JP2002088469A - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜形成材料を蒸発させるための電子銃が陽
イオンによりダメージを受けるのを防止可能なイオンプ
レーティング装置を提供する。 【解決手段】 排気ポンプを有するチャンバ１と、該チ
ャンバ１内に配設され基材28が装着される基材ホルダ２
と、チャンバ１内に配設され蒸発源たる薄膜形成材料30
を電子ビームで蒸発させる電子銃８と、チャンバ１内に
プラズマ29を発生させる高周波電力を供給する高周波電
源10と、基材ホルダ２と電子銃８及び蒸発源30との間を
遮るように配置された導電性網状部材21とを備え、プラ
ズマ29が基材ホルダ２と導電性網状部材21との間に形成
され、かつ蒸発させられた薄膜形成材料30が導電性網状
部材21を通過してプラズマ29により励起され、基材２に
堆積するよう構成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンプレーティ
ング装置に関し、特に電子銃によって薄膜形成材料を蒸
発させるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンプレーティング装置には、不活性
ガスの存在するチャンバ内でイオンプレーティングを行
う通常のイオンプレーティング装置と、不活性ガスの存
在しない真空チャンバ内でイオンプレーティングを行う
無ガスイオンプレーティング装置とがある。

【０００３】図３に従来の無ガスイオンプレーティング
装置の一例を示す。図３において、無ガスイオンプレー
ティング装置は、排気ポンプ（図示せず）を備えた真空
チャンバ１を有している。真空チャンバ１内には、基材
28が装着される基材ホルダ２が配設されている。基材ホ
ルダ２は、回転軸３及び軸受け５を介して真空チャンバ
１に回動自在に保持されかつモータ６により回転駆動さ
れる。また真空チャンバ１内には、基材ホルダ２と対向
するように蒸発源たる薄膜形成材料30を収容する容器７
が配置され、容器７に隣接して電子銃８が配設されてい
る。そして、基材ホルダ２と真空チャンバ１との間に
は、回転軸３、スリップリング４及び接触子12を介して
高周波電源10及び直流電源11が接続されている。なお、
符号２aは、薄膜形成材料を通過させるための孔、符号
９はマッチング回路を示す。

【０００４】このように構成された無ガスイオンプレー
ティング装置では、高周波電源10により高周波電圧が印
加されると、真空チャンバ１内にプラズマ29が形成され
る。また、電子銃８から電子ビームが出射されると、そ
れが容器７中の薄膜形成材料30に照射され、薄膜形成材
料30が蒸発する。そして、その蒸発した薄膜形成材料30
がプラズマにより励起され、基材ホルダ２の孔２aを通
って基材28の表面に堆積し、それにより、基材28に薄膜
が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記無ガスイ
オンプレーティング装置では、電子銃８の電子放出部
（フィラメント）は負極であるため、プラズマ29により
励起された陽イオンが該電子放出部に衝突して、該電子
放出部にダメージを与えることがあるという問題があ
る。ここで、真空チャンバ１内には、蒸発した薄膜形成
材料30からなる陽イオンだけでなく、残存ガス等の原子
がプラズマ29によって励起された陽イオンが存在する。
上記問題を生じるのは、それらのうち、質量の大きい陽
イオン（例えばＡｒ⁺イオン)である。また、通常のイオ
ンプレーティング装置もプラズマを用いて蒸発した薄膜
形成材料を励起する点で無ガスイオンプレーティング装
置と共通するので、このような問題は通常のイオンプレ
ーティング装置においても発生し得る。

