JP2000034560A - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助陽極部の内径を大きくしても、プラズマ
ビームのねじれを修正して、プラズマビームを常に主ハ
ースの中心に導くことのできるイオンプレーティング装
置を提供すること。 【解決手段】 主ハース３０の周囲に、その外径よりも
十分に大きな内径を有し前記主ハースの外側に配置され
た第１の環状永久磁石１−２、１−３を含む環状の補助
陽極部１を備え、環状永久磁石１−２の磁極面を垂直に
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の表面に金属
膜や合金膜を形成するのに適したイオンプレーティング
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオンプレーティング装置は、
プラズマ処理装置とも呼ばれ、プラズマビームを発生す
るための圧力勾配型又はＨＣＤプラズマ源のようなビー
ム発生源と、真空容器内に配置されプラズマビームの入
射面を持つハースとを含む。ハースは陽極として作用す
る。ビーム発生源で発生されたプラズマビームはハース
の入射面に導かれる。

【０００３】図６を参照して、基板に蒸発粒子を付着さ
せるためのイオンプレーティング装置について説明す
る。図６において、真空容器１１の側壁に設けられた筒
状部１２には圧力勾配型のプラズマビーム発生器１３が
装着されている。プラズマビーム発生器１３は、陰極１
４により一端が閉塞されたガラス管１５を備えている。
このガラス管１５内では、ＬａＢ₆ による円盤１６、タ
ンタルＴａによるパイプ１７を内蔵したモリブデンＭｏ
による円筒１８が陰極１４に固定されている。パイプ１
７は、アルゴンＡｒ、ヘリウムＨｅ等の不活性ガスから
なるキャリアガス１０をプラズマビーム発生器１３内に
導入するためのものである。

【０００４】ガラス管１５の陰極１４と反対側の端部と
筒状部１２との間には、第１、第２の中間電極１９、２
０が同心的に配置されている。第１の中間電極（第１の
グリッド）１９内にはプラズマビームを収束するための
環状永久磁石２１が内蔵されている。第２の中間電極２
０（第２のグリッド）内にもプラズマビームを収束する
ための電磁石コイル２２が内蔵されている。この電磁石
コイル２２は電源２３から給電される。

【０００５】プラズマビーム発生器１３が装着された筒
状部１２の周囲には、プラズマビームを真空容器１１内
に導くステアリングコイル２４が設けられている。この
ステアリングコイル２４はステアリングコイル用の電源
２５により励磁される。陰極１４と第１、第２の中間電
極１９、２０との間にはそれぞれ、垂下抵抗器２６、２
７を介して、可変電圧型の主電源２８が接続されてい
る。

【０００６】真空容器１１の内側の底部に、主ハース３
０とその周囲に配置された環状の補助陽極部３１が設置
されている。主ハース３０は、筒状のハース本体により
構成され、プラズマビーム発生器１３からのプラズマビ
ームが入射する凹部を有している。ハース本体の中心の
貫通孔にはＩＴＯ（インジウムースズ酸化物）タブレッ
トのような蒸発物質を収納している。補助陽極部３１
は、環状の容器により構成されている。容器内には環状
のフェライト磁石３５と同心的に積層されたハースコイ
ル３６が収納されている。主ハース３０及び補助陽極部
３１はいずれも熱伝導率の良い導電性材料、例えば、銅
が使用される。主ハース３０に対して補助陽極部３１
は、絶縁物を介して取り付けられている。また、主ハー
ス３０と補助陽極部３１は、抵抗４８を介して接続され
ている。主ハース３０は、主電源２８の正側に接続され
ている。従って、主ハース３０は、プラズマビーム発生
器１３に対してそのプラズマビームが吸引される陽極を
構成している。

【０００７】補助陽極部３１内のハースコイル３６は電
磁石を構成し、ハースコイル電源３８から給電される。
この場合、励磁されたハースコイル３６における中心側
の磁界の向きは、フェライト磁石３５により発生する中
心側の磁界と同じ向きになるように構成される。ハース
コイル電源３８は可変電源であり、電圧を変化させるこ
とにより、ハースコイル３６に供給する電流を変化でき
る。

【０００８】真空容器１１の内部にはまた、主ハース３
０の上部に蒸発粒子が蒸着される基板４１を保持するた
めの基板ホルダ４２が設けられている。基板ホルダ４２
にはヒータ４３が設けられている。ヒータ４３はヒータ
電源４４から給電されている。基板ホルダ４２は、真空
容器１１に対しては電気的に絶縁支持されている。真空
容器１１と基板ホルダ４２との間にはバイアス電源４５
が接続されている。このことにより、基板ホルダ４２は
ゼロ電位に接続された真空容器１１に対して負電位にバ
イアスされている。補助陽極部３１はハース切り替えス
イッチ４６を介して主電源２８の正側に接続されてい
る。主電源２８には、これと並列に垂下抵抗器２９と補
助放電電源４７とがスイッチＳ１を介して接続されてい
る。

