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JP3717655B2 - Plasma generator and thin film forming apparatus - Google Patents

Plasma generator and thin film forming apparatus Download PDF

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JP3717655B2
JP3717655B2 JP04292098A JP4292098A JP3717655B2 JP 3717655 B2 JP3717655 B2 JP 3717655B2 JP 04292098 A JP04292098 A JP 04292098A JP 4292098 A JP4292098 A JP 4292098A JP 3717655 B2 JP3717655 B2 JP 3717655B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
discharge chamber
anode
discharge
cathode
plasma
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP04292098A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11224797A (en
Inventor
徹 高島
忠義 男谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Filing date
Publication date
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Description

【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アノード21が設けられている。又、アノードの内側には、前記カソード16からの電子が該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21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21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9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とアノード21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のアノード21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やアノード21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、この様なプラズマ発生装置は、ケース15内のプラズマ中の電子を積極的に真空容器1内に引き出しているが、該真空容器1内に形成されたプラズマP中のイオンが、前記真空容器1内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場により捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行してプラズマ発生装置をスパッタする。特に、電子ビームの軌道を取り囲むように設けられているシールド電極22先端部は、この様なスパッタにより著しく消耗する。その為、定期的にシールド電極22を交換しなければならない。
【0010】
所で、通常、シールド電極22は、対面しているカソード16からの輻射熱による影響を出来るだけ小さくするために例えば、高価な高融点金属材料(例えば、タンタル)で形成されている。その為、定期的にシールド電極を交換するとコストが著しく高くなる。
【0011】
又、シールド電極はケース15に固定されている為、シールド電極を交換する場合にはプラズマ発生装置自体を真空容器1から外部に出し、プラズマ発生装置自体を解体しなければならない。この作業は厄介で時間が掛かる。ましてや、この作業を定期的に行うとなれば、作業能率の悪さと時間のロスは大きな問題となる。
【0012】
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。
【0013】
【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、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面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をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の部を通して前記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、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、後者の部分に着脱可能に取り付けたことを特徴とする。
【0015】
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、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面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をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の内部を通して前記真空容器中に照射させるように構成すると共に、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、部分に着脱可能に取り付けたプラズマ発生装置を備え、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ことを特徴としている。
【0016】
【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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
図2では、シールド電極22は一体物で、例えば、タンタルやモリブデンの如き高融点金属材料から成り、ケース15に固定されていた。それに対し、図3の装置では、シールド電極25は2つの部分、即ち、カソード16からの電子が直接アノード21やケース15に照射されるのを防止するためのシールド体26と、ケース内と外部との圧力差をつけると共にケース内に発生したプラズマからの電子を通過させるためのオリフィス体27から成る。そして、前記シールド体26はタンタルやモリブデンの如き高融点金属材料から成り、ケース15に固定されている。一方、オリフィス部27は、イオンスパッタされ難い材料、例えば、カーボンから成り、しかも、前記シールド体26の先端部に、例えば、ねじ込み式、若しくは差込式で着脱可能に取り付けられている。
【0020】
この様な構成のシールド電極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。
【0021】
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9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。
【0022】
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とアノード21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25のオリフィス体27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25のシールド体26により、直接アノード21やケース15に照射されることはない。
【0023】
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。
【0024】
さて、前記真空容器1内に形成されたプラズマP中のイオンが、前記真空容器1内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場により捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行してプラズマ発生装置7に向かって来る。そして、該イオンの大部分が、電子ビームの軌道を取り囲むように設けられているシールド電極25のオリフィス体27の先端部に当たる。
【0025】
しかし、このオリフィス体27はイオンによる衝撃に対し、スパッタされ難い材料で出来ている為、スパッタによる消耗が極めて少ない。その為、シールド電極消耗によるシールド電極交換の頻度が著しく低くなる。このシールド電極交換時には、シールド電極全体を交換するのではなく、オリフィス体27のみの交換で済む。しかも、このオリフィス体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が使用されているので、シールド電極交換(実質的には、オリフィス体交換)のコストが著しく低く抑えることが出来る。
【0026】
しかも、このオリフィス体27は、ケース15に固定されているシールド体26に、ねじ込み式若しくは差込式で取り付けられているので、交換時、プラズマ発生装置自体を真空容器から外部に出して解体する必要がなくなり、オリフィス体のみシールド体26から取り外せばよいので、交換作業は極めて簡単で短時間で済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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ている。
【図2】 従来のプラズマ発生装置の概略を示している。
【図3】 本発明のプラズマ発生装置の一例を示している。
【符号の説明】
1…真空容器、2…被蒸発材料、3…坩堝、4…電子銃、5…基板電源、6…基板、7…プラズマ発生装置、8…支持台、9…真空ポンプ、10…バルブ、11…反応ガスボンベ、12…バルブ、13…放電ガスボンベ、14…バルブ、15…ケース、16…カソード、17…加熱電源、18…放電電源、19…放電ガス供給管、20…碍子、21…アノード、22,25…シールド電極、26…シールド体、27…オリフィス体
[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a plasma generating apparatus configured to guide electrons to the outside from plasma generated inside, and a thin film forming apparatus using such a plasma generating apparatus.
