JPH02290965A - 薄膜の真空蒸着システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、真空蒸着装置及び方法に関し、薄膜材料のプ
ラズマ被膜に関し、源材料を単独で或はガス状反応体と
組合せて下地上に蒸着させるための真空蒸発に関する。

〔従来の技術〕

１．築上口 １９７７年１２月７日付ドイツ国特許出願２，６２４，
００５号にはイオン被覆と呼ばれる薄膜蒸着方法が記載
されている。この方法は電子銃蒸発システムとガス放電
システムとを組合せてあり、るつぼから蒸発した材料及
び室内の雰囲気ガスはるつぼと、材料を蒸着させる下地
との間の領域内で電離される。

詳述すれば、第１図に示す真空室１は出入口２を介して
真空ポンプ（図示せず）に接続されている。水冷るつぼ
３は被膜材料４を容れている。下地５は下地支持具６に
取付けられ、下地支持具６は絶縁されたブシュ７を通し
て伸び高圧電＃８に接続されている。電子銃９は電子ビ
ーム１０を発生し、ビーム１０はコンデンサ或は電磁石
偏向器システム１１によって源材料４に導びかれる。る
つぼ３及び電子銃９は単一のユニソトを形成してもよい
。るつぼ３は、多分ブシュ１２を介して高電圧源８の正
端子に接続されている。或はるつぼ３を接地してもよい
。

動作させる場合、容器は約１０−’ｌ−ルの圧力まで排
気される。次で電子銃９のスイソチがオンされ、材料４
が電子ビーム１０によって加熱される．高電圧＃８のス
イソチがオンされるとガス放電が容器１の内側に形成さ
れ、その広がりを破線１３によって示す。るつぼ３から
蒸発した材料はるつぼと下地５との間の空間内のガス放
電１３内で電離され、材料４のイオン１４は下地５に衝
突する。

１０４トルの低い圧力においてガス放電を形成可能なら
しめるために、付加的なイオン発生装置、即ち高周波コ
イル１５がるつぼ３と下地５との間に配置され、被膜プ
ロセス中高周波電圧源１６に接続される。

このシステムは若干の欠点を呈するものと考えられる。

先ず、下地支持具６に高い直流電圧を印加するために、
このシステムは導電性の下地及び導電性の被膜材料の使
用に制限される。誘電性材料は多分被膜できるであろう
が、絶縁被膜が堆積するにつれて下地における条件が大
きく変化するために、低速度になる。導電性被膜であっ
てさえ、高い印加電圧によるイオン衝突によって下地或
は膜が原子レベルの破壊を生ずる可能性がある。第２に
、蒸着材料及び背景ガスの両者を活性化するために高周
波コイルを使用することもシステムの汎用性を制限する
。背景ガス及び源材料の活性化を独立的に制限すること
はできず、実際には１０−Ｓトルの低い推奨背景ガス圧
は発生させ得るガスイオンの数を重大に制限する。第３
に、室の内側に高周波エネルギを必要とすることが被膜
プロセスを極めて複雑にする。直流システムよりも高価
になることに加えて、高周波は生産される膜の質に影響
する恐れのあるアークを生じ易い。

２，第１回 １９８４年５月１５日付合衆国特許４，４４８，８０２
号に記載されているシステムの若干の実施例は、電子銃
蒸発システムと大電流低電圧電子源とを組合せている。

この”８０２号特許に示されている各実施例においては
、高電圧電子ビームと低電圧電子ビームとの間に限定的
な幾何学的関係が規定されている。これらの幾何学的関
係は、このシステムのこれらの成分の相対的配胃を限定
している。

第２図は市販されたものと考えられる前記゛８０２号特
許の１つのバージョンを示す。真空被膜室２１は、その
一方の側に取付けられている低電圧大電流源２２を有し
ているので、低電圧電子ビーム２３のるつぼ２４への通
路の一部は電子銃２６から発する高電圧電子ビーム２５
の通路と共通になる。支持具即ちラック２７は前記゛０
０５号出願とは異なって高電圧回路には接続されておら
ず、その代りに低電圧アーク放電２３が低電圧源２２と
るつぼ２４との間に形成される。

第２図に示し゛８０２号特許において説明されている装
置においては、低電圧源２２は、高電圧ビーム２５を案
内する磁場が低電圧アーク放電２３からの電子のビーム
をも案内するのに役立つように配列されている。これが
電子銃２６、るつぼ２４、及び低圧電子源２２間の幾何
学的配列及び位置定めを限定している。これらの幾何学
的限定に固有であるのは、真空室２１に低電圧電子源２
２を組入れるように特別に設計する必要があることであ
る。このため、この技術を標準真空被膜室に容易に適用
することができず、また既存の被膜室をこの新しい技術
で改造することは困難である。

