JP7160531B2 - Surface treatment equipment - Google Patents

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Description

本発明は、表面処理装置に関し、特に、プラズマを用いて被処理物の表面に成膜処理などの所定の処理を施す、表面処理装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus, and more particularly to a surface treatment apparatus that uses plasma to apply a predetermined treatment such as film formation to the surface of an object to be treated.

この種の表面処理装置として、従来、たとえば特許文献1に開示されたイオンプレーティング装置がある。この特許文献1に開示された従来のイオンプレーティング装置は、内部が排気される真空槽を備えている。この真空槽は、接地(アース)されている。そして、真空槽内には、蒸発源が設けられている。この蒸発源は、被膜の材料である蒸発材料を収容する坩堝と、この坩堝に収容された蒸発材料を加熱して蒸発させる電子銃と、を有している。さらに、真空槽内における蒸発源の上方に、被処理物としての基板が配置される。この基板には、真空槽の外部にある基板バイアス電源装置から、接地電位を基準とする負の直流電力である基板バイアス電力が供給される。加えて、真空槽内における坩堝と基板との間に、シャッタが設けられている。このシャッタは、開閉機構によって開閉駆動される。具体的には、シャッタは、被処理物と坩堝との間に置かれることで、当該被処理物の表面を坩堝の開口部から遮蔽する閉鎖状態と、被処理物と坩堝との間から外れた位置に置かれることで、当該被処理物の表面を坩堝の開口部に向けて露出させる開放状態と、に選択的に遷移する。 Conventionally, there is an ion plating apparatus disclosed in Patent Document 1, for example, as this type of surface treatment apparatus. The conventional ion plating apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a vacuum chamber whose interior is evacuated. This vacuum chamber is grounded. An evaporation source is provided in the vacuum chamber. This evaporation source has a crucible containing an evaporation material that is the material of the film, and an electron gun that heats and evaporates the evaporation material contained in this crucible. Furthermore, a substrate as an object to be processed is placed above the evaporation source in the vacuum chamber. The substrate is supplied with substrate bias power, which is negative DC power with reference to ground potential, from a substrate bias power supply device outside the vacuum chamber. Additionally, a shutter is provided between the crucible and the substrate in the vacuum chamber. The shutter is driven to open and close by an opening and closing mechanism. Specifically, when the shutter is placed between the object to be processed and the crucible, the shutter is in a closed state in which the surface of the object to be processed is shielded from the opening of the crucible, and is removed from the space between the object to be processed and the crucible. By being placed in the open position, the object to be processed selectively transitions to an open state in which the surface of the object to be processed is exposed toward the opening of the crucible.

そして、坩堝とシャッタとの間に、イオン化機構が設けられている。このイオン化機構は、熱電子放射フィラメントと、イオン化電極と、を有する。このうちの熱電子放射フィラメントの両端部は、真空槽の外部にあるフィラメント加熱電源装置に接続されている。熱電子放射フィラメントは、フィラメント加熱電源装置から交流のフィラメント加熱電力の供給を受けて加熱されて、熱電子を放出する。また、熱電子放射フィラメントの一方端部は、接地されている。イオン化電極は、熱電子放射フィラメントの上方に設けられている。そして、イオン化電極は、真空槽の外部にあるイオン化電源装置に接続されている。イオン化電源装置は、接地電位を基準とする正の直流電力であるイオン化電極電力をイオン化電極に供給する。言い換えれば、イオン化電源装置は、イオン化電極を陽極とし、熱電子放射フィラメントを陰極として、これら両者に直流のイオン化電極電力を供給する。 An ionization mechanism is provided between the crucible and the shutter. The ionization mechanism has a thermionic emission filament and an ionization electrode. Both ends of the thermionic emission filament are connected to a filament heating power supply outside the vacuum chamber. The thermionic emission filament is heated by being supplied with AC filament heating power from the filament heating power supply and emits thermionic electrons. Also, one end of the thermionic emission filament is grounded. An ionizing electrode is provided above the thermionic emission filament. The ionization electrodes are then connected to an ionization power supply outside the vacuum chamber. The ionization power supply supplies ionization electrode power, which is positive DC power with reference to ground potential, to the ionization electrode. In other words, the ionization power supply has the ionization electrode as the anode and the thermionic emission filament as the cathode, and supplies DC ionization electrode power to both of them.

さらに、イオン化電極に流れる電流であるイオン化電極電流を検出するための電流検出装置が設けられている。この電流検出装置による電流検出値は、熱電子量制御手段としてのフィラメント制御装置に供給される。フィラメント制御装置は、電流検出装置による電流検出値が一定となるように、つまりイオン化電極電流が一定となるように、フィラメント加熱電源装置を制御する。これにより、熱電子放射フィラメントの加熱温度、つまりは当該熱電子放射フィラメントから放出される熱電子の量が、適宜に調整される。 Further, a current detection device is provided for detecting the ionization electrode current, which is the current flowing through the ionization electrode. A current value detected by this current detection device is supplied to a filament control device as thermoelectron amount control means. The filament controller controls the filament heating power supply so that the current detected by the current detector is constant, that is, the ionization electrode current is constant. Thereby, the heating temperature of the thermionic emission filament, that is, the amount of thermionic electrons emitted from the thermionic emission filament is appropriately adjusted.

このような構成のイオンプレーティング装置によれば、たとえばステンレス鋼製の基板の表面に銅(Cu)の被膜を形成することができる。この場合、高純度の銅の蒸発材料が、坩堝に収容される。その上で、真空槽内が排気され、いわゆる真空引きが行われる。この真空引きの後、シャッタが閉鎖された状態で、フィラメント加熱電源装置から熱電子放射フィラメントにフィラメント加熱電力が供給される。これにより、熱電子放射フィラメントが加熱されて、熱電子を放射する。併せて、イオン化電源装置からイオン化電極にイオン化電極電力が供給される。すなわち、イオン化電極を陽極とし、熱電子放射フィラメントを陰極として、これら両者にイオン化電極電力が供給される。すると、陰極としての熱電子放射フィラメントから放射された熱電子が、陽極としてのイオン化電極に向かって加速される。この熱電子がイオン化電極に流入することで、当該イオン化電極に相応の電流が流れ、つまり前述のイオン化電極電流が流れる。 According to the ion plating apparatus having such a configuration, a copper (Cu) film can be formed on the surface of a substrate made of stainless steel, for example. In this case, a high-purity copper evaporation material is contained in the crucible. After that, the inside of the vacuum chamber is evacuated, and a so-called evacuation is performed. After this evacuation, with the shutter closed, filament heating power is supplied from the filament heating power supply to the thermionic emission filament. This heats the thermionic emission filament and emits thermionic electrons. At the same time, ionization electrode power is supplied from the ionization power supply to the ionization electrode. That is, the ionization electrode is used as an anode and the thermionic emission filament is used as a cathode, and ionization electrode power is supplied to both of them. Thermal electrons emitted from the thermionic emission filament as the cathode are then accelerated toward the ionization electrode as the anode. When the thermal electrons flow into the ionization electrode, a corresponding current flows through the ionization electrode, that is, the ionization electrode current described above flows.

この状態で、坩堝内の蒸発材料が電子銃によって加熱されて、蒸発する。この蒸発材料の蒸発粒子は、上方に向かって流れ、つまり閉鎖状態にあるシャッタに向かって流れる。その途中で、前述の加速された熱電子が、蒸発材料の蒸発粒子に非弾性衝突する。その衝撃によって、蒸発材料の蒸発粒子が電離して、イオン化される。このイオン化によって、蒸発材料の蒸発粒子から電子が弾き飛ばされ、この弾き飛ばされた電子は、イオン化電極に流れ込む。これにより、イオン化電極に流れるイオン化電極電流が増大する。この現象が継続されることで、イオン化された蒸発粒子を含むプラズマが発生する。このプラズマの態様は、低電圧大電流のアーク放電である。 In this state, the evaporation material inside the crucible is heated by the electron gun and evaporated. The vaporized particles of this vaporized material flow upwards, ie towards the closed shutter. Along the way, the accelerated thermoelectrons inelasticly collide with vaporized particles of the vaporized material. The impact dissociates and ionizes the evaporative particles of the evaporative material. This ionization causes electrons to be flipped from the evaporated particles of the evaporation material, and the ejected electrons flow into the ionization electrode. This increases the ionization electrode current flowing through the ionization electrode. By continuing this phenomenon, a plasma containing ionized evaporated particles is generated. This plasma aspect is a low voltage, high current arc discharge.

さらに、基板バイアス電源装置から基板に基板バイアス電力が供給される。併せて、シャッタが開放される。これにより、イオン化された蒸発粒子、つまり銅イオンが、基板の表面に入射され、当該基板の表面に銅の被膜が形成される。 Further, substrate bias power is supplied to the substrate from the substrate bias power supply device. At the same time, the shutter is opened. As a result, ionized evaporation particles, that is, copper ions, are incident on the surface of the substrate to form a copper film on the surface of the substrate.

なお、イオン化電極に流れるイオン化電極電流は、プラズマの密度に相関(比例)し、つまり熱電子放射フィラメントとイオン化電極との間で生成されるイオンの量に相関する。たとえば、イオン化電極電流が大きいほど、イオンの生成量が大きく、被処理物の表面に入射されるイオンの量も大きくなる。このイオン化電極電流、つまりイオンの生成量は、蒸発材料が蒸発するに連れて当該蒸発材料の溶融面が下がったり、或いは、熱電子放射フィラメントが変形したりすることによって、変動する。このイオンの生成量の変動は、被膜の品質や再現性に大きく影響するため、好ましくない。このため、前述の如く電流検出装置による電流検出値が一定となるように、つまりイオン化電極電流が一定となるように、フィラメント制御装置による制御が行われる。 The ionization electrode current flowing through the ionization electrode is correlated (proportional) to the plasma density, that is, correlated to the amount of ions generated between the thermionic emission filament and the ionization electrode. For example, the greater the ionization electrode current, the greater the amount of ions generated, and the greater the amount of ions incident on the surface of the object to be processed. This ionization electrode current, that is, the amount of ions generated, fluctuates due to the lowering of the melting surface of the evaporation material as the evaporation material evaporates or the deformation of the thermionic emission filament. This variation in the amount of ions produced is not preferable because it greatly affects the quality and reproducibility of the film. For this reason, the filament control device performs control so that the current detection value by the current detection device is constant as described above, that is, the ionization electrode current is constant.

加えて、この従来のイオンプレーティング装置によれば、基板の表面に形成された被膜の厚さを検出するための膜厚センサが、当該基板の近傍に設けられている。この膜厚センサは、真空槽の外部にある膜厚モニタに接続されている。膜厚モニタは、膜厚センサによる膜厚検出値に基づいて、基板の表面に形成される被膜の形成速度、いわゆる成膜レート、を算出する。そして、成膜レートが一定となるように、電子銃の出力が制御される。この成膜レートを一定にするための制御と、前述のイオンの生成量を一定にするための制御とは、互いに独立して行うことが可能である。したがって、被膜の品質や特性についての様々な要求に柔軟に対応することができる。 In addition, according to this conventional ion plating apparatus, a film thickness sensor for detecting the thickness of the film formed on the surface of the substrate is provided near the substrate. This film thickness sensor is connected to a film thickness monitor outside the vacuum chamber. The film thickness monitor calculates the formation rate of the film formed on the surface of the substrate, the so-called film formation rate, based on the film thickness detected by the film thickness sensor. Then, the output of the electron gun is controlled so that the deposition rate is constant. The control to keep the film formation rate constant and the control to keep the ion generation amount constant can be performed independently of each other. Therefore, it is possible to flexibly respond to various demands regarding the quality and properties of the film.

また、この従来のイオンプレーティング装置によれば、銅被膜以外の被膜を形成することも可能である。たとえば、銅被膜以外の金属膜や、金属膜以外の導電性被膜、或いは絶縁性被膜を形成することも可能である。また、蒸発材料とは別の被膜の材料である反応性ガスが真空槽内に導入されることによって、当該蒸発材料の粒子と反応性ガスの粒子との化合物である化合物膜を形成することができ、いわゆる反応性イオンプレーティング法による成膜処理を実施することもできる。 Moreover, according to this conventional ion plating apparatus, it is also possible to form a film other than a copper film. For example, it is possible to form a metal film other than a copper film, a conductive film other than a metal film, or an insulating film. In addition, by introducing a reactive gas that is a film material different from the evaporation material into the vacuum chamber, a compound film that is a compound of the particles of the evaporation material and the particles of the reactive gas can be formed. It is also possible to carry out a film formation process by a so-called reactive ion plating method.

