JP2010180469A - Ion plating apparatus - Google Patents

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JP2010180469A JP2009027111A JP2009027111A JP2010180469A JP 2010180469 A JP2010180469 A JP 2010180469A JP 2009027111 A JP2009027111 A JP 2009027111A JP 2009027111 A JP2009027111 A JP 2009027111A JP 2010180469 A JP2010180469 A JP 2010180469A
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Akira Taniguchi
明 谷口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To neutralize negative charge charged on a substrate. <P>SOLUTION: The ion plating apparatus includes a vacuum chamber 1, a substrate holder 4 attached via an insulating member in the vacuum chamber, an evaporation source having an electron gun 9 for heating an evaporation material in the vacuum chamber, a deposition-preventive plate 20 attached to the side wall of the vacuum chamber via an insulator 21 along the side wall and the bottom wall of the vacuum chamber, and a plasma source 11 which generates electron beams for ionizing evaporation particles evaporated from the evaporation source in the vacuum chamber. The plasma source 11 includes a case 12 in which a hot cathode 15 and an electron emission electrode 17 are arranged, and a discharge power supply for applying discharge voltage between a hot cathode 15 and an electron extraction electrode 17. The electron in the plasma P1 formed in the case 12 is extracted in the vacuum chamber 1 based on the discharge voltage. The ion plating apparatus further includes a direct-current voltmeter 22 for measuring the electric potential between the substrate holder 4 and the wall of the vacuum chamber 1, and a control unit 23 for controlling the discharge voltage so that the electric potential becomes a reference value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマ発生源を備えたイオンプレーティング装置に関する。   The present invention relates to an ion plating apparatus provided with a plasma generation source.

基板上に膜を形成する装置には、真空蒸着装置、スパッタリング装置、イオンプレーティング装置等があり、特にイオンプレーティング装置は基板への膜密着性が優れ、且つ、高品質な膜が得られることから、近年、光学レンズのコーティング等、種々の薄膜形成に利用されている。   Examples of apparatuses for forming a film on a substrate include a vacuum deposition apparatus, a sputtering apparatus, and an ion plating apparatus. In particular, the ion plating apparatus has excellent film adhesion to the substrate and can provide a high-quality film. Therefore, in recent years, it has been used for various thin film formations such as coating of optical lenses.

図1はイオンプレーティング装置の一概略例を示したものである。   FIG. 1 shows a schematic example of an ion plating apparatus.

図中1は真空チャンバーで、排気通路2を通じて真空ポンプ(図示せず)により排気される様に成っている。   In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber which is evacuated by a vacuum pump (not shown) through an exhaust passage 2.

該真空チャンバーの上壁中央部には、基板3(3a、3b、3c、…)がセットされた基板ホルダー4がホルダー支持軸5を介して取り付けられている。尚、該ホルダー支持軸の中間部は絶縁部材で形成されている。   A substrate holder 4 on which a substrate 3 (3a, 3b, 3c,...) Is set is attached to a central portion of the upper wall of the vacuum chamber via a holder support shaft 5. Note that an intermediate portion of the holder support shaft is formed of an insulating member.

前記真空チャンバー1の底壁に設けられた基台6中には、蒸発材料7が収容された坩堝8が設置されている。
又、前記基台6中には、前記坩堝8に隣接して電子銃9が設けられており、該電子銃からの電子ビームEBが偏向器(図示せず)により、例えば270゜偏向され、該坩堝に収容された前記蒸発材料7を衝撃する様に成されている。尚、前記電子銃9と前記坩堝8の間には、走査用コイル(図示せず)が設けられており、該電子銃から発生し、前記偏向器(図示せず)により270゜偏向された電子ビームEBが前記蒸発材料7上を走査する様に成されている。
In a base 6 provided on the bottom wall of the vacuum chamber 1, a crucible 8 in which an evaporating material 7 is accommodated is installed.
Further, an electron gun 9 is provided in the base 6 adjacent to the crucible 8, and an electron beam EB from the electron gun is deflected by, for example, 270 ° by a deflector (not shown). The evaporating material 7 accommodated in the crucible is impacted. A scanning coil (not shown) is provided between the electron gun 9 and the crucible 8 and is generated from the electron gun and deflected 270 ° by the deflector (not shown). An electron beam EB is scanned over the evaporating material 7.

又、前記基台6中には、前記坩堝8からの蒸発粒子の前記基板ホルダー4方向への飛散を遮蔽するシャッターSと一体化した回転軸Bが、モーター等から成る駆動機構(図示せず)により回転可能に取り付けられている。   In addition, in the base 6, a rotating shaft B integrated with a shutter S that shields scattered particles from the crucible 8 in the direction of the substrate holder 4 has a drive mechanism (not shown) comprising a motor or the like. ) Is rotatably mounted.