この配列においては、反応ガスを真空室内に直接注入し
て真空室内の低圧アーク放電中で電離させる。

第２図のシステムは導電性先駆材料を使用する被膜に制
限されるものと考えられ、誘電性材料はるつぼ２４を被
膜してプラズマ即ち低圧電子ビーム２３とるつぼ２４と
の間を接続する必須低抵抗バイアス回路を迅速に変更さ
せてしまうか、或は排除さえしかねない。即ち、誘電体
被膜操作を極く短時間遂行しただけでも誘電材料がるつ
ぼ上に形成されるか、或はるつぼの表面におけるプラズ
マからるつぼへの接続の抵抗を少なくとも実質的に増加
させ、変化させるようになる。その結果、関連バイアス
源はシステムを通る必要電流を維持することが不可能に
なる。

３．　　　　　　　への　　入 典型的な従来技術による真空蒸着プラズマ被覆システム
の有効性及び汎用性を制限する別の欠点は、源材料の蒸
発特性に対するシステムの動作的惑受性である。即ち、
典型的な従来技術のシステムによる均一な、再現可能な
プラズマ被覆動作には、源材料が均一に蒸発する溶湯を
形成する必要がある。効果的な薄膜プラズマ被覆は、源
材料が非理想的溶融特性或は非溶融特性を有している場
合には阻害乃至は不能化される恐れがある。例えば、非
均一に、或は非一定速度で、或は異方的に溶融或は蒸発
する材料、或は昇華して溶融しない弗化物或は硫化物の
ような材料を被膜することは極めて困難であるか、或は
全く不可能である。

〔発明の１既要〕 Ａ．目的 本発明の主目的は、誘電性被膜材料を使用する改良され
たプラズマ被膜システム及び方法を提供することである
。

本発明の別の目的は、低電圧大電流プラズマ及び高電圧
電子ビーム蒸着源と導電性るつぼとを組合せて誘電材料
の制御された、再現可能なプラズマ被覆を遂行するシス
テム及び方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、誘電性源材料がプラズマを含
む電気回路の一部であるるつぼの中に容れられ、独特に
プラズマと共働してプラズマがるつぼを加熱し、この加
熱が電気回路の完全性を維持する結果、システムの効果
的で連続的な被覆動作が維持されるようになっている改
良されたプラズマ蒸着システム及び方法を提供すること
である。

本発明の別の目的は、熔融せずに昇華する材料を含む源
材料の非理想的、非均一溶融特性には実質的に無関係に
薄着材の均一な分布を提供する蓋付きるつぼを使用する
システム及び方法を提供することである。

Ｂ．装置 応用の一例として、本発明は合衆国特許４，７７７，９
０８号に開示されている材料を下地上に真空蒸着せしめ
るプラズマ被覆システムに適用可能であり、該システム
の改良である。

合衆国特許４，７７７，９０８号に記載のソステムは、
真空室、この室を排気するための配列、室内に取付けら
れている下地支持具、及び源材料のるつぼ或は容器を含
む。高電圧電子ビーム源は室内のるつぼの付近に位置定
めされ、高電圧電子銃と、源材料を蒸発させるために電
子銃からの電子をるつぼ内へ曲げる偏向磁石システム配
列とを含む。磁石システムはるつぼ上の領域に磁場を形
成し、蒸発させる目的で高電圧電子ビームをるつぼ内へ
導びく案内の一部となる。また、低電圧大電流プラズマ
源は室内に通じており、選択された活性化ガス種の強い
一次プラズマを発生してるつぼ及び電子ビーム源に対し
て任意の、都合の良い位置から室内に注入し、室内部に
分布させる。低電圧プラズマ源はるつぼと電気的に接続
されていてそれらの間に電流を流し、室を全体に分布し
たプラズマで満たす。分布したプラズマはるつぼ上の磁
場及びるつぼから出た蒸着材料と共働してるつぼ上及び
るつぼ内に伸びる領域に強い二次プラズマを発生する。

この強い二次プラズマは蒸着材原子を電＾■させ、プラ
ズマ領域を通過して下地に向う芸着材料を活性化する。

本発明の一つの面によれば、常１’４｝１源材料容器が
使用される。この容器は好ましくは導電性るつぼであっ
て開口即ちオリフィス付き円惟形の苫を有しており、真
空室内に位置定めされ真空室からは電気的に絶縁されて
いるが両者の間は低い電気抵抗で接続されている。るつ
ぼの蓋は、源材料を蒸発させるのに必要な温度に耐える
ことができる高温材料で形成されている。システムのり
Ｊ作中、強い二次プラズマは蒸若材原子を電離して源＋
Ａ料を活性化するだけではなく、蓋の下のるつぼ内に伸
びる。るつぼ内の強い閉じ込められたプラズマは、源材
料が非均一溶融特性であっても、或は非溶融蒸発特性で
あっても、オリフィスを均一な蒸着材料の源として作用
させる。