特開2013-60649号公報JP 2013-60649 A

ところで、特許文献1には明記されていないが、前述のシャッタは、成膜処理の初期の段階における当該成膜処理を安定化させるために設けられる。すなわち、電子銃による坩堝内の蒸発材料の加熱が開始された直後は、当該蒸発材料の蒸発量は少なく、かつ、不安定である。この状態では、プラズマが不安定である。このような状態で、基板の表面への成膜処理が実施されるとすると、良好な品質の被膜を形成することができない。たとえば、成膜処理の初期の段階とその後の段階とで、異なる品質の被膜が形成されてしまう。また、前述の反応性イオンプレーティング法による成膜処理においては、当該成膜処理の初期の段階とその後の段階とで、異なる組成の被膜が形成されてしまう。さらに、蒸発材料の加熱が開始された直後は、当該蒸発材料の蒸発粒子に不純物が含まれていることがあり、この不純物が基板の表面に付着すると、被膜の密着力が十分に得られず、当該被膜の剥離を招く。このような不都合を回避するために、プラズマが安定するまで、シャッタが閉鎖される。そして、プラズマが安定した上で、シャッタが開放される。これにより、良好な品質の被膜を形成することができる。 By the way, although not specified in Patent Document 1, the shutter described above is provided to stabilize the film formation process in the initial stage of the film formation process. That is, immediately after the electron gun starts heating the evaporation material in the crucible, the evaporation amount of the evaporation material is small and unstable. In this state the plasma is unstable. If a film forming process is performed on the surface of the substrate in such a state, a good quality film cannot be formed. For example, different quality coatings are formed in the early and later stages of the deposition process. In addition, in the film formation process by the reactive ion plating method described above, films having different compositions are formed at the initial stage and the subsequent stage of the film formation process. Furthermore, immediately after the heating of the evaporation material is started, impurities may be contained in the evaporation particles of the evaporation material. , causing peeling of the coating. To avoid such inconvenience, the shutter is closed until the plasma stabilizes. After the plasma is stabilized, the shutter is opened. Thereby, a good quality coating can be formed.

なお、シャッタは、機械的強度が比較的に大きく、耐熱性および耐食性が比較的に高い非磁性の金属、たとえばSUS304などのステンレス鋼、によって形成されている。このシャッタは、前述の開閉機構を介して真空槽(の壁部)に機械的に結合されているが、これと同時に、当該開閉機構を介して真空槽と電気的に導通しており、つまり接地されている。 The shutter is made of a non-magnetic metal having relatively high mechanical strength, heat resistance and corrosion resistance, such as stainless steel such as SUS304. The shutter is mechanically coupled to the vacuum chamber (wall portion) via the opening/closing mechanism, and at the same time, is electrically connected to the vacuum chamber via the opening/closing mechanism. Grounded.

このようにシャッタは、良好な品質の被膜を形成するのに必要であるが、このシャッタに起因して、被膜の品質に影響する別の問題があることが、このたび判明した。すなわち、プラズマが発生している状態で、シャッタが開閉駆動される、とする。たとえば、シャッタが閉鎖状態にあるときには、プラズマ中の電子は、前述の如くイオン化電極に流れ込むが、併せて、当該イオン化電極と同じ電位(接地電位)であるシャッタにも多少なりとも流れ込む。そして、これらイオン化電極に流れ込む電子と、シャッタに流れ込む電子と、の総和が、前述のイオン化電極電流として現れる。なお、シャッタに流れ込む電子の量は、当該シャッタの位置が熱電子放射フィラメントの位置に近いほど多い。 Although such shutters are necessary to produce good quality coatings, it has now been found that there are other problems caused by the shutters that affect the quality of the coatings. That is, it is assumed that the shutter is driven to open and close while plasma is being generated. For example, when the shutter is in the closed state, the electrons in the plasma flow into the ionization electrode as described above, and also more or less into the shutter, which has the same potential as the ionization electrode (ground potential). The sum of the electrons flowing into the ionization electrode and the electrons flowing into the shutter appears as the above-mentioned ionization electrode current. The amount of electrons flowing into the shutter increases as the position of the shutter is closer to the position of the thermionic emission filament.

ここで、シャッタが閉鎖状態から開放状態に遷移すると、当該シャッタの位置が熱電子放射フィラメントの位置から遠ざかる。この結果、シャッタに流れ込む電子の量が減少し、概ねゼロとなる。これに伴って、イオンの生成量が少なくなり、つまりプラズマの密度が低下し、その結果、イオン化電極電流が小さくなる。この状態は、前述のフィラメント制御装置によるイオン化電極電流を一定にするための制御によって解消されるが、それまでには多少の時間が掛かる。これは、フィラメント制御装置によるイオン化電極電流を一定にするための制御が安定的に行われるようにするべく、当該フィラメント制御装置に比較的に緩やかな応答性(時定数)が与えられていることによる。 Here, when the shutter transitions from the closed state to the open state, the position of the shutter moves away from the position of the thermionic emission filament. As a result, the amount of electrons flowing into the shutter is reduced to approximately zero. As a result, the amount of ions generated decreases, that is, the plasma density decreases, and as a result, the ionization electrode current decreases. This state is resolved by the control for making the ionization electrode current constant by the above-mentioned filament control device, but it takes some time until then. This is because the filament control device is given a relatively slow response (time constant) so that the control for making the ionization electrode current constant by the filament control device is stably performed. according to.

したがって、成膜処理の実施の際に、前述の如くプラズマが安定するまでシャッタが閉鎖され、当該プラズマが安定した上でシャッタが開放されると、このシャッタが開放された直後の多少の時間にわたって、イオンの生成量が少なくなる。要するに、シャッタが閉鎖状態から開放状態に遷移した直後の成膜処理の初期の段階においては、イオンの生成量が不安定な状態で、当該成膜処理が実施されることになる。このことは、被膜の下層側の界面となる部分について、イオンの生成量が不安定な状態で形成されることを意味し、当該界面となる部分が極めて重要である被膜にとって、好ましくない。特に、前述の反応性イオンプレーティング法による成膜処理においては、イオンの生成量が被膜の品質に大きく影響するため、このことによる当該被膜の品質への影響が顕著である。 Therefore, when the film formation process is carried out, the shutter is closed until the plasma is stabilized as described above, and when the shutter is opened after the plasma is stabilized, for some time immediately after the shutter is opened, , less ions are produced. In short, in the initial stage of the film formation process immediately after the shutter changes from the closed state to the open state, the film formation process is performed in a state where the amount of ions generated is unstable. This means that the amount of ions generated is unstable in the interface portion on the lower layer side of the film, which is not preferable for the film in which the interface portion is extremely important. In particular, in the film forming process by the above-described reactive ion plating method, the amount of ions generated greatly affects the quality of the film, and this has a significant effect on the quality of the film.

すなわち、従来のイオンプレーティング装置では、成膜処理の初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができない、という問題がある。この問題は、成膜処理に限らず、プラズマを用いた窒化処理や浸炭処理などの他の表面処理においても、同様に生ずる。 That is, in the conventional ion plating apparatus, there is a problem that the film forming process cannot be stably performed from the initial stage of the film forming process. This problem is not limited to the film forming process, and similarly occurs in other surface treatments such as nitriding treatment and carburizing treatment using plasma.

そこで、本発明は、プラズマを用いた成膜処理などの所定の処理の実施において、その初期の段階から安定して当該所定の処理を実施することができる表面処理装置を提供することを、目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a surface treatment apparatus capable of performing a predetermined process such as a film forming process using plasma stably from the initial stage. and

この目的を達成するために、本発明は、プラズマを用いて被処理物の表面に所定の処理を施す表面処理装置であって、真空槽、プラズマ発生手段、シャッタ、および防止手段を備える。このうちの真空槽の内部には、被処理物が配置される。また、真空槽の内部は、排気される。併せて、真空槽自体は、接地される。プラズマ発生手段は、真空槽の内部においてプラズマを発生させる。シャッタは、真空槽の内部において閉鎖状態と開放状態とに遷移可能である。ここで、閉鎖状態は、被処理物の表面に所定の処理が施されないようにする状態である。一方、開放状態は、被処理物の表面に所定の処理が施されるようにする状態である。そして、防止手段は、プラズマ中の電子がシャッタに流入するのを防止する。 In order to achieve this object, the present invention provides a surface treatment apparatus for applying a predetermined treatment to the surface of an object to be treated using plasma, comprising a vacuum chamber, plasma generation means, a shutter, and prevention means. An object to be processed is placed inside the vacuum chamber. Also, the inside of the vacuum chamber is evacuated. In addition, the vacuum chamber itself is grounded. The plasma generating means generates plasma inside the vacuum chamber. The shutter is transitionable between a closed state and an open state inside the vacuum chamber. Here, the closed state is a state in which the surface of the object to be treated is prevented from being subjected to a predetermined treatment. On the other hand, the open state is a state in which a predetermined process is applied to the surface of the object to be processed. The prevention means then prevents electrons in the plasma from flowing into the shutter.

すなわち、本発明によれば、シャッタが閉鎖状態にあるときには、被処理物の表面に所定の処理が施されない。そして、シャッタが開放状態にあるときに、被処理物の表面に所定の処理が施される。さらに、防止手段によって、プラズマ中の電子がシャッタに流入することが防止される。したがってたとえば、シャッタが閉鎖状態から開放状態に遷移しても、このことにより、プラズマの密度が変化することはない。ゆえに、所定の処理の初期の段階から安定して当該所定の処理を実施することができる。 That is, according to the present invention, when the shutter is in the closed state, the surface of the object to be treated is not subjected to the predetermined treatment. Then, when the shutter is in the open state, the surface of the object to be treated is subjected to a predetermined treatment. Furthermore, the prevention means prevents electrons in the plasma from entering the shutter. Thus, for example, the transition of the shutter from closed to open does not change the density of the plasma. Therefore, the predetermined processing can be stably performed from the initial stage of the predetermined processing.

なお、防止手段は、シャッタをプラズマ発生手段との間で電気的に絶縁する絶縁手段を含むものであってもよい。このような絶縁手段を含む防止手段によって、プラズマ中の電子がシャッタに流入することが防止される。 The prevention means may include insulation means for electrically insulating the shutter from the plasma generation means. Electrons in the plasma are prevented from flowing into the shutter by the prevention means including such insulation means.

また、防止手段が設けられることに代えて、シャッタが電気的に絶縁性の物質により形成されてもよい。このように、シャッタが電気的に絶縁性の物質により形成されることによっても、プラズマ中の電子がシャッタに流入することが防止される。 Also, the shutter may be made of an electrically insulating material instead of providing the prevention means. Thus, electrons in the plasma are prevented from flowing into the shutter by forming the shutter from an electrically insulating material.

ここで言う所定の処理は、被処理物の表面に被膜を形成する成膜処理であってもよい。この場合、成膜処理の初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。 The predetermined process referred to here may be a film forming process for forming a film on the surface of the object to be processed. In this case, the film forming process can be stably performed from the initial stage of the film forming process.

さらに、ここで言う成膜処理は、イオンプレーティング法による成膜処理であってもよい。すなわち、本発明によれば、イオンプレーティング法による成膜処理においても、その初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。 Furthermore, the film forming process referred to here may be a film forming process using an ion plating method. That is, according to the present invention, even in the film formation process by the ion plating method, the film formation process can be stably performed from the initial stage.

このイオンプレーティング法による成膜処理を実施するために、たとえば収容手段、蒸発手段、およびバイアス電力供給手段が設けられてもよい。併せて、プラズマ発生手段は、熱陰極、およびイオン化電力供給手段を含むものであってもよい。具体的には、収容手段は、真空槽の内部における被処理物の下方に配置されるとともに接地され、被膜の材料である蒸発材料を収容する。蒸発手段は、収容手段に収容されている蒸発材料を蒸発させる。バイアス電力供給手段は、収容手段を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者に所定のバイアス電力を供給する。熱陰極は、真空槽の内部における収容手段と被処理物との間に設けられており、熱電子を放出する。そして、イオン化電力供給手段は、収容手段を陽極とし、熱陰極を陰極として、これら両者に直流のイオン化電力を供給して、蒸発手段により蒸発させられた蒸発材料をイオン化する。 In order to carry out film formation processing by this ion plating method, for example, accommodation means, evaporation means, and bias power supply means may be provided. In addition, the plasma generation means may include a hot cathode and ionization power supply means. Specifically, the storage means is arranged below the object to be processed inside the vacuum chamber and is grounded , and stores the evaporation material, which is the material of the film. The evaporating means evaporates the evaporation material contained in the containing means. The bias power supply means supplies a predetermined bias power to both the housing means as an anode and the object to be processed as a cathode. The thermionic cathode is provided between the container and the object to be processed inside the vacuum chamber, and emits thermionic electrons. The ionization power supply means uses the storage means as an anode and the hot cathode as a cathode, and supplies DC ionization power to both of them to ionize the evaporation material evaporated by the evaporation means.

