸法のタイプおよび形状の誘電面、並びに直線状また曲線状の形状を有する面がイオンビーム処理されることを保証することである。

所定の目的は、以下のことにより達成された。すなわち、指向性のあるイオン流および指向性のある電子流を生成し、これらの流れにより被処理誘電面へ作用を及ぼし、誘電面に生じる正の電荷を中和させることを含む、特許請求の範囲に記載の、誘電面をイオンビーム処理する方法において、電子流がプラズマカソード放電によりトンネル状の磁界とともに生成され、さらに、トンネル状の磁界の磁束の一部分がカソード面と被処理誘電面とを同時に横切り、カソードがグラファイトおよび／またはボロンから製造されることによって、所定の目的が達成された。

ここに提案の本方法において、カソード面と被処理誘電面とを同時に横切るトンネル状の磁界の一部分は、全磁束の少なくとも２０％であり、イオン流が被処理面に作用する領域と、この面とトンネル状の磁界部分とが相互に交差する領域とは、相互に部分的に重なる。

その上、カソード面上のトンネル状の磁界の平行成分の強度は、２０から１００ｍＴの範囲内に調節され、カソードには、電子の仕事関数が小さい材料、すなわち、一連のＣｓ、Ｂａ、Ｌａなどの１つが０．１〜５．０％ドープされている。

指向性を有するイオン流が、制御可能な、作動ガスイオンの発生器により生成される。閉じ込められた電子をドリフトさせる加速器が、前記発生器として使用され、作動ガスの組成には、酸素が含まれ、その含有量は、１０〜１００％である。

特許請求の範囲に記載の方法を実施するための本装置はまた、上述の方法を行うことも目的とする。

一発明として特許請求の範囲に記載のイオンビーム処理方法は、以下のように実施される。

荷電粒子の、すなわちイオンおよび電子の、指向性を有する流れが、被処理面に作用するように、誘電体が真空チャンバ内に配置される。

プロセス開始前に、真空チャンバが、５・１０^−４Ｐａから１０^−３Ｐａの圧力範囲まで排気される。次に、酸素、または他のガスとの混合物が、真空チャンバ内に給送され、さらに、混合物中の酸素の割合は、１０％から１００％である。

作動圧力が、５・１０^−２Ｐａから１０^−１Ｐａになると、指向性のあるイオン流および指向性のある電子流が、生成される。

第１の流れが、作動ガスイオン発生器のアノードに正の電位をかけることにより生成され、第２の流れが、カソード放電装置のカソードに負の電位をかけることにより生成される。

ここで、誘電面は、その面上に生じる電荷の中和を保証するイオンおよび電子流で同時に処理される。

処理効率を向上させるために、カソード放電装置のカソードの近傍の面の領域に生じるトンネル状の磁界は、磁束の一部分がカソード面と被処理誘電面とを同時に横切ることになるような輪郭にされる。

ここで、カソード放電領域内にある電子は、速度ベクトルを導く磁界線に沿って移動する。

計算および実験に基づく研究により証明されたように、電子を誘電面へ放出させる全磁束の少なくとも２０％が、カソード面と被処理誘電面とを同時に横切る必要がある。

ここで、被処理面へのイオン流の作用領域と、この面とトンネル状の磁界部分との交差領域とが部分的に空間において重なることによって、中和効果がさらに一層高くなる。

プラズマカソード放電の磁界は、２０〜１００ｍＴの範囲内で、ベクトル空間内に投影されるだけでなく、カソード面上にも絶対値で表される。これが、減圧下で強度のカソード放電が存在する条件であり、イオン源との作動が適合する条件である。

この場合、プラズマの濃度が高いことによって、多量の電子流が供給され得る。

種々の工業設備を、ここに提案した本方法に係るイオン源として使用し得るが、工学および技術の見地から最も好ましいのは、閉じ込められた電子をドリフトさせる加速器である。

使用される加速器によって、種々の形状のイオンビームを生成できるようになるので、平坦な面および曲線状の面の両方をイオンビーム処理し得る。あるいは、この加速器によって、寸法が大きい面を処理し得る広範囲にわたる線形イオンビーム（extensive linear ion beam）を生成し得る。