低電圧プラズマ源の個所における強いプラズマは、分布
したプラズマ、強い二次プラズマ及び蓋を介してるつぼ
に電気的に接続され、外部回路接続と共に低電圧電子を
低電圧プラズマ源へ戻すための電流ループを完成してい
る。上述のようにオリフィスにおいて均一な源を提供す
ることに加えて、蓋は主として低電圧プラズマ源からの
低電圧電子によって加熱され（るものと考えられ）、従
って非導電性薄着材料が蒸着することなく清浄に保たれ
る。蒸着すれば、低電圧電子の低抵抗電流戻り路が遮断
され、被覆プロセスは終了せしめらる。以上の如く、常
陽極るつぼによれば、電気絶縁材料或は絶縁物形成材料
を使用して真空室内の下地上にオリフィスを介して蒸着
せしめることができる。

木常陽極、蓋付きシステムは前記゛９０８号特許の種々
の長所を保持する。例えば、活性化ガスが蒸着材料と反
応する場合には、蒸着した薄１ｉは蒸着材及び反応ガス
種の両方の組成を有する。活性化された蒸発（付加的ガ
ス種と蒸着材とが反応しない）、及び活性化された反応
蒸発（付加的なガス種と蒸着材とが化学反応）の両方の
場合、蒸着した薄膜は改善された薄膜特性を有する。

Ｃ．力一法 本発明は、源材料容器がプラズマを含む電気回路の一部
であるプラズマ被覆方法の改良にも関し、一つの面によ
れば本方法は容器に蓋を設け、プラズマを用いてこの蓋
を加熱する。前述の如く、これにより蓋は清浄に保たれ
るのでプラズマとるつぼとの間の低抵抗電気路は蓋を通
してを維持される。

一つの特定の面においては、本発明は合衆国特許４，７
７７，９０８号に開示されているプラズマ被覆方法の改
良であり、薄膜誘電体被膜のような電気鞄縁体を含む薄
膜被膜を蒸着させる方法を特色とする。本方法は、真空
室内に下地を配置し、蒸着材料源と下地との間の視線内
に源限定開口を有する高温導電性の蓋を有する導電性容
器内の源材料を、真空室内において蒸着せしめる諸段階
を具備する。

選択されたガス種の強いプラズマを真空室に通じている
少なくとも１つの分離した室内に発生させ、真空室を全
体に分布したプラズマで満たす。この強いプラズマ、容
器の蓋、及び容器は、真空室内の分布したプラズマ及び
真空室外の回路接続の両方を通る電流のための電気回路
内に結合されている。

事前に形づくられた特性の磁場が室の上方領域に発生さ
れ、高電圧電子ビームを室内へ導びき蒸着材料の源を加
熱して該材料を蒸発させるのに用いられる。また、この
磁場は分布したプラズマ及びるつぼから出た舊着材料と
共働して室の上の磁場内の領域及び開口を通して室内へ
伸びる強い二次プラズマを形成させ、それによって蒸着
材料を活性化して下地上に有向蒸着せしめる。強い二次
プラズマは、低電圧源とるつぼとの間の電流をほぼ１桁
或はそれ以上増加させ、また開口を均一な蒸着材の源と
して作用可能ならしめる。

オリフィスにおいて均一源を提供する他に、蓋は見掛け
上主として低電圧プラズマに関連する低電圧電子によっ
て加熱され、従って本質的に蒸着材料の膠着効果はゼロ
となる。その結果蓋は清浄に保たれ、るつぼへの低抵抗
電流通路を遮断して被覆プロセスを妨害乃至は終了させ
る蒸着材料の蒸着は皆無となる。低電圧電子を流すため
の電気回路が、熱く清汗な蓋／陽極を通して損われるこ
とがないので誘電体或は誘電体形成源材料を使用しても
被覆プロセスは妨害されることなく続行することが可能
となる。

他の目的、特色及び長所は以下の添付図面に裁く説明か
ら明白になるであろう。

〔実施例〕

Ａ．構造及び動作の概要 第３図は、本発明を実施したプラズマ被覆システム２８
の概要図である。詳述すれば、システム２８は真空室２
９を具備する。室２９の中に、典型的には室２９の頂部
に配置されている二重回転取付けシステム４１上に、下
地４２が位置ぎめされている。回転する蓋付き常陽極る
つぼ３０、高電圧電子ビーム銃３１及び低電圧プラズマ
源３２が真空室２９内に取付けられている。るつぼ３０
及び高電圧電子銃３１は、通常の態様で室２９の底に取
付けられている。真空ボンプ２９Ａは真空室２９と通じ
ていて室内を処理に必要な圧力レベルに維持する。

第３図及び第４図に示す現在では好ましい実施例におい
ては、るつぼ組立体３０は、垂直軸を中心として回転す
る容器１７、及び容器１７上に取付けられている高温導
電性るつぼＭ１８を含み、蓋１８に設けられている開口
３９を通して蒸発した材料４４が室２９内へ放出される
。後に詳述するように、この特別な常陽極るつぼ３０は
下地に誘電体膜をプラズマ被覆する際に固有の問題を解
消し、システム２８を室２９内における便利で再現可能
な誘電体プラズマ被覆に適合せしめる。