この構成によれば、収容手段に収容されている蒸発材料が、蒸発手段によって蒸発される。そして、熱陰極が、熱電子を放出する。さらに、収容手段を陽極とし、熱陰極を陰極として、これら両者に、イオン化電力供給手段によって直流のイオン化電力が供給される。すると、陰極としての熱陰極から放出された熱電子が、陽極としての収容手段に向かって加速される。そして、加速された熱電子は、蒸着材料の蒸発粒子と非弾性衝突する。その衝撃によって、蒸着材料の蒸発粒子が電離して、イオン化される。このイオン化によって、蒸着材料の蒸発粒子から電子が弾き飛ばされ、この弾き飛ばされた電子は、収容手段に流れ込む。この現象が継続されることで、イオン化された蒸発粒子を含むプラズマが発生する。このプラズマの態様は、前述の従来のイオンプレーティング装置におけるのと同様、低電圧大電流のアーク放電である。この状態で、収容手段を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者に、バイアス電力供給手段によってバイアス電力が供給される。すると、イオン化された蒸着材料の蒸発粒子が、被処理物に向かって加速されて、当該被処理物の表面に入射される。これにより、被処理物の表面に、蒸着材料の蒸発粒子を成分とする被膜が形成され、つまり成膜処理が施される。 According to this configuration, the evaporation material stored in the storage means is evaporated by the evaporation means. The thermionic cathode then emits thermionic electrons. Furthermore, DC ionization power is supplied to both of the housing means as an anode and the hot cathode as a cathode by the ionization power supply means. Thermal electrons emitted from the hot cathode as the cathode are then accelerated toward the accommodation means as the anode. Then, the accelerated thermoelectrons collide inelastic collisions with vaporized particles of the vapor deposition material. The impact dissociates and ionizes the vaporized particles of the vapor deposition material. By this ionization, electrons are flicked from the vaporized particles of the vapor deposition material, and the flicked electrons flow into the containing means. By continuing this phenomenon, a plasma containing ionized evaporated particles is generated. This plasma aspect is a low voltage, high current arc discharge, as in the conventional ion plating apparatus described above. In this state, bias power is supplied by the bias power supply means to both the housing means as the anode and the object to be processed as the cathode. Then, the ionized evaporated particles of the vapor deposition material are accelerated toward the object to be processed and impinge on the surface of the object to be processed. As a result, a film containing vaporized particles of the vapor deposition material is formed on the surface of the object to be processed, that is, a film forming process is performed.

すなわち、この構成によれば、収容手段は、プラズマ(アーク放電)を発生させるための陽極として作用する。したがって、従来のイオンプレーティング装置におけるようなイオン化電極は不要である。これにより、従来のイオンプレーティング装置に比べて、装置全体の構成の簡素化および低コスト化が図られる。そして、この構成においても、成膜処理の初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。 That is, according to this configuration, the containing means acts as an anode for generating plasma (arc discharge). Therefore, no ionization electrode is required as in the conventional ion plating apparatus. As a result, compared to conventional ion plating apparatuses, the overall configuration of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced. Also in this configuration, the film forming process can be stably performed from the initial stage of the film forming process.

また、この構成においては、シャッタは、熱陰極と被処理物との間の第1の位置に置かれることで、閉鎖状態となるものであってもよい。そして、当該シャッタは、熱陰極と被処理物との間から外れた第2の位置に置かれることで、開放状態となるものであってもよい。 Also, in this configuration, the shutter may be placed in the first position between the hot cathode and the workpiece to be in the closed state. The shutter may be placed in an open state by being placed at a second position away from between the hot cathode and the object to be processed.

この構成によれば、シャッタは、熱陰極と被処理物との間の第1の位置に置かれることで、被処理物の表面を収容手段から遮蔽する状態となり、つまり当該被処理物の表面に所定の処理としての成膜処理が施されないようにする閉鎖状態となる。そして、シャッタは、熱陰極と被処理物との間から外れた第2の位置に置かれることで、被処理物の表面を収容手段に向けて露出させる状態となり、つまり当該被処理物の表面に成膜処理が施されるようにする開放状態となる。 According to this configuration, the shutter is placed at the first position between the hot cathode and the object to be processed, so that the surface of the object to be processed is shielded from the housing means. is in a closed state in which film formation processing as a predetermined processing is not performed. By placing the shutter at the second position away from the hot cathode and the object to be processed, the surface of the object to be processed is exposed toward the housing means, that is, the surface of the object to be processed It becomes an open state in which a film formation process is performed on the substrate.

さらに、この構成における第1の位置は、熱陰極と被処理物との間における当該熱陰極寄りの位置であるのが、望ましい。 Further, the first position in this configuration is preferably a position between the hot cathode and the work piece, closer to the hot cathode.

すなわち、第1の位置が熱陰極寄りの位置であることによって、たとえば当該第1の位置が被処理物寄りの位置である構成に比べて、シャッタが第1の位置に置かれたときの当該シャッタの位置と収容手段の位置とが近くなる。これにより、シャッタの小型化が図られる。その一方で、第1の位置が熱陰極寄りの位置であることによって、シャッタが第1の位置に置かれたときの当該シャッタの位置は、プラズマが発生している領域の近くになる。このような構成でも、本発明によれば、プラズマ中の電子がシャッタに流入することが防止され、成膜処理の初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。言い換えれば、本発明は、このような構成に特に有益である。 That is, since the first position is closer to the hot cathode, when the shutter is placed at the first position, the shutter speed is higher than in a configuration in which the first position is closer to the object to be processed. The position of the shutter and the position of the containing means are close. As a result, the size of the shutter can be reduced. On the other hand, since the first position is closer to the hot cathode, when the shutter is placed at the first position, the position of the shutter is near the region where the plasma is generated. Even with such a configuration, according to the present invention, electrons in the plasma are prevented from flowing into the shutter, and the film forming process can be stably performed from the initial stage of the film forming process. In other words, the present invention is particularly useful in such arrangements.

ところで、この構成において、イオン化電力供給手段を介して流れる電流、言わばイオン化電流は、プラズマの密度に相関(比例)し、詳しくは熱陰極と収容手段との間で生成されるイオンの量に相関する。たとえば、イオン化電流が大きいほど、イオンの生成量が大きく、被処理物の表面に入射されるイオンの量も大きくなる。このイオン化電流、つまりイオンの生成量は、蒸発材料が蒸発するに連れて当該蒸発材料の溶融面が下がったり、或いは、熱電子放射フィラメントが変形したりすることによって、変動する。このイオンの生成量の変動は、被膜の品質や再現性に大きく影響する。そこで、イオン化電流検出手段、および熱電子放出量制御手段が、さらに設けられてもよい。 By the way, in this configuration, the current flowing through the ionization power supply means, so to speak, the ionization current, is correlated (proportional) to the density of the plasma, more specifically to the amount of ions generated between the hot cathode and the accommodation means. do. For example, the greater the ionization current, the greater the amount of ions generated, and the greater the amount of ions incident on the surface of the object to be processed. This ionization current, that is, the amount of ions generated, fluctuates due to the lowering of the melting surface of the evaporation material as the evaporation material evaporates or the deformation of the thermionic emission filament. The variation in the amount of ions produced greatly affects the quality and reproducibility of the film. Therefore, ionization current detection means and thermoelectron emission amount control means may be further provided.

すなわち、イオン化電流検出手段は、イオン化電力供給手段を介して流れるイオン化電流を検出する。そして、熱電子放出量制御手段は、このイオン化電流検出手段によるイオン化電流の検出値が一定となるように、つまりイオンの生成量が一定となるように、熱陰極による熱電子の放出量を制御する。これにより、被膜の品質の均一化および再現性の維持が図られる。 That is, the ionization current detection means detects the ionization current flowing through the ionization power supply means. The thermoelectron emission amount control means controls the amount of thermoelectrons emitted from the hot cathode so that the value of the ionization current detected by the ionization current detection means is constant, that is, the amount of ions generated is constant. do. As a result, uniformity of coating quality and maintenance of reproducibility are achieved.

この構成においては、さらに、ガス導入手段が設けられてもよい。このガス導入手段は、真空槽の内部に蒸発材料とは別の被膜の材料である反応性ガスを導入する。これにより、蒸発材料の蒸発粒子と反応性ガスの粒子との化合物である化合物膜を形成することができ、いわゆる反応性イオンプレーティング法による成膜処理の実施が可能となる。この反応性イオンプレーティング法による成膜処理においては、イオンの生成量が被膜の品質に大きく影響するため、本発明は、このような反応性イオンプレーティング法による成膜処理に有益である。 In this configuration, gas introducing means may be further provided. This gas introduction means introduces a reactive gas, which is a coating material different from the evaporation material, into the interior of the vacuum chamber. As a result, a compound film, which is a compound of evaporated particles of the evaporation material and particles of the reactive gas, can be formed, making it possible to perform a film formation process by a so-called reactive ion plating method. In the film formation process by this reactive ion plating method, the amount of ions generated greatly affects the quality of the film, so the present invention is useful for the film formation process by such a reactive ion plating method.

このように、本発明によれば、プラズマを用いた成膜処理などの所定の処理の実施において、その初期の段階から安定して当該所定の処理を実施することができる。 As described above, according to the present invention, in performing a predetermined process such as a film forming process using plasma, the predetermined process can be stably performed from the initial stage.

図1は、本発明の第1実施例に係るイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は、第1実施例におけるシャッタの構成を具体的に示す図である。FIG. 2 is a diagram specifically showing the construction of the shutter in the first embodiment. 図3は、第1実施例におけるシャッタの閉鎖状態および開放状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the closed state and open state of the shutter in the first embodiment. 図4は、第1実施例におけるイオン化電圧と熱電子電流との関係を比較例のものと併せて示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ionization voltage and the thermionic current in the first example together with that in the comparative example. 図5は、第1実施例におけるシャッタが閉鎖状態から開放状態に遷移したときのイオン化電流の推移を比較例のものと併せて示す図である。FIG. 5 is a diagram showing transition of the ionization current when the shutter changes from the closed state to the open state in the first embodiment together with that in the comparative example. 図6は、本発明の第2実施例に係るイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus according to a second embodiment of the invention.

[第1実施例]
本発明の第1実施例について、図1~図5を参照して説明する。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

本第1実施例は、本発明を図1に示されるイオンプレーティング装置10に適用した一例である。この図1に示されるように、本第1実施例に係るイオンプレーティング装置10は、概略円筒形の真空槽12を備えている。この真空槽12は、機械的強度が比較的に大きく、耐熱性および耐食性が比較的に高い金属、たとえばSUS304などのステンレス鋼、によって形成されており、その壁部は、接地されている。また、真空槽12の壁部の適宜位置、たとえば底部には、排気口14が設けられており、この排気口14には、不図示の排気管を介して、当該真空槽12の外部にある不図示の排気手段としての真空ポンプが結合されている。なお、真空槽12内の直径(内径)は、たとえば約700mmであり、高さ寸法は、たとえば約1000mmである。また、真空槽12の上部は、当該真空槽12の機械的強度の向上などのために、概略ドーム状に形成されている。 The first embodiment is an example in which the present invention is applied to the ion plating apparatus 10 shown in FIG. As shown in FIG. 1, an ion plating apparatus 10 according to the first embodiment includes a substantially cylindrical vacuum chamber 12 . The vacuum chamber 12 is made of a metal having relatively high mechanical strength and relatively high heat resistance and corrosion resistance, such as stainless steel such as SUS304, and its wall is grounded. An exhaust port 14 is provided at an appropriate position on the wall of the vacuum chamber 12, for example, at the bottom. A vacuum pump (not shown) is connected as an exhaust means. The diameter (inner diameter) inside the vacuum chamber 12 is, for example, approximately 700 mm, and the height dimension is, for example, approximately 1000 mm. Further, the upper portion of the vacuum chamber 12 is formed in a substantially dome shape in order to improve the mechanical strength of the vacuum chamber 12 and the like.

真空槽12内においては、その底部の近傍に、蒸発源16が配置されている。この蒸発源16は、収容手段としての概略カップ形(詳しくは上部が開口された概略円筒形)の銅製の坩堝18と、蒸発手段としての270°偏向型の電子銃20と、を有している。このうちの坩堝18は、後述する被膜の材料である蒸発材料22を収容する。この坩堝18の開口部の直径は、たとえば60mmであり、深さ寸法は、たとえば20mmである。一方、電子銃20は、坩堝18に収容された蒸発材料22を加熱して蒸発させる。この電子銃20の出力Wgは、真空槽12の外部にある不図示の専用の電源装置によって制御され、たとえば最大で10kWである。なお、詳しい図示は省略するが、坩堝18内には、当該坩堝18内に合わせた形状および寸法の高融点の金属製、たとえばタンタル(Ta)製、のハースライナーが設けられており、このハースライナー内に蒸発材料22が収容される。そして、蒸発源16は、坩堝18の過熱を防ぐための水冷式の冷却機構を備えている。この蒸発源16の筐体は、坩堝18を含め、接地されている。 Inside the vacuum chamber 12, an evaporation source 16 is arranged near the bottom thereof. This evaporation source 16 has a generally cup-shaped (more specifically, generally cylindrical shape with an open top) copper crucible 18 as storage means, and a 270° deflection type electron gun 20 as evaporation means. there is The crucible 18 of these accommodates an evaporative material 22, which is a coating material to be described later. The diameter of the opening of this crucible 18 is, for example, 60 mm, and the depth dimension is, for example, 20 mm. On the other hand, the electron gun 20 heats and evaporates the evaporation material 22 contained in the crucible 18 . The output Wg of this electron gun 20 is controlled by a dedicated power supply device (not shown) outside the vacuum chamber 12, and is, for example, 10 kW at maximum. Although not shown in detail, the crucible 18 is provided with a hearth liner made of a metal with a high melting point, such as tantalum (Ta), having a shape and dimensions matching the interior of the crucible 18 . Evaporative material 22 is contained within the liner. The evaporation source 16 has a water-cooled cooling mechanism to prevent the crucible 18 from overheating. The housing of this evaporation source 16, including the crucible 18, is grounded.

このような蒸発源16の上方に、被処理物としてのたとえば基板26が配置される。この基板26は、その表面、厳密には被処理面を、蒸発源16に向けた状態で、とりわけ坩堝18の開口部に向けた状態で、保持手段としての基板台28によって保持される。なお、基板26の表面から蒸発源16までの距離、たとえば坩堝18の開口部までの距離は、当該基板26の形状や寸法などによって変わるが、概ね250mm~700mmである。 An object to be processed, such as a substrate 26 , is arranged above the evaporation source 16 . The substrate 26 is held by a substrate table 28 as holding means with its surface, strictly speaking, the surface to be processed, facing the evaporation source 16 , especially the opening of the crucible 18 . The distance from the surface of the substrate 26 to the evaporation source 16, for example, the distance to the opening of the crucible 18 varies depending on the shape and dimensions of the substrate 26, but is generally 250 mm to 700 mm.