被処理誘電面への汚染を最小限にするために酸素を作動ガスの混合物中に導入する必要がある。

プラズマカソード放電を用いると、カソードの材料が蒸発して、このようにスパッタリング生成物で誘電面が汚染してしまう。

しかしながら、カソード材料としてグラファイトまたはボロンを使用し、作動ガスとして酸素またはその混合物を使用すると、カソードがスパッタリングされることにより揮発性化合物（ＣＯ、ＣＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＢＯ_２）が生成されても、これらの揮発性化合物は、被処理面上には凝縮せずに、真空ポンプによりチャンバから排出される。あるいは、これらの材料は、スパッタリング率が低いことを特徴とするので、ここに提案した解決法により、被処理誘電面の汚染は、ゼロに減少する。

誘電面上への中和作用は、カソード材料の組成に、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａなど、電子の仕事関数が低い元素がドープされた場合、さらに一層強化される。

この場合、電子流密度が著しく増加することによって、比較的少ないカソードの放電パワーで作動が行われ得る。ここで、このような添加物の量は０．１〜５．０％の範囲内であることが、実験に基づく調査により確認された。添加物の濃度がこの範囲を超えると、これらの材料は、酸素と揮発性化合物を生成しないので、被処理面への汚染が起こる。

誘電面をイオンビーム処理するプロセスが完了したことは、イオンおよび電子流による処理領域内に被処理製作物をとどめる総露出時間と、処理モードとにより、判断される。

貫通型装置内において処理プロセスを実行するとき、プロセスが完了すると、物品が次の位置に運ばれ、次のイオンビームにより処理される物品が、その位置に配置される。

本プロセスが完了すると、真空チャンバは、空気で満たされ、圧力が大気圧になり、物品が再搬入される。

誘電面をイオンビーム処理する方法の特定の実施例
図１に、特許請求の範囲に記載の方法の実施を説明する装置を概略的に示し、当該装置では、１が被処理面で、２がイオン源であり、３が、カソード放電装置のカソード４と磁気システム５とからなる電子源で、６は、磁気システム５により生成されたトンネル状の磁束である。

被処理面１（例えば、大きさが１２６０×９４０ｍｍのガラスプレートが輸送ホルダに配置された製作物が、イオンビーム処理の真空チャンバ内に給送され、当該チャンバにおいて、イオンおよび電子流を生成するための装置２および３が、それぞれ、被処理面１の前に配置される。

５・１０^−４Ｐａ〜１０^−３Ｐａの制限圧力まで真空ポンプにより真空チャンバを排気し、次いで、７０％：３０％の酸素−アルゴンの混合物を真空チャンバ内に給送する。

４．２ｋＶの正の電位をイオン源２のアノードにかける。

放電が行われるとき、全電流が１．４Ａのリボン形イオンビームが生成される。同時に、接地電位に対して負である５５０Ｖの電位が、電子源３のカソード４にかけられる。この電位により、５．５Ａのプラズマ放電が生じる。ここで、磁気システム５が、カソード放電装置のトンネル状の磁界６を生成する。

次に、面上に生じた正の電荷の中和を保証しながら、イオンおよび電子流と同時にガラスプレート１の面を処理する。

この場合、プレート１がガス放電装置２および３に対して移動する速度は、１．５ｍ／分に設定する。

カソード放電装置のカソード４の面に生じるトンネル状の磁界６は、磁束の一部分（例えば、２５％）が、カソード４の面と、ガラスプレートの被処理面１とを同時に横切るような輪郭にされる。ここで、カソード放電領域内に存在する電子は、速度ベクトルのガイドとしての役割をする磁界線に沿って移動する。

実験により測定された、磁気システム５により生成される磁束６の割合（２５％）によって、中和が効率よく行われ、それは、その割合によって、誘電体（この場合、ガラスプレート）の面１に電子が放出されることと、カソード４の面とガラスの被処理面１とを、前記磁束６の部分が同時に横切ることとが保証されるからである。

この場合、イオン流が被処理面１に作用する領域と、この面とトンネル状の磁束６の部分とが交差する領域とが部分的に重なることによって、中和の効果がより一層強化される。

プラズマカソード放電の磁界の強度は、ベクトル空間内に投影されるだけでなく、カソード４の面上においても絶対値で表され、この特定の例では４０ｍＴである。

プラズマの濃度が高くなることによって、１０ｍＡ／ｃｍ^２までの電流密度で電子が流れ得る。この場合、閉じ込められた電子をドリフトさせる加速器が、イオン源２として使用され、当該イオン源２によって、平坦な誘電面および曲線状の面の両方を処理するための、種々の構成のイオンビームを生成し得るとともに、大きな物品を処理するための広範囲にわたる線形イオンビームを生成し得る。