前記真空チャンバー1の側部には、反応性ガス供給管10が設けられている。   A reactive gas supply pipe 10 is provided on the side of the vacuum chamber 1.

図中11はプラズマ発生源で、該プラズマ発生源からの電子ビームが、前記基板ホルダー4と坩堝8の間に照射される様に成っている。
該プラズマ発生源において、12は円筒状のケースで、先端部には、先端がオリフィス状に形成された円筒状のシールド筒13が取り付けられており、側部にはアルゴンガス供給管14が設けられている。
又、前記ケース12の内部底壁部には、例えばタングステンで形成された熱陰極15が設けられており、該熱陰極には加熱電源16が接続されている。
前記プラズマ発生源11において、17は前記シールド筒13の先端部周辺に配置された電子引出電極で、該電子引出電極には抵抗(図示せず)を介して直流電源(放電電源)18が接続されている。又、19は前記シールド筒13の先端部周辺に配置された環状直流コイルで、電子が前記シールド筒13を通じて引き出される方向と平行な磁場を形成する電磁石から成り、前記ケース12内で生成されたプラズマを該ケースの中心軸方向に集束させるものである。尚、前記熱陰極16、電子引出電極17、ケース12、加熱電源16及び直流電源(放電電源)18で放電回路を構成しており、該放電回路は抵抗(図示せず)を介して前記真空チャンバー1と接続されている。
In the figure, reference numeral 11 denotes a plasma generation source, and an electron beam from the plasma generation source is irradiated between the substrate holder 4 and the crucible 8.
In the plasma generation source, reference numeral 12 denotes a cylindrical case, and a cylindrical shield cylinder 13 having an orifice formed at the tip is attached to the tip, and an argon gas supply pipe 14 is provided on the side. It has been.
A hot cathode 15 made of, for example, tungsten is provided on the inner bottom wall portion of the case 12, and a heating power source 16 is connected to the hot cathode.
In the plasma generation source 11, reference numeral 17 denotes an electron extraction electrode disposed around the tip of the shield tube 13, and a DC power supply (discharge power supply) 18 is connected to the electron extraction electrode via a resistor (not shown). Has been. Reference numeral 19 denotes an annular DC coil disposed around the tip of the shield tube 13, which is composed of an electromagnet that forms a magnetic field parallel to the direction in which electrons are drawn through the shield tube 13, and is generated in the case 12. The plasma is focused in the direction of the central axis of the case. The hot cathode 16, the electron extraction electrode 17, the case 12, the heating power supply 16 and the DC power supply (discharge power supply) 18 constitute a discharge circuit, and the discharge circuit is connected to the vacuum via a resistor (not shown). Connected to chamber 1.

図中20は、前記真空チャンバー1内のプラズマ発生領域を前記基板ホルダー4とで取り囲む様に、アースされた前記真空チャンバー1の内壁に碍子21を介して取り付けられた防着板で、前記蒸発材料7からの蒸発粒子が真空チャンバー内壁等に付着するのを防ぐためのものである。
尚、前記電子銃9からの電子ビームEBが前記坩堝8内の蒸発材料7に照射される様に、該蒸発材料からの蒸発粒子が前記基板3の方向に向かって前記プラズマ領域に行ける様に、前記反応性ガス供給管10からの反応性ガスが前記プラズマ発生領域に行ける様に、更には、前記排気通路2を通じて真空ポンプ(図示せず)により前記真空チャンバー1内の排気を効率良く行える様に、前記防着板20の適宜箇所には開口が設けられている。
In the figure, reference numeral 20 denotes a deposition plate which is attached to the grounded inner wall of the vacuum chamber 1 via an insulator 21 so as to surround the plasma generation region in the vacuum chamber 1 with the substrate holder 4. This is to prevent the evaporated particles from the material 7 from adhering to the inner wall of the vacuum chamber.
It should be noted that the evaporated particles from the evaporation material can go to the plasma region in the direction of the substrate 3 so that the evaporation material 7 in the crucible 8 is irradiated with the electron beam EB from the electron gun 9. Further, the inside of the vacuum chamber 1 can be efficiently exhausted by a vacuum pump (not shown) through the exhaust passage 2 so that the reactive gas from the reactive gas supply pipe 10 can go to the plasma generation region. Similarly, an opening is provided at an appropriate location of the deposition preventing plate 20.