ほぼ平行な一対の偏向磁石５ｌが高電圧電子ビーム銃３
１上に取付けられ、２７０゜の弧に亘ってビーム３３を
導びいてるつぼ３０内に到達させる（第３図には一方の
磁極片５１を示してある）．，標（＄磁気集束配列のシ
ステム及び動作の詳細に関しては前記゛９０８号特許を
参照されたい。図示のシステムには、例えば９０°偏向
システムのような他の偏向システムを使用することがで
きる。

動作をさせるには先ず低電圧大電流源配列３２をスイソ
チオンして酸素或は窒素のような選択された付加的ガス
（活性化ガスとも呼ばれる）の強いプラズマを発生させ
る。この配列３２は、低電圧源に付随するプラズマ発生
室領域３５に通している。プラズマ発生室領域３５内の
強いプラズマは出入口３５Ａを通して徐々に真空室２９
の内部に達し、真空室内全体に分布するプラズマ３６を
形成する。

電子銃３１及び関連集束磁石をスイノチオンすると、銃
からの高エネルギ電子のビーム３３は開口３９を通して
るつぼ３０内に達し、源材料４４を加熱するので材料は
るつぼ３０から蒸発し始める。るつぼ上の領域３７の電
気抵抗は、温度が上昇しるつぼからの蒸発速度が増大す
るにつれて徐々に低下する。領域３７の局所的な高い藤
気圧がこの領域内の電離効率を増大させる。更に、高電
圧電子ビーム３３のための偏向システムからの磁場の一
部が室２９内の汎用プラズマ３６からの電子に螺旋運動
を生じさせてるつぼ３０に向わせるので、強い二次プラ
ズマがるつぼ上の領域３７内に発生し源材料４４上のる
つぼの内部３８まで伸びる。領域３７及び３８内のこの
二次プラズマの形成により、るつぼ３０と低電圧源３２
との間の電流は、例えば２或は３アンペア程度の大きさ
から２０乃至１００アンペア或はそれ以上まで増加する
。しかし、電流がこのように増加しても、真空室２９内
の汎用プラズマ領域を通して低電圧プラズマ源３２とる
つぼ３０との間に限定されたアーク放電路は存在しない
。

この型のシステムの綜合動作を理論的観点から正確に記
述することは困難であるが、最もそれらしい説明は、低
電圧プラズマ源３２が真空室２９の内部に分散している
汎用プラズマ雲３６を通して二次プラズマ領域３７及び
３８から滅結合されるらしい。電子及び活性化されたガ
ス分子は低電圧ａ３２から室内に放出され、電子及び電
離したガス分子のプラズマ雲を形成する。次に、二次プ
ラズマ領域３７及び３８において、分離したメカニズム
が動作して低電気抵抗の領域を通して分布したプラズマ
から電子を高速で引き出し、大電流を発生させる。

図示システムは、従来技術の他のイオン被覆システムと
同様に、金属を下地上に蒸着せしめて金属の化学的組成
を変更することなく金属薄膜を発生させることができる
。この場合、付加的ガスは下地上に蒸着される前の蒸気
化した金属粒子と反応しないガス種である。加えて、及
び独特なことであるが、本発明のシステム及び方法は、
室内の下地上に誘電体膜を形成させるのにも使用可能で
あ。この場合には、源材料は金属種であることが好まし
く、或は金属酸化物が関係している場合には部分的に酸
化した源材料と、活性化ガスとして金属酸化物膜を形成
させるには酸素を、また金属窒化物膜を形成させるには
窒素を選択することになろう。

Ｂ．るつぼの構造と動作 前述の如く、我々の知る従来技術による真空蒸着プラズ
マ被覆システム（例えば第１図及び第２図に示す如きシ
ステム）は誘電体薄膜の被膜を効果的に形成することは
できない。

第４図及び第５図は本発明による蓋付き“常陽極”るつ
ぼの２実施例を示し、これらのるつぼは誘電材料をプラ
ズマ被覆する第３図のプラズマ被覆システム２８に適用
される。本明細書に使用する“常陽極”るつぼなる語は
、誘電体被膜の堆積を阻止してるつぼとプラズマとの間
の低抵抗電気接続を保持するるつぼの構造及び動作を指
すことを銘記されたい。

第４図に示す好ましい実施例において、るつぼ３０は高
温導電性容器１７を含み、この容器はプラズマ被覆源材
料４４を容れている。耐熱性導電性材料製の円錐形の蓋
１８は、ねじ２０による等で容器１７に取付けられてい
る締付け環即ちつば１９によって容器１７の頂部に固着
されている。

つば１９は高融点材料であり、また高温プラズマ環境に
おける腐食に高度に耐える。蓋１８の頂部に形成されて
いる開口３９により、電子銃３１からの高電圧電子ビー
ムをるつぼ内に集束することができ、また源材料からの
蒸発物を放出することができる。