ガラスプレート１の面上にプラズマカソード放電を用いるとき、分解生成物が凝集（condensation）した結果生じて存在する汚染物質を最小限にするために、作動ガスの混合物中に酸素を導入する。この特定の場合、酸素の割合は、７０％である。

カソード４をスパッタリングするプロセスにおいて、カソード４として使用する材料（この場合、グラファイト）と、作動ガスとして使用する酸素とは、揮発性化合物ＣＯ_２を形成しても、当該ＣＯ_２は、被処理面には凝集しないが、真空ポンプによりチャンバから除去される。

その上、この材料（グラファイト）は、スパッタリング率（sputtering coefficient）が低いことから、ガラスプレートの被処理面１の汚染が実際にゼロに減少することを特徴とする。

ガラスの被処理面１上における中和の効果は、仕事関数が低いＣｓなどの元素がカソード材料にドープされる場合よりも一層強化される。

この場合、電子流密度が、２倍から３倍増加することにより、カソードの放電のパワーを低下させて作動が行われ得る。この場合、このような増加量は３％であることが、実験から確認された。

誘電面をイオンビーム処理するプロセスが完了したことは、イオンおよび電子流による処理領域内に被処理製作物をとどめる総露出時間（この特定の場合、２分３０秒間）と、処理モードとにより判断される。

貫通型装置内における処理プロセスを実施するとき、プロセスが完了すると、物品は次の位置に搬送され、イオンビームによりその次に処理される物品が、その位置に配置される。

プロセスが完了すると、真空チャンバは空気で満たされ、圧力は大気圧になり、物品が再搬入される。

特許請求の範囲に記載の、誘電面のイオンビーム処理方法によって、以下のことが可能になる。
−機器製造業において使用される狭い面から、建築物を建造するときに使用される非常に広い面まで、種々の寸法のタイプおよび形状の誘電面が、イオンビーム処理されること、
−外形が直線状、曲線状の誘電面が、処理されること、
−イオンおよび電子流の作動効率が、消費電力と比較して高くなること、
−カソードの耐用年数が長くなること、
−面の洗浄効率をこのように保証する高強度のイオンおよび電子流で、作動が行われること、
−前記面へのスパッタリング生成物の堆積が実際にゼロになるので、面をイオンビーム処理するプロセスにおいて生じる誘電面の汚染が減少すること、
が可能になる。

一発明としてここに提案する装置は、特許請求の範囲に記載の、誘電面のイオンビーム処理方法を実施することを目的としており、同じ目的の既知の装置とはかなり異なっている。

誘電面をイオンビーム処理する方法を実施するための、特許請求の範囲に記載の装置の目的は、同様の目的の上記装置について挙げたすべての欠点をなくすことにある（特許文献１、２、３、４、５、６）。

所定の目的は、誘電面をイオンビーム処理する方法を実施することを目的とする装置であって、内部に誘電面が配置される真空チャンバと、作動ガスイオン源と、電子源と、被処理誘電面に対して配置される磁束を生成することを目的とする磁気システムと、を含む装置において、グラファイトおよび／またはボロンからなるカソードを有するカソード放電装置が、電子源として使用され、また、カソード面上にトンネル状の磁束を生成するための磁気システムが、カソード面の下に装着され、さらに、カソード放電装置が、誘電面とイオン源の出力開口部とに対して相対的に配置され、この配置を、イオン流が被処理面に作用する領域と、この面と磁束とが交差する領域とが相互に部分的に重なる領域を形成するようなものにすることによって、達成される。

この場合、相互に部分的に重なる領域は、磁気システムにより生成される磁束の少なくとも２０％を含む。カソード面上のトンネル状の磁束の平行成分の強度は、２０から１００ｍＴの範囲内である。

カソード放電装置のカソード材料には、重量で０．１から５．０％の量の、一連のＣｓ、Ｂａ、Ｌａからの元素および／またはそれらの化合物がドープされ、閉じ込められた電子をドリフトさせる加速器が、作動ガスイオン源として使用される。

