JPH11269636A

JPH11269636A - 真空成膜装置

Info

Publication number: JPH11269636A
Application number: JP7895898A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kisoda; 欣弥木曽田; Eiji Furuya; 英二古屋; Ryoichi Daito; 良一大東
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd; Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd; Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-05
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: JP4074370B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ放電の連続安定維持時間を長くする
こと、成膜速度の向上を可能とした真空成膜装置を提供
する。【解決手段】真空チャンバー１２内に向けてプラズマ
ビーム２２を生成する圧力勾配型プラズマガン１１と、
このプラズマガン１１の出口部に向けて突出させた真空
チャンバー１２の短管部を包囲するように設けられ、プ
ラズマビーム２２の横断面を収縮させる収束コイルとを
備え、プラズマビーム２２により真空チャンバー１１内
に配置した基板１３上に薄膜を形成する真空成膜装置で
あって、この真空成膜装置は、前記出口部にこのプラズ
マビーム２２の周囲を取囲み、電気的に浮遊状態として
突出させた絶縁管１と、前記短管部内にて絶縁管１の外
周側を取巻くとともに、前記出口部よりも高い電位状態
とした電子帰還電極２とを設けて形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的絶縁性物質
からなる薄膜を基板上に形成する真空成膜装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、導電性物質あるいは絶縁性物質の
薄膜を基板上に形成する真空成膜装置は公知であり、図
１２は、その内のイオンプレーティング装置、図１３は
プラズマＣＶＤ装置を示している。このイオンプレーテ
ィング装置は、圧力勾配型プラズマガン１１により真空
チャンバー１２内にプラズマを発生させて真空チャンバ
ー１２内に配置した基板１３上に蒸着により薄膜を形成
するものである。

【０００３】さらに詳説すれば、プラズマガン１１は、
放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５
と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された
環状の第１中間電極１６、第２中間電極１７を備え、陰
極１５側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプ
ラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバー
１２内に向けて流出させるように配置されている。真空
チャンバー１２は、図示しない真空ポンプに接続され、
その内部は所定の減圧状態に保たれている。また、真空
チャンバー１２の第２中間電極１７に向けて突出した短
管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するよ
うに収束コイル１８が設けられている。真空チャンバー
１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続され
た導電性材料からなるハース１９が載置されており、こ
のハース１９上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるい
は絶縁性の蒸着材料２０が収められている。さらに、ハ
ース１９の内部にはハース用磁石２１が設けられてい
る。

【０００４】そして、第２中間電極１７から蒸着材料２
０に向けてプラズマビーム２２が形成され、蒸着材料２
０が蒸発させられ、基板１３の下面に付着し、薄膜が形
成される。なお、このプラズマビーム２２に対して、収
束コイル１８は横断面を収縮させる作用を、また磁石２
１は焦点合わせおよびプラズマビーム２２を曲げさせる
作用をしている。

【０００５】一方、図１３に示すプラズマＣＶＤ装置
は、上述した装置のハース１９、蒸着材料２０、磁石２
１に代えて、放電電源１４のプラス側に接続されたアノ
ード３１、このアノード３１の背後、即ちプラズマガン
１１とは反対の側に配設したアノード用磁石３２および
原料ガス供給管３３を設けたもので、他は図面上、実質
的に同一である。そして、原料ガス供給管３３から真空
チャンバー１２内に原料ガスと反応ガスを供給し、これ
らをプラズマにより分離結合させることにより基板１３
に蒸着させて基板１３上に薄膜を形成するようになって
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１２、図１３に示す
従来の装置により電気的絶縁性物質からなる薄膜を形成
する場合、ハース（アノード部）１９の表面、真空チャ
ンバー１２の内面等に絶縁性物質が付着し、特に、ハー
ス１９の表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チ
ャンバー１２内で通電不能となる結果、電極各部がチャ
ージアップする現象が時間経過とともに進行する。この
ため、プラズマビーム２２に対する連続的な安定制御が
できなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が
生じる。なお、このような現象が生じた場合、通電不能
となった部分に入射しようとした電子は反射され、イオ
ンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気
的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返
されることとなる。