この様な構成のイオンプレーティング装置において、先ず、前記真空チャンバー1内を真空ポンプ(図示せず)により真空排気する。
該真空チャンバー内が所定の真空度に達したら、前記電子銃9からの電子ビームEBを前記坩堝8内の蒸発材料に照射する。
この照射により前記蒸発材料7は加熱され、やがて蒸発を始める。尚、この時、前記シャッターSは遮蔽位置(前記坩堝8と基板ホルダー4との間の位置)にある。
該蒸発材料の蒸発が始まると、前記プラズマ発生源11において、前記アルゴンガス供給管14から前記ケース12内にアルゴンガスを導入する。
同時に、前記加熱電源18から前記熱陰極15へ電流を供給することにより該熱陰極を熱電子放出可能な温度にまで加熱する。
In the ion plating apparatus having such a configuration, first, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown).
When the inside of the vacuum chamber reaches a predetermined degree of vacuum, the electron beam EB from the electron gun 9 is irradiated to the evaporation material in the crucible 8.
By this irradiation, the evaporating material 7 is heated and eventually evaporates. At this time, the shutter S is in a shielding position (position between the crucible 8 and the substrate holder 4).
When evaporation of the evaporation material starts, argon gas is introduced into the case 12 from the argon gas supply pipe 14 in the plasma generation source 11.
At the same time, by supplying a current from the heating power source 18 to the hot cathode 15, the hot cathode is heated to a temperature at which thermionic electrons can be emitted.

次に、前記コイル19に所定の電流を流し、プラズマ点火と安定なプラズマを得るために必要な磁場を発生させる。   Next, a predetermined current is passed through the coil 19 to generate a magnetic field necessary for plasma ignition and stable plasma.

この状態において、前記直流電源(放電電源)18から前記電子引出電極17と熱陰極15との間に所定の正電圧を印加すると、前記シールド筒13のオリフィス上部に正電界が形成され、該電界によって、前記熱陰極15からの熱電子は前記電子引出電極17の方向に加速し始める。該熱電子の加速により、該熱電子と前記導入したアルゴンガスとが衝突を繰り返し、前記ケース12内にプラズマP1が生成される。   In this state, when a predetermined positive voltage is applied between the electron extraction electrode 17 and the hot cathode 15 from the DC power supply (discharge power supply) 18, a positive electric field is formed above the orifice of the shield tube 13, and the electric field Thus, the thermal electrons from the hot cathode 15 begin to accelerate in the direction of the electron extraction electrode 17. Due to the acceleration of the thermoelectrons, the thermoelectrons and the introduced argon gas repeatedly collide, and plasma P1 is generated in the case 12.

こうして生成されたプラズマP1中の電子は、前記コイル19が形成する磁場により前記ケース12の中心軸方向に集束を受けながら、前記電界により前記真空チャンバー1内へと引き出される。   The electrons in the plasma P1 generated in this way are drawn into the vacuum chamber 1 by the electric field while being focused in the central axis direction of the case 12 by the magnetic field formed by the coil 19.

一方、前記真空チャンバー1内においては、前記蒸発材料7の蒸発が安定すると、前記シャッターSが前記坩堝8と基板ホルダー4の間の位置から大きく外れた位置に回転移動される。   On the other hand, in the vacuum chamber 1, when the evaporation of the evaporating material 7 is stabilized, the shutter S is rotationally moved to a position greatly deviated from the position between the crucible 8 and the substrate holder 4.

すると、前記真空チャンバー1内に引き出された前記プラズマ発生源11からの電子は前記蒸発粒子に衝突し、該粒子を励起してイオン化させるので、該真空チャンバー内にプラズマP2が形成される。   Then, the electrons from the plasma generation source 11 drawn into the vacuum chamber 1 collide with the evaporated particles and excite and ionize the particles, so that plasma P2 is formed in the vacuum chamber.

尚、この時、該真空チャンバー内には、前記反応性ガス供給管10から反応性ガス(例えば、酸素ガス)が導入されているので、該反応性ガスも前記プラズマ発生源11からの電子の衝突によりイオン化される。   At this time, since a reactive gas (for example, oxygen gas) is introduced into the vacuum chamber from the reactive gas supply pipe 10, the reactive gas also contains electrons from the plasma generation source 11. Ionized by collision.

このプラズマP2中のイオン化された蒸発粒子と反応性ガスは、前記基板3に引き寄せられて該基板に付着し、該基板上には蒸発粒子と反応性ガスの反応物の膜が形成される。   The ionized evaporated particles and the reactive gas in the plasma P2 are attracted to and attached to the substrate 3, and a film of a reaction product of the evaporated particles and the reactive gas is formed on the substrate.

この様な膜形成において、(1)前記真空チャンバー1内に引き出された電子及び前記プラズマP2中の電子は、前記引出電極17に流れ込む。   In such film formation, (1) electrons extracted into the vacuum chamber 1 and electrons in the plasma P2 flow into the extraction electrode 17.

