JP4627365B2 - 圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンプレーティング、プラズマスパッタリング或いはプラズマＣＶＤ等の真空成膜装置に適用される圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図３に示す圧力勾配型プラズマ発生装置２が公知であり、この圧力勾配型プラズマ発生装置２は、圧力勾配型プラズマガン１１とこの圧力勾配型プラズマガン１１を取付けるための短管部１２を包囲する集束コイル１３とを備え、短管部１２は真空チャンバ１４内に向かって開口している。なお、集束コイル１３は図３に示すように、圧力勾配型プラズマガン１１からアノード方向の磁場を形成し、プラズマの集束状態および方向を制御する。
【０００３】
圧力勾配型プラズマガン１１は、カソード２１と真空チャンバ１４内の図示しないアノードとの間の電位状態にされる環状の中間電極部２２と、カソード２１を保持するとともに、中心部に放電補助用ガス（例：Ａｒガス）の流入口２３を有するカソード装着部２４と、カソード２１と導通状態にあるカソード装着部２４と中間電極部２２とを電気的に絶縁させる、例えばガラス製或いはセラミック製の絶縁管２５とからなっている。また、カソード２１は前記放電補助用ガスの流路を形成する管状Ｔａ製の補助電極２６とこの補助電極２６の先端部外周を包囲する円板状ＬａＢ6製の主電極２７とこの主電極２７を保持するＭｏ製等の導電性材質のカソードケーシング２８とを備えている。
【０００４】
そして、この圧力勾配型プラズマ発生装置２を始動させる場合、まず、カソード装着部２４の流入口２３から所定流量（例：１０〜３０sccm）で放電補助用ガスの導入を開始した後、中間電極部２２および集束コイル１３に電流を流すことにより磁場を発生させる。続いて、補助電極２６と前記アノードとの間で５〜３０Ａ程度の小電流放電させて間接的に主電極２７を加熱し、主電極２７と前記アノードとの間で５０〜２００Ａ程度の大電流放電に移行させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した、圧力勾配型プラズマ発生装置２の始動方法によれば、小電流放電である初期放電時には、既に集束コイル１３による磁場がカソード２１および中間電極部２２に形成されており、初期放電により発生したプラズマがこの磁場にトラップされ易くなる。このため、Ｍｏ製等の導電性材質のカソードケーシング２８の外周部で図３中Ａで示すように放電が誘発され、カソード２１へのエネルギ供給の効率が低下する。この結果、主電極２７を十分に熱電子放出させる温度にまで加熱することが困難になるという問題が生じる。また、この誘発された放電により、Ｍｏ製等の導電性材質のカソードケーシング２８から蒸発或いはスパッタされた物質が絶縁管２５の内面に付着し、絶縁管２５の熱吸収が大きくなり、カソードケーシング２８の外周部の異常昇温が生じ絶縁管２５の両端部に配設された図示しないＯリングを焼損させるという問題があった。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、初期放電時の集束コイルの磁場による異常放電の発生を防止することを可能とした圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第一発明は、圧力勾配型プラズマガンとこの圧力勾配型プラズマガンの取付け用短管部を包囲する集束コイルとを備えた圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法において、前記圧力勾配型プラズマガンに放電補助用気体を導入して小電流放電させた後、前記集束コイルによる磁場を発生させるようにした。
【０００７】
また、第二発明は、第一発明の構成に加えて、前記磁場を前記小電流放電の開始後２〜３分経過して発生させるようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１および図２は、本発明に係る方法が適用される圧力勾配型プラズマ発生装置１を示し、図３に示す圧力勾配型プラズマ発生装置２と構造上、実質的に同一であり、互いに対応する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
図示するように、カソード装着部２４は放電用電源３１の−極に接続され、この放電用電源３１の＋極は真空チャンバ１４内の下部に配置された蒸着原料３２を入れるためのハース３３に接続され、このハース３３が前述したアノードを形成している。また、中間電極部２２は第一中間電極３４と第二中間電極３５とからなり、それぞれ抵抗３６，３７を介して放電用電源３１の＋極に接続されている。さらに、真空チャンバ１４内の上部には、基板３８が配置されている。