【０００９】このイオンプレーティング処理装置におい
ては、プラズマビーム発生器１３の陰極と真空容器１１
内の主ハース３０との間で放電が生じ、これによりプラ
ズマビーム（図示せず）が生成される。このプラズマビ
ームはステアリングコイル２４と補助陽極部３１内のフ
ェライト磁石３５により決定される磁界に案内されて主
ハース３０に到達する。主ハース３０に収納された蒸発
物質３２はプラズマビームにより加熱されて蒸発する。
この蒸発粒子はプラズマビームによりイオン化され、負
電圧が印加された基板４１の表面に付着し、被膜が形成
される。

【００１０】これまでのイオンプレーティング装置で
は、補助陽極部３１はその内径が主ハース３０に対して
近接するように設けられている。このため、主ハース３
０の真上の磁界強度は、図７（ａ）に示すようになる。
すなわち、磁界強度は、主ハース３０の中心軸から外側
に向かって強くなり、主ハース３０の外側では弱くなっ
ている。詳しく言えば、フェライト磁石３５による磁界
強度分布は、主ハース３０の真上では極小となる。この
場合、磁気圧｛Ｐ＝（１／２μ）・｜Ｂ｜² ｝も主ハー
ス３０の中心軸上で極小となる。このため、プラスマビ
ームは主ハース３０の中心軸に向かって押し戻され、ビ
ームの入射方向ズレに対する矯正力が発生する。これ
は、プラズマビームのねじれを解消するのに有効であ
る。逆に言えば、補助陽極部３１が無いと、プラズマビ
ームにはねじれが生じ易い。このようなプラズマビーム
のねじれは、基板４１に形成される被膜の品質に悪影響
を及ぼすので好ましくない。

【００１１】なお、図７では、図面の関係上、補助陽極
部３１におけるフェライト磁石３５とハースコイル３６
との位置関係が逆になっているが、これらの位置関係は
重要ではない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でのイオンプレーティング装置においては、図７（ａ）
に示すような磁界強度を得るために、主ハース３０と補
助陽極部３１との間が近接している。この場合、主ハー
ス３０の外径面と補助陽極部３１の内径面にはそれぞ
れ、タブレット３７からの蒸着物質が蓄積しやすい。そ
して、蒸着物質が蓄積すると、この蒸着物質が導電性の
場合主ハース３０と補助陽極部３１との間で電気的に短
絡してしまうという問題点があった。

【００１３】そこで、図８に示す如く、補助陽極部３１
の内径、すなわちフェライト磁石３５´、ハースコイル
３６´の内径を大きくして、蒸着物質による電気的な短
絡を解消することが考えられる。しかし、このようにす
ると、主ハース３０の真上の磁界強度は、図８（ａ）に
示すように、フラットになってしまう。このような磁界
強度では、プラズマビームが主ハース３０の中心軸上か
ら外れてしまっても復元力が作用せず、タブレット部分
以外の領域にもプラズマビームが入射することとなる。

【００１４】それ故、補助陽極部の内径を大きくして
も、プラズマビームのねじれを修正して、プラズマビー
ムを常に主ハースの中心に導くことのできるイオンプレ
ーティング装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマビー
ムを発生するためのビーム発生源と、真空容器内に配置
され前記プラズマビームの入射面を持つ陽極としてのハ
ースとを含み、前記ビーム発生源で発生されたプラズマ
ビームを前記ハースの入射面に導いて、処理を行うイオ
ンプレーティング装置において、該装置は更に、前記ハ
ースの周囲に、その外径よりも大きな内径を有し前記ハ
ースの外側に配置された第１の環状永久磁石を含む環状
の補助陽極部を備え、前記環状永久磁石の磁極面を垂直
にするかあるいは傾斜させたことを特徴とする。