【０００７】また、真空チャンバー１２内には、プラズ
マビーム２２を制御するための磁場が存在しており、上
述した反射された電子、即ち反射電子の動きはこの磁場
により制約を受ける。したがって、プラズマガン１１を
使用して絶縁性物質からなる薄膜を連続的、かつ安定し
て形成するためには、磁場分布状態が最適で、絶縁性の
膜が付着しにくい位置に適正な反射電子帰還電極を設け
る必要がある。ところで、前記反射電子の大部分は、強
制的に反射帰還経路を変更させない限り、照射ビームを
制御している磁場の影響を受けて、この磁場に沿って照
射ビームの経路を逆流しようとする。換言すれば、照射
ビームと反射電子ビームとは、ほぼ同じ経路を往復する
状態になるが、照射ビーム中の電子に比して、反射電子
の方が反射、散乱により収束度は悪く、加速電圧も小さ
くなる。

【０００８】このため、反射電子帰還電極に入射する電
子ビームは、プラズマガン１１からの照射ビームである
プラズマビーム２２とは分離される必要がある。この分
離がなされなければ、反射電子帰還電極に直接流れ込む
照射ビームが発生し、蒸着材料側，或いはアノード側に
至る照射ビーム量が減少して、薄膜形成効率が低下する
だけでなく、陰極１５と反射電子帰還電極との間に直接
放電が生じることにより、放電自体が異常なものとな
る。また反射電子帰還電極は、絶縁性物質の付着防止の
観点からすれば、真空チャンバー１２内の薄膜材料を発
生させる部分（図１２：蒸着材料２０の位置、図１３：
原料ガス供給管からのガス流出口）からできるだけ離れ
た位置に設けるのが好ましく、小型化という観点からす
れば、できるだけ収束コイル１８に近い位置に設けるの
が好ましい。本発明は、斯る従来の問題点をなくすこと
を課題として、また上述した考察に基づいてなされたも
ので、プラズマ放電の連続安定維持時間を長くするこ
と、成膜速度の向上を可能とした真空成膜装置を提供し
ようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、真空チャンバー内に向けてプラズマビ
ームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、このプラズ
マガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバー
の短管部を包囲するように設けられ、前記プラズマビー
ムの横断面を収縮させる収束コイルとを備え、前記プラ
ズマビームにより前記真空チャンバー内に配置した基板
上に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記出口部
にこのプラズマビームの周囲を取囲み、電気的に浮遊状
態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて前記絶
縁管の外周側を取巻くとともに、前記出口部よりも高い
電位状態とした電子帰還電極とを設けた構成とした。

【００１０】また、第２発明は、前記電子帰還電極に、
この電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の側の面
に沿って摺動して、前記面への付着物を除去するワイパ
ーを設けた構成とした。

【００１１】さらに、第３発明は、前記電子帰還電極の
前記プラズマガンとは反対の側の面を凹凸形状に形成し
た。

【００１２】さらに、第４発明は、前記短管部の開口部
に、多数の貫通部を全面にわたって万遍なく散在させ、
かつ、中央部にプラズマビームの通過口を有するバッフ
ルプレートを、前記プラズマビームを横切るように配置
した構成とした。

【００１３】さらに、第５発明は、前記電子帰還電極を
水冷構造とした。

【００１４】さらに、第６発明は、前記バッフルプレー
トをを水冷構造とした。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図面
にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態
に係るイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装
置を示し、図１２に示す装置と実質的に同一の部分につ
いては、同一番号を付して説明を省略する。この真空成
膜装置では、プラズマガン１１の出口部にプラズマビー
ム２２の周囲を取囲み、電気的に浮遊状態として突設し
た絶縁管１と、真空チャンバー１２の前記短管部１２Ａ
内にて絶縁管１の外周側を取巻くとともに、放電電源１
４のプラス側に接続され、プラズマガン１１の出口部よ
りも高い電位状態とした電子帰還電極２とが設けられて
いる。また、ハース１９内の蒸着材料２０は、絶縁性物
質である。なお、前記絶縁管１として、たとえば、セラ
ミック製短管が採用される。