(2)前記プラズマP2に晒された前記基板3、基板ホルダー4及び防着板20表面には電子による負電荷が蓄積され、該基板等の表面上に負の電圧が印加される状態となる(即ち、アース電位にある前記真空チャンバー1に対し電位的にフローティングの状態にある)。一方、前記プラズマP2はアース若しくは正のポテンシャルを持っているので、前記基板3等の表面近傍においては、前記プラズマP2が持つポテンシャルと前記基板3等が持つポテンシャルの差が生じ、該基板等近傍のプラズマ中のイオン(正イオン)は、該基板等に向けて加速され、該基板を照射する(叩く)現象が発生する。この結果、前記基板3等表面の帯電電荷(負電荷)は中和される(この中和をプラズマのセルフバイアス電位による中和と称す)。   (2) Negative charges due to electrons are accumulated on the surface of the substrate 3, the substrate holder 4 and the deposition preventing plate 20 exposed to the plasma P2, and a negative voltage is applied to the surface of the substrate or the like. (That is, it is in a floating state with respect to the vacuum chamber 1 at the ground potential). On the other hand, since the plasma P2 has a ground or positive potential, a difference between the potential of the plasma P2 and the potential of the substrate 3 or the like occurs near the surface of the substrate 3 or the like. The ions (positive ions) in the plasma are accelerated toward the substrate and the like, and the phenomenon of irradiating (striking) the substrate occurs. As a result, the charged charge (negative charge) on the surface of the substrate 3 or the like is neutralized (this neutralization is referred to as neutralization by the plasma self-bias potential).

これら(1)および(2)の現象により、前記真空チャンバー1内に形成されるプラズマP2が安定に維持される。   Due to the phenomena (1) and (2), the plasma P2 formed in the vacuum chamber 1 is stably maintained.

特開平 9− 256148号公報JP-A-9-256148

さて、前記電子銃9からの電子を前記蒸発材料7に照射したとき、蒸発粒子の発生と共に、該蒸発材料から二次電子や反射電子が発生している。これらの電子は前記シャッターSの位置に拘わらず前記基板3、基板ホルダー4及び防着板20に達し、該基板等の表面へ負電荷が蓄積するが、前記プラズマのセルフバイアス電位による中和作用により中和される。   Now, when the evaporating material 7 is irradiated with electrons from the electron gun 9, secondary electrons and reflected electrons are generated from the evaporating material along with the generation of evaporating particles. These electrons reach the substrate 3, the substrate holder 4, and the deposition plate 20 regardless of the position of the shutter S, and negative charges accumulate on the surface of the substrate and the like, but the neutralizing action by the self-bias potential of the plasma. Neutralized by

しかし、前記真空チャンバー1内にプラズマP2が生成されていない時には該プラズマのセルフバイアス電位による中和作用が起こらない。又、前記プラズマP2の生成初期(プラズマP2が未だ安定していない時)においては該中和作用が僅かしか行われない。この結果、前記基板等の表面には前記電子による負電荷が蓄積し、前記基板3への膜形成において思わしくない事態を引き起こす。例えば基板がフッ化カルシウム製の場合は基板が変色し、プラスチック製の場合には基板に対する被膜物質の付着力が低下する。   However, when the plasma P2 is not generated in the vacuum chamber 1, the neutralization action due to the self-bias potential of the plasma does not occur. Further, in the initial stage of the generation of the plasma P2 (when the plasma P2 is not yet stable), the neutralizing action is performed only slightly. As a result, negative charges due to the electrons accumulate on the surface of the substrate or the like, causing an unexpected situation in forming a film on the substrate 3. For example, when the substrate is made of calcium fluoride, the substrate is discolored, and when the substrate is made of plastic, the adhesion of the coating substance to the substrate is reduced.

又、前記真空チャンバー1内に生成されるプラズマP2のポテンシャルは、前記プラズマ発生源11の各パラメータが一旦設定されてしまうと、一義的に決まってしまう。一方、前記基板3等の帯電状態は真空チャンバー1内の圧力、被膜物質の種類等により変化する。従って、たとえ前記真空チャンバー1内に安定したプラズマP2が生成されていても、このプラズマP2のセルフバイアス電位による中和作用で充分中和されるとは限らない。又、前記基板3等の帯電状態をプラズマP2のセルフバイアス電位によりコントロールすることが出来ない。   Further, the potential of the plasma P2 generated in the vacuum chamber 1 is uniquely determined once each parameter of the plasma generation source 11 is set. On the other hand, the charged state of the substrate 3 and the like varies depending on the pressure in the vacuum chamber 1 and the type of coating material. Therefore, even if the stable plasma P2 is generated in the vacuum chamber 1, it is not always sufficiently neutralized by the neutralizing action of the plasma P2 by the self-bias potential. Further, the charged state of the substrate 3 or the like cannot be controlled by the self-bias potential of the plasma P2.