そして、圧力勾配型プラズマガン１１からハース３３上の蒸発原料３２に向けてプラズマ３９が形成され、これにより蒸着原料３２が蒸発させられ、基板３８に蒸着し、薄膜が形成される。
【０００９】
次に、圧力勾配型プラズマ発生装置１に適用される本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置１の始動方法について説明する。
圧力勾配型プラズマ発生装置の始動に際し、まず、前記同様、カソード装着部２４の流入口２３から所定流量（例：１０〜３０sccm）で放電補助用ガスの導入を開始した後、中間電極部２２に電流を流すことにより磁場を発生させる。
その後、補助電極２６と前記アノードとの間で例えば１０Ａ程度の小電流放電させて間接的に主電極２７を加熱する。
そして、小電流放電が開始すると、集束コイル１３に電流を流し、集束コイル１３の断面の周囲に、図２において二点鎖線で示す磁力線で表される磁場を発生させる。その後、主電極２７は十分に熱電子放出する温度に加熱され、主電極２７による例えば１００Ａ程度の大電流放電に移行する。
【００１０】
この結果、カソードケーシング２８の外周部での放電が回避され、カソードケーシング２８からの蒸発やスパッタリングもなく、またカソードケーシング２８の外周部での異常昇温を防止でき、絶縁管２５の両端部に配設されたＯリングが焼損することもなく、この外周部の近くの構成部品の耐久性を向上させることが可能となる。さらに、Ｔａ−ＬａＢ6複合カソード２１の先端部にプラズマが集中する結果、主電極２７が短時間のうちに熱電子放出が可能な温度にまで加熱され、早期に安定したプラズマを確保することが可能になる。
【００１１】
なお、前記小電流放電の後に集束コイル１３により磁場を発生させるタイミングは、遅らせる程、カソードケーシング２８の先端部の温度が上昇し、主電極２７の加熱を促進する一方、集束コイル１３により磁場を形成しない状態で長時間、プラズマを真空チャンバ内にて散乱させるのは装置を良好な状態に保つうえで好ましくない。
したがって、好ましくは小電流放電開始後、２〜３分経過後に集束コイル１３により磁場を発生させるのがよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、圧力勾配型プラズマガンに放電補助用気体を導入し、小電流放電させた後、集束コイルによる磁場を発生させるため、圧力勾配型プラズマガンのカソードケーシングの外周部での放電が回避され、この外周部の異常昇温が阻止できる結果、このカソードの周囲を真空状態に保つためのシール部材の焼損を防止でき、また、このカソード周囲の構成部品の耐久性を向上させることが可能となる他、前記カソードの先端部にプラズマが集中するため、その加熱が促進され、早期に安定したプラズマを確保することが可能になるという効果を奏する。
さらに、本発明によれば、前記磁場を前記小電流放電の開始後２〜３分経過して発生させるため、前述した効果に加えて、さらに圧力勾配型プラズマ発生装置内部がプラズマにより損なわれるのを抑制す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】 本発明に係る始動方法が適用される圧力勾配型プラズマ発生装置の概略を示す図である。
【図２】 図１に示す圧力勾配型プラズマ発生装置の集束コイルによる磁場およびこの磁場の下で形成されたプラズマを示す図である。
【図３】 従来の圧力勾配型プラズマ発生装置の集束コイルによる磁場およびこの磁場の下で誘発された放電を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧力勾配型プラズマ発生装置
１１ 圧力勾配型プラズマガン １２ 短管部
１３ 集束コイル １４ 真空チャンバ
２１ カソード ２２ 中間電極部
２３ 流入口 ２４ カソード装着部
２５ 絶縁管 ２６ 補助電極
２７ 主電極 ２８ カソードケーシング
３１ 放電用電源 ３２ 蒸着原料
３３ ハース ３４ 第一中間電極
３５ 第二中間電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンプレーティング、プラズマスパッタリング或いはプラズマＣＶＤ等の真空成膜装置に適用される圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図３に示す圧力勾配型プラズマ発生装置２が公知であり、この圧力勾配型プラズマ発生装置２は、圧力勾配型プラズマガン１１とこの圧力勾配型プラズマガン１１を取付けるための短管部１２を包囲する集束コイル１３とを備え、短管部１２は真空チャンバ１４内に向かって開口している。なお、集束コイル１３は図３に示すように、圧力勾配型プラズマガン１１からアノード方向の磁場を形成し、プラズマの集束状態および方向を制御する。