【００１６】このように、この真空成膜装置では、電子
帰還電極２を蒸着材料２０から離れた位置に設けて、絶
縁性の蒸着材料２０から蒸発した絶縁性物質が電子帰還
電極２に付着しにくくなっている。また、プラズマガン
１１から出たプラズマビーム２２と電子帰還電極２との
間に両者を遮る絶縁管１を設けることにより、このプラ
ズマビーム２２が電子帰還電極２に入射して、陰極１５
と電子帰還電極２との間で異常放電が発生するのを防止
するようになっている。このため、プラズマビーム２２
の外側の、プラズマビーム２２とは分離した経路に沿っ
て電子帰還電極２に至る反射電子流３が形成され、プラ
ズマビーム２２が連続的かつ安定して持続され、この持
続時間は絶縁管１、電子帰還電極２を設けない場合に比
して倍以上となり、飛躍的に向上することが確認されて
いる。また、絶縁管１を設けて、異常放電の発生を防止
して、プラズマビーム２２の電子帰還電極２への流れ込
みによる電力ロスを減少させるようした結果、プラズマ
ガン１１から照射するプラズマビーム２２が同じとし
て、約２０％の成膜速度（材料蒸発量）の向上も確認さ
れた。さらに、電子帰還電極２を収束コイル１８に近い
位置に設けてあり、小型化し易いようになっている。

【００１７】図２は、本発明の第２実施形態に係るプラ
ズマＣＶＤ方式を採用した真空成膜装置を示し、図１並
びに図１３に示す装置と実質的に同一の部分について
は、同一番号を付して説明を省略する。この真空成膜装
置は、前述した図１に示す真空成膜装置と同様に、絶縁
管１と、電子帰還電極２とを設けたものである。そし
て、斯る構成により、第１実施形態の場合と同様に、プ
ラズマビーム２２の外側の、プラズマビーム２２とは分
離した経路に沿って電子帰還電極２に至る反射電子流３
が形成され、プラズマビーム２２が連続的かつ安定して
持続され、成膜速度も向上されるようになっている。ま
た、電子帰還電極２を収束コイル１８に近い位置に設け
てあるため、小型化し易いようになっている。

【００１８】図３および４は、本発明の第３実施形態に
係るイオンプレーティング方式を採用した真空成膜装置
を示し、図１に示す装置と実質的に同一の部分について
は、同一番号を付して説明を省略する。この真空成膜装
置では、絶縁管１と電子帰還電極２の前方、即ちプラズ
マガン１１とは反対の側に、プラズマビーム２２の横断
面を両側から収縮させる一対の、同極性同志（Ｎ極同
志、或いはＳ極同志）を対向させたシート状磁石４，４
を配置してある。そして、斯る構成により、蒸着材料２
０に入射するプラズマビーム２２をシート状にし、広巾
の蒸発源を形成することで、広巾基板に対して適用する
ようになっている。なお、図２に示すプラズマＣＶＤ方
式を採用した真空成膜装置についても、このシート状磁
石４，４を適用してもよく、これを適用することにより
前記同様の作用を生じさせることができる。

【００１９】図５〜図１１は、本発明の他の実施形態に
係る真空成膜装置のプラズマガン１１、真空チャンバー
１２の短管部１２Ａ、およびその近傍のみを示したもの
で、前述した真空成膜装置と共通する部分については、
同一番号を付して説明を省略する。また、この図５〜図
１１に示す構成は、、イオンプレーティング方式、プラ
ズマＣＶＤ方式のいずれにも適用でき、図示していない
他の部分の構成は図１或いは図２に示す真空成膜装置
と実質的に同一である。図５および６は、電子帰還電極
２にその表面の付着物、特に絶縁物質を払拭して、除去
する旋回式ワイパー５を設け、電子帰還電極２の表面を
反射電子帰還のために良好な状態を長期間保てるように
したものである。

【００２０】図７は、電子帰還電極２のプラズマガン１
１とは反対の側の面６を凹凸形状に形成して、反射電子
帰還のための表面積を増大させたものである。図８は、
真空チャンバー１２の短管部１２Ａの真空チャンバー１
２内側開口部に、例えば格子状に、多数の貫通部７ａを
全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラ
ズマビーム２２の通過口７ｂを有するバッフルプレート
７を配置し、電子帰還電極２の表面に達するガス状態の
絶縁性物質の量を減少させるようにしたものである。な
お、このバッフルプレート７は、前述したワイパー５と
ともに、或いは凹凸の面６を有する真空成膜装置にも適
用できるものである。そして、これら図５〜図８に示す
構成により、より一層、連続安定放電ができるようにな
る。

