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発明の名称 プラズマ発生装置及び薄膜形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−143894(P2001−143894A)
公開日 平成13年5月25日(2001.5.25)
出願番号 特願平11−319943
出願日 平成11年11月10日(1999.11.10)
代理人
発明者 今野 茂生 / 高島 徹 / 谷口 明 / 男谷 忠義
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されたアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を備えており、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にある前記シールド体の一部を通して前記放電室外の真空容器中に照射させるように構成したプラズマ発生装置において、前記アノードをカーボンで成したことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項2】 前記アノードは、放電室の中心軸方向に互いに接続されて配置された少なくとも2枚から構成され、その内、反カソード側のアノードをカーボンで成したことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生装置【請求項3】 放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されたアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を備えており、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にある前記シールド体の一部を通して前記放電室外の真空容器中に照射させるように構成したプラズマ発生装置において、前記アノード表面を耐腐食性金属でコーティングしたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項4】 前記アノードは、放電室の中心軸方向に互いに接続されて配置された少なくとも2枚から構成され、その内、反カソード側のアノード表面を耐腐食性金属でコーティングしたことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ発生装置【請求項5】 放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を有し、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にあるシールド体の一部を通して放電室と繋がった真空容器内に照射させるように構成する様に成したプラズマ発生を備え、前記真空容器内で気化状態の蒸着材料に前記プラズマ発生装置からの電子を照射して発生したプラズマ中のイオンを基板に付着させるようにした薄膜形成装置において、前記アノードをカーボンで成したことを特徴とする薄膜作成装置。
【請求項6】 前記アノードは、放電室の中心軸方向に互いに接続されて配置された少なくとも2枚から構成され、その内、反カソード側のアノードをカーボンで成したことを特徴とする請求項5に記載の薄膜作成装置。
【請求項7】 放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を有し、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にあるシールド体の一部を通して放電室と繋がった真空容器内に照射させるように構成する様に成したプラズマ発生を備え、前記真空容器内で気化状態の蒸着材料に前記プラズマ発生装置からの電子を照射して発生したプラズマ中のイオンを基板に付着させるようにした薄膜形成装置において、前記アノードの表面を耐腐食性金属でコーティングしたことを特徴とする薄膜作成装置。
【請求項8】 前記アノードは、放電室の中心軸方向に互いに接続されて配置された少なくとも2枚から構成され、その内、反カソード側のアノード表面を耐腐食性金属でコーテイングしたことを特徴とする請求項7に記載の薄膜作成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、内部で発生させたプラズマから電子を外部に導くように成したプラズマ発生装置及びこの様なプラズマ発生装置を用いた薄膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】イオンプレーティング装置やプラズマCVD装置等の薄膜形成装置にプラズマ発生装置が利用されている。
【0003】図1は、プラズマ発生装置を備えたイオンプレーティング装置の概略を示し、図2はプラズマ発生装置の詳細を示している。図中1はイオンプレーテイング装置の真空容器で、この真空容器の底部には、被蒸発材料2を収容した坩堝3、該被蒸発材料に電子ビームを照射するための電子銃4が設けられている。一方、真空容器の上部には、基板電源5から負の電圧が印加されている基板6が取り付けられている。図中7は真空容器の底部に支持台8により支持されたプラズマ発生装置で、その詳細は後述するが、該プラズマ発生装置からの電子ビームが、前記基板6と坩堝3の間に照射されるように成している。図中9は真空ポンプ、10はバルブ、11は反応ガスボンベ、12はバルブ、13は放電ガスボンベ、14はバルブである。