[0002]
[Prior art]
Plasma generators are used in thin film forming apparatuses such as ion plating apparatuses and plasma CVD apparatuses.
[0003]
FIG. 1 shows an outline of an ion plating apparatus provided with a plasma generator, and FIG. 2 shows details of the plasma generator. In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel of an ion plating apparatus, and a crucible 3 containing an evaporation material 2 and an electron gun 4 for irradiating the evaporation material with an electron beam are provided at the bottom of the vacuum vessel. Yes. On the other hand, a substrate 6 to which a negative voltage is applied from the substrate power supply 5 is attached to the upper part of the vacuum vessel. In the figure, reference numeral 7 denotes a plasma generator supported at the bottom of the vacuum vessel by a support base 8, the details of which will be described later. An electron beam from the plasma generator is irradiated between the substrate 6 and the crucible 3. It is made like this. In the figure, 9 is a vacuum pump, 10 is a valve, 11 is a reactive gas cylinder, 12 is a valve, 13 is a discharge gas cylinder, and 14 is a valve.
[0004]
FIG. 2 shows an outline of the plasma generator, and 15 is a case for forming a discharge chamber. A cathode 16 is disposed in the case, and the cathode is connected to a heating power source 17 and also to a discharge power source 18. The case is provided with a discharge gas supply pipe 19, and an inert gas such as Ar gas is introduced into the case from the discharge gas cylinder 13 through the discharge gas supply pipe 19. At one end of the case, a ring-shaped anode 21 is provided on the case 15 via an insulator 20. A shield electrode 22 is arranged inside the anode so that electrons from the cathode 16 are not directly irradiated onto the anode. The shield electrode forms an orifice through which an electron beam passes simultaneously. The case 15 is connected to the discharge power source 18 via a resistor R1, and the anode 21 is connected to the discharge power source 18 via a resistor R2. Further, the vacuum vessel 1 is connected to a discharge power source 18 via a resistor R3. The resistance values of these resistors are usually R1 R3> R2, and most of the current flowing through the discharge power supply 18 is a discharge current between the anode 21 and the cathode 16. In the figure, reference numeral 23 denotes a coil constituting an electromagnet for shaping the discharge current in the case, and is provided outside the case.
[0005]
In the ion plating apparatus having such a configuration, first, the valve 10 is opened, and the vacuum vessel 1 and the case 15 are evacuated by the vacuum pump 9 until a predetermined pressure is reached. Then, the valve 14 is opened, a predetermined amount of discharge gas (for example, Ar gas) is introduced into the case 9 from the discharge gas cylinder 13 via the discharge gas supply pipe 19, the pressure in the case 15 is increased, and the cathode 16 is heated to the power source. 17 is heated to a temperature at which thermionic electrons can be emitted.
[0006]
Next, a predetermined current is passed through the coil 23 to generate a magnetic field necessary for ignition of the plasma and maintenance of a stable plasma in the axial direction of the electron beam. In this state, when a predetermined voltage is applied from the discharge power supply 18 to the cathode 16 and the anode 21, an initial discharge is generated between the cathode 16 and the case 15. Plasma is generated in the case 15 by this initial discharge as a trigger. The electrons in the discharge plasma are focused in the axial direction of the electron beam due to the influence of the magnetic field formed by the coil 23, and the vacuum vessel 1 is generated by an accelerating electric field generated near the tip of the shield electrode 22 near the anode 21. Pulled in.