また、基板台28は、真空槽12の外部において、バイアス電力供給手段としての高周波(RF:Radio Frequency)電源装置30に接続されている。具体的には、この高周波電源装置30が持つ2つの出力端子の一方に、基板台28が接続されている。そして、この高周波電源装置30の他方の出力端子は、接地されている。また、この高周波電源装置30と基板台28との間には、これら両者間のインピーダンスを整合させるための整合手段としてのインピーダンス整合器(MB:Matching Box)31が設けられている。なお、高周波電源装置30は、バイアス電力Wbとして周波数が13.56MHzの高周波電力を出力する。また、このバイアス電力Wbとしての高周波電力が基板台28に供給されると、基準電位としての接地電位を基準とする負電位の直流電圧が当該基板台28に自然的に誘起され、いわゆる自己バイアス電圧が発生する。言い換えれば、接地電位である坩堝18を陽極とし、基板台28に保持されている基板26を陰極として、これら両者に自己バイアス電圧が重畳されたバイアス電力Wbが供給される状態になる。 Further, the substrate table 28 is connected outside the vacuum chamber 12 to a radio frequency (RF) power supply 30 as bias power supply means. Specifically, the board base 28 is connected to one of the two output terminals of the high-frequency power supply device 30 . The other output terminal of the high frequency power supply 30 is grounded. An impedance matching box (MB: Matching Box) 31 is provided between the high-frequency power supply device 30 and the substrate table 28 as matching means for matching the impedance between the two. The high-frequency power supply 30 outputs high-frequency power with a frequency of 13.56 MHz as the bias power Wb. Further, when the high-frequency power as the bias power Wb is supplied to the substrate table 28, a negative DC voltage with reference to the ground potential as the reference potential is naturally induced in the substrate table 28, which is called self-bias. voltage is generated. In other words, the crucible 18 at the ground potential is used as an anode, and the substrate 26 held on the substrate table 28 is used as a cathode.

さらに、蒸発源16と基板台28との間であって当該蒸発源16寄りの位置に、換言すれば坩堝18の開口部の少し上方に、熱陰極としての熱電子放出用のフィラメント34が設けられている。このフィラメント34は、たとえば直径が1mmのタングステン(W)製の線状体である。そして、フィラメント34は、坩堝18の開口部から上方に10mm~100mm、たとえば50mm、離れた位置において、水平方向に延伸するように設けられている。また、詳しい図示は省略するが、フィラメント34は、その表面積を増大させて、後述する熱電子を効率よく放出するべく、螺旋状に形成されている。具体的には、フィラメント34は、直径が6mmの螺旋状に形成されており、その巻き数は、10(ターン)であり、当該螺旋状の部分の長さ寸法は、40mmである。 Furthermore, a filament 34 for emitting thermionic electrons as a hot cathode is provided between the evaporation source 16 and the substrate table 28 and near the evaporation source 16, in other words, slightly above the opening of the crucible 18. It is The filament 34 is, for example, a tungsten (W) wire having a diameter of 1 mm. The filament 34 extends horizontally at a position 10 mm to 100 mm, for example 50 mm, away from the opening of the crucible 18 . Although not shown in detail, the filament 34 is spirally formed to increase its surface area and efficiently emit thermoelectrons, which will be described later. Specifically, the filament 34 is formed in a spiral with a diameter of 6 mm, the number of turns is 10 (turns), and the length of the spiral portion is 40 mm.

そして、フィラメント34の両端部は、真空槽12の外部において、熱陰極加熱用電力供給手段としてのフィラメント加熱用電源装置36に接続されている。フィラメント加熱用電源装置36は、フィラメント加熱電力Wfとしての交流電力をフィラメント34に供給する。フィラメント34は、このフィラメント加熱電力Wfの供給を受けて加熱されて、熱電子を放出する。なお、フィラメント加熱用電源装置36の容量は、たとえば最大で2.4kW(=40V×60A)である。また、フィラメント加熱電力Wfは、交流電力ではなく、直流電力であってもよい。いずれにしても、フィラメント加熱用電源装置36は、フィラメント34から熱電子を放出させるのに十分な程度に、たとえば2000℃~2500℃程度に、当該フィラメント34を加熱することができればよい。 Both ends of the filament 34 are connected outside the vacuum chamber 12 to a filament heating power supply 36 as a hot cathode heating power supply means. The filament heating power supply 36 supplies AC power as filament heating power Wf to the filament 34 . The filament 34 is supplied with the filament heating power Wf and heated to emit thermoelectrons. The capacity of the filament heating power supply 36 is, for example, 2.4 kW (=40 V×60 A) at maximum. Also, the filament heating power Wf may be DC power instead of AC power. In any case, the filament heating power supply 36 should be able to heat the filament 34 to a temperature sufficient to cause the filament 34 to emit thermoelectrons, for example, to about 2000.degree. C. to 2500.degree.

加えて、フィラメント34の一方端部は、真空槽12の外部において、イオン化電力供給手段としてのイオン化電源装置38に接続されている。このイオン化電源装置38は、接地電位を基準とする正の直流電力であるイオン化電力Wdをフィラメント34に供給する。言い換えれば、イオン化電源装置38は、接地電位である坩堝18を陽極とし、フィラメント34を陰極として、これら両者に直流のイオン化電力Wdを供給する。このイオン化電源装置38の容量は、たとえば最大で9kW(=60V×150A)である。 In addition, one end of the filament 34 is connected outside the vacuum chamber 12 to an ionization power supply 38 as an ionization power supply means. The ionization power supply 38 supplies the filament 34 with ionization power Wd, which is positive DC power with reference to ground potential. In other words, the ionization power supply 38 supplies DC ionization power Wd to both the crucible 18 at ground potential as an anode and the filament 34 as a cathode. The capacity of this ionization power supply 38 is, for example, 9 kW (=60 V×150 A) at maximum.

また、イオン化電源装置38と接地との間に、イオン電流検出手段としての電流検出装置40が設けられている。この電流検出装置40は、イオン化電力Wdの電流成分、つまりイオン化電源装置38を介して流れる言わばイオン化電流Idを、検出する。この電流検出装置40によるイオン化電流Idの検出値は、熱電子放出量制御手段としての加熱制御装置42に供給される。加熱制御装置42は、電流検出装置40によるイオン化電流Idの検出値が一定となるように、つまり当該イオン化電流Idが一定となるように、フィラメント加熱用電源装置36を制御する。これにより、フィラメント34の加熱温度、つまりは当該フィラメント34から放出される熱電子の量が、適宜に調整される。 Further, a current detection device 40 as ion current detection means is provided between the ionization power supply 38 and the ground. The current detector 40 detects the current component of the ionization power Wd, that is, the ionization current Id flowing through the ionization power supply 38 . A value of the ionization current Id detected by the current detection device 40 is supplied to a heating control device 42 as thermoelectron emission amount control means. The heating control device 42 controls the filament heating power supply 36 so that the value of the ionization current Id detected by the current detection device 40 is constant, that is, the ionization current Id is constant. Thereby, the heating temperature of the filament 34, that is, the amount of thermal electrons emitted from the filament 34 is appropriately adjusted.

そして、真空槽12内のフィラメント34と基板台28との間における当該フィラメント34寄りの位置に、シャッタ44が設けられている。厳密に言えば、シャッタ44は、後述する閉鎖状態にあるときに、フィラメント34と基板台28との間における当該フィラメント34寄りの位置に置かれる。このシャッタ44は、概略円盤状に形成されており、その一方主面を下面として坩堝18の開口部に向けるとともに、他方主面を上面として基板台28に向けた状態で、設けられている。そして、このシャッタ44は、絶縁手段としての絶縁碍子46を介して、シャッタ駆動手段としてのシャッタ駆動機構48に結合されている。 A shutter 44 is provided at a position closer to the filament 34 between the filament 34 and the substrate table 28 in the vacuum chamber 12 . Strictly speaking, the shutter 44 is placed between the filament 34 and the substrate table 28 and closer to the filament 34 when in a closed state, which will be described later. The shutter 44 is formed in a substantially disc shape, and is provided with one main surface directed toward the opening of the crucible 18 as the lower surface and the other principal surface directed toward the substrate table 28 as the upper surface. The shutter 44 is coupled to a shutter driving mechanism 48 as shutter driving means through an insulator 46 as insulating means.

具体的には、図2に示されるように、シャッタ44は、本体部442と、鍔部444と、結合突出部446と、を有している。本体部442は、円盤状に形成され、その直径は、たとえば150mmであり、厚さ寸法は、たとえば2mmである。そして、鍔部444は、本体部442を機械的に補強する補強部材である。この鍔部444は、円筒状に形成されており、当該本体部442の周縁に沿うとともに、当該本体部442の一方主面から離れる方向に突出するように設けられている。この鍔部444の(本体部442の一方主面からの)突出寸法は、たとえば10mmであり、当該鍔部444の厚さ寸法は、たとえば2mmである。そして、結合突出部446は、本体部442の周縁部分適当な箇所から当該本体部442の半径方向へ直線的に突出するように設けられている。この結合突出部446は、概略直線定規状に形成されており、その厚さ寸法は、本体部442および鍔部444のそれぞれの厚さ寸法よりも大きく、たとえば5mmである。これら本体部442と、鍔部444と、結合突出部446とは、機械的強度が比較的に大きく、耐熱性および耐食性が比較的に高い非磁性の金属、たとえばSUS304などのステンレス鋼、によって一体に形成されている。このシャッタ44は、鍔部444が突出している側の本体部442の一方主面を前述の下面とし、当該本体部442の他方主面を前述の上面として、設けられる。 Specifically, as shown in FIG. 2, the shutter 44 has a body portion 442, a collar portion 444, and a coupling protrusion 446. As shown in FIG. The body portion 442 is formed in a disc shape, and has a diameter of, for example, 150 mm and a thickness of, for example, 2 mm. The flange portion 444 is a reinforcing member that mechanically reinforces the body portion 442 . The collar portion 444 is formed in a cylindrical shape, and is provided so as to extend along the periphery of the main body portion 442 and protrude in a direction away from one main surface of the main body portion 442 . The projection dimension of this collar portion 444 (from one main surface of main body portion 442) is, for example, 10 mm, and the thickness dimension of said collar portion 444 is, for example, 2 mm. The coupling projecting portion 446 is provided so as to linearly project in the radial direction of the main body portion 442 from an appropriate portion of the peripheral portion of the main body portion 442 . The coupling protrusion 446 is formed in a substantially linear ruler shape, and its thickness dimension is larger than the thickness dimension of each of the body portion 442 and the collar portion 444, for example 5 mm. The main body portion 442, the flange portion 444, and the connecting projection portion 446 are integrated by a non-magnetic metal having relatively high mechanical strength, heat resistance, and corrosion resistance, such as stainless steel such as SUS304. is formed in The shutter 44 is provided with one main surface of the body portion 442 on the side where the flange portion 444 protrudes as the aforementioned lower surface, and the other principal surface of the body portion 442 as the aforementioned upper surface.

そして、シャッタ44の結合突出部446が、前述の如く絶縁碍子46を介して、シャッタ駆動機構48に結合されており、詳しくは当該シャッタ駆動機構48を構成する丸棒状の支持部材482の一方端部側に結合されている。絶縁碍子46は、概略直方体状に形成されており、機械的強度が比較的に大きく、耐熱性および耐食性が比較的に高く、さらに電気的に絶縁性の物質によって形成されており、たとえばアルミナ(Al)製である。また、この絶縁碍子46とシャッタ44の結合突出部446との間には、適当な形状および寸法のカバー50が設けられている。このカバー50は、絶縁碍子46の表面の全体にわたって後述する被膜、とりわけ導電性の被膜、が付着するのを防止するために設けられる。すなわち、絶縁碍子46の表面の全体にわたって導電性被膜が付着すると、この導電性被膜を介して、シャッタ44とシャッタ駆動機構48(支持部材482)とが電気的に導通する。そうなると、これらシャッタ44とシャッタ駆動機構48との間に絶縁碍子46が介在する意味がなくなる。これを回避するために、カバー50が設けられている。このカバー50は、シャッタ44と同様、機械的強度が比較的に大きく、耐熱性および耐食性が比較的に高い非磁性の金属製であり、たとえばSUS304などのステンレス鋼製である。さらに、支持部材482の一方端部側には、絶縁碍子46の形状に合わせた切欠き部分482aが設けられており、この切欠き部分482aに、当該絶縁碍子46を介して、シャッタ44の結合突出部446が結合されている。なお、シャッタ44の結合突出部446と絶縁碍子46とは、適当な結合手段によって結合されており、たとえば2つのネジ52、52によって結合されている。そして、絶縁碍子46と支持部材482とについても同様に、たとえば2つのネジ54、54によって結合されている。勿論、これ以外の結合手段が採用されてもよい。 The coupling protrusion 446 of the shutter 44 is coupled to the shutter driving mechanism 48 through the insulator 46 as described above. connected to the part side. The insulator 46 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, has relatively high mechanical strength, has relatively high heat resistance and corrosion resistance, and is made of an electrically insulating material such as alumina ( Al 2 O 3 ). Between the insulator 46 and the coupling protrusion 446 of the shutter 44, a cover 50 of suitable shape and size is provided. This cover 50 is provided to prevent a later-described coating, particularly a conductive coating, from adhering to the entire surface of the insulator 46 . That is, when the conductive coating is deposited over the entire surface of the insulator 46, the shutter 44 and the shutter driving mechanism 48 (support member 482) are electrically connected via this conductive coating. In that case, there is no point in interposing the insulator 46 between the shutter 44 and the shutter driving mechanism 48 . To avoid this, a cover 50 is provided. Like the shutter 44, the cover 50 is made of a non-magnetic metal having relatively high mechanical strength, heat resistance and corrosion resistance, such as stainless steel such as SUS304. Further, a cutout portion 482a matching the shape of the insulator 46 is provided on one end side of the support member 482, and the shutter 44 is coupled to the cutout portion 482a via the insulator 46. Protrusions 446 are coupled. The connecting projection 446 of the shutter 44 and the insulator 46 are connected by a suitable connecting means, for example, by two screws 52,52. Similarly, the insulator 46 and the support member 482 are also coupled by two screws 54, 54, for example. Of course, other coupling means may be employed.