第５図に蓋付きるつぼの別のバージョンを３０Ａで示す
。この実施例は、フランジ付き容器ボデー１７Ａを含む
。円錐形或はドーム型の蓋１８Ａはねし２０等によって
フランジ１９Ａに取付けられる。

締付け環１９の熱質量及び熱伝導が動作中に締付け環１
９の周辺を比較的低温に維持し、ひずみを大きく減少さ
せるので、第４図に示す締付け環バーションのるつぼ３
０が好ましい。

第４図及び第５図に示す蓋付き常陽極形態は、標準るつ
ぼに比して若干の動作的長所を有している。第１の、そ
して主たる重要性は、誘電体薄膜の真空蒸着中に、誘電
体材料が蓋上に形成されないことである。蓋はプラズマ
動作中に加熱されることが観測されている。この加熱は
、一次的には低電圧プラズマ源３２からの低電圧電子（
これらの電子は電子銃３１からの高電圧電子ビームに関
連する偏向磁石５１によって発生される磁場を螺旋降下
する）によって、また二次的には電子銃３１からの電子
によって行われるものと考えられる。加熱された蓋の表
面は蒸着材料に対して実質的にＯ膠着係数を有する。従
って、蓋の表面は清浄を保ち（即ち、誘電体材料の堆積
を生じない）、蓋及びるつぼへの低抵抗電子回路が維持
される。

蓋付き常陽極るつぼはまた、源材料の蒸発の均一性を強
め、均一な蒸発源として作用するのでプラズマ被覆シス
テムの動作能力を改善し、延長する。前述のように、動
作中二次プラズマはオリフィス即ち開口３９を介してる
つぼの内側の蓋の下側の比較的閉じ込められた領域３８
内へ伸びる。

その結果得られる強い高圧力プラズマは室の容積全体に
分布し、電子ビーム３ｌによって打たれる領域ではなく
実質的に全表面に亘って源材料の均一な蒸発が促進され
る。また、るつぼ３０内に得られる比較的高い圧力がオ
リフィス即ち開口３９を通る蒸着材種を加速するので、
オリフィス３９は均一な源として作用する。

蒸発の均一性を強め、蒸着材の均一な源として機能する
ために、蓋付きるつぼは非理想的溶融特性を有する広範
囲の源材料を使用して効果的で均一な再現可能なプラズ
マ被覆を行うことが可能である。更に、昇華する若干の
弗化物或は硫化物のような非溶融材料を使用することが
可能である。

るつぼの中へ伸びる強いプラズマ３７及び３８は、るつ
ぼの壁への電子に対して低抵抗路を与える。

現在では好ましく動作している実施例においては、るつ
ぼ容器ｌ７は銅であり、蓋１８はタンタルであり、締付
け環１９はステンレス鋼である。

タンタルは、その高い融点故に銅の代りに蓋に使用され
ているのである。２５．４ｍｍ（１インチ）の直径のオ
リフィス即ち開口３９が用いられている。

勿論、当業者ならば他の適当な材料を容易に選択できる
であろう。例えば、タングステンはタンタルよりも製作
に若干の困難性を伴うが、タングステンはより高い融点
を有しており、従って極めて高い温度応用に対して選択
される材料であろう．また、本システムを我々が理解す
るところでは、オリフィス即ち開口３９の直径を２５．
４ｍｍとすることは、るつぼ内に干渉することなく高電
圧電子ビームを集束可能ならしめるであろうほぼ最小の
寸法であるという点だけで臨界的である。

図示の蓋の日錐形は決定的なものではなく、より大きい
或はより小さい凹面率でも動作する。事実、平坦な或は
ほぼ平坦な蓋でも動作するが、ひずみを生じやすい。

Ｃ．システムの操作 以下に第３図及び第７図を用いて本発明のシステムの操
作を説明する。システムのスイノチをオンし、低電圧大
電流源３２を付活する時に、アルゴンをフィラメント空
洞９６内へ注入し、付加的ガス（例えば酸素或は他の反
応ガス、及びアルゴンのような非反応ガスの両方或は何
れか一方）をアパーチャ仮１１１の上に注入する（合衆
国特許４，７７７，９０８号参照）。

第７図のバイアス電源１５１の負端子はフィラメント電
流源１５２に接続され、源３２のフィラメント回路網に
直流バイアスを与える。バイアス電源１５１の正端子は
第７図に示すように、電子ビーム銃るつぼ３０と、３０
オームの電圧降下用抵抗を通して接地と、白熱電球１５
５を通してアパーチャ板とに接続されている。電流は流
れないから、室及びアパーチャ板はフィラメントに対し
てあるバイアス電位にある。