[0007]
On the other hand, in the inside of the vacuum vessel 1, the electron beam from the electron gun 4 is irradiated toward the material to be evaporated 2, and the material to be evaporated is heated and evaporated. Further, a reaction gas (for example, oxygen gas) is introduced into the vacuum container 1 from the reaction gas cylinder 11 by opening the valve 12. The electron beam extracted from the plasma generator 7 collides with the reaction gas and evaporated particles introduced into the vacuum vessel 1, and excites and ionizes them to form plasma P in the vacuum vessel 1. The ionized evaporated particles in the plasma are attracted to and attached to the substrate 6, and evaporated particles are formed on the substrate.
[0008]
The electrons drawn out from the plasma generator 7 into the vacuum vessel 1 and the electrons in the plasma P flow into the vacuum vessel 1 and the anode 21 and maintain stable discharge. The strength of the plasma P can be controlled by the discharge gas flow rate and the heating temperature of the cathode 16. In addition, for the resistors R2 and R3, the relationship between these resistance values is R3> R2, but the relationship between the resistance values is arbitrarily changed to R3 = R2, R3> R2, R3 <R2, R3 R2. The amount of current flowing through the anode 21 and the vacuum vessel 1 can be freely selected.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Now, such a plasma generator actively draws electrons in the plasma in the case 15 into the vacuum vessel 1, and ions in the plasma P formed in the vacuum vessel 1 are in the vacuum. The plasma is captured by the magnetic field formed by the electron beam itself drawn into the container 1, and travels backward according to the trajectory of the electron beam to sputter the plasma generator. In particular, the tip of the shield electrode 22 provided so as to surround the trajectory of the electron beam is significantly consumed by such sputtering. Therefore, the shield electrode 22 must be periodically replaced.
[0010]
However, the shield electrode 22 is usually made of, for example, an expensive refractory metal material (eg, tantalum) in order to minimize the influence of the radiant heat from the facing cathode 16. Therefore, if the shield electrode is periodically replaced, the cost becomes extremely high.
[0011]
Further, since the shield electrode is fixed to the case 15, when replacing the shield electrode, the plasma generator itself must be taken out of the vacuum vessel 1 and disassembled. This task is cumbersome and time consuming. Moreover, if this work is performed regularly, poor work efficiency and time loss become a major problem.
[0012]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a novel plasma generating apparatus and thin film forming apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The plasma generator according to the present invention is provided with a discharge chamber, a cathode disposed in the discharge chamber, and an end electrically insulated from the discharge chamber at the end of the discharge chamber, and the discharge chamber is provided at the center of the discharge chamber. A ring-shaped anode having an opening to be opened with respect to the vacuum vessel, and a cylinder attached to the discharge chamber so as to surround a cathode facing surface of the anode including at least an inner surface of the opening of the anode with respect to the cathode And a discharge power source for applying a discharge voltage between the cathode and the anode, and means for supplying a discharge gas into the discharge chamber. plasma the electrons in the plasma were configured to irradiate in the vacuum container through the inner portion of the tubular shield member surrounds an opening inside of the anode relative to the cathode In raw device, wherein the ions in the plasma formed in the vacuum vessel is captured by the magnetic field formed by the electron beam itself drawn into the vacuum chamber from the discharge chamber and enters retrograde accordance trajectory of the electron beam The portion of the cylindrical shield body facing the inside of the opening of the anode is made of a heat-resistant shielding material, the other portion is made of an ion-resistant sputtering material, and the former part is formed separately from the latter part, It is characterized in that it is detachably attached to the latter part .
[0015]
The thin film forming apparatus of the present invention is provided with a discharge chamber, a cathode disposed in the discharge chamber, an end of the discharge chamber electrically insulated from the discharge chamber, and a discharge chamber at a central portion thereof. A ring-shaped anode having an opening for opening an external vacuum vessel, and a cathode-facing surface of the anode including at least an inner surface of the opening of the anode with respect to the cathode. A cylindrical shield body, a discharge power source for applying a discharge voltage between the cathode and the anode, and means for supplying a discharge gas into the discharge chamber, and formed in the discharge chamber The vacuum vessel is configured such that electrons in the plasma are irradiated into the vacuum vessel through the inside of the cylindrical shield body that surrounds the inside of the opening of the anode with respect to the cathode. Ions in the plasma formed inside are captured by the magnetic field formed by the electron beam itself drawn into the vacuum chamber from the discharge chamber, and the tube shield of the cylindrical shield body incident in reverse according to the trajectory of the electron beam. The part facing the inside of the opening of the anode is made of heat-resistant shielding material, the other part is made of ion-resistant sputtering material, the former part is formed separately from the latter part, and is detachably attached to the part The plasma generating apparatus is provided, and ions in the plasma generated by irradiating the vapor deposition material in the vacuum vessel with electrons from the plasma generating apparatus are attached to the substrate.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 3 shows an example of the plasma generator of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those used in FIG. 2 denote the same components.