【0004】図2は前記プラズマ発生装置の概略を示しており、15は放電室を形成するケースである。該ケース内にはカソード16が配置されており、該カソードは加熱電源17に接続されていると共に、放電電源18にも接続されている。該ケースには放電ガス供給管19が設けられており、前記放電ガスボンベ13から該放電ガス供給管19を介してArガスの如き不活性ガスがケース内に導入される。該ケースの一方の端部には、ケース15に碍子20を介してリング状の第1アノード21が設けられている。この第1アノードは、例えばステンレスなどで形成され、且つ環状に形成されており、第1アノードを含め放電室の他の部品の熱に依る損傷を防止する為に、該第1アノード内には冷却水が流されている。又、この第1アノードの反カソード側には高融点材料(例えば、モリブデン)製でリング状の第2アノード21Bが接続されている。この第1カソード21Aと第2アノード21Bの接続は、互いの間の熱抵抗が大きくなるように、互いの一部分同士が繋がれることにより行われている。又、各アノードの内側には、前記カソード16からの電子が該各アノードに直接照射されないようにシールド電極22が配置されている。尚、このシールド電極は同時に電子ビームを通過させるオリフィスを成している。前記ケース15は抵抗R1を介して前記放電電源18に接続され、前記アノード21A,21Bは抵抗R2を介して放電電源18に接続されている。更に、前記真空容器1は抵抗R3を介して放電電源18接続されている。尚、これらの抵抗の抵抗値は、通常、R1≫R3>R2とされており、前記放電電源18に流れる電流の大部分は、アノード21A,21Bとカソード16との間で放電電流となる。図中23はケース内の放電電流を整形するための電磁石を構成するコイルで、ケースの外側に設けられている。
【0005】この様な構成のイオンプレーティング装置において、先ず、バルブ10を開き、真空容器1とケース15内を真空ポンプ9により所定の圧力になるまで排気する。そして、バルブ14を開き、ケース15内に放電ガス供給管19を介して放電ガスボンベ13から放電ガス(例えば、Arガス)を所定量導入し、ケース15内の圧力を高め、カソード16を加熱電源17により熱電子放出可能な温度にまで加熱する。
【0006】次に、コイル23に所定の電流を流し、プラズマの点火と安定なプラズマを維持するのに必要な磁場を電子ビームの軸方向に発生させる。この状態において、カソード16と第1及び第2アノード21A,21Bに放電電源18から所定の電圧を印加すると、カソード16とケース15との間で初期放電が発生する。この初期放電がトリガとなってケース15内にプラズマが発生する。この放電プラズマ中の電子は、前記コイル23が形成する磁場の影響で、電子ビームの軸方向に集束を受け、シールド電極22の第2アノード21Bに近い側の先端近傍に発生する加速電界により真空容器1内へと引き出される。
【0007】一方、真空容器1の内部においては、被蒸発材料2に向けて電子銃4からの電子ビームが照射され、該被蒸発材料は加熱されて蒸発させられる。又、真空容器1内には、バルブ12が開かれることにより、反応ガスボンベ11から反応ガス(例えば、酸素ガス)が導入される。前記プラズマ発生装置7から引き出された電子ビームは、前記真空容器1内に導入された反応ガスや蒸発粒子と衝突し、それらを励起、イオン化させて真空容器1内にプラズマPを形成する。該プラズマ中のイオン化された蒸発粒子は、基板6に引き寄せられて付着し、該基板上には蒸発粒子の成膜が成される。
【0008】尚、プラズマ発生装置7から真空容器1内に引き出された電子及びプラズマP中の電子は、真空容器1や第1及び第2アノード21A,21Bに流れ込み、安定な放電が維持される。又、プラズマPの強さは、放電ガスの流量やカソード16の加熱温度によって制御することが出来る。又、抵抗R2とR3について、これらの抵抗値の関係を、R3>R2としたが、この抵抗値の関係を、 R3=R2、R3>R2、R3<R2、R3≪R2と任意に変えることにより、アノード21と真空容器1に流れる電流量を自由に選択することが出来る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】さて、この様なイオンプレーティング装置において、基板に酸化物(例えば、SiO2)等の絶縁物材料を成膜する場合、真空容器1と該真空容器1中に置かれている第2アノード21Bに蒸発している絶縁物が付着し、真空容器1と第2アノード21Bの導電性が低下する。その為に、時間の経過と共に真空容器1や第2アノード21Bに流れ込む電子が減少し(即ち、電子ビーム出力が減少し)、安定な放電が維持されなくなる恐れがある。そこで、前記各抵抗R2,R3の関係を調整してプラズマ発生装置7から出力され、第2アノード21Bに戻って流れ込む電子ビームの量を多くしている。その為に、第2アノードが極めて高温(例えば、1000℃以上)に加熱され、その為、第2アノード21Bへの絶縁物付着が防止される。
【0010】しかしながら、基板6に酸化物成膜を行う際、多量の酸素ガス供給を行わざるを得ない場合、前記第2アノード21Bの酸化と、第2アノード21Bの表面層で生成された第2アノード材料の酸化物の蒸発が同時に起こる。その結果、第2アノード21Bの消耗と、第2アノード材の酸化物付着による基板6の汚染が発生する。
【0011】本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規なプラズマ発生装置及び薄膜形成装置を提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】 本発明のプラズマ発生装置は、放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されたアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を備えており、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にある前記シールド体の一部を通して前記放電室外の真空容器中に照射させるように構成したプラズマ発生装置において、前記アノードをカーボンで成したことを特徴とする。