本発明は、この様な問題を解決する新規なイオンプレーティング装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a novel ion plating apparatus that solves such problems.

本発明のイオンプレーティング装置は、真空チャンバー、該真空チャンバー内の上壁に絶縁部材を介して取り付けられた基板ホルダー、該真空チャンバーの下部に設けられ、蒸着材料の加熱用電子銃を有する蒸発源、該真空チャンバー内の側壁及び底壁に沿って絶縁部材を介して該真空チャンバーの側壁に取り付けられた防着板、前記真空チャンバー内に前記蒸発源から蒸発した蒸発粒子をイオン化するための電子ビームを発生するプラズマ発生源を備えており、前記プラズマ発生源は、熱陰極と電子引出電極が配置された放電室と、該熱陰極と該電子引出電極との間に放電電圧を印加するための放電電源と、該放電室内に放電用ガスを供給する手段を備え、前記放電室内で形成された第1プラズマ中の電子を前記放電電圧に基づいて前記チャンバー内に引き出す様に成したイオンプレーティング装置において、前記基板ホルダー若しくは防着板とアース間の電位を検出し、該電位が基準値に成る様に前記放電電圧をコントロールする様に成したことを特徴とする。   An ion plating apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber, a substrate holder attached to an upper wall in the vacuum chamber via an insulating member, and an evaporation having an electron gun for heating a vapor deposition material provided at a lower portion of the vacuum chamber. A source, an adhesion preventing plate attached to the side wall of the vacuum chamber via an insulating member along the side wall and the bottom wall in the vacuum chamber, and for ionizing the evaporated particles evaporated from the evaporation source in the vacuum chamber A plasma generation source for generating an electron beam is provided, and the plasma generation source applies a discharge voltage between a discharge chamber in which a hot cathode and an electron extraction electrode are disposed, and the hot cathode and the electron extraction electrode. And a means for supplying a discharge gas into the discharge chamber, and electrons in the first plasma formed in the discharge chamber are converted into the chit based on the discharge voltage. In the ion plating apparatus configured to be pulled out into the chamber, the potential between the substrate holder or the adhesion preventing plate and the ground is detected, and the discharge voltage is controlled so that the potential becomes a reference value. It is characterized by.

本発明によれば、真空チャンバーにおいて、蒸発材料の蒸発が開始されて直ぐに形成されるプラズマP2は、常に、基板の帯電による電荷が充分に中和される様なセルフバイアス電位を有する状態に成るので、前記基板への膜形成において思わしくない事態を引き起こすことはなく、前記基板等の帯電状態が真空チャンバー内の圧力や被膜物質の種類等により変化しても、該基板等の帯電電荷は充分中和される。   According to the present invention, in the vacuum chamber, the plasma P2 formed immediately after the evaporation of the evaporation material is always in a state having a self-bias potential such that the charge due to charging of the substrate is sufficiently neutralized. Therefore, it does not cause an unexpected situation in the film formation on the substrate, and even if the charged state of the substrate or the like changes depending on the pressure in the vacuum chamber or the kind of the coating material, the charged charge on the substrate or the like is sufficient. Neutralized.

又、膜形成中の前記基板等の帯電状態は、蒸発材料に適したプラズマP2のセルフバイアス電位を有する状態に保たれる。   Further, the charged state of the substrate or the like during film formation is maintained in a state having a self-bias potential of plasma P2 suitable for the evaporation material.

従来のイオンプレーティング装置の一概略例を示している。1 shows a schematic example of a conventional ion plating apparatus. 本発明のイオンプレーティング装置の一概略例を示している。1 shows a schematic example of an ion plating apparatus of the present invention.

先ず、本発明の原理について説明する。
前記、発明が解決しようとする課題で説明した前記基板3等の帯電による負電荷がプラズマP2のセルフバイアス電位による中和作用で充分に中和されるには、前記蒸発材料7への電子照射と同時若しくはそれ以前に前記プラズマ発生源11を作動させて該プラズマ発生源からの電子引出により前記真空チャンバー1内にプラズマP2を生成させ、且つ、該プラズマP2のセルフバイアス電位が、前記基板3等の帯電状態がいかなる状態の時であっても、該帯電による電荷が充分中和される様にコントロール出来る様にすれば良い。
First, the principle of the present invention will be described.
In order to sufficiently neutralize the negative charges due to the charging of the substrate 3 and the like described in the problem to be solved by the invention by the neutralizing action by the self-bias potential of the plasma P2, the electron irradiation to the evaporation material 7 is performed. At the same time or earlier, the plasma generation source 11 is operated to generate plasma P2 in the vacuum chamber 1 by extracting electrons from the plasma generation source, and the self-bias potential of the plasma P2 is the substrate 3 What is necessary is just to make it controllable so that the electric charge by this charge may be fully neutralized, even if it is in any state of charge.