ここで、被処理誘電面の外形は、平坦または曲線状である。

イオンビーム源の出力開口部は、被処理誘電面に対して平行または角度をつけて配置され、イオンビーム源の出力開口部と被処理誘電面との間の角度は、０°と９０°との間である。

また、カソード面は、被処理誘電面と平行にまたは角度をつけて配置される。この場合、カソード面と被処理誘電面との間の角度は、０°から９０°である。

誘電面をイオンビーム処理する方法を実施するための装置の概略図を図２に示し、当該図では、１が被処理誘電面を、２がイオン源を、３が、カソード放電装置のカソード４と磁気システム５とを含む電子源を、６がトンネル状の磁束を示す。

本方法を実施するための装置は、以下のように作動する。

輸送部に配置される製作物（例えば、寸法が６３０ｍｍ×４７０ｍｍのガラス基板）が、輸送ホルダに配置され、イオン源２と、カソード４および磁気システム５を含む電子源３との正面になるように、真空チャンバ内に配置される。この場合、電子源３のカソード４は、グラファイトおよび／またはボロンからなる。

電子源３の磁気システム５は、カソード４の面の下に装着され、トンネル状の磁束６をその面上に生成する。この場合、カソード放電装置は、誘電面１とイオン源２の出力開口部とに対して相対的に配置されており、この配置は、イオン流が被処理面１に作用する領域と、この面と磁束６とが交差する領域とが、相互に部分的に重なる領域を形成するようなものである。相互に重なる領域は、磁気システム５により生成されるトンネル状の磁束６の４０％を占める。

カソード４の面上におけるトンネル状の磁束６の平行成分の強度は、６５ｍＴである。閉じ込められた電子をドリフトさせる加速器を、イオン源２として使用する。

イオンビーム処理のプロセスを実行するために、真空ポンプにより、真空チャンバを、残圧が５×１０^−４Ｐａになるまで排気する。

９０％：１０％の割合の酸素とアルゴンとの混合物をイオン源２内に給送し、チャンバ内の作動圧力を６．０×１０^−２Ｐａにする。接地電位に対して正の４．０ｋＶの電位を、イオン源２のアノードにかけ、全電流が０．９Ａのイオンビームを生成する。

同時に、１．８Ａのプラズマ放電を起こす、接地電位に対して負の５００Ｖの電位を、電子源３のカソード４にかける。

よって、イオンおよび電子が流れると同時に、ガラス面が処理される。誘電面１上の電荷の中和レベルを、処理領域に配置されたプローブによりモニターする。

ガス放電装置に対するガラス基板の移動速度は、１．５ｍ／分であり、処理時間は、４０秒である（図２）。

中和プロセスが完了して、真空チャンバが空気で満たされ、圧力が大気圧になると、物品が再搬入される。

図３〜図１０に、被処理誘電面１と、イオン源２と、カソード放電装置のカソード４、およびトンネル状の磁束６を生成する磁気システム５を含む電子源３とを相互に配置した種々の配置図を示す。

図３〜図６に、誘電体の平坦な面の処理を行う配置図を示す。

よって、図３に、イオン源２が電子源３に囲まれてその内側に配置されて、イオン源２の出力開口部と、磁気システム５がトンネル状の磁束６を生成するカソード４の面とが、被処理誘電面１と平行に配置された配置図を示す。

図４に、電子源３がイオン源２に囲まれてその内側に配置されて、イオン源開口部が、被処理誘電面１に角度をつけて配置され、この誘電面と平行に、磁気システム５を有するカソード４の面が配置された配置図を示す。

図５に、イオン源２が電子源３に囲まれてその内側に配置され、ここでは、イオン源２は、開口部が、被処理誘電面１に対して角度をつけられて配置され、電子源３の磁気システム５を有するカソード４の面は、被処理誘電面１に平行である配置図を示す。

図６に、カソード放電装置のカソード４と、トンネル状の磁束６を生成する磁気システム５とからなる電子源３の内側にかつそれよりも下方に、イオン源２が配置された配置図を示す。