【０００６】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、薄膜形成材料を蒸発させるための
電子銃が陽イオンによりダメージを受けるのを防止可能
なイオンプレーティング装置を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る真空成膜装置は、排気ポンプを有する
チャンバと、該チャンバ内に配設され基材が装着される
基材ホルダと、上記チャンバ内に配設され蒸発源たる薄
膜形成材料を電子ビームで蒸発させる電子銃と、上記チ
ャンバ内にプラズマを発生させるための高周波電力を供
給する高周波電源と、上記基材ホルダと上記電子銃及び
上記蒸発源との間を遮るように配置された導電性網状部
材とを備え、上記プラズマが上記基材ホルダと上記導電
性網状部材との間に形成され、かつ上記蒸発させられた
薄膜形成材料が上記導電性網状部材を通過して上記プラ
ズマにより励起され、上記基材に堆積するよう構成され
たものである（請求項１）。かかる構成とすると、導電
性網状部材を所定電位に保持することにより、陽イオン
が電子銃に衝突してその電子放出部にダメージを与える
のを低減することができる。また、電子銃の電子放出部
のダメージによる異常放電や絶縁物からなる薄膜の生成
時における電子銃付近でのアーク放電によってチャンバ
内の放電が不安定になるのが防止され、安定な放電が得
られる。その結果、薄膜にダメージを与えることがなく
なり、薄膜に欠陥が生じなくなる。さらに、導電性網状
部材によりプラズマの分布を制御することができ、その
結果、基材上に形成される薄膜の厚み等の品質をも制御
することができる。

【０００８】この場合、上記導電性網状部材を所定電位
に保持可能なものとしてもよい（請求項２）。

【０００９】また、上記導電性網状部材の電位を変化可
能なものとしてもよい（請求項３）。かかる構成とする
と、イオンプレーティングの条件に応じて導電性網状部
材の電位を最適なものに調整することができる。

【００１０】また、上記導電性網状部材に上記高周波電
力を供給するものとしてもよい（請求項４）。かかる構
成とすると、確実に導電性網状部材と基材ホルダとの間
にプラズマを形成することができる。

【００１１】また、上記導電性網状部材が厚み方向に延
びる仮想軸の周りに回転可能なものとしてもよい（請求
項５）。かかる構成とすると、プラズマの分布を均一に
することができる。

【００１２】また、上記導電性網状部材と上記基材ホル
ダとの距離を変化可能なものとしてもよい（請求項
６）。かかる構成とすると、プラズマの分布を変化させ
ることができ、それにより、陽イオンによる電子銃のダ
メージ防止の程度及び薄膜の品質を適切に制御すること
ができる。

【００１３】また、上記導電性網状部材は、少なくとも
表層部が上記薄膜形成材料からなるものであるとしても
よい（請求項７）。かかる構成とすると、導電性網状部
材が陽イオンによりスパッタされても、基材上に形成さ
れる薄膜と同じ材料の原子が飛び出すので、該薄膜が他
の材料で汚染されるのを防止することができる。

【００１４】また、上記チャンバが上記高周波電力を供
給する一方の電極を構成し、上記導電性網状部材が該チ
ャンバに接続されたものとしてもよい（請求項８）。か
かる構成とすると、チャンバ内面と導電性網状部材で囲
まれた領域の全体にプラズマが形成されるので、良好な
イオンプレーティングを行うことができる。

【００１５】また、上記チャンバ内における基材への薄
膜形成材料の堆積を、不活性ガスが存在しない環境下で
行うものであるとしてもよい（請求項９）。かかる構成
とすると、無ガスイオンプレーティングを行うことがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。 実施の形態１ 図１は本発明の実施の形態１に係る無ガスイオンプレー
ティング装置の構成を模式的に示す断面図である。

【００１７】図１において、無ガスイオンプレーティン
グ装置は、排気ポンプ（図示せず）を備えた、導電性部
材からなる真空チャンバ１を有している。真空チャンバ
１内の上部には、基材28が装着される基材ホルダ２が配
設されている。基材ホルダ２は、導電性材料からなりる
板状の部材であり、薄膜形成材料を通過させるための孔
２aが多数形成されている。そして、基材ホルダ２の上
面の該孔２aが形成された部分に基材28が載置されるよ
うになっている。基材ホルダ２の中央部には真空チャン
バ１外に突出するように導電性材料からなる回転軸３が
立設され、該回転軸３は軸受け５を介して真空チャンバ
１に回動自在に保持されかつモータ６に接続されてい
る。なお、回転軸３と真空チャンバ１との間、及び回転
軸３とモータ６との間は、図示されない絶縁部材により
絶縁されている。回転軸３の真空チャンバ１外への突出
部にはスリップリング4が配設され、該スリップリング4
に接触子12が接触している。接触子12と真空チャンバ１
との間には、高周波電源10及び直流電源11が並列に接続
されている。直流電源11は、真空チャンバ１に対し基材
ホルダ２が負となるような極性に接続されている。ま
た、高周波電源10には直流ブロッキング用コンデンサＣ
0及びマッチング回路９が直列に接続され、直流電源11
には高周波ブロッキング用チョークコイルＬ0が直列に
接続されている。また、高周波電源10の一端、直流電源
11の一端、及び真空チャンバ１はそれぞれ接地されてい
る。