【００１６】なお、前記補助陽極部は更に、磁極面を水
平にした第２の環状永久磁石を備えていても良い。

【００１７】上記の場合、前記第１、第２の環状永久磁
石を鉄心で結合しても良い。

【００１８】また、前記第１、第２の環状永久磁石の少
なくとも一方を、ブロック状の永久磁石を組合わせて構
成しても良い。

【００１９】更に、上記のいずれの形態においても、前
記補助陽極部は更に、前記環状永久磁石に対して同心的
に配置された電磁コイルを備えていても良い。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の第１の
実施の形態について説明する。本形態は図６で説明した
ようなイオンプレーティング装置に適用されるので、図
６に示された構成要素と同じ部分については同一番号を
付して説明は省略する。本形態の特徴は補助陽極部の構
造にある。本形態における補助陽極部１は、主ハース３
０よりも十分大きい内径を有する補助陽極部ケース１−
１内に、磁極面を垂直にした環状永久磁石１−２（第１
の環状永久磁石）と、磁極面を水平にした環状永久磁石
１−３（第２の環状永久磁石）と、ハースコイル１−４
とを設けて成る。環状永久磁石１−２は、主ハース３０
に近い方に設け、Ｎ極を内側に向け、Ｓ極を外側に向け
て磁極面が垂直になるようにしている。環状永久磁石１
−３は、Ｓ極を上側に向け、Ｎ極を下側に向けて磁極面
が水平になるようにしている。ハースコイル１−４は、
環状永久磁石１−３の下方に設けている。

【００２１】このような環状永久磁石１−２と１−３と
の組合わせにより、磁力線を補助陽極部１の内側により
多く発生することができ、主ハース３０の真上の磁界強
度の分布を図７（ａ）に示したような分布に近くするこ
とができる。これにより、補助陽極部１の内径を大きく
しても、プラズマビームのねじれを修正する機能を持た
せることができ、プラズマビームを常にタブレット３７
に入射させることができる。なお、ハースコイル１−４
は、上述の磁界強度分布の微調整のためにも使用され
る。

【００２２】図２を参照して、本発明の第２の実施の形
態について説明する。この第２の実施の形態では、補助
陽極部ケース１−１内にハースコイル１−４と共に１個
の環状永久磁石１−５を設けている。環状永久磁石１−
５は、傾斜した磁極面を有する。これは、図１に示され
た径方向に着磁された環状永久磁石１−２と垂直方向に
着磁された環状永久磁石１−３とを１つの環状永久磁石
１−５で代用していることを意味する。

【００２３】図３を参照して、本発明の第３の実施の形
態について説明する。この第３の実施の形態では、補助
陽極部ケース１−１内にハースコイル１−４と共に１個
の環状永久磁石１−２を設けている。環状永久磁石１−
２は、図１において説明したように、磁極面が垂直にな
るようにしている。言い換えれば、径方向に着磁されて
いる。本形態では、タブレット３７は図１に示された第
１の実施の形態の場合よりも下方に配置する必要があ
る。

【００２４】図４を参照して、本発明の第４の実施の形
態について説明する。この第４の実施の形態では、補助
陽極部ケース１−１内に、磁極面を斜めにした環状永久
磁石１−６（第１の環状永久磁石）と、磁極面を水平に
した環状永久磁石１−３´（第２の環状永久磁石）と、
ハースコイル１−４とを設けて成る。環状永久磁石１−
６は、主ハース３０に近い方に設け、Ｎ極を斜め上方に
向け、Ｓ極を斜め下方に向けて磁極面が斜めになるよう
にしている。環状永久磁石１−３´は、Ｎ極を上側に向
け、Ｓ極を下側に向けて磁極面が水平になるようにして
いる。ハースコイル１−４は、環状永久磁石１−３´の
下側に設けている。本形態では特に、環状永久磁石１−
３´と１−６とをヨーク１−７で磁気的に結合してい
る。このようなヨーク１−７を用いるのは、環状永久磁
石１−３´と１−６とをそれぞれ、周方向に分割した複
数のブロック状の永久磁石の組合わせで環状に構成でき
るようにするためである。このように構成すると、環状
永久磁石１−３´と１−６の製造が容易になる。

【００２５】いずれにしても、環状永久磁石１−３´と
１−６との磁力線の組合わせで図７（ａ）に示したよう
な磁界強度分布を得ることができる。

【００２６】図５を参照して、本発明の第５の実施の形
態について説明する。この第５の実施の形態では、補助
陽極部ケース１−１内に、磁極面を垂直にした環状永久
磁石１−２（第１の環状永久磁石）と、磁極面を水平に
した環状永久磁石１−３´（第２の環状永久磁石）と、
ハースコイル１−４とを設けて成る。環状永久磁石１−
６は、主ハース３０に近い方に設け、Ｎ極を内側に向
け、Ｓ極を外側に向けて磁極面が垂直になるようにして
いる。環状永久磁石１−３´は、Ｎ極を上側に向け、Ｓ
極を下側に向けて磁極面が水平になるようにしている。
ハースコイル１−４は、環状永久磁石１−３´の下側に
設けている。本形態でも、環状永久磁石１−２と１−３
´とをヨーク１−７´で磁気的に結合している。このよ
うにすることで、環状永久磁石１−２と１−３´とをそ
れぞれ、周方向に分割した複数のブロック状の永久磁石
の組合わせで環状に構成できる。この形態でも、環状永
久磁石１−２と１−３´との磁力線の組合わせで図７
（ａ）に示したような磁界強度分布を得ることができ
る。