この図では、イオン源２の開口部は、被処理誘電面１と平行に配置され、カソード４の面と被処理誘電面１との間の角度は、９０°である。

図７〜図１０に、曲線状の面を有する誘電体の処理方法を示す。

図７に、外側が円筒形の誘電体の面１が、イオン源２と電子源３とにより囲まれ、イオン源２の開口部と、電子源３を構成する磁気システム５を有するカソード４の面とが、被処理誘電面１と平行である配置図を示す。

図８に、外側が円筒形の誘電体の面１はまた、イオン源２と電子源３とにより囲まれているが、イオン源２は、開口部が被処理誘電面１に対して角度をつけられて配置され、磁気システム５を有するカソード４の面は、被処理誘電面１と平行に配置された配置図を示す。

図９に、誘電体の円筒形の内側の面の処理を行う配置図を示す。この図では、イオン源２および電子源３が、その内部に配置され、さらに、イオン源２の開口部と、磁気システム５を有するカソード４の面とは、被処理誘電面１と平行である。

図１０に、誘電体の円筒形の内側の面１はまた、内部に配置されたイオン源２および電子源３により処理されるが、イオン源２は、開口部が被処理誘電面１に対して角度をつけられて配置され、磁気システム５を有するカソード放電装置のカソード４の面は、被処理誘電面１と平行に配置された配置図を示す。

本装置の配置図が図３〜図１０に示されており、その作動原理は、図２に示した例では、上述の装置の作動原理と同様である。相違点は、実際の専門の設備における本装置の配置寸法と応用効率とに関連する。

処理設備の構成要素である、ここに提案した装置において、ディスプレイ製造に使用される、面積が２３２２ｃｍ^２（５４０×４３０ｍｍ）のガラス基板の面をイオンビーム処理した。

セラミックのＩＴＯターゲットをマグネトロンスパッタリングする方法によって、透明誘電膜を施す直前にガラス面をイオンビーム処理した。

イオンビーム洗浄を行うときに、欠陥のないフィルムＩＴＯ膜を得るのに必要な条件は、面上の電荷を完全に中和することである。

もしそうしなければ、帯電した面は、逆の符号のプラズマから微粒子を引きつけることになる。大きさが０．１μｍから１０μｍのこれらの微粒子は、ＩＴＯ薄膜を施すときに、欠陥（細孔、孔、微小な凹凸など）の原因になる。

上記の欠陥をなくすかまたは最小限にするために、続いて面の欠陥有無を分析することで本装置の作動モードの最適化を行う。

本装置の特定の応用例
例１
ガラスプレートをイオンビーム処理するプロセスを行うために、極低温真空ポンプにより、残圧が５．５×１０^−４Ｐａになるまで、真空チャンバを排気する。

純酸素をイオン源２内に給送し（図２）、次にチャンバ内の作動圧力を８．０×１０^−２Ｐａにする。

接地電位に対して正である４．２ｋＶの電位をイオン源２のアノードにかけて、全電流が０．８Ａのイオンビームが、生成される。

カソード放電装置のカソード４と、トンネル状の磁束６を生成する磁気システム５とからなる電子源３の電源が切れると、プローブ電位は、正の値である３９０Ｖになる。

接地電位に対して負である５００Ｖの電位を電子源３のカソード４にかけると、総電力が１０００Ｗかかり、２．０Ａのプラズマ放電が生じる。次に、プローブ電位は、負になり、３５Ｖになる。

ガス放電装置２および３に対してガラスプレート１が移動する速度は、１．５ｍ／分であり、処理時間は、３０秒である。

次に、プレートは、マグネトロンの位置に搬送され、その位置で、厚さが０．１５μｍのＩＴＯ薄膜が施される。被処理面１を有する物品を真空チャンバから取り出した後、面１上の欠陥の大きさが、暗い場所で顕微鏡を使用して分析される。

この特定の場合、欠陥の最大の大きさは、０．２〜０．３μｍを超えない。（面上の電荷の中和をせずにイオンビームのみを使用して物品の処理をする場合、欠陥の大きさは、５〜１０μｍに達し、欠陥の数は、ここに提案の本装置を使用した場合の５倍になる）。

例２
イオンビーム洗浄プロセスを実行するために、極低温真空ポンプにより、真空チャンバを、残圧が５．５×１０^−４Ｐａになるまで排気する。

純酸素をイオン源２内に給送し（図３）、次にチャンバ内の作動圧力を８．０×１０^−２Ｐａにする。次いで、接地電位に対して正である４．２ｋＶの電位が、イオン源２のアノードにかけられ、全電流が０．８Ａのイオンビームが、生成される。