この前記基板3等の帯電状態は、例えば、前記基板ホルダー4のフローティング電位値によって知ることが出来、前記プラズマP2のセルフバイアス電位は、前記直流電源(放電電源)18から電子引出電極17と熱陰極15間に印加される正電圧によりコントロールすることが出来る。   The charged state of the substrate 3 or the like can be known from, for example, the floating potential value of the substrate holder 4. It can be controlled by a positive voltage applied between the cathodes 15.

そこで、例えば前記基板ホルダー4のフローティング電位値を常にモニターし、常に該フローティング電位値に基づいて前記直流電源(放電電源)18から電子引出電極17と熱陰極15との間に印加される電圧を適宜コントロールすれば、前記、発明が解決しようとする課題で説明した前記基板3等の帯電による電荷がプラズマP2のセルフバイアス電位による中和作用で充分に中和される筈である。
図2はこの様な原理に基づいて成された本発明のイオンプレーティング装置の一概略例を示したものである。図中、図1で使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
Therefore, for example, the floating potential value of the substrate holder 4 is constantly monitored, and the voltage applied between the electron extraction electrode 17 and the hot cathode 15 from the DC power source (discharge power source) 18 based on the floating potential value is always determined. If appropriately controlled, the charge due to the charging of the substrate 3 and the like described in the problem to be solved by the invention should be sufficiently neutralized by the neutralizing action by the self-bias potential of the plasma P2.
FIG. 2 shows a schematic example of the ion plating apparatus of the present invention made based on such a principle. In the figure, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same components.

図2に示すイオンプレーティング装置が図1のイオンプレーティング装置と異なる所は、フローティング電位にある前記基板ホルダー4とアース電位にある真空チャンバー1間に該フローティング電位を測定するための直流電圧計22が接続されている点と、該直流電圧計からのフローティング電位に基づいて前記直流電源(放電電源)18をコントロールする制御装置23が新たに設けられている点である。   The ion plating apparatus shown in FIG. 2 differs from the ion plating apparatus shown in FIG. 1 in that a DC voltmeter 22 for measuring the floating potential between the substrate holder 4 at a floating potential and the vacuum chamber 1 at a ground potential. And a control device 23 for controlling the DC power supply (discharge power supply) 18 based on a floating potential from the DC voltmeter is newly provided.