[0018]
Differences in configuration between the apparatus shown in FIG. 3 and the apparatus shown in FIG. 2 will be described below.
[0019]
In FIG. 2, the shield electrode 22 is an integral body, and is made of a refractory metal material such as tantalum or molybdenum, and is fixed to the case 15. On the other hand, in the apparatus of FIG. 3, the shield electrode 25 has two parts, that is, a shield body 26 for preventing electrons from the cathode 16 from being directly irradiated to the anode 21 and the case 15, and the inside and outside of the case. And an orifice body 27 for passing electrons from plasma generated in the case. The shield body 26 is made of a refractory metal material such as tantalum or molybdenum, and is fixed to the case 15. On the other hand, the orifice portion 27 is made of a material that is difficult to be ion-sputtered, for example, carbon, and is detachably attached to the distal end portion of the shield body 26 by, for example, a screw-in type or a plug-in type.
[0020]
When the plasma generating apparatus provided with the shield electrode having such a configuration is applied to, for example, an ion plating apparatus as shown in FIG. 1, it operates as follows.
[0021]
First, the valve 10 is opened, and the vacuum vessel 1 and the case 15 are evacuated by the vacuum pump 9 until a predetermined pressure is reached. Then, the valve 14 is opened, a predetermined amount of discharge gas (for example, Ar gas) is introduced into the case 9 from the discharge gas cylinder 13 via the discharge gas supply pipe 19, the pressure in the case 15 is increased, and the cathode 16 is heated to the power source. 17 is heated to a temperature at which thermionic electrons can be emitted.
[0022]
Next, a predetermined current is passed through the coil 23 to generate a magnetic field necessary for ignition of the plasma and maintenance of a stable plasma in the axial direction of the electron beam. In this state, when a predetermined voltage is applied from the discharge power supply 18 to the cathode 16 and the anode 21, an initial discharge is generated between the cathode 16 and the case 15. Plasma is generated in the case 15 by this initial discharge as a trigger. Electrons in the discharge plasma are focused in the axial direction of the electron beam due to the magnetic field formed by the coil 23, and enter the vacuum chamber 1 by an accelerating electric field generated near the tip of the orifice body 27 of the shield electrode 25. It is pulled out. The thermoelectrons from the cathode 16 are not directly applied to the anode 21 or the case 15 by the shield body 26 of the shield electrode 25.
[0023]
On the other hand, in the inside of the vacuum vessel 1, the electron beam from the electron gun 4 is irradiated toward the material to be evaporated 2, and the material to be evaporated is heated and evaporated. Further, a reaction gas (for example, oxygen gas) is introduced into the vacuum container 1 from the reaction gas cylinder 11 by opening the valve 12. The electron beam extracted from the plasma generator 7 collides with the reaction gas and evaporated particles introduced into the vacuum vessel 1, and excites and ionizes them to form plasma P in the vacuum vessel 1. The ionized evaporated particles in the plasma are attracted to and attached to the substrate 6, and evaporated particles are formed on the substrate.
[0024]
Now, the ions in the plasma P formed in the vacuum vessel 1 are captured by the magnetic field formed by the electron beam itself extracted in the vacuum vessel 1, and reversely generate according to the trajectory of the electron beam. Coming towards device 7 Most of the ions hit the tip of the orifice body 27 of the shield electrode 25 provided so as to surround the trajectory of the electron beam.
[0025]
However, since the orifice body 27 is made of a material that is difficult to be sputtered by the impact of ions, the wear due to sputtering is extremely small. For this reason, the frequency of replacement of the shield electrode due to the consumption of the shield electrode is remarkably reduced. When replacing the shield electrode, the entire shield electrode is not replaced, but only the orifice body 27 is replaced. In addition, since this orifice body is made of a material that is considerably cheaper than the refractory metal material that has been used in the past, the cost of replacing the shield electrode (substantially replacing the orifice body) can be significantly reduced. .
[0026]
Moreover, since the orifice body 27 is attached to the shield body 26 fixed to the case 15 by a screw-in type or a plug-in type, at the time of replacement, the plasma generator itself is taken out from the vacuum vessel and disassembled. Since it is no longer necessary and only the orifice body needs to be removed from the shield body 26, the replacement work is extremely simple and can be done in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an outline of an ion plating apparatus provided with a plasma generator.