カソード放電装置のカソード４と、トンネル状の磁束６を生成する磁気システム５とからなる電子源３の電源が切れると、プローブ電位は、正の値である３９０Ｖになる。

接地電位に対して負である５００Ｖの電位を電子源３のカソード４にかけると、総電力５００Ｗがかかって、１．０Ａのプラズマ放電が生成される。次に、プローブ電位は、負になり、５Ｖになる。

ガス放電装置２および３に対するガラスプレート１の移動速度は、１．５ｍ／分であり、処理時間は、３０秒である。

次いで、プレートが、厚さが０．１５μｍのＩＴＯ薄膜が上に施されるマグネトロンの位置に搬送される。真空チャンバから被処理面１を有する物品を取り出すと、暗い場所で顕微鏡を使用して、処理された物品の面の欠陥の有無および大きさを分析する。分析によれば、欠陥の最大の大きさは、０．１〜０．２μｍを超えないことが分かった。

よって、本装置の作動の全般的な分析から、ＩＴＯ膜を施すときにこの面をさらに処理するプロセスにおいて、誘電面上の電荷値を制御すると薄膜の欠陥が低減する、という観点から有効であることが分かった。

選択された源に基づく本装置の構造は、本機構の種々の幾何学的変形を実施し得ることから、機能性の点で最適である。

一発明として提案する構造によって、このタイプの装置の設計を、大きな寸法の部分を処理し得る直線状の外形の設計にし得ることが重要である。

誘電面をイオンビーム処理する方法、および本方法を実施する装置は、独自のものであり、あらゆる目的に適うものである。本方法および装置によって、以下のことが可能になる。
−機器製造業において使用される狭い面から、建築物を建造するときに使用される非常に広い面まで、種々の寸法のタイプおよび形状の誘電面が、イオンビーム処理されること、
−面のイオンビーム処理の質が向上すること、
−外形が直線状、曲線状の面が、処理されること、
−被処理面上の欠陥の発生が、最小限になること、
−消費電力と比較してイオンおよび電子源の作動効率が高いままで、面が処理されること、
−耐用年数が長くなること、
−本方法を実施することを目的とする装置が、単純化されること、
−面を洗浄する効率をこのように保証する高強度のイオンおよび電子流で、作動が行われること、
−前記面上のスパッタリング生成物の濃度が実際にゼロになるので、誘電面をイオンビーム処理するプロセスにおいて生じる面の汚染が減少すること、
−被処理面の洗浄の質が高くなり、予備的に処理された面への薄膜成膜の質が高くなること、
が、保証される。

特許請求の範囲に記載の方法、および当該方法を実施するための装置は、誘電面の真空処理分野において、産業上利用可能であり、今日の技術レベルに適合しており、また、複数の製造条件下で取り入れられ、電荷中和プロセスを実施し、被処理誘電面の洗浄を行うことを容易にする。

本発明に係る誘電面のイオンビーム処理方法を実施するための装置の概略図である。 本発明に係る誘電面のイオンビーム処理方法を実施するための装置の概略図である。 イオン源が電子源に囲まれてその内側に配置されて、イオン源の出力開口部と、磁気システムがトンネル状の磁束を生成するカソードの面とが、被処理誘電面と平行に配置された配置図である。 電子源がイオン源に囲まれてその内側に配置されて、イオン源開口部が、被処理誘電面に角度をつけて配置され、磁気システムを有するカソードの面が、この面と平行に配置された配置図である。 イオン源が電子源に囲まれてその内側に配置され、ここでは、イオン源は、開口部が被処理誘電面に対して角度をつけられて、配置され、電子源の磁気システムを有するカソードの面は、被処理誘電面に平行である配置図である。 イオン源が、カソード放電装置のカソードと、トンネル状の磁束を生成する磁気システムとからなる電子源の内側かつその下に配置された配置図である。 外側が円筒形の誘電体の面が、イオン源と電子源とにより囲まれ、イオン源の開口部と、電子源を構成する磁気システムを有するカソードの面とが、被処理誘電面と平行である配置図である。 外側が円筒形の誘電体の面はまた、イオン源と電子源とにより囲まれているが、イオン源は、開口部が被処理誘電面に対して角度をつけられて、配置され、磁気システムを有するカソードの面は、被処理誘電面と平行に配置された配置図である。 イオン源および電子源が、円筒形の誘電体の内側に配置され、さらに、イオン源の開口部と、磁気システムを有するカソードの面とは、被処理誘電面と平行である配置図を示す。 誘電体の内側の円筒形の面もまた、内部に配置されたイオン源および電子源により処理されるが、イオン源は、開口部が被処理誘電面に対して角度をつけられて、配置され、磁気システムを有するカソード放電装置のカソードの面は、被処理誘電面と平行に配置された配置図である。