この様な構成のイオンプレーティング装置において、先ず、前記真空チャンバー1内を真空ポンプ(図示せず)により真空排気する。
該真空チャンバー内が所定の真空度に達したら、前記電子銃9からの電子ビームEBを前記坩堝8内の蒸発材料に照射する。尚、この時、前記反応性ガス供給管10から該真空チャンバー内に反応性ガスが導入されている。
この照射により前記蒸発材料7は加熱され、蒸発を始める。尚、最初、前記シャッターSは遮蔽位置(前記坩堝8と基板ホルダー4との間の位置)にあるが、直ぐに、該遮蔽位置から大きく外れた位置に回転移動される。
この時同時に、前記プラズマ発生源11において、前記アルゴンガス供給管14から前記ケース12内にアルゴンガスを導入すると共に、前記加熱電源18から前記熱陰極15へ電流を供給することにより該熱陰極を熱電子放出可能な温度にまで加熱する。又、同時に、前記コイル19に所定の電流を流し、プラズマ点火と安定なプラズマを得るために必要な磁場を発生させる。
この状態において、前記直流電源(放電電源)18から前記電子引出電極17と熱陰極15との間に所定の正電圧を印加すると、前記シールド筒13のオリフィス上部に正電界が形成され、該電界によって、前記熱陰極15からの熱電子は前記電子引出電極17の方向に加速し始める。該熱電子の加速により、該熱電子と前記導入したアルゴンガスとが衝突を繰り返し、前記ケース12内にプラズマP1が生成される。
こうして生成されたプラズマP1中の電子は、前記コイル19が形成する磁場により前記ケース12の中心軸方向に集束を受けながら、前記電界により前記真空チャンバー1内へと引き出され、前記蒸発粒子及び反応性ガスに衝突し、該粒子と反応性ガスを励起してイオン化させるので、該真空チャンバー内にプラズマP2が形成される。従って、本例においては、プラズマP2が比較的早い段階(装置稼働時、即ち、膜形成開始時)で形成されることになる。
このプラズマP2中のイオン化された蒸発粒子と反応性ガスは、前記基板3に引き寄せられて該基板に付着し、該基板上には蒸発粒子と反応性ガスの反応物の膜が形成される。
さて、この様なイオンプレーティング装置において、予め実験等により、基板3等の帯電状態が該基板への膜形成に対し何ら問題とならない程度のもの及び高品質膜の形成に対応した複数のフローティング電位値が基準電位値として測定され、前記制御装置23に設定されており、前記直流電圧計22は装置稼働時(膜形成開始時)から常に前記基板ホルダー4の電位(フローティング電位)を測定している。
従って、前記制御装置23は、装置稼働時(膜形成開始時)から常に、前記直流電圧計22からのフローティング電位値と基準電位値を比較し、該フローティング電位値の該基準電位値に対する差が零になるような制御信号値を前記直流電源18に送ることになり、該直流電源はこの様な制御信号に基づいた正の直流電圧を前記電子引出電極17と熱陰極15の間に印加することになる。
この結果、前記蒸発材料7の蒸発が開始されて直ぐの初期段階に形成されるプラズマP2は、常に前記基板3等の帯電による電荷が充分に中和される様なセルフバイアス電位を有する状態に成り、その後の膜形成プロセスにおいては蒸発材料に適したセルフバイアス電位を有する状態に成る。
In the ion plating apparatus having such a configuration, first, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown).
When the inside of the vacuum chamber reaches a predetermined degree of vacuum, the electron beam EB from the electron gun 9 is irradiated to the evaporation material in the crucible 8. At this time, a reactive gas is introduced into the vacuum chamber from the reactive gas supply pipe 10.
By this irradiation, the evaporating material 7 is heated and starts to evaporate. Initially, the shutter S is in the shielding position (position between the crucible 8 and the substrate holder 4), but is immediately rotated to a position greatly deviating from the shielding position.
At the same time, the plasma generation source 11 introduces argon gas from the argon gas supply pipe 14 into the case 12 and supplies current from the heating power source 18 to the hot cathode 15 to cause the hot cathode to flow. Heat to a temperature at which thermionic emission is possible. At the same time, a predetermined current is supplied to the coil 19 to generate a magnetic field necessary for plasma ignition and stable plasma.
In this state, when a predetermined positive voltage is applied between the electron extraction electrode 17 and the hot cathode 15 from the DC power supply (discharge power supply) 18, a positive electric field is formed above the orifice of the shield tube 13, and the electric field Thus, the thermal electrons from the hot cathode 15 begin to accelerate in the direction of the electron extraction electrode 17. Due to the acceleration of the thermoelectrons, the thermoelectrons and the introduced argon gas repeatedly collide, and plasma P1 is generated in the case 12.
Electrons in the plasma P1 generated in this way are drawn into the vacuum chamber 1 by the electric field while being focused in the direction of the central axis of the case 12 by the magnetic field formed by the coil 19, and the evaporated particles and the reaction. Since it collides with the reactive gas and the particles and the reactive gas are excited and ionized, the plasma P2 is formed in the vacuum chamber. Therefore, in this example, the plasma P2 is formed at a relatively early stage (when the apparatus is operating, that is, at the start of film formation).
The ionized evaporated particles and the reactive gas in the plasma P2 are attracted to and attached to the substrate 3, and a film of a reaction product of the evaporated particles and the reactive gas is formed on the substrate.
In such an ion plating apparatus, a plurality of floating elements corresponding to the formation of a high quality film and a state in which the charged state of the substrate 3 or the like does not cause any problem for the film formation on the substrate by experiments or the like in advance. A potential value is measured as a reference potential value and set in the control device 23, and the DC voltmeter 22 always measures the potential (floating potential) of the substrate holder 4 from the time of operation of the device (at the start of film formation). Yes.
Accordingly, the control device 23 always compares the floating potential value from the DC voltmeter 22 with the reference potential value from the time of operation of the device (at the start of film formation), and the difference between the floating potential value and the reference potential value is zero. Is sent to the DC power supply 18, and the DC power supply applies a positive DC voltage based on such a control signal between the electron extraction electrode 17 and the hot cathode 15. become.
As a result, the plasma P2 formed in the initial stage immediately after the evaporation of the evaporating material 7 has a self-bias potential so that the charge due to charging of the substrate 3 and the like is always sufficiently neutralized. In the subsequent film formation process, a self-bias potential suitable for the evaporation material is obtained.