図1に戻って、シャッタ駆動機構48は、前述の支持部材482に加えて、連結部材484と、軸部材486と、軸受部材488と、シャッタ駆動装置490と、を有している。支持部材482は、水平方向に延伸するように設けられており、その一方端部側に、前述の如く絶縁碍子46を介して、シャッタ44が結合されている。そして、支持部材482の他方端部は、連結部材484を介して、丸棒状の軸部材486の一方端部に固定されている。軸部材486は、垂直方向に延伸するように設けられており、その他方端部側は、軸受部材488を介して、真空槽12の外部に引き出されている。軸受部材488は、真空槽12の底部を成す壁部に固定されており、当該真空槽12の気密性を保ちつつ、軸部材486を回転可能に保持する。そして、軸部材486の他方端部は、真空槽12の外部において、シャッタ駆動装置490に結合されている。シャッタ駆動装置490は、モータまたはソレノイドなどのアクチュエータであり、図1に矢印490aで示されるように、軸部材486を所定の角度にわたって回転させることで、シャッタ44を開閉駆動する。なお、シャッタ駆動装置490を駆動させるための電源装置については、その図示を省略してある。 Returning to FIG. 1, the shutter driving mechanism 48 has a coupling member 484, a shaft member 486, a bearing member 488, and a shutter driving device 490 in addition to the support member 482 described above. The support member 482 is provided so as to extend in the horizontal direction, and the shutter 44 is coupled to one end thereof via the insulator 46 as described above. The other end of the support member 482 is fixed to one end of a round bar-shaped shaft member 486 via a connecting member 484 . The shaft member 486 is provided so as to extend in the vertical direction, and the other end is pulled out of the vacuum chamber 12 via a bearing member 488 . The bearing member 488 is fixed to the wall forming the bottom of the vacuum chamber 12 and holds the shaft member 486 rotatably while keeping the vacuum chamber 12 airtight. The other end of shaft member 486 is coupled to shutter driving device 490 outside vacuum chamber 12 . The shutter driving device 490 is an actuator such as a motor or a solenoid, and drives the shutter 44 to open and close by rotating the shaft member 486 over a predetermined angle as indicated by an arrow 490a in FIG. A power supply device for driving the shutter driving device 490 is omitted from the drawing.

ここで、図3に、シャッタ44を上方から見たときの当該シャッタと坩堝18との位置関係を示す。たとえば、図3(A)は、シャッタ44が閉鎖されている状態を示す。この図3(A)に示されるように、シャッタ44が閉鎖状態にあるときには、当該シャッタ44(本体部442)は、坩堝18の上方にあり、つまり当該坩堝18と基板26との間の位置にあり、言わば第1の位置に置かれる。この結果、基板26の表面がシャッタ44によって坩堝18の開口部から遮蔽された状態になる。そして、図3(B)は、シャッタ44が開放されている状態を示す。この図3(B)に示されるように、シャッタ44が開放状態にあるときには、当該シャッタ44は、坩堝18の上方から外れた位置にあり、つまり当該坩堝18と基板26との間から外れた位置にあり、言わば第2の位置に置かれる。この結果、基板26の表面がシャッタ44によって遮蔽されることなく坩堝18の開口部に向かって露出された状態になる。このようにシャッタ44が開閉駆動されることによって、当該シャッタ44は、図3(A)に示される如く第1の位置に置かれる閉鎖状態と、図3(B)に示される如く第2の位置に置かれる開放状態とに、選択的に遷移する。 Here, FIG. 3 shows the positional relationship between the shutter 44 and the crucible 18 when the shutter 44 is viewed from above. For example, FIG. 3A shows a state in which the shutter 44 is closed. As shown in FIG. 3A, when the shutter 44 is in the closed state, the shutter 44 (body portion 442) is located above the crucible 18, that is, positioned between the crucible 18 and the substrate 26. , so to speak, in the first position. As a result, the surface of the substrate 26 is shielded from the opening of the crucible 18 by the shutter 44 . FIG. 3B shows a state in which the shutter 44 is open. As shown in FIG. 3B, when the shutter 44 is in the open state, the shutter 44 is positioned outside the crucible 18, that is, outside between the crucible 18 and the substrate 26. position, so to speak, placed in the second position. As a result, the surface of the substrate 26 is exposed toward the opening of the crucible 18 without being shielded by the shutter 44 . By driving the shutter 44 to open and close in this way, the shutter 44 is placed in a closed state in the first position as shown in FIG. 3A and in a second position as shown in FIG. It selectively transitions to an open state placed in position.

改めて図1に戻って、真空槽12の壁部に固定されている軸受部材488は、前述したように、真空槽12の気密性を保ちつつ、軸部材486を回転可能に保持する。このような軸受部材488の構造上、当該軸受部材488を含むシャッタ駆動機構48は、真空槽12の壁部と電気的に導通しており、つまり接地されている。ただし、シャッタ44については、前述の如く当該シャッタ44とシャッタ駆動機構48との間に絶縁碍子46が介在していることから、真空槽12と、つまり接地と、電気的に絶縁された状態にある。併せて、シャッタ44は、フィラメント34などの他の全ての要素とも、電気的に絶縁された状態にある。すなわち、シャッタ44は、電気的に浮遊した状態(フローティング状態)にある。なお、シャッタ44(の下面)から坩堝18の開口部までの距離は、たとえば100mmである。言い換えれば、シャッタ44からフィラメント34までの距離は、50mmである。 Returning to FIG. 1 again, the bearing member 488 fixed to the wall of the vacuum chamber 12 rotatably holds the shaft member 486 while keeping the vacuum chamber 12 airtight as described above. Due to the structure of the bearing member 488, the shutter driving mechanism 48 including the bearing member 488 is electrically connected to the wall of the vacuum chamber 12, that is, grounded. However, since the insulator 46 is interposed between the shutter 44 and the shutter driving mechanism 48 as described above, the shutter 44 is electrically insulated from the vacuum chamber 12, that is, from the ground. be. In addition, the shutter 44 is electrically insulated from all other elements such as the filament 34 . That is, the shutter 44 is in an electrically floating state. The distance from the shutter 44 (lower surface) to the opening of the crucible 18 is, for example, 100 mm. In other words, the distance from shutter 44 to filament 34 is 50 mm.

加えて、真空槽12の壁部の適宜位置、たとえばシャッタ44よりも上方であって基板台28よりも下方の位置に、当該真空槽12内に各種ガスを導入するためのガス導入手段としてのガス導入管56が設けられている。ここで言う各種ガスとしては、たとえば放電洗浄用ガスとしてのアルゴン(Ar)ガス、および反応性ガスとしての酸素(O)ガスがある。なお、図示は省略するが、ガス導入管56は、真空槽12の外部において、それぞれのガスの供給源に接続されている。また、それぞれのガスの供給源からの配管には、当該配管内を開閉するための開閉手段としての開閉バルブや、当該配管内のガスの流量を制御するための流量制御手段としてのマスフローコントローラなどが、設けられている。 In addition, gas introducing means for introducing various gases into the vacuum chamber 12 is provided at an appropriate position on the wall of the vacuum chamber 12, for example, a position above the shutter 44 and below the substrate table 28. A gas introduction pipe 56 is provided. The various gases referred to here include, for example, argon (Ar) gas as a discharge cleaning gas and oxygen (O 2 ) gas as a reactive gas. Although not shown, the gas introduction pipes 56 are connected to respective gas supply sources outside the vacuum chamber 12 . In addition, the piping from each gas supply source includes an opening/closing valve as an opening/closing means for opening and closing the inside of the piping, a mass flow controller as a flow control means for controlling the flow rate of the gas in the piping, and the like. is provided.

さらに、図示は省略するが、真空槽12内の適宜の位置には、基板26を含む当該真空槽12内を加熱するための加熱手段、たとえばセラミックヒータが、設けられている。このセラミックヒータは、真空槽12の外部に設けられているヒータ用加熱電源装置からヒータ加熱電力の供給を受けることで、基板26を含む真空槽12内を加熱する。 Further, although not shown, a heating means such as a ceramic heater is provided at an appropriate position in the vacuum chamber 12 for heating the inside of the vacuum chamber 12 including the substrate 26 . The ceramic heater heats the interior of the vacuum chamber 12 including the substrate 26 by receiving heater heating power from a heater heating power supply provided outside the vacuum chamber 12 .

このような本第1実施例に係るイオンプレーティング装置10によれば、たとえばアルミナ製の基板26の表面に絶縁性被膜であるイットリア(酸化イットリウム:Y)膜を形成することができる。 According to the ion plating apparatus 10 according to the first embodiment, an yttria (yttrium oxide: Y 2 O 3 ) film, which is an insulating coating, can be formed on the surface of the substrate 26 made of alumina, for example. .

そのためにまず、イットリア膜の材料となる固体の高純度のイットリウム(Y)が坩堝18に収容される。このイットリウムとしては、直径が3mm~5mm程度の粒状のものが採用される。併せて、基板台28に基板26が取り付けられる。そして、真空槽12内が10-3Pa程度にまで排気され、いわゆる真空引きが行われる。また、この真空引きと同時に、前述のセラミックヒータによって、基板26を含む真空槽12内が加熱され、たとえば当該基板26が200℃程度に加熱される。 For this purpose, first, solid high-purity yttrium (Y), which is the material of the yttria film, is placed in the crucible 18 . Granular yttrium having a diameter of about 3 mm to 5 mm is used as the yttrium. At the same time, the substrate 26 is attached to the substrate table 28 . Then, the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated to about 10 −3 Pa, and so-called evacuation is performed. Simultaneously with this evacuation, the inside of the vacuum chamber 12 including the substrate 26 is heated by the aforementioned ceramic heater, and the substrate 26 is heated to about 200.degree.

この真空引きおよび加熱処理がたとえば2時間にわたって行われた後、基板26の表面を洗浄するための放電洗浄(イオンボンバード)処理が行われる。具体的には、シャッタ44が閉鎖された状態で、真空槽12内にアルゴンガスが導入される。そして、真空槽12内の圧力が、たとえば7×10-2Paに維持される。さらに、フィラメント34にフィラメント加熱電力Wfが供給される。これにより、フィラメント34が加熱されて、当該フィラメント34から熱電子(1次電子)が放出される。併せて、フィラメント34にイオン化電力Wdが供給される。すなわち、フィラメント34を陰極とし、坩堝18を含む蒸発源16を陽極として、これら両者にイオン化電力Wdが供給される。すると、陰極としてのフィラメント34から放出された熱電子が、陽極としての蒸発源16に向かって、とりわけフィラメント34に近い位置にある坩堝18に向かって、加速される。そして、加速された熱電子は、アルゴンガスの粒子と非弾性衝突する。これにより、アルゴンガスの粒子が電離して、イオン化される。このイオン化によって、アルゴンガスの粒子(の最外殻)から電子(2次電子)が弾き飛ばされ、この弾き飛ばされた電子は、坩堝18に流れ込む。この現象が継続されることで、アーク放電によるプラズマが発生する。このとき、イオン化電力Wdの電圧成分であるイオン化電圧Vdは、40Vに設定される。そして、イオン化電力Wdの電流成分であるイオン化電流Idが30Aになるように、フィラメント加熱電力Wfが制御され、つまりフィラメント34から放出される熱電子の量が制御される。 After this evacuation and heat treatment are performed for, for example, two hours, discharge cleaning (ion bombardment) treatment for cleaning the surface of substrate 26 is performed. Specifically, argon gas is introduced into the vacuum chamber 12 while the shutter 44 is closed. Then, the pressure inside the vacuum chamber 12 is maintained at 7×10 −2 Pa, for example. Further, the filament heating power Wf is supplied to the filament 34 . As a result, the filament 34 is heated and thermal electrons (primary electrons) are emitted from the filament 34 . At the same time, ionization power Wd is supplied to the filament 34 . That is, the ionization power Wd is supplied to both the filament 34 as a cathode and the evaporation source 16 including the crucible 18 as an anode. Thermal electrons emitted from the filament 34 as the cathode are then accelerated toward the evaporation source 16 as the anode, particularly toward the crucible 18 located near the filament 34 . The accelerated thermoelectrons then collide inelastic collisions with argon gas particles. As a result, the argon gas particles are ionized. Due to this ionization, electrons (secondary electrons) are flipped from (the outermost shells of) argon gas particles, and the flipped electrons flow into the crucible 18 . As this phenomenon continues, plasma is generated by arc discharge. At this time, the ionization voltage Vd, which is the voltage component of the ionization power Wd, is set to 40V. Then, the filament heating power Wf is controlled so that the ionization current Id, which is the current component of the ionization power Wd, is 30 A, that is, the amount of thermoelectrons emitted from the filament 34 is controlled.