符号の説明

１：被処理面
２：イオン源
３：電子源
４：カソード
５：磁気システム
６：トンネル状の磁束

Claims (19)

1. 指向性のあるイオン流および指向性のある電子流を、生成し、誘電体の面に作用させて、当該誘電面上に発生する正の電荷を中和することを含む、被処理誘電面をイオン処理する方法であって、
   前記電子流が、プラズマカソード放電によりトンネル状の磁界とともに生成され、さらに、前記トンネル状の磁界の前記磁束の一部分は、前記カソード面と、前記被処理誘電面とを同時に横切り、前記カソードは、グラファイトおよび／またはボロンから製造されることを特徴とする方法。
2. カソード面と前記被処理誘電面とを同時に横切る前記トンネル状の磁界部分は、全磁束の少なくとも２０％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記イオン流が前記被処理面上に作用する領域と、この面と前記トンネル状の磁界とが交差する領域とは、相互に部分的に重なることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の方法。
4. 前記カソード面上における前記トンネル状の磁界の平行成分の強度は、２０から１００ｍＴの範囲内で調節されることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の方法。
5. 前記カソードの組成には、電子の仕事関数が低い材料、一連のＣｓ、Ｂａ、Ｌａなどの１つの材料が０．１から５．０％ドープされることを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載の方法。
6. 前記指向性のあるイオン流の生成が、前記作動ガスイオンを制御し得る発生器により行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 閉じ込められた電子をドリフトさせる前記加速器が、前記作動ガスイオンの発生器として使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記作動ガスの組成には、１０から１００％の含有量で酸素が含まれることを特徴とする請求項６、７のいずれかに記載の方法。
9. 真空チャンバを含み、当該真空チャンバ内に配置される誘電面と、前記作動ガスイオン源と、電子源と、前記被処理誘電面に対して配置される磁束を生成することを目的とした磁気システムとを有する誘電面イオン処理装置であって、
   グラファイトおよび／またはボロンからなるカソードを有するカソード放電装置が、電子源として使用され、前記カソード面上にトンネル状の磁束を生成するための前記磁気システムが、前記カソード面の下に装着され、さらに、前記誘電面と前記イオン源の出力開口部とに対する前記カソード放電装置の配置は、イオン流が前記被処理面に作用する領域と、この面と前記磁束とが交差する領域とが、前記相互に部分的に重なる領域を形成するような配置にされることを特徴とする装置。
10. 前記相互に部分的に重なる領域は、前記磁気システムにより生成される前記磁束の少なくとも２０％を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記カソード面上への前記トンネル状の磁束の平行成分の強度は、２０から１００ｍＴの範囲内であることを特徴とする請求項９、１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記カソードの材料には、重量で０．１から５．０％の量の、一連のＣｓ、Ｂａ、Ｌａからの元素および／または化合物がドープされることを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 閉じ込められた電子をドリフトさせる加速器が、前記作動ガスイオン源として使用されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
14. 前記被処理誘電面の外形は、平坦であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
15. 前記被処理誘電面の外形は、曲線状であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
16. 前記イオン源の出力開口部は、前記被処理誘電面に対して平行にまたは角度をつけて配置されることを特徴とする請求項９、１３のいずれかに記載の装置。
17. 前記イオン源の出力開口部と前記被処理誘電面との間の角度は、０°から９０°までであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記カソード面は、前記被処理誘電面に対して平行にまたは角度をつけて配置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
19. 前記カソード面と前記被処理誘電面との間の角度は、０°から９０°までであることを特徴とする請求項１８に記載の装置。

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