次に、高電圧電子銃３１を付勢して源材料をバーンダウ
ンし、蒸発のための準備を整える。バーンダウンの後に
銃３１のフィラメントを減熱するか或はオフにして蒸発
を停止させるが、電子ビーム銃磁気コイルは付勢したま
まにする。

源３２の低電圧電子源磁石９９を磁石電源１５０によっ
て付勢し、フィラメントバイアス電源１５１を増勢して
フィラメントを加熱する。フィラメントの温度が上昇す
るにつれて電子が放出され、フィラメントから源３２の
アパーチャ板１１１ヘアークが発生する。第７図に示す
ように、アパーチャ板１１１と回路接地との間に白熱灯
１５５を接続してフィラメントとアバーチャ板との間に
初期電流を流すことが好ましい。この白熱灯１５５は、
このプラズマの始動期間中に低抵抗（実質的に完全短絡
）として作用する。アークが発生すると電流がプラズマ
を通して流れ、白熱灯１５５の抵抗が増加してフィラメ
ントとアパーチャ板との間の電圧を降下させる。

フィラメントとアパーチャ板１１１との間に発生する初
期アークは強いプラズマを作り、このプラズマはアパー
チャを通して引き出し得る電子の源として作用する。引
き出された電子は低電圧源のコイル９９の磁場に沿って
最寄りの陽極まで螺旋運動する。始動時のこの段階にお
いては、最寄りの陽極は通常は室接地されている。

プラズマは低電圧源室９７内部の磁石コイル９９の内側
に形成され、より大きい真空室２９内に拡がり、３６で
示すように磁石コイルからの距離が増すにつれてより拡
散する。磁石コイル９９は、例えば１０００巻回を通し
て６アンペアで付勢されるが、この電流値は臨界的では
なく４乃至１５アンペアの範囲の電流値で満足すべき動
作を行う。

次で電子銃３１のフィラメントを増勢して源材料４４の
蒸発を開始させる。蒸発材束が増加するにつれてその若
干が電子ビーム銃電子及び分布したプラズマ３６からの
電子の両方或は何れか一方によって電離される。その結
果、導電性のプラズマが電子銃るつぼ上の磁場領域３７
からるっぽ３２内の領域３８まで形成される。

この導電性プラズマがるつぼ上の磁場の周縁まで伸びる
につれてそれは室プラズマにとって室壁よりも接近しや
すい陽極となる。バイアス電流は、源材料が蒸発し始め
る前の約１〜３アンペアから蒸発が行われている時の３
０〜５０アンペア或はそれ以上まで増加する。

従って、動作状態の下で３つの明確なプラズマ領域が存
在する。低電圧源ののどに形成されるプラズマは電子と
、アルゴン及びこの源を通して導人されたガスのイオン
とから形成されている。るつぼ上の領域３７内の及びる
つぼ内部３８内へ伸びる強いプラズマは電子と、電離し
た源材料と、小さい割合の電離した背景ガスとからなる
。室２９全体に分布する全く均一なプラズマ３６はほぼ
等電位であるが、２つの強いプラズマを電気的に接続す
る。

室内へ導入される全てのガスは低電圧源室を通過し、ま
た蒸着材は全て電子ビーム源プラズマを通過するから、
両種に極めて高度な電離を得ることができる。反応ガス
及び源材料の電離の相対的度合は、２つの磁場の相対強
度を変えることによって微細に調整できる。しかし、電
子ビーム銃磁場に対する要求は医発プロセスの必要性に
よっても決定される。一旦電子ビーム銃設計が固まると
、その磁場を調整する自由度は殆んどない。２つの磁場
の相対強度は、低電圧電子源を調整することによって、
及び合計バイアス電流を維持するのに必要ならばハイア
ス電圧を変化させることによって変化させることができ
る。低電圧源における強いガスプラズマ及び２つの強い
プラズマの微細調整能力が、パルカーによって報告され
た結果と比較して、本システムを用いて得られる改善さ
れた膜特性の原因となっている。

始動中の上記操作順序は説明の目的のためのものである
ことを理解されたい。この順序は、平衡状態に影響を与
えることなく変化することができる。

Ｄ．！ 以下の表は、誘電体を含む異なる材料を被膜するために
本プラズマ被覆システムを使用した記録例である。

最終被膜組成 開始蒸発材料 電子銃電圧（ｋＶ） 電子銃電流（Ａ） 電子銃集束電流（Ａ） 室の開始温度 糞 動二］Ｌ二桝 ＺｎＳ ＺｎＳペレソト ４．０ ０．１〜０．２ ０．９０ 周囲〜１３０℃ ＣｅＦ３ ＣｅＦ．ペレソト ４．５ 〈０．１ １．０５ 周囲〜１３０゜Ｃ バイアス電圧（Ｖ） バイアス電流（Ａ） 酸素流！ｉｔ（ｓｃｃｍ） アルゴン流量（ｓｃｃｍ） アルゴン流ｉｔ（ｓｃｃｍ） 室圧力（トル） ３０〜６０ １×１０−３ ３０〜６０ １ｌ １　Ｘ　１０−３ 屈折率　２μｍ　　　　　　２．３　　　　　　１．６
１０μｍ　　　　　　　　　２．２　　　　　　　　　
１．５３Ｅ．付加的な変形装置 変形として、るつぼ３０の下の真空室内に一時的にスパ
ソタ遮蔽を挿入してプラズマ及び蒸着種をスパンタ遮蔽
のこの位置の下に閉じ込めることができる。このように
すると、電子ビーム銃３１或は低電圧＃３２を遮断する
ことなく、下地上への実際の蒸着の開始及び停止の観点
から総合蒸着プロセスを制御することができる。