尚、前記例では、フローティング電位を前記基板ホルダー4と真空チャンバー1との間の電圧を測定することにより求めたが、前記防着板20とアース電位にある部分の間の電圧を測定して求める様にしても良い。   In the above example, the floating potential is obtained by measuring the voltage between the substrate holder 4 and the vacuum chamber 1, but the voltage between the deposition preventing plate 20 and the portion at the ground potential is measured. You may make it ask.

又、前記例では、プラズマ発生源11が真空チャンバー1内に設けられているイオンプレーティング装置を示したが、プラズマ発生源が真空チャンバー1の外に接続されているイオンプレーティング装置にも本発明が実施可能であることは言うまでもない。   In the above example, the ion plating apparatus in which the plasma generation source 11 is provided in the vacuum chamber 1 is shown, but the present invention is also applied to an ion plating apparatus in which the plasma generation source is connected to the outside of the vacuum chamber 1. It goes without saying that the invention can be implemented.

1…真空チャンバー
2…排気通路
3…基板
4…基板ホルダー
5…ホルダー支持軸
6…基台
7…蒸発材料
8…坩堝
9…電子銃
10…反応性ガス供給管
11…プラズマ発生源
12…ケース
13…シールド筒
14…アルゴンガス供給管
15…熱陰極
16…加熱電源
17…電子引出電極
18…直流電源(放電電源)
19…環状直流コイル
20…防着板
21…碍子
22…直流電圧計
23…制御装置
S …シャッター
B …回転軸
EB…電子ビーム
P1、P2…プラズマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber 2 ... Exhaust passage 3 ... Substrate 4 ... Substrate holder 5 ... Holder support shaft 6 ... Base 7 ... Evaporating material 8 ... Crucible 9 ... Electron gun 10 ... Reactive gas supply pipe 11 ... Plasma generation source 12 ... Case DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Shield cylinder 14 ... Argon gas supply pipe 15 ... Hot cathode 16 ... Heating power source 17 ... Electron extraction electrode 18 ... DC power source (discharge power source)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Annular DC coil 20 ... Depositing plate 21 ... Insulator 22 ... DC voltmeter 23 ... Control device S ... Shutter B ... Rotating shaft EB ... Electron beam P1, P2 ... Plasma

Claims (2)

真空チャンバー、該真空チャンバー内の上壁に絶縁部材を介して取り付けられた基板ホルダー、該真空チャンバーの下部に設けられ、蒸着材料の加熱用電子銃を有する蒸発源、該真空チャンバー内の側壁及び底壁に沿って絶縁部材を介して該真空チャンバー内の側壁に取り付けられた防着板、前記真空チャンバー内に前記蒸発源から蒸発した蒸発粒子をイオン化するための電子ビームを発生するプラズマ発生源を備えており、前記プラズマ発生源は、熱陰極と電子引出電極が配置された放電室と、該熱陰極と該電子引出電極との間に放電電圧を印加するための放電電源と、該放電室内に放電用ガスを供給する手段を備え、前記放電室内で形成された第1プラズマ中の電子を前記放電電圧に基づいて前記真空チャンバー内に引き出す様に成したイオンプレーティング装置において、前記基板ホルダー若しくは防着板とアース間の電位を検出し、該電位が基準値になる様に前記放電電圧をコントロールする様に成したイオンプレーティング装置。   A vacuum chamber, a substrate holder attached to an upper wall in the vacuum chamber via an insulating member, an evaporation source provided at a lower portion of the vacuum chamber and having an electron gun for heating a deposition material, a side wall in the vacuum chamber, and A deposition plate attached to the side wall of the vacuum chamber via an insulating member along the bottom wall, and a plasma generation source for generating an electron beam for ionizing evaporated particles evaporated from the evaporation source in the vacuum chamber The plasma generation source includes a discharge chamber in which a hot cathode and an electron extraction electrode are disposed, a discharge power source for applying a discharge voltage between the hot cathode and the electron extraction electrode, and the discharge A means for supplying a discharge gas into the chamber is provided, and electrons in the first plasma formed in the discharge chamber are drawn into the vacuum chamber based on the discharge voltage. In ion plating apparatus, the detecting a potential between the substrate holder or deposition preventing plate and the ground, said potential ion plating apparatus forms so as to control the discharge voltage so as to become the reference value. 前記基板ホルダー若しくは防着板と真空チャンバー間の電位を検出する様に成した請求項1記載のイオンプレーティング装置。   2. The ion plating apparatus according to claim 1, wherein a potential between the substrate holder or the deposition preventing plate and a vacuum chamber is detected.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017014600A (en) * 2015-07-06 2017-01-19 日本電子株式会社 Vacuum evaporation apparatus

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