そして、プラズマが安定したら、詳しくはイオン化電流Idの変動量が予め定められた範囲内に落ち着いたら、基板台28にバイアス電力Wbとしての高周波電力が供給される。前述したように、このバイアス電力Wbには、接地電位を基準とする負電位の自己バイアス電圧が重畳されるので、当該バイアス電力Wbは、接地電位である坩堝18を陽極とし、基板台28に保持されている基板26を陰極として、これら両者に供給される状態となる。このとき、自己バイアス電圧が概ね-500Vとなるように、バイアス電力Wbが調整される。その上で、シャッタ44が開放される。すると、イオン化されたアルゴンガスの粒子、つまりアルゴンイオンが、基板26の表面に入射される。その衝撃によって、基板26の表面が洗浄される。 Then, when the plasma is stabilized, more specifically, when the fluctuation amount of the ionization current Id settles within a predetermined range, the high-frequency power as the bias power Wb is supplied to the substrate table 28 . As described above, the bias power Wb is superimposed with the negative potential self-bias voltage with reference to the ground potential. The held substrate 26 is used as a cathode and is supplied to both of them. At this time, the bias power Wb is adjusted so that the self-bias voltage is approximately -500V. Then the shutter 44 is opened. Then, ionized argon gas particles, ie, argon ions, are incident on the surface of the substrate 26 . The impact cleans the surface of the substrate 26 .

この放電洗浄処理がたとえば10分間にわたって行われた後、イットリア膜を形成するための成膜処理が行われる。まず、シャッタ44が閉鎖される。併せて、真空槽12内へのアルゴンガスの導入が停止される。このアルゴンガスに代えて、酸素ガスが、真空槽12内に導入される。そして、真空槽12内の圧力が、たとえば3×10-2Paに維持される。さらに、蒸発源16の電子銃20が通電される。これにより、電子銃20から電子ビームが発射される。そして、電子ビームは、坩堝18内の蒸発材料22に照射される。この電子ビームの照射を受けて、蒸発材料22は加熱されて溶融し、蒸発する。この電子銃20の出力Wgは、たとえば3.6kW(=9kV×400mA)まで徐々に上げられる。このとき、フィラメント34には、フィラメント加熱電力Wfが供給されており、また、イオン化電力Wdが供給されているので、当該フィラメント34から放出された熱電子は、坩堝18に向かって加速される。この加速された電子は、蒸発材料22の蒸発粒子と非弾性衝突する。これにより、蒸発材料22の蒸発粒子が電離して、イオン化される。このイオン化によって、蒸発材料22の蒸発粒子から電子が弾き飛ばされ、この弾き飛ばされた電子は、坩堝18に流れ込む。これと同様に、フィラメント34から坩堝18に向かって加速された電子は、酸素ガスの粒子にも非弾性衝突する。これにより、酸素ガスの粒子が電離して、イオン化される。このイオン化によって、酸素ガスの粒子から電子が弾き飛ばされ、この弾き飛ばされた電子は、坩堝18に流れ込む。この現象が継続されることで、前述の放電洗浄処理時と同様、アーク放電によるプラズマが発生する。なお、イオン化電力Wdの電圧成分であるイオン化電圧Vdは、25Vに設定される。そして、イオン化電力Wdの電流成分であるイオン化電流Idが80Aになるように、フィラメント加熱電力Wfが制御される。さらに、バイアス電力Wbについては、前述の自己バイアス電圧が概ね-400Vとなるように、調整される。 After this discharge cleaning process is performed for 10 minutes, for example, a film forming process for forming an yttria film is performed. First, the shutter 44 is closed. At the same time, the introduction of argon gas into the vacuum chamber 12 is stopped. Oxygen gas is introduced into the vacuum chamber 12 instead of this argon gas. Then, the pressure inside the vacuum chamber 12 is maintained at 3×10 −2 Pa, for example. Further, the electron gun 20 of the evaporation source 16 is energized. An electron beam is thereby emitted from the electron gun 20 . Then, the electron beam irradiates the evaporation material 22 inside the crucible 18 . Upon being irradiated with this electron beam, the evaporation material 22 is heated, melted, and evaporated. The output Wg of this electron gun 20 is gradually increased to, for example, 3.6 kW (=9 kV×400 mA). At this time, the filament heating power Wf and the ionization power Wd are supplied to the filament 34 , so the thermoelectrons emitted from the filament 34 are accelerated toward the crucible 18 . The accelerated electrons inelastic collide with the evaporated particles of the evaporated material 22 . As a result, the evaporated particles of the evaporation material 22 are ionized. This ionization causes electrons to be flipped from the evaporated particles of the evaporation material 22 , and the ejected electrons flow into the crucible 18 . Similarly, electrons accelerated from the filament 34 toward the crucible 18 inelasticly collide with oxygen gas particles. As a result, oxygen gas particles are ionized. This ionization causes electrons to be flipped from the oxygen gas particles, and the flipped electrons flow into the crucible 18 . As this phenomenon continues, plasma is generated by arc discharge, as in the discharge cleaning process described above. The ionization voltage Vd, which is the voltage component of the ionization power Wd, is set at 25V. Then, the filament heating power Wf is controlled so that the ionization current Id, which is the current component of the ionization power Wd, becomes 80A. Furthermore, the bias power Wb is adjusted so that the aforementioned self-bias voltage is approximately -400V.

そして、プラズマが安定したら、シャッタ44が開放される。すると、イオン化された蒸発材料22の蒸発粒子、つまりイットリウムイオンと、イオン化された酸素ガスの粒子、つまり酸素イオンとが、基板26の表面に入射される。この結果、基板26の表面に、イットリウムイオンと酸素イオンとの化合物であるイットリア膜が形成される。要するに、反応性イオンプレーティング法による成膜処理によって、当該イットリア膜という化合物膜が形成される。 Then, when the plasma is stabilized, the shutter 44 is opened. Then, the ionized evaporation particles of the evaporation material 22, ie, yttrium ions, and the ionized oxygen gas particles, ie, oxygen ions, are incident on the surface of the substrate . As a result, an yttria film, which is a compound of yttrium ions and oxygen ions, is formed on the surface of the substrate 26 . In short, a compound film called the yttria film is formed by the film forming process by the reactive ion plating method.

この成膜処理は、所望の膜厚のイットリア膜が形成されるまで継続され、その後、シャッタ44が閉鎖されることで、終了される。さらに、電子銃20への通電が停止される。併せて、真空槽12内への酸素ガスの導入が停止される。また、基板26へのバイアス電力Wbの供給が停止される。そして、フィラメント34へのフィラメント加熱電力Wfの供給が停止されるとともに、当該フィラメント34へのイオン化電力Wdの供給が停止される。これにより、プラズマが消失する。そして、改めて真空槽12内が真空引きされ、この状態で、30分間程度の適当な冷却期間が置かれた後、当該真空槽12内の圧力が徐々に大気圧にまで戻される。その上で、真空槽12内が開放されて、当該真空槽12内から基板26が取り出される。これをもって、イットリア膜を形成するための成膜処理を含む一連の表面処理が終了する。 This film forming process is continued until an yttria film having a desired film thickness is formed, and then terminated by closing the shutter 44 . Furthermore, the energization of the electron gun 20 is stopped. At the same time, the introduction of oxygen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. Also, the supply of the bias power Wb to the substrate 26 is stopped. Then, the supply of the filament heating power Wf to the filament 34 is stopped, and the supply of the ionization power Wd to the filament 34 is stopped. This extinguishes the plasma. Then, the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated again, and after a suitable cooling period of about 30 minutes is placed in this state, the pressure inside the vacuum chamber 12 is gradually returned to the atmospheric pressure. After that, the inside of the vacuum chamber 12 is opened, and the substrate 26 is taken out from the inside of the vacuum chamber 12 . This completes a series of surface treatments including the film forming process for forming the yttria film.

ところで前述したように、本第1実施例におけるシャッタ44は、電気的に浮遊した状態にある。これは、次のような理由による。 By the way, as described above, the shutter 44 in the first embodiment is in an electrically floating state. This is for the following reasons.

すなわちまず、シャッタ44が、前述の従来のイオンプレーティング装置におけるのと同様、接地されている構成を仮想する。そして、この仮想の構成において、プラズマが発生している状態で、シャッタ44が開閉駆動される、とする。この場合、シャッタ44が閉鎖状態にあるときには、プラズマ中の電子は、前述の如く坩堝18に流れ込むが、併せて、当該坩堝18と同じ電位(接地電位)のシャッタ44にも多少なりとも流れ込む。そして、これら坩堝18に流れ込む電子の量と、シャッタ44に流れ込む電子の量と、の総和が、イオン化電流Idとして現れる。なお、シャッタ44に流れ込む電子の量は、当該シャッタ44の位置がフィラメント34の位置に近いほど多い。 First, assume that the shutter 44 is grounded as in the conventional ion plating apparatus described above. In this hypothetical configuration, it is assumed that the shutter 44 is driven to open and close while plasma is being generated. In this case, when the shutter 44 is in the closed state, the electrons in the plasma flow into the crucible 18 as described above, and at the same time flow more or less into the shutter 44 at the same potential as the crucible 18 (ground potential). The sum of the amount of electrons flowing into the crucible 18 and the amount of electrons flowing into the shutter 44 appears as the ionization current Id. The closer the position of the shutter 44 is to the position of the filament 34 , the greater the amount of electrons flowing into the shutter 44 .

ここで、シャッタ44が閉鎖状態から開放状態に遷移すると、当該シャッタ44の位置がフィラメント34の位置から遠ざかる。この結果、シャッタ44に流れ込む電子の量が減少し、概ねゼロとなる。これに伴って、イオンの生成量が少なくなり、つまりプラズマの密度が低下し、その結果、イオン化電流Idが小さくなる。この状態は、加熱制御装置42によるイオン化電流Idを一定にするための制御によって解消されるが、それまでには多少の時間が掛かる。これは、加熱制御装置42によるイオン化電流Idを一定にするための制御が安定的に行われるようにするべく、当該加熱制御装置42に比較的に緩やかな応答性が与えられていることによる。 Here, when the shutter 44 transitions from the closed state to the open state, the position of the shutter 44 moves away from the position of the filament 34 . As a result, the amount of electrons flowing into the shutter 44 is reduced to approximately zero. Along with this, the amount of ions generated decreases, that is, the plasma density decreases, and as a result, the ionization current Id decreases. This state is resolved by the control for making the ionization current Id constant by the heating control device 42, but it will take some time. This is because the heating control device 42 is given a relatively slow response so that the control for making the ionization current Id constant by the heating control device 42 is stably performed.

したがって、この仮想の構成において、たとえば成膜処理の実施の際に、前述の如くプラズマが安定するまでシャッタ44が閉鎖され、当該プラズマが安定してからシャッタ44が開放されると、このシャッタ44が開放された直後の多少の時間にわたって、イオンの生成量が少なくなる。要するに、シャッタ44が閉鎖状態から開放状態に遷移した直後の成膜処理の初期の段階においては、イオンの生成量が不安定な状態で、当該成膜処理が実施されることになる。このことは、被膜の下層側の界面となる部分について、イオンの生成量が不安定な状態で形成されることを意味し、当該界面となる部分が極めて重要である被膜にとって、好ましくない。特に、前述の反応性イオンプレーティング法による成膜処理においては、イオンの生成量が被膜の品質に大きく影響するため、このことによる当該被膜の品質への影響が顕著である。このような不都合が生ずることは、前述の従来のイオンプレーティング装置と同様である。 Therefore, in this imaginary configuration, for example, when the film formation process is performed, the shutter 44 is closed until the plasma is stabilized as described above, and when the shutter 44 is opened after the plasma is stabilized, the shutter 44 For some time immediately after is opened, less ions are produced. In short, in the initial stage of the film formation process immediately after the shutter 44 transitions from the closed state to the open state, the film formation process is performed in a state in which the amount of ions generated is unstable. This means that the amount of ions generated is unstable in the interface portion on the lower layer side of the film, which is not preferable for the film in which the interface portion is extremely important. In particular, in the film forming process by the above-described reactive ion plating method, the amount of ions generated greatly affects the quality of the film, and this has a significant effect on the quality of the film. The occurrence of such inconvenience is the same as in the conventional ion plating apparatus described above.