本発明は単一のるつぼ及び電子銃源の使用に限定される
ものではないことを理解されたい。それに代って、下地
上に異なる材料の層が交互する多層薄膜被膜を蒸着させ
るために、単一の蒸着システム室内に複数の源るつぼ及
び電子銃を使用することができる。二重るつぼ及び電子
銃配列を第６図に示す。この配列においては、源配列２
１０及び２１１は、下地上に異なる材料の薄膜層を生し
させるために順次に動作させることが可能であり、或は
単一の薄膜層内に蒸着材料の混合体を生しさせるために
同時に動作させることも可能である。

この後者の技術は、一方の源が金属を、そして他方の源
が誘電体材料を蒸発してサーメソト層を形成させるのに
有用であろう。即ち、この二重源配列は活性化された酸
素ガスを使用して混合金属酸化物層を形成させるのに使
用することができる。

開口付き蓋の便益の若干は、例えば容器１７の頂部に位
置ぎめした１或はそれ以上の耐熱フィラメントのような
他の加熱された陽極構造によっても得られる。このよう
な配列は低膠着係数の常陽極として作用するが、均一な
源効果のような長所は提供しない。

更に第６図を参照する。低電圧大電流プラズマ′ｒＡ２
１５と、源配列の分離したるつぼとを接続する回路内に
随意的に可変抵抗２１２及び２１３を挿入することがで
きる。これらの抵抗は、それぞれのるつぼ上に分離して
いる２つの二次プラズマ領域から流れる電流を別々に調
整する手段を提供する。一方の電子銃を遮断した時、実
質的に全ての電流が実際に蒸発を行っている電子銃に関
連するるつぼへ流れる。他方の回路には小さい漏洩電流
が流れるだけである。可変抵抗は、同時蒸発状態の下で
２つの分離したるつぼからの薄着材の電離活性化を平衡
させるための付加的な制御要素（即ち電子ビーム電流に
付加される）を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来技術によるプラズマ被覆シス
テムの概要圀であり、 第３図は、本発明のプラズマ被覆システム及び方法の好
ましい実施例の概要図であり、第４図は、本発明による
蓋付き常陽極るつぼの現在では好ましい実施例の概要図
であり、第５図は、本発明の原理を実現した蓋付き常陽
極るつぼの変形実施例であり、 第６図は、変形多重るつぼシステムを示し、第７図は、
本発明によるシステムの電源及び電気接続の回路図であ
る。 １・・・・・・真空室、　　　　　２・・・・・・出入
口、３・・・・・・るつぼ、　　　　４・・・・・・被
膜材料、５・・・・・・下地、　　　　　　６・・・・
・・下地支持具、７・・・・・・プシュ、　　　　　８
・・・・・・高圧電源、９・・・・・・電子銃、　　　
　ＩＯ・・・・・・電子ビーム、１１・・・・・・偏向
器システム、　　１２・・・・・・ブシュ、１３・・・
・・・ガス放電、　　　１４・・・・・・イオン、ｌ５
・・・・・・高周波コイル、 ｌ６・・・・・・高周波電圧源、 １７・・・・・・るつぼの容器、１８・・・・・・蓋、
１９・・・・・・締付け環、　　２０・・・・・・ねじ
、２１・・・・・・真空被膜室、　２２・・・・・・低
電圧大電流源、２３・・・・・・低電圧電子ビーム、　
２４・・・・・・るつぼ、２５・・・・・・高電圧電子
ビーム、　２６・・・・・・電子銃、２７・・・・・・
ラノク、　　２８・・・プラズマ被覆システム、２９・
・・・・・真空室、　　　　２９Ａ・・・・・・真空ポ
ンプ、３０・・・・・・るつぼ、　　　　３１・・・・
・・高電圧電子銃、３２・・・・・・低電圧プラズマ源
、 ３３・・・・・・高電圧ビーム、 ３５・・・・・・プラズマ発生室領域、３５Ａ・・・・
・・出入口、　３６・・・・・・分布したプラズマ、３
７・・・・・・るつぼ上の領域、 ３８・・・・・・るつぼ内部、３９・・・・・・開口、
４１・・・・・・二重回転取付けシステム、４２・・・
・・・下地、　　　４４・・・・・・蒸着源材料、５１
・・・・・・偏向磁石、 ９６・・・・・・フィラメント空洞、 ９７・・・・・・低電圧源室、　９９・・・・・・磁石
、１１１・・・・・・アパーチャ板、１５０・・・・・
・磁石電源、１５１・・・・・・バイアス電源、 １５２・・・・・・フィラメント電流源、１５５・・・
・・・白熱電球、２１０，２１１・・・・・・源配列、
２１２，２１３・・・・・・可変抵抗、２１５・・・・