【００２１】なお、本発明は、電子帰還電極２或は絶縁
管１の配設位置と断面形状について、前述した各実施形
態に示すものに限定するものではない。これらの配置位
置については、プラズマビーム２２を取り巻く位置で、
短管部１２Ａ内であればよく、例えば、図９に示すよう
に、電子帰還電極２および絶縁管１を短管部１２Ａ内の
真空チャンバー１２内側に限度一杯片寄らせてまで配置
してもよい。また断面形状についても、この図９に示す
例では、電子帰還電極２の断面形状を矩形とし、絶縁管
１をプラズマガン１１側にフランジを有する筒体形状と
するのが好ましい。そして、斯る構成により、さらに一
層反射電子を効率よく捕捉できるようになる。

【００２２】図１０は、電子帰還電極２内に水冷用ジャ
ケット２３を形成し、この水冷用ジャケット２３の入口
部に冷却水流入管２４を接続するとともに、その出口部
に冷却水流出管２５を接続して、電子帰還電極２を水冷
構造としたものである。また、図１１は、バッフルプレ
ート７内に水冷用ジャケット２６を形成し、この水冷用
ジャケット２６の入口部に冷却水流入管２７を接続する
とともに、その出口部に冷却水流出管２８を接続して、
バッフルプレート７を水冷構造としたものである。そし
て、斯る構成により、電子帰還電極２およびバッフルプ
レート７のそれぞれの温度上昇を抑制することができ、
投入可能放電電力を増大させ、成膜速度を向上させ得る
ようになっている。

【００２３】なお、前述した各実施形態において、絶縁
管１は電気的に浮遊状態に保たれていれば、その材料
は、導電性物質か否かは問わない。また、前記説明では
蒸着材料２０を絶縁性物質であるとしてあるが、蒸着材
料２０が反応ガスと化合して絶縁性物質に変化するもの
である場合は、この蒸着材料２０は導電性物質であって
もよい。ただし、この場合には、図１，２および３にお
いて、二点鎖線Ａで示すように真空チャンバー１２内に
反応ガスを供給する反応ガス供給ラインを設けること
と、ハース１９或いはアノード３１を放電電源１４と電
気的に遮断する必要がある。ちなみに、蒸着材料２０が
絶縁性物質である場合には、ハース１９或いはアノード
３１と放電電源１４との電気的遮断は必ずしも必要では
ない。さらに、前記説明では、基板１３を平板とし、静
止状態で成膜するとしてあるが、基板１３はフィルム状
基板を巻出・巻取りながら、また、平板状基板にあって
は、回転あるいは水平移動させながら成膜するようにし
てもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第１発
明によれば、、真空チャンバー内に向けてプラズマビー
ムを生成する圧力勾配型プラズマガンと、このプラズマ
ガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの
短管部を包囲するように設けられ、前記プラズマビーム
の横断面を収縮させる収束コイルとを備え、前記プラズ
マビームにより前記真空チャンバー内に配置した基板上
に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記出口部に
このプラズマビームの周囲を取囲み、電気的に浮遊状態
として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて前記絶縁
管の外周側を取巻くとともに、前記出口部よりも高い電
位状態とした電子帰還電極とを設けた構成としてある。

【００２５】このため、絶縁性物質が電子帰還電極に付
着しにくく、陰極と電子帰還電極との間で異常放電が発
生するのを防止するようになり、プラズマビームの外側
の、プラズマビームとは分離した経路に沿って電子帰還
電極に至る反射電子流が形成され、プラズマビームが連
続的かつ安定して持続され、この持続時間を絶縁管と電
子帰還電極を設けない場合に比して倍以上となり、飛躍
的に向上させることが可能となる。また、絶縁管を設け
て、異常放電の発生を防止して、プラズマビームの電子
帰還電極への流れ込みによる電力ロスを減少させるよう
した結果、プラズマガンから照射するプラズマビームが
同じとして、成膜速度の向上も可能となる。さらに、電
子帰還電極を収束コイルに近い位置に設けてあり、小型
化し易い等種々の効果を奏する。