【００２７】なお、前記実施の形態では、環状永久磁石
の上面の着磁と内側の着磁をＮ極とする例で示したが、
磁力線の形が同じであれば、ビーム発生源を含め磁石の
極性を逆にした組合せでも良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきた本発明によれば、補助
陽極部内に設けられる環状永久磁石の磁極面を垂直ある
いは斜めに傾斜させることにより、主ハース真上の磁界
強度分布を主ハースの中心軸から外側に向かって強くな
るように傾斜させることができる。このことにより、補
助陽極部の内径を大きくした場合でもプラズマビームの
ねじれを修正して、常に主ハースに入射させることがで
きる。

【００２９】また、ヨークを使用することにより、環状
永久磁石をブロック状の永久磁石の組合わせでつくるこ
とができ、製造が容易になる。

【００３０】更に、補助陽極部内にハースコイルを設け
ていることにより、ハースコイルに流す電流を調整する
ことで環状永久磁石の磁界強度をコントロールすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるイオンプレー
ティング装置の要部の構成を概略的に示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態によるイオンプレー
ティング装置の要部の構成を概略的に示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施の形態によるイオンプレー
ティング装置の要部の構成を概略的に示す断面図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施の形態によるイオンプレー
ティング装置の要部の構成を概略的に示す断面図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施の形態によるイオンプレー
ティング装置の要部の構成を概略的に示す断面図であ
る。

【図６】本発明が適用されるイオンプレーティング装置
の構成を示した断面図である。

【図７】図６に示された主ハースと補助陽極部の近傍の
磁界強度を説明するための図であり、図（ａ）は図
（ｂ）のＡ方向から見た磁界強度分布を示した図、図
（ｂ）は主ハースと補助陽極部の近傍の磁力線を示した
図である。

【図８】図７に示された補助陽極部の内径を大きくした
場合の主ハースと補助陽極部の近傍の磁界強度を説明す
るための図であり、図（ａ）は図（ｂ）のＡ方向から見
た磁界強度分布を示した図、図（ｂ）は主ハースと補助
陽極部の近傍の磁力線を示した図である。

【符号の説明】

１−１ 補助陽極部ケース １−２、１−３、１−３´、１−５、１−６ 環状永
久磁石 １−４、３６ ハースコイル １−７ ヨーク １０ キャリアガス １１ 真空容器 １３ プラズマビーム発生器 １４ 陰極 １５ ガラス管 １９ 第１の中間電極 ２０ 第２の中間電極 ２１ 環状永久磁石 ２２ 電磁石コイル ２３、２５ 電源 ２４ ステアリングコイル ２６、２７ 垂下抵抗器 ２８ 主電源 ３０ 主ハース １、３１ 補助陽極部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 悦男 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 酒見 俊之 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 田中 勝 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 Ｆターム(参考） 4K029 DD05 5F103 AA02 BB09 BB14 DD28

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマビームを発生するためのビーム
   発生源と、真空容器内に配置され前記プラズマビームの
   入射面を持つ陽極としてのハースとを含み、前記ビーム
   発生源で発生されたプラズマビームを前記ハースの入射
   面に導いて、処理を行うイオンプレーティング装置にお
   いて、該装置は更に、前記ハースの周囲に、その外径よ
   りも大きな内径を有し前記ハースの外側に配置された第
   １の環状永久磁石を含む環状の補助陽極部を備え、前記
   環状永久磁石の磁極面を垂直にするかあるいは傾斜させ
   たことを特徴とするイオンプレーティング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオンプレーティング装
   置において、前記補助陽極部は更に、磁極面を水平にし
   た第２の環状永久磁石を備えたことを特徴とするイオン
   プレーティング装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のイオンプレーティング装
   置において、前記第１、第２の環状永久磁石を鉄心で結
   合したことを特徴とするイオンプレーティング装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のイオンプレーティング装
   置において、前記第１、第２の環状永久磁石の少なくと
   も一方を、ブロック状の永久磁石を組合わせて構成した
   ことを特徴とするイオンプレーティング装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のイオン
   プレーティング装置において、前記補助陽極部は更に、
   前記環状永久磁石に対して同心的に配置された電磁コイ
   ルを備えたことを特徴とするイオンプレーティング装
   置。