FIG. 2 shows an outline of a conventional plasma generator.
FIG. 3 shows an example of a plasma generator of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 2 ... Material to be evaporated, 3 ... Crucible, 4 ... Electron gun, 5 ... Substrate power supply, 6 ... Substrate, 7 ... Plasma generator, 8 ... Support stand, 9 ... Vacuum pump, 10 ... Valve, 11 ... reactive gas cylinder, 12 ... bulb, 13 ... discharge gas cylinder, 14 ... valve, 15 ... case, 16 ... cathode, 17 ... heating power supply, 18 ... discharge power supply, 19 ... discharge gas supply pipe, 20 ... insulator, 21 ... anode, 22, 25 ... Shield electrode, 26 ... Shield body, 27 ... Orifice body

Claims (2)

放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面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をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の部を通して前記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、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、後者の部分に着脱可能に取り付けたことを特徴とするプラズマ発生装置。A discharge chamber, a cathode disposed in the discharge chamber, and an end portion of the discharge chamber are provided to be electrically insulated from the discharge chamber, and the discharge chamber is opened to an external vacuum vessel at the center thereof A ring-shaped anode having an opening, a cylindrical shield body mounted in the discharge chamber so as to surround a cathode facing surface of the anode including at least an inner surface of the opening of the anode with respect to the cathode , and the cathode And a discharge power supply for applying a discharge voltage between the anode and the anode, and means for supplying a discharge gas into the discharge chamber, and electrons in the plasma formed in the discharge chamber in the plasma generating apparatus configured to irradiate in the vacuum vessel opening inner through the inner portion of the tubular shield member surrounds with respect to the cathode in the vacuum vessel The ions in the formed plasma are captured by the magnetic field formed by the electron beam itself drawn into the vacuum chamber from the discharge chamber, and enter the back of the anode of the cylindrical shield body according to the trajectory of the electron beam. The part facing the inside of the opening is made of heat-resistant shielding material, the other part is made of ion-sputtering material, the former part is formed separately from the latter part, and it is detachably attached to the latter part. A plasma generator characterized by the above. 放電室と、該放電室内に配置されたカソードと、該放電室の端部に該放電室と電気的に絶縁されて設けられ、その中央部に放電室内を外部の真空容器に対して開口させる開口部を有するリング状のアノードと、前記カソードに対して少なくとも前記アノードの開口部内面を含む前記アノードのカソード対向面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をカソードに対して囲っている前記筒状シールド体の内部を通して前記真空容器中に照射させるように構成すると共に、真空容器内に形成されたプラズマ中のイオンが放電室から真空容器内に引き出された電子ビーム自体によって形成された磁場によって捕捉され、該電子ビームの軌道に従って逆行して入射する前記筒状シールド体の前記アノードの開口部内側に対向する部分を耐熱遮蔽材料で成し、他の部分を耐イオンスパッタ材料で成し、前者の部分を後者の部分とは別体に形成し、後者の部分に着脱可能に取り付けたプラズマ発生装置を備え、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 A discharge chamber, a cathode disposed in the discharge chamber, and an end portion of the discharge chamber are provided to be electrically insulated from the discharge chamber, and the discharge chamber is opened to an external vacuum vessel at the center thereof A ring-shaped anode having an opening, a cylindrical shield body mounted in the discharge chamber so as to surround a cathode facing surface of the anode including at least an inner surface of the opening of the anode with respect to the cathode, and the cathode And a discharge power source for applying a discharge voltage between the anode and the anode, and means for supplying a discharge gas into the discharge chamber. Electrons in the plasma formed in the discharge chamber are transferred to the anode. The inside of the opening is configured to irradiate the vacuum vessel through the inside of the cylindrical shield body surrounding the cathode, and in the plasma formed in the vacuum vessel On is captured by the magnetic field formed by the electron beam itself drawn into the vacuum chamber from the discharge chamber, and is opposed to the inside of the opening of the anode of the cylindrical shield body that enters backward according to the trajectory of the electron beam. The plasma generator is equipped with a part made of heat-resistant shielding material, the other part made of ion-sputtering-resistant material, the former part is formed separately from the latter part, and detachably attached to the latter part. A thin film forming apparatus in which ions in plasma generated by irradiating electrons from the plasma generating apparatus to a vapor deposition material in a vaporized state in the vacuum container are attached to a substrate .
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