JP3822778B2 - 高周波イオンプレーティング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は真空容器内に設けられた基板保持電極に高周波電力を供給して高周波放電により発生するプラズマと誘起電圧を利用して蒸着中の膜をイオン衝撃する高周波イオンプレーティング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空容器内に設けられた基板と蒸着物質供給源の間に高周波電力を供給し、発生したプラズマ中のイオンを利用する高周波イオンプレーティング装置においては、高周波電力の供給によるプラズマ生成や自己バイアス電圧の発生に寄与する真空容器内の高周波放電の安定性を維持するのが必要なことは言うまでもない。しかし、蒸着膜の品質を高めるためには、イオンプレーティング時の真空度は１０^-2Ｐａ程度と通常のプラズマ発生装置の真空度よりも１桁低い圧力であること、しかも基板上の蒸着量を均一化するためには基板保持電極に回転を与えるのが一般であるが、このために機械的接触子の回転に伴う接触抵抗の変動を生じること、また誘電体を蒸着しようとするとき、基板を保持する電極の表面に付着する膜厚の増加に伴う、あるいは蒸発空間の蒸発物質の種類に伴う誘電率の変化等による放電回路のインピーダンス変化に対応した高周波放電のマッチング調整はかなり微妙な問題となることなど、高周波放電の安定性を維持するには困難を伴う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の要求を満足し、低い圧力にもかかわらず、プラズマの発生、維持を容易にし、かつ十分な自己バイアス電圧の発生を可能とする高周波イオンプレーティング装置を得ようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波イオンプレーティング装置は、蒸着物質源を配設し、適宜のガスを導入した真空蒸着容器内に設けられた基板保持回転電極に、高周波電力を機械的接触子を介して供給することにより高周波放電を発生させ、放電空間で発生したプラズマの中のイオンを基板保持回転電極との間に生じた自己バイアス電圧によって基板上の膜表面を衝撃させるところの高周波イオンプレーティング装置において、
上記基板保持回転電極に供給される周波数ｆ１の高周波電力とは別の周波数ｆ２の高周波電力が供給されるプラズマ生成のための電極（以下補助電極）が配設されることを特徴とする。
このとき、上記基板保持回転電極と補助電極にそれぞれ供給される二つの高周波は、異なる周波数または異なる電力で使用されることが望ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
より具体的には、
図１を参照して、１は真空容器であり、従来と同様、その内部に、基板４を保持する基板保持回転電極２と蒸着物質の蒸発源１０が配設される。基板保持回転電極２には、電源６からマッチングネットワーク５および機械的接触子３を介して周波数ｆ１の高周波電力が供給される。この真空容器１は予め高真空に排気された後、所定の反応ガス（例えば、酸化物皮膜の蒸着には酸素ガス）がガスボンベ１２から所定の圧力となるように導入ガス調節弁１１を介して導入される。真空容器１は、たとえば図示しないクライオポンプに接続され、内部を所定の真空度に保つ。
【０００６】
本発明の高周波イオンプレーティング装置においては、上記基板保持回転電極２とは別に、独立に補助電極９が真空容器１内に配設され、上記基板保持回転電極２のための周波数ｆ１の電源とは別の補助電極用の電源８から、マッチングネットワーク７を介して周波数ｆ２の高周波電力が供給される。
このような構成によって、基板保持回転電極と補助電極はそれぞれ周波数の異なる別個の高周波電力の供給を受け、真空容器内に導入された適宜のガスと電源に直結された補助電極により真空容器内には安定した高周波放電を得ることが出来る。
【０００７】
実際の放電実験においては、ＰO₂＝２．７×１０^-2Ｐａにおいて、ｆ１＝１３．５６ＭＨｚ、ｆ２＝５００ＫＨｚでは安定な放電が得られた。逆にｆ１＝５００ＫＨｚ、ｆ２＝１３．５６ＭＨｚでは安定な放電は得られなかった。また、ｆ１＝１３．５６ＭＨｚ、ｆ２＝１３．５６ＭＨｚではマッチングが調整出来ず、安定な放電は起こせなかった。
それは、補助電極９の放電により生成されたプラズマは、基板保持回転電極の主放電域内にイオンを拡散することによって主放電を安定に維持させるからである。そして、この主放電内で蒸発源１０からの蒸気の一部や反応ガスの一部をイオン化する。