これに対して、本第1実施例によれば、シャッタ44が電気的に浮遊した状態にあるので、プラズマ中の電子が当該シャッタ44に流れ込むことはない。したがってたとえば、プラズマが発生している状態で、シャッタ44が開閉駆動されても、当該プラズマの密度は変わらず、つまりイオンの生成量は変わらない。ゆえに、本第1実施例によれば、成膜処理の実施において、その初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。これにより、良好な品質の被膜を良好な再現性で生成することができる。 In contrast, according to the first embodiment, since the shutter 44 is in an electrically floating state, the electrons in plasma do not flow into the shutter 44 . Therefore, for example, even if the shutter 44 is driven to open and close while plasma is being generated, the density of the plasma does not change, that is, the amount of ions generated does not change. Therefore, according to the first embodiment, the film forming process can be stably performed from the initial stage in the film forming process. This allows good quality coatings to be produced with good reproducibility.

このような本第1実施例の有益性を実証するために、いくつかの実験を行った。 Several experiments were conducted to demonstrate the usefulness of this first embodiment.

まず、真空槽12内を真空引きした上で、フィラメント34に一定のフィラメント加熱電力Wfを供給して、当該フィラメント34から熱電子を放出させる。そして、フィラメント34にイオン化電力Wdを供給して、当該フィラメント34から放出された熱電子を加速させる。さらに、イオン化電力Wdの電圧成分であるイオン化電圧Vdの電圧値を適宜に変更する。このようにイオン化電圧Vdの電圧値を適宜に変更したときに、イオン化電力Wdの電流成分であるイオン化電流Idがどのように推移するのかを、確認した。すなわち、プラズマを発生させないで、フィラメント34から放出される熱電子のみによるイオン化電流Id、言わば熱電子電流と、イオン化電圧Vdと、の関係を確認した。その結果を、図4に示す。 First, after the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated, a constant filament heating power Wf is supplied to the filament 34 to cause the filament 34 to emit thermal electrons. Then, the ionization power Wd is supplied to the filament 34 to accelerate the thermal electrons emitted from the filament 34 . Furthermore, the voltage value of the ionization voltage Vd, which is the voltage component of the ionization power Wd, is appropriately changed. It was confirmed how the ionization current Id, which is the current component of the ionization power Wd, changes when the voltage value of the ionization voltage Vd is appropriately changed in this way. That is, the relationship between the ionization current Id by only thermoelectrons emitted from the filament 34 without plasma generation, ie, the thermoelectron current, and the ionization voltage Vd was confirmed. The results are shown in FIG.

なお、図4において、○印付きの太実線が、本第1実施例についての実験結果を示す。そして、図4において、□印付きの太破線は、本第1実施例の比較例についての実験結果を示す。この比較例とは、前述の仮想の構成、つまりシャッタ44が接地された構成、のことである。すなわち、この比較例として、シャッタ44が接地された構成を実際に用意して、この比較例についても、本第1実施例と同様の実験を行った。この実験における真空槽12内の圧力は、1.2×10-4Paである。そして、フィラメント加熱電力Wfは、840W(=21V×40A)である。なお、シャッタ44は、閉鎖状態にある。 In FIG. 4, the bold solid line with circles indicates the experimental results of the first embodiment. In FIG. 4, the bold dashed line marked with □ indicates the experimental results for the comparative example of the first embodiment. This comparative example is the virtual configuration described above, that is, the configuration in which the shutter 44 is grounded. That is, as a comparative example, a configuration in which the shutter 44 is grounded was actually prepared, and the same experiment as in the first embodiment was conducted on this comparative example as well. The pressure inside the vacuum chamber 12 in this experiment is 1.2×10 −4 Pa. The filament heating power Wf is 840 W (=21 V×40 A). Note that the shutter 44 is in a closed state.

この図4に示されるように、イオン化電圧Vdの各電圧値において、比較例の方が、本第1実施例よりも、イオン化電流Idが大きい。たとえば、イオン化電圧Vdが30Vであるときには、比較例の方が、本第1実施例よりも、イオン化電流Idが0.1mAほど大きい。また、イオン化電圧Vdが60Vであるときには、比較例の方が、本第1実施例よりも、イオン化電流Idが0.3mAほど大きい。これは、比較例においては、坩堝18のみならずシャッタ44にも熱電子が流れ込むことを意味する。言い換えれば、本第1実施例においては、坩堝18のみに熱電子が流れ込むので、その分、比較例よりも、イオン化電流Idが小さい。言い換えれば、本第1実施例におけるイオン化電流Idと、比較例におけるイオン化電流Idとの差は、シャッタ44に流れ込む熱電子の量を表す。 As shown in FIG. 4, at each voltage value of the ionization voltage Vd, the comparative example has a larger ionization current Id than the first embodiment. For example, when the ionization voltage Vd is 30 V, the ionization current Id of the comparative example is about 0.1 mA larger than that of the first embodiment. Further, when the ionization voltage Vd is 60 V, the ionization current Id of the comparative example is about 0.3 mA larger than that of the first embodiment. This means that thermal electrons flow not only into the crucible 18 but also into the shutter 44 in the comparative example. In other words, in the first embodiment, thermal electrons flow only into the crucible 18, so the ionization current Id is smaller than that of the comparative example. In other words, the difference between the ionization current Id in the first embodiment and the ionization current Id in the comparative example represents the amount of thermoelectrons flowing into the shutter 44 .

そして、図示は省略するが、第1実施例においては、シャッタ44が開閉駆動されても、イオン化電流Idが変わらないことを、確認した。すなわち、本第1実施例においては、シャッタ44が開放状態にあるときにも、図4に○印付きの太実線で示されるイオン化電圧Vdとイオン化電流Idとの関係が、変わらないことを、確認した。これに対して、比較例においては、シャッタ44が開閉駆動されることによって、イオン化電流Idが変わることを、確認した。具体的には、比較例においては、シャッタ44が開放状態にあるときに、イオン化電圧Vdとイオン化電流Idとの関係が、本第1実施例におけるのと同様の関係になること、つまり図4に○印付きの太実線で示されるのと同様の関係になることを、確認した。 Although not shown, in the first embodiment, it was confirmed that the ionization current Id does not change even when the shutter 44 is driven to open and close. That is, in the first embodiment, even when the shutter 44 is in the open state, the relationship between the ionization voltage Vd and the ionization current Id indicated by the thick solid line marked with a circle in FIG. 4 does not change. confirmed. On the other hand, in the comparative example, it was confirmed that the ionization current Id changes as the shutter 44 is driven to open and close. Specifically, in the comparative example, when the shutter 44 is in the open state, the relationship between the ionization voltage Vd and the ionization current Id is the same as in the first embodiment. It was confirmed that the relationship is the same as that shown by the thick solid line with circle marks in .

このように、本第1実施例によれば、比較例とは異なり、シャッタ44に熱電子が流れないことが、実証された。このことは、プラズマが発生している状態でも同様である。すなわち、本第1実施例によれば、プラズマが発生している状態で、シャッタ44が開閉駆動されても、当該プラズマの密度が変化することはない。 As described above, according to the first embodiment, unlike the comparative example, it was verified that thermal electrons do not flow to the shutter 44 . This is the same even when plasma is generated. That is, according to the first embodiment, even if the shutter 44 is driven to open and close while plasma is being generated, the density of the plasma does not change.

次に、前述の要領でイットリア膜を形成するための成膜処理を行い、その過程で、シャッタ44が閉鎖状態から開放状態に遷移したときに、イオン化電流Idがどのように推移するのかを、確認した。その結果を、図5に示す。なお、図5(A)が、本第1実施例におけるイオン化電流Idの推移を示す。そして、図5(B)は、前述の比較例におけるイオン化電流Idの推移を示す。 Next, the film formation process for forming the yttria film is performed in the manner described above. confirmed. The results are shown in FIG. FIG. 5(A) shows transition of the ionization current Id in the first embodiment. FIG. 5B shows transition of the ionization current Id in the comparative example described above.

図5(A)に示されるように、本第1実施例においては、プラズマが発生した(放電開始)直後から、イオン化電流Idは、概ね80Aという一定の大きさで推移する。そして、シャッタ44が閉鎖状態から開放状態に遷移したときも、イオン化電流Idは、概ね80Aであり、つまり不変である。これに対して、比較例においては、図5(B)に示されるように、プラズマが発生した直後から、イオン化電流Idは、概ね80Aという一定の大きさで推移し、この点は、本第1実施例と同様である。ただし、シャッタ44が閉鎖状態から開放状態に遷移した直後に、イオン化電流Idが約60Aに下がり、つまり約20A(25%)も下がる。そして、このイオン化電流Idは、約1分間の時間を掛けて元の80Aという電流値に戻る。このようにイオン化電流Idが80Aという元の電流値に戻るのに約1分間の時間が掛かるのは、前述したように、当該イオン化電流Idを一定にするための制御を担う加熱制御装置42に緩やかな応答性が与えられていることによる。 As shown in FIG. 5A, in the first embodiment, the ionization current Id changes at a constant magnitude of approximately 80 A immediately after plasma is generated (discharge is started). Even when the shutter 44 transitions from the closed state to the open state, the ionization current Id is approximately 80 A, that is, unchanged. On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 5B, the ionization current Id changes at a constant magnitude of approximately 80 A immediately after the plasma is generated. This is the same as in Example 1. However, immediately after the shutter 44 transitions from the closed state to the open state, the ionization current Id drops to about 60A, or about 20A (25%). Then, this ionization current Id returns to the original current value of 80 A over a period of about 1 minute. The reason why it takes about one minute for the ionization current Id to return to the original current value of 80 A is that the heating control device 42, which is responsible for the control for keeping the ionization current Id constant, takes about one minute as described above. This is due to the gradual responsiveness.

この図5に示される結果から、本第1実施例によれば、比較例とは異なり、シャッタ44が閉鎖状態から開放状態に遷移しても、イオン化電流Idが変わらないことが、実証された。そして、本第1実施例によれば、透明なイットリア膜が形成された。これは、良好な品質のイットリア膜が形成されたことを、意味する(一般に、イットリア膜の品質は、当該イットリア膜の透明度合から判断される)。これに対して、比較例では、透明なイットリア膜は形成されず、やや黒ずんだ色のイットリア膜が形成された。すなわち、比較例では、良好な品質のイットリア膜を形成することができない。 From the results shown in FIG. 5, it was demonstrated that according to the first embodiment, unlike the comparative example, the ionization current Id does not change even when the shutter 44 transitions from the closed state to the open state. . Then, according to the first embodiment, a transparent yttria film was formed. This means that a good quality yttria film was formed (generally, the quality of the yttria film is judged from the degree of transparency of the yttria film). In contrast, in the comparative example, a transparent yttria film was not formed, and a slightly dark yttria film was formed. That is, in the comparative example, a good quality yttria film cannot be formed.

以上のように、本第1実施例によれば、プラズマを用いた成膜処理の実施において、その初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。これにより、良好な品質の被膜を良好な再現性で形成することができる。特に、被膜の下層側の界面となる部分についても、良好に形成することができる。 As described above, according to the first embodiment, the film forming process using plasma can be stably performed from the initial stage. Thereby, a good quality coating can be formed with good reproducibility. In particular, it is possible to satisfactorily form the portion that will be the interface on the lower layer side of the coating.

なお、本第1実施例においては、シャッタ44が電気的に浮遊した状態にあることで、当該シャッタ44にプラズマ中の電子が流入することが防止されたが、さらに、当該シャッタ44に、接地電位を基準とする負電位の電力が供給されてもよい。この構成によれば、シャッタ44にプラズマ中の電子が流入することがより確実に防止される。 In the first embodiment, the shutter 44 is electrically floating to prevent electrons in the plasma from flowing into the shutter 44. In addition, the shutter 44 is grounded. Negative potential power may be supplied with reference to the potential. This configuration more reliably prevents electrons in the plasma from flowing into the shutter 44 .

また、シャッタ44の形状やシャッタ駆動機構48の構造については、本第1実施例で説明したものに限らない。これらは、真空槽12内の形状や寸法などに応じて適宜に定められる。 Further, the shape of the shutter 44 and the structure of the shutter driving mechanism 48 are not limited to those described in the first embodiment. These are appropriately determined according to the shape and dimensions of the interior of the vacuum chamber 12 .

そして、本第1実施例においては、イットリア膜を形成する場合について説明したが、これに限らない。たとえば、蒸発材料22として、イットリウムに代えて、珪素(Si)が用いられることで、二酸化珪素(SiO)膜を形成することができる。また、蒸発材料22として、アルミニウム(Al)が用いられることで、アルミナ膜を形成することができる。勿論、これ以外の酸化膜を形成することができる。そして、酸化膜に限らず、炭化膜や窒化膜、炭窒化膜、酸窒化膜などを形成することもできる。この場合、反応ガスとして、アセチレン(C)ガスなどの炭化水素系ガスや窒素(N)ガスなどが、適宜に用いられる。さらに、化合物膜に限らず、単一の元素から成る単元素膜を形成することもできる。この単元素膜を形成する場合は、反応ガスの導入は不要である。いずれの被膜を形成する場合にも、プラズマ中の電子がシャッタ44に流入することはなく、成膜処理の初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。 In addition, although the case of forming the yttria film has been described in the first embodiment, the present invention is not limited to this. For example, by using silicon (Si) instead of yttrium as the evaporation material 22, a silicon dioxide (SiO 2 ) film can be formed. Further, by using aluminum (Al) as the evaporation material 22, an alumina film can be formed. Of course, other oxide films can be formed. In addition to the oxide film, a carbide film, a nitride film, a carbonitride film, an oxynitride film, or the like can also be formed. In this case, a hydrocarbon-based gas such as acetylene (C 2 H 2 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, or the like is appropriately used as the reaction gas. Furthermore, it is not limited to a compound film, and a single element film made of a single element can also be formed. When forming this single-element film, it is not necessary to introduce a reactive gas. When any film is formed, electrons in the plasma do not flow into the shutter 44, and the film formation process can be stably performed from the initial stage of the film formation process.