【０００３】
圧力勾配型プラズマガン１１は、カソード２１と真空チャンバ１４内の図示しないアノードとの間の電位状態にされる環状の中間電極部２２と、カソード２１を保持するとともに、中心部に放電補助用ガス（例：Ａｒガス）の流入口２３を有するカソード装着部２４と、カソード２１と導通状態にあるカソード装着部２４と中間電極部２２とを電気的に絶縁させる、例えばガラス製或いはセラミック製の絶縁管２５とからなっている。また、カソード２１は前記放電補助用ガスの流路を形成する管状Ｔａ製の補助電極２６とこの補助電極２６の先端部外周を包囲する円板状ＬａＢ6製の主電極２７とこの主電極２７を保持するＭｏ製等の導電性材質のカソードケーシング２８とを備えている。
【０００４】
そして、この圧力勾配型プラズマ発生装置２を始動させる場合、まず、カソード装着部２４の流入口２３から所定流量（例：１０〜３０sccm）で放電補助用ガスの導入を開始した後、中間電極部２２および集束コイル１３に電流を流すことにより磁場を発生させる。続いて、補助電極２６と前記アノードとの間で５〜３０Ａ程度の小電流放電させて間接的に主電極２７を加熱し、主電極２７と前記アノードとの間で５０〜２００Ａ程度の大電流放電に移行させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した、圧力勾配型プラズマ発生装置２の始動方法によれば、小電流放電である初期放電時には、既に集束コイル１３による磁場がカソード２１および中間電極部２２に形成されており、初期放電により発生したプラズマがこの磁場にトラップされ易くなる。このため、Ｍｏ製等の導電性材質のカソードケーシング２８の外周部で図３中Ａで示すように放電が誘発され、カソード２１へのエネルギ供給の効率が低下する。この結果、主電極２７を十分に熱電子放出させる温度にまで加熱することが困難になるという問題が生じる。また、この誘発された放電により、Ｍｏ製等の導電性材質のカソードケーシング２８から蒸発或いはスパッタされた物質が絶縁管２５の内面に付着し、絶縁管２５の熱吸収が大きくなり、カソードケーシング２８の外周部の異常昇温が生じ絶縁管２５の両端部に配設された図示しないＯリングを焼損させるという問題があった。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、初期放電時の集束コイルの磁場による異常放電の発生を防止することを可能とした圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第一発明は、圧力勾配型プラズマガンとこの圧力勾配型プラズマガンの取付け用短管部を包囲する集束コイルとを備えた圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法において、前記圧力勾配型プラズマガンに放電補助用気体を導入して小電流放電させた後、前記集束コイルによる磁場を発生させるようにした。
【０００７】
また、第二発明は、第一発明の構成に加えて、前記磁場を前記小電流放電の開始後２〜３分経過して発生させるようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１および図２は、本発明に係る方法が適用される圧力勾配型プラズマ発生装置１を示し、図３に示す圧力勾配型プラズマ発生装置２と構造上、実質的に同一であり、互いに対応する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
図示するように、カソード装着部２４は放電用電源３１の−極に接続され、この放電用電源３１の＋極は真空チャンバ１４内の下部に配置された蒸着原料３２を入れるためのハース３３に接続され、このハース３３が前述したアノードを形成している。また、中間電極部２２は第一中間電極３４と第二中間電極３５とからなり、それぞれ抵抗３６，３７を介して放電用電源３１の＋極に接続されている。さらに、真空チャンバ１４内の上部には、基板３８が配置されている。
そして、圧力勾配型プラズマガン１１からハース３３上の蒸発原料３２に向けてプラズマ３９が形成され、これにより蒸着原料３２が蒸発させられ、基板３８に蒸着し、薄膜が形成される。
【０００９】
次に、圧力勾配型プラズマ発生装置１に適用される本発明に係る圧力勾配型プラズマ発生装置１の始動方法について説明する。
圧力勾配型プラズマ発生装置の始動に際し、まず、前記同様、カソード装着部２４の流入口２３から所定流量（例：１０〜３０sccm）で放電補助用ガスの導入を開始した後、中間電極部２２に電流を流すことにより磁場を発生させる。