基板保持回転電極に誘起された直流自己バイアス電圧は上記のように発生したプラズマ中のイオンを加速し基板保持回転電極上に設置された基板上の膜に衝撃させる。
このようにして膜の結晶成長と空孔の発生を阻止することによって、高密度で安定な非晶質の薄膜を形成することが出来ることとなった。
【０００８】
上記の実施態様のうち、補助電極９は高周波コイルを使用し、誘導結合型高周波プラズマを発生するものとして表されているが、このように誘導結合によるのではなく、容量結合による電極としても良い。また、補助電極９は、この例においては真空容器１中に配設されているが、スパッタによる汚染、あるいは蒸着によるインピーダンス特性変化を避けるため、真空容器１に連結された別室内に配設されても良い。蒸発源１０は、金属酸化物などの蒸着物質を電子ビーム加熱によって蒸発させる、あるいは電熱によって加熱蒸発させるなど、適宜のものを用いることが出来る。さらに、上記基板保持回転電極と補助電極にそれぞれ供給される二つの高周波は、異なる周波数および／または異なる電力、具体的には基板保持回転電極に供給される電力の周波数は、補助電極に供給される電力の周波数よりも低いものとされ、蒸着条件により、上記条件の中で適宜選択されることはいうまでもない。
【０００９】
【実施例】
光学薄膜を形成するため、ガラス基板上に酸化タンタルの薄膜を蒸着、形成した。
予め、１０^-4Paに排気した真空容器１には、導入ガス調節弁１１により、真空度２．７×１０^-2Paになるように酸素ガスを導入した。蒸発源として、Ｔａ₂Ｏ₅を蒸発物質とし、電子ビームにより加熱、蒸発させ、基板温度２００℃で蒸着した。基板保持回転電極２には機械的接触子３を介して周波数５００ＫＨｚ、出力１２０Ｗの高周波電力を電源６からマッチングネットワーク５を経て供給すると共に、補助電極９には電源８からマッチングネットワーク７を経て周波数１３．５６ＭＨｚ、出力１．５ＫＷの高周波電力を供給した。真空容器内の低い圧力にもかかわらず、プラズマは容易に発生し、蒸着中、安定してその強度を維持した。
上記の構成により、得られた薄膜は、イオン衝撃を用いない蒸着法で得られる薄膜の屈折率２．００に対して、屈折率２．２５（５５０ｎｍ）の高い値を示した。また、得られた膜の恒温恒湿試験（８５℃、８５％ＲＨ、２０００時間）に対しても、分光透過率特性の変化は観測されなかった。
【００１０】
【発明の効果】
上記のように、本発明の高周波イオンプレーティング装置は、補助電極はそれに供給される高周波電力によってプラズマを安定に維持すると共に、基板にはこれと異なるイオン加速用の高周波電力を供給することによって、深い自己バイアス電圧を誘導し、蒸着膜へのイオンの衝撃を高め、高品質の蒸着膜を得ることが出来た。
このように、プラズマ発生用の高周波電力と基板上にイオン衝撃を引き起こす自己バイアス電圧を発生するための高周波電力とをそれぞれに最適に保つことにより、異なる基板、異なる蒸着物質に対して、広く最適な蒸着条件を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波イオンプレーティング装置の構成の一実施例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 真空容器 ２ 基板保持回転電極
３ 機械的接触子 ４ 基板
５ マッチングネットワーク ６ 高周波電源
７ マッチングネットワーク ８ 高周波電源
９ 補助電極 １０ 電子ビーム蒸発源
１１ 導入ガス調節弁 １２ 導入ガス

Claims (3)

1. 適宜のガスを導入する機構を備えた真空蒸着装置において、容器内に設けられた基板保持回転電極に高周波電力を機械的接触子を介して供給し、高周波放電で発生したプラズマの中のイオンを基板保持回転電極との間に生じた自己バイアス電圧によって基板上の膜表面を衝撃させるところの高周波イオンプレーティング装置において、上記基板保持回転電極に供給される高周波電力とは別の高周波電源が接続されたプラズマ生成のための電極（以下補助電極という。）が配設されており、上記基板保持回転電極に供給される電力の周波数は、補助電極に供給される電力の周波数よりも低いことを特徴とする高周波イオンプレーティング装置。
2. 補助電極は、真空容器中に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波イオンプレーティング装置。
3. 補助電極は、真空容器に連結された別室内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波イオンプレーティング装置。

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