【００２６】また、第２発明によれば、前記電子帰還電
極に、この電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対の
側の面に沿って摺動して、前記面への付着物を除去する
ワイパーを設けた構成としてある。さらに、第３発明に
よれば、前記電子帰還電極の前記プラズマガンとは反対
の側の面を凹凸形状に形成してある。さらに、第４発明
によれば、、前記短管部の開口部に、多数の貫通部を全
面にわたって万遍なく散在させたバッフルプレートを、
前記プラズマビームを横切るように配置した構成として
ある。このため、第１発明による効果に加えて、より一
層、連続安定放電ができるようになるという効果を奏す
る。

【００２７】さらに、第５発明によれば、前記電子帰還
電極を水冷構造としてある。さらに、第６発明によれ
ば、前記バッフルプレートを水冷構造とてある。このた
め、前述した各効果に加えて、電子帰還電極およびバッ
フルプレートのそれぞれの温度上昇を抑制することがで
き、投入可能放電電力を増大させ、成膜速度を向上させ
ることが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るイオンプレーテ
ィング方式を採用した真空成膜装置を示す図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ
方式を採用した真空成膜装置を示す図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係るイオンプレーテ
ィング方式を採用した真空成膜装置を示す図である。

【図４】図３に示す装置におけるシート状磁石の前後
のプラズマビームの状態を示す図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係る真空成膜装置の
プラズマガン、真空チャンバーの短管部、およびその近
傍のみを示す図である。

【図６】図５に示す電子帰還電極を前方側から見た図
である。

【図７】本発明の他の実施形態に係る別の真空成膜装
置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、およびそ
の近傍のみを示す図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係るさらに別の真空
成膜装置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、お
よびその近傍のみを示す図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係るさらに別の真空
成膜装置のプラズマガン、真空チャンバーの短管部、お
よびその近傍のみを示す図である。

【図１０】本発明の他の実施形態に係るさらに別の真
空成膜装置の電子帰還電極を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態に係るさらに別の真
空成膜装置のバッフルプレートを示す図である。

【図１２】従来のイオンプレーティング方式を採用し
た真空成膜装置を示す図である。

【図１３】従来のプラズマＣＶＤ方式を採用した真空
成膜装置を示す図である。

【符号の説明】

１絶縁管２電子帰還電
極３反射電子流４シート状磁
石５ワイパー６面７バッフルプレート７ａ貫通部７ｂ通過口１１プラズマ
ガン１２真空チャンバー１２Ａ短管部１３基板１４放電電源１５陰極１６第１中間
電極１７第２中間電極１８収束コイ
ル１９ハース２０蒸着材料２１ハース用磁石２２プラズマ
ビーム２３、２６水冷用ジャケット３１アノード３２アノード用磁石３３原料ガス
供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大東良一東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバー内に向けてプラズマビー
ムを生成する圧力勾配型プラズマガンと、このプラズマ
ガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの
短管部を包囲するように設けられ、前記プラズマビーム
の横断面を収縮させる収束コイルとを備え、前記プラズ
マビームにより前記真空チャンバー内に配置した基板上
に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記短管部内
に、このプラズマビームの周囲を取囲み、電気的に浮遊
状態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて前記
絶縁管を介して前記プラズマビームの外周側を取巻くと
ともに、前記出口部よりも高い電位状態とした電子帰還
電極とを設けたことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】前記電子帰還電極に、この電子帰還電極
の前記プラズマガンとは反対の側の面に沿って摺動し
て、前記面への付着物を除去するワイパーを設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】前記電子帰還電極の前記プラズマガンと
は反対の側の面を凹凸形状に形成したことを特徴とする
請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項４】前記短管部の開口部に、多数の貫通部を
全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラ
ズマビームの通過口を有するバッフルプレートを、前記
プラズマビームを横切るように配置したことを特徴とす
る請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項５】前記電子帰還電極を水冷構造としたこと
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の真空成
膜装置。
【請求項６】前記バッフルプレートをを水冷構造とし
たことを特徴とする請求項４に記載の真空成膜装置。