その後、補助電極２６と前記アノードとの間で例えば１０Ａ程度の小電流放電させて間接的に主電極２７を加熱する。
そして、小電流放電が開始すると、集束コイル１３に電流を流し、集束コイル１３の断面の周囲に、図２において二点鎖線で示す磁力線で表される磁場を発生させる。その後、主電極２７は十分に熱電子放出する温度に加熱され、主電極２７による例えば１００Ａ程度の大電流放電に移行する。
【００１０】
この結果、カソードケーシング２８の外周部での放電が回避され、カソードケーシング２８からの蒸発やスパッタリングもなく、またカソードケーシング２８の外周部での異常昇温を防止でき、絶縁管２５の両端部に配設されたＯリングが焼損することもなく、この外周部の近くの構成部品の耐久性を向上させることが可能となる。さらに、Ｔａ−ＬａＢ6複合カソード２１の先端部にプラズマが集中する結果、主電極２７が短時間のうちに熱電子放出が可能な温度にまで加熱され、早期に安定したプラズマを確保することが可能になる。
【００１１】
なお、前記小電流放電の後に集束コイル１３により磁場を発生させるタイミングは、遅らせる程、カソードケーシング２８の先端部の温度が上昇し、主電極２７の加熱を促進する一方、集束コイル１３により磁場を形成しない状態で長時間、プラズマを真空チャンバ内にて散乱させるのは装置を良好な状態に保つうえで好ましくない。
したがって、好ましくは小電流放電開始後、２〜３分経過後に集束コイル１３により磁場を発生させるのがよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、圧力勾配型プラズマガンに放電補助用気体を導入し、小電流放電させた後、集束コイルによる磁場を発生させるため、圧力勾配型プラズマガンのカソードケーシングの外周部での放電が回避され、この外周部の異常昇温が阻止できる結果、このカソードの周囲を真空状態に保つためのシール部材の焼損を防止でき、また、このカソード周囲の構成部品の耐久性を向上させることが可能となる他、前記カソードの先端部にプラズマが集中するため、その加熱が促進され、早期に安定したプラズマを確保することが可能になるという効果を奏する。
さらに、本発明によれば、前記磁場を前記小電流放電の開始後２〜３分経過して発生させるため、前述した効果に加えて、さらに圧力勾配型プラズマ発生装置内部がプラズマにより損なわれるのを抑制す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】 本発明に係る始動方法が適用される圧力勾配型プラズマ発生装置の概略を示す図である。
【図２】 図１に示す圧力勾配型プラズマ発生装置の集束コイルによる磁場およびこの磁場の下で形成されたプラズマを示す図である。
【図３】 従来の圧力勾配型プラズマ発生装置の集束コイルによる磁場およびこの磁場の下で誘発された放電を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧力勾配型プラズマ発生装置
１１ 圧力勾配型プラズマガン １２ 短管部
１３ 集束コイル １４ 真空チャンバ
２１ カソード ２２ 中間電極部
２３ 流入口 ２４ カソード装着部
２５ 絶縁管 ２６ 補助電極
２７ 主電極 ２８ カソードケーシング
３１ 放電用電源 ３２ 蒸着原料
３３ ハース ３４ 第一中間電極
３５ 第二中間電極
Claims (2)
- 圧力勾配型プラズマガンとこの圧力勾配型プラズマガンの取付け用短管部を包囲する集束コイルとを備えた圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法において、前記圧力勾配型プラズマガンに放電補助用気体を導入して小電流放電させた後、前記集束コイルによる磁場を発生させることを特徴とする圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法。
- 前記磁場を前記小電流放電の開始後２〜３分経過して発生させることを特徴とする請求項１に記載の圧力勾配型プラズマ発生装置の始動方法。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0250577B2 (ja) * | 1979-05-10 | 1990-11-02 | Joshin Uramoto | |
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2000
- 2000-11-17 JP JP2000350912A patent/JP4627365B2/ja not_active Expired - Fee Related
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