・・低電圧プラズマ源 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ．　２ ＦＩＧ．　４ ＦＩＧ，　５ 手 続 補 正 書（方式） 平成 年 月 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空室内に位置ぎめされている下地上へるつぼから
   材料を真空蒸着させるために、プラズマを形成させ該プ
   ラズマを介してるつぼに電気的に接続されるプラズマ源
   を有する真空室システムであって；前記るつぼは高温導
   電性の蓋を有する容器を含み、蓋は材料をるつぼから下
   地へ蒸着させるための開口を有し、容器がプラズマによ
   って加熱されることにより蓋上へ蒸発物の堆積が制限さ
   れるためプラズマと外部回路接続との間の電気接続が維
   持されるようにしたことを特徴とするシステム。 ２、るつぼは、事前に選択された源材料を容れる導電性
   容器と、この容器から外方へ伸びる蓋とを具え、真空室
   から電気的に絶縁されているが真空室との間に低い電気
   抵抗を有しており、システムが更に； 少なくとも１つの下地を保持するために真空室内に取付
   けられている下地保持具、 高電圧電子銃と、銃からの電子をるつぼ内へ曲げてその
   中の事前に選択された材料を蒸発させるためにるつぼ上
   の領域に事前に配列された特性の磁場を形成する偏向磁
   石システムとを含み、るつぼの近傍の真空室内に位置ぎ
   めされている高電圧電子ビーム源、及び 真空室に関係づけられた分離したプラズマ発生室内に選
   択された活性化ガスの強い第１のプラズマを発生させて
   真空室内へ注入するように動作し、るつぼ及び電子ビー
   ム源に対しては任意の便宜位置に位置ぎめされ、るつぼ
   との間に電流を流すようにるつぼに電気的に相互接続さ
   れている低電圧大電流プラズマ源 を具え、 プラズマ源は真空室を全体に分布したプラズマで充満し
   、分布したプラズマはるつぼ上の磁場及びるつぼから出
   た蒸発材料と共働してるつぼ上の領域内及びるつぼ内へ
   伸びる強い第２のプラズマを形成させ、下地へ向って該
   領域を通過する蒸発材料を活性化して該材料からなる真
   空蒸着された薄膜を生じさせ、また蓋を加熱して蓋に蒸
   発材料が実質的に膠着しないように保ちプラズマとつる
   ぼとの間の低い電気抵抗接続を維持する ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 ３、選択された活性化ガス種は蒸発材料と反応し、下地
   上に蒸着される薄膜は蒸発材料と活性化ガス種との化学
   的組合せを含む請求項２記載のシステム。 ４、第１のるつぼから実質的に離間した位置において真
   空室内に位置ぎめされ、真空室から電気的に絶縁されて
   いるが真空室との間に低抵抗電気接続を有し、下地上へ
   蒸着させる事前に選択された第２の材料を容れるための
   第２の導電性るつぼ、及び 第２のるつぼの近傍で且つ第１の電子ビーム源との相互
   作用を避けるために該源から離間して真空室内に位置ぎ
   めされ、高電圧電子銃と、銃からの電子を第２のるつぼ
   内へ曲げてその中の事前に選択された材料を蒸発させる
   ために第２のるつぼ上の領域に事前に配列された特性の
   磁場を形成する偏光磁石システムとを含む第２の高電圧
   電子ビーム源 をも具え、 第２のるつぼは、低電圧大電流プラズマ源に電気的に接
   続されて両者の間に電流が流れ、真空室に充満するプラ
   ズマは第２のるつぼ上の磁場及び第２のるつぼから出た
   蒸発材料と共働して第２のつるぼ上の領域内に強い第２
   のプラズマを形成させ、下地へ向って該領域を通過する
   蒸発材料を活性化して下地上に蒸着せしめることを特徴
   とする請求項２記載のシステム。 ５、被膜の蒸着を促進するために、真空室内のプラズマ
   に電気的に接続されている容器内に容れた少なくとも１
   つの第１の蒸着材料の源を蒸発させることによって真空
   室内の下地上に薄膜の被膜を真空蒸着させるのに適する
   方法であって、容器上に導電性の開口付き蓋を設け、 前記プラズマを介して蓋をプラズマ加熱して蒸着材料の
   蓋への蒸着を抑圧して電気接続を維持する ことを特徴とする方法。 ６、蓋の開口が比較的理想的な蒸着材料の源として機能
   する請求項５記載の方法。