加えて、バイアス電力供給手段として高周波電源装置30が採用されたが、これに限らない。基板26の種類や被膜の種類に応じて、直流電源装置や非対称パルス電源装置などが採用されてもよい。ただし、基板26が絶縁性物質である場合には、チャージアップの防止のために、高周波電源装置30が採用されるのが、肝要である。 In addition, although the high-frequency power supply 30 is used as the bias power supply means, the present invention is not limited to this. A DC power supply, an asymmetrical pulse power supply, or the like may be employed depending on the type of substrate 26 and the type of coating. However, if the substrate 26 is made of an insulating material, it is essential to use the high-frequency power supply 30 to prevent charge-up.

また、前述の従来のイオンプレーティング装置におけるのと同様の膜厚センサおよび膜厚モニタが、さらに設けられてもよい。そして、これら膜厚センサおよび膜厚モニタによって求められた成膜レートが一定となるように、電子銃20の出力Wgが制御されてもよい。この構成によれば、成膜レートを一定にするための制御と、前述のイオンの生成量を一定にするための制御とが、互いに独立して行うことが可能であるので、被膜の品質や特性についての様々な要求に柔軟に対応することができる。
[第2実施例]
本発明の第2実施例について、図6を参照して説明する。
A film thickness sensor and a film thickness monitor similar to those in the conventional ion plating apparatus described above may also be provided. The output Wg of the electron gun 20 may be controlled so that the film formation rate determined by the film thickness sensor and film thickness monitor is constant. According to this configuration, the control for making the film formation rate constant and the control for making the above-mentioned amount of generated ions constant can be performed independently of each other, so that the quality of the coating can be improved. It is possible to flexibly respond to various requests for characteristics.
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本第2実施例は、本発明を図6に示されるイオンプレーティング装置10aに適用した一例である。この図6に示されるように、本第2実施例に係るイオンプレーティング装置10aにおいては、前述の第1実施例に係るイオンプレーティング装置10におけるシャッタ44および絶縁碍子46に代えて、電気的に絶縁性の物質により形成されたシャッタ44aが設けられる。これ以外の構成は、第1実施例と同様であるので、同様の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。 The second embodiment is an example in which the present invention is applied to the ion plating apparatus 10a shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the ion plating apparatus 10a according to the second embodiment, electrical is provided with a shutter 44a made of an insulating material. Since the structure other than this is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same parts, and the detailed description thereof will be omitted.

すなわち、本第2実施例におけるシャッタ44aは、それ自体が電気的に絶縁性の物質により形成されている。また、この物質としては、機械的強度が比較的に大きく、耐熱性および耐食性が比較的に高く、さらに被膜にとって不純物となるガスを発生しないことが、求められる。このような物質としては、たとえばアルミナがある。 That is, the shutter 44a in the second embodiment itself is made of an electrically insulating material. In addition, the material is required to have relatively high mechanical strength, relatively high heat resistance and corrosion resistance, and not to generate gas that becomes an impurity in the film. Such materials include, for example, alumina.

このように本第2実施例によれば、シャッタ44aが電気的に絶縁性の物質により形成されているので、プラズマ中の電子が当該シャッタ44aに流れ込むことはない。ゆえに、本第2実施例によっても、第1実施例と同様、プラズマを用いた成膜処理の実施において、その初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができる。これにより、良好な品質の被膜を良好な再現性で生成することができる。 As described above, according to the second embodiment, since the shutter 44a is made of an electrically insulating material, electrons in the plasma do not flow into the shutter 44a. Therefore, according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the film formation process using plasma can be stably performed from the initial stage. This allows good quality coatings to be produced with good reproducibility.

なお、シャッタ44aの全体が、電気的に絶縁性の物質により形成されるのではなく、当該シャッタ44aの表面のみが、電気的に絶縁性の物質により覆われることで、当該シャッタ44にプラズマ中の電子が流れ込むのが防止されてもよい。 It should be noted that the entire shutter 44a is not formed of an electrically insulating material, but only the surface of the shutter 44a is covered with an electrically insulating material, thereby preventing the shutter 44 from entering the plasma. of electrons may be prevented from flowing in.

以上の各実施例で説明した内容は、いずれも本発明の具体例であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。すなわち、これら各実施例以外の局面でも、本発明を適用することができる。 The contents described in the respective embodiments above are all specific examples of the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention. That is, the present invention can be applied to situations other than those of each of the examples.

たとえば、前述の従来のイオンプレーティング装置にも、本発明を適用することができる。すなわち、従来のイオンプレーティング装置に、本発明が適用されることによって、プラズマ中の電子がシャッタに流れ込むことが防止される。これにより、成膜処理の初期の段階から安定して当該成膜処理を実施することができ、良好な品質の被膜を良好な再現性で生成することができる。 For example, the present invention can also be applied to the aforementioned conventional ion plating apparatus. That is, by applying the present invention to a conventional ion plating apparatus, electrons in plasma are prevented from flowing into the shutter. Thereby, the film forming process can be stably performed from the initial stage of the film forming process, and a good quality film can be formed with good reproducibility.

なお、従来のイオンプレーティング装置においては、プラズマは、熱電子放射フィラメントとイオン化電極との間で発生する。そして、シャッタは、このプラズマを発生させるための陽極としてのイオン化電極に比べて、当該プラズマを発生させるための陰極としての熱電子放射フィラメントから離れた位置にある。これに対して、本発明の各実施例においては、前述したように、閉鎖状態にあるシャッタ44(または44a)とプラズマを発生させるための陰極としてのフィラメント34と間の距離は、プラズマを発生させるための陽極としての坩堝18の開口部と当該フィラメント34との間の距離と同等(50mm)である。すなわち、本発明の各実施例におけるシャッタ44(または44a)からフィラメント34までの距離は、従来のイオンプレーティング装置におけるシャッタから熱電子放射フィラメントまでの距離よりも短い。したがって、もし、本発明の各実施例におけるシャッタ44(または44a)が接地されている、とすると、このシャッタ44(または44a)に流れ込む熱電子の量は、従来のイオンプレーティング装置におけるそれよりも多い。このような構成において、本発明は極めて有益である。 In the conventional ion plating apparatus, plasma is generated between the thermionic emission filament and the ionization electrode. The shutter is then positioned farther away from the thermionic emission filament as the cathode for generating the plasma than the ionization electrode as the anode for generating the plasma. In contrast, in each embodiment of the present invention, as described above, the distance between shutter 44 (or 44a) in the closed state and filament 34 as a cathode for generating plasma is is equivalent to the distance (50 mm) between the opening of the crucible 18 and the filament 34 as the anode for allowing the That is, the distance from the shutter 44 (or 44a) to the filament 34 in each embodiment of the present invention is shorter than the distance from the shutter to the thermionic emission filament in a conventional ion plating apparatus. Therefore, if the shutter 44 (or 44a) in each embodiment of the present invention is grounded, the amount of thermal electrons flowing into this shutter 44 (or 44a) is less than that in a conventional ion plating apparatus. There are many. In such a configuration, the present invention is extremely useful.

また、本発明は、プラズマを利用して表面処理を行うとともに、シャッタを備える装置であれば、適用することができる。たとえば、スパッタ装置などにも、本発明を適用することができる。さらに、成膜処理に限らず、プラズマを用いた窒化処理や浸炭処理などの他の表面処理を行う装置にも、本発明を適用することができる。 In addition, the present invention can be applied to any apparatus that performs surface treatment using plasma and has a shutter. For example, the present invention can be applied to a sputtering device or the like. Furthermore, the present invention can be applied not only to film forming processes but also to apparatuses for performing other surface treatments such as nitriding and carburizing using plasma.

10 …イオンプレーティング装置
12 …真空槽
16 …蒸発源
18 …坩堝
20 …電子銃
22 …蒸発材料
26 …基板
30 …高周波電源装置
34 …フィラメント
36 …フィラメント加熱電源装置
38 …イオン化電源装置
40 …電流検出装置
42 …加熱制御装置
44 …シャッタ
46 …絶縁碍子
48 …シャッタ駆動機構
56 …ガス導入管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Ion plating apparatus 12... Vacuum chamber 16... Evaporation source 18... Crucible 20... Electron gun 22... Evaporation material 26... Substrate 30... High frequency power supply 34... Filament 36... Filament heating power supply 38... Ionization power supply 40... Current Detector 42 Heating control device 44 Shutter 46 Insulator 48 Shutter driving mechanism 56 Gas introduction pipe

Claims (7)

プラズマを用いて被処理物の表面に被膜を形成するためのイオンプレーティング法による成膜処理を施す表面処理装置であって、
それ自体が接地され内部に前記被処理物が配置されるとともに当該内部が排気される真空槽、
前記真空槽の内部において前記プラズマを発生させるプラズマ発生手段、
前記真空槽の内部において前記被処理物の表面に前記成膜処理が施されないようにする閉鎖状態と、当該被処理物の表面に当該成膜処理が施されるようにする開放状態と、に遷移可能なシャッタ、および
前記プラズマ中の電子が前記シャッタに流入するのを防止する防止手段を備え、さらに
前記真空槽の内部における前記被処理物の下方に配置されるとともに接地され前記被膜の材料である蒸発材料を収容する収容手段、
前記収容手段に収容されている前記蒸発材料を蒸発させる蒸発手段、および
前記収容手段を陽極とし前記被処理物を陰極として当該収容手段と当該被処理物とに所定のバイアス電力を供給するバイアス電力供給手段を備え、加えて
前記プラズマ発生手段は、
前記真空槽の内部における前記収容手段と前記被処理物との間に設けられており熱電子を放出する熱陰極、および
前記収容手段を陽極とし前記熱陰極を陰極として当該収容手段と当該熱陰極とに直流のイオン化電力を供給して、前記蒸発手段により蒸発させられた前記蒸発材料をイオン化するイオン化電力供給手段を含む、表面処理装置。
A surface treatment apparatus that performs a film formation process by an ion plating method for forming a coating on the surface of an object to be treated using plasma,
A vacuum chamber that itself is grounded, in which the object to be processed is placed and whose interior is evacuated;
plasma generating means for generating the plasma inside the vacuum chamber;
A closed state in which the film- forming process is not applied to the surface of the object to be processed inside the vacuum chamber, and an open state in which the film- forming process is applied to the surface of the object to be processed. a transitionable shutter; and prevention means for preventing electrons in the plasma from flowing into the shutter; a containing means containing an evaporative material that is
Evaporation means for evaporating the evaporation material contained in the containing means, and bias power for supplying a predetermined bias power to the containing means and the object to be processed using the containing means as an anode and the object to be processed as a cathode. A supply means is provided, and the plasma generation means is configured to:
a hot cathode that is provided between the storage means and the object to be processed in the interior of the vacuum chamber and that emits thermal electrons; and the storage means is an anode and the hot cathode is a cathode. ionizing power supply means for supplying DC ionizing power to and to ionize the vaporized material evaporated by the vaporizing means.
前記防止手段は、前記シャッタを前記プラズマ発生手段との間で電気的に絶縁する絶縁手段を含む、請求項1に記載の表面処理装置。 2. The surface processing apparatus according to claim 1, wherein said preventing means includes insulating means for electrically insulating said shutter from said plasma generating means. 前記防止手段を備えることに代えて、前記シャッタが電気的に絶縁性の物質により形成された、請求項1に記載の表面処理装置。 2. The surface processing apparatus according to claim 1, wherein said shutter is made of an electrically insulating material instead of providing said prevention means. 前記シャッタは、前記熱陰極と前記被処理物との間の第1の位置に置かれることで前記閉鎖状態となり、当該熱陰極と当該被処理物との間から外れた第2の位置に置かれることで前記開放状態となる、請求項1から3のいずれかに記載の表面処理装置。 The shutter is placed in the closed state by being placed at a first position between the hot cathode and the object to be processed, and is placed at a second position away from between the hot cathode and the object to be processed. 4. The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the open state is achieved by being opened. 前記第1の位置は、前記熱陰極と前記被処理物との間における当該熱陰極寄りの位置である、請求項に記載の表面処理装置。 5. The surface treatment apparatus according to claim 4 , wherein said first position is a position closer to said hot cathode between said hot cathode and said object to be treated. 前記イオン化電力供給手段を介して流れる電流を検出するイオン化電流検出手段、および
前記イオン化電流検出手段による前記電流の検出値が一定となるように前記熱陰極による前記熱電子の放出量を制御する熱電子放出量制御手段をさらに備える、請求項からのいずれかに記載のイオンプレーティング装置。
ionization current detection means for detecting the current flowing through the ionization power supply means; and heat for controlling the amount of thermal electrons emitted by the hot cathode so that the value of the current detected by the ionization current detection means is constant. 6. The ion plating apparatus according to any one of claims 1 to 5 , further comprising electron emission amount control means.
前記真空槽の内部に前記蒸発材料とは別の前記被膜の材料である反応性ガスを導入するガス導入手段をさらに備える、請求項からのいずれかに記載の表面処理装置。 7. The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 6 , further comprising gas introducing means for introducing a reactive gas, which is a material of said film different from said evaporation material, into said vacuum chamber.
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