【0013】又、本発明のプラズマ発生装置は、放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されたアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を備えており、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にある前記シールド体の一部を通して前記放電室外の真空容器中に照射させるように構成したプラズマ発生装置において、前記アノード表面を耐腐食性金属でコーティングしたことを特徴とする。
【0014】又、本発明の薄膜形成装置は、放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を有し、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にあるシールド体の一部を通して放電室と繋がった真空容器内に照射させるように構成する様に成したプラズマ発生を備え、前記真空容器内で気化状態の蒸着材料に前記プラズマ発生装置からの電子を照射して発生したプラズマ中のイオンを基板に付着させるようにした薄膜形成装置において、前記アノードをカーボンで成したことを特徴としている。又、本発明の薄膜形成装置は、放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に配置されアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードを囲うように前記放電室内に取り付けられた筒状のシールド体と、前記カソードと前記アノードとの間に放電電圧を印加するための放電電源と、前記放電室内に放電用ガスを供給するための手段を有し、前記放電室内で形成されたプラズマ中の電子を前記アノードの開口部内側にあるシールド体の一部を通して放電室と繋がった真空容器内に照射させるように構成する様に成したプラズマ発生を備え、前記真空容器内で気化状態の蒸着材料に前記プラズマ発生装置からの電子を照射して発生したプラズマ中のイオンを基板に付着させるようにした薄膜形成装置において、前記アノードの表面を耐腐食性金属でコーティングしたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0016】図3は本発明のプラズマ発生装置の一例を示している。尚、図中、前記図2にて使用した番号と同一番号の付されたものは同一構成要素である。
【0017】図3に示された装置と、図2で示された装置の構成上の差異を、以下に説明する。
【0018】図2で示された装置においては、第2アノード21Bは、飛んでくる酸化物蒸発粒子が付着しないように、高融点材料(例えば、モリブデン)で製作されていた。それに対して、図3に示す装置では、第2アノード30Bはカーボンで製作されている。
【0019】この様な構成の第2アノード30Bを備えたプラズマ発生装置を、例えば、図1に示す如きイオンプレーティング装置に応用した場合、次のように動作する。
【0020】先ず、バルブ10を開き、真空容器1とケース15内を真空ポンプ9により所定の圧力になるまで排気する。そして、バルブ14を開き、ケース15内に放電ガス供給管19を介して放電ガスボンベ13から放電ガス(例えば、Arガス)を所定量導入し、ケース15内の圧力を高め、カソード16を加熱電源17により熱電子放出可能な温度にまで加熱する。
【0021】次に、コイル23に所定の電流を流し、プラズマの点火と安定なプラズマを維持するのに必要な磁場を電子ビームの軸方向に発生させる。この状態において、カソード16と第1,第2アノード30A,30Bに放電電源18から所定の電圧を印加すると、カソード16とケース15との間で初期放電が発生する。この初期放電がトリガとなってケース15内にプラズマが発生する。この放電プラズマ中の電子は、前記コイル23が形成する磁場の影響で、電子ビームの軸方向に集束を受け、シールド電極22の第2アノード30Bに近い側の先端近傍に発生する加速電界により真空容器1内へと引き出される。尚、カソード16からの熱電子は、シールド電極22により、直接第1アノード30Aに照射されることはない。
【0022】一方、真空容器1の内部においては、被蒸発材料2に向けて電子銃4からの電子ビームが照射され、該被蒸発材料は加熱されて蒸発させられる。又、真空容器1内には、バルブ12が開かれることにより、反応ガスボンベ11から反応ガス(例えば、酸素ガス)が導入される。前記プラズマ発生装置7から引き出された電子ビームは、前記真空容器1内に導入された反応ガスや蒸発粒子と衝突し、それらを励起、イオン化させて真空容器1内にプラズマPを形成する。該プラズマ中のイオン化された蒸発粒子は、基板6に引き寄せられて付着し、該基板上には蒸発粒子の成膜が成される。
【0023】さて、この様な成膜において、反応ガス(この場合、酸素)を多量に供給すると、反応ガス(この場合、酸素)の一部がプラズマ発生装置7で一番外側(即ち、一番反応ガスボンベに近い側)に配置されている第2アノード30Bに向かって来る。この際、カーボン製の第2アノードと酸素とが反応しても、その反応物は二酸化炭素(CO2)か一酸化炭素(CO)のガスであり、基板6に付着することなく、真空ポンプ9により真空容器1外に排気されてしまう。従って、第2アノード30Bの消耗と、第2アノード材の酸化物付着による基板6の汚染が防止される。
【0024】その為、第2アノード30Bの消耗による第2アノード30B交換の頻度が著しく低くなる。しかも、この第2アノードは従来使用されていた高融点金属材料に対しかなり安価な材料(カーボン)が使用されているので、第2アノードのコストが著しく低く抑えることが出来る。
【0025】尚、第2アノード30Bをカーボン製にする代わりに、表面を耐腐食性金属(例えば、クロム、金等)でコーテイングし、第2アノード表面での酸化を防止するようにしても良い。




 

 


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