【００１８】真空チャンバ１内の下部には、基材ホルダ
２と対向するように蒸発源たる薄膜形成材料30を収容す
る容器７が配置され、該容器７に隣接して電子銃８が配
設されている。

【００１９】そして、真空チャンバ１内の基材ホルダ２
と容器７及び電子銃８との間には、真空チャンバ１内を
水平に仕切るように、導電性網状部材としてのメッシュ
21が配設されている。メッシュ21は真空チャンバ１に電
気的に接続されている。メッシュ21は、導電性材料で構
成されるが、少なくともその表層部が薄膜形成材料30と
同じ材料で構成されていることが必要である。つまり、
メッシュ21は、薄膜形成材料30と同じ材料で構成される
か、あるいは薄膜形成材料30と同じ材料でコーティング
される必要がある。これは、メッシュ21が陽イオンによ
りスパッタされた場合に、基材28上に形成される薄膜が
他の材料で汚染されるのを防止するためである。

【００２０】次に、以上のように構成された無ガスイオ
ンプレーティング装置の動作を説明する。

【００２１】無ガスイオンプレーティングを行うには、
まず、排気ポンプを動作させて真空チャンバ１内を所定
の真空状態にするとともに、モータ６を動作させて基材
ホルダ２を回転させる。次いで、高周波電源10を所定の
電圧で動作させて基材ホルダ２と真空チャンバ１及びメ
ッシュ21との間にプラズマ29を立てる。この場合、プラ
ズマ29は、図示するように、基材ホルダ２とメッシュ21
との間に形成される。次いで、直流電源11を所定の電圧
で動作させて基材ホルダ２と真空チャンバ１及びメッシ
ュ21との間に直流電界を形成する。この直流電界は、真
空チャンバ１及びメッシュ21から基材ホルダ２に向かう
電界である。次いで、電子銃８を動作させて電子ビーム
を容器７中の薄膜形成材料30に照射すると、薄膜形成材
料30が電子ビームの衝撃により蒸発して、上方に拡散移
動する。この拡散移動する薄膜形成材料30は、メッシュ
21を通過した後プラズマ29により励起されるとともに上
記直流電界によって加速され、基材ホルダ２の孔２aを
通って基材28の表面に堆積する。これにより、基材28に
薄膜が形成される。

【００２２】この場合、メッシュ21は真空チャンバ１に
電気的に接続されているので、メッシュ21と基材ホルダ
２との間にプラズマ29が形成されるとともに、メッシュ
21から基材ホルダ２に向かう直流電界が形成されるた
め、プラズマ21がメッシュ21と基材ホルダ２との間に閉
じ込められるとともに、プラズマ29によって励起された
陽イオンがメッシュ21を通過して下方に移動するのが阻
止される。そのため、電子銃８がプラズマ29によって励
起された陽イオンによってダメージを受けるのを防止す
ることができる。また、電子銃８の電子放出部のダメー
ジによる異常放電や基材28上に絶縁物からなる薄膜を生
成する際における電子銃８付近でのアーク放電によって
真空チャンバ１内の放電が不安定になるのが防止され、
安定な放電が得られる。その結果、基材28上に形成され
る薄膜にダメージを与えることがなくなり、該薄膜に欠
陥が生じなくなる。また、直流電源11の電圧を調整して
メッシュ８の電位を調整することにより、基材28上に形
成される薄膜の厚み等の品質をも適切にコントロールす
ることができる。 実施の形態２ 図２は本発明の実施の形態２に係る無ガスイオンプレー
ティング装置の構成を模式的に示す断面図である。図２
において図１と同一符号は同一又は相当する部分を示
す。

【００２３】図２に示すように、本実施の形態において
は、メッシュ２の中央部に真空チャンバ１の下壁を貫通
して下方に延びるように回転軸22が突設され、該回転軸
22は軸受け24を介して真空チャンバ１に回動及び摺動自
在に保持されかつモータ23に接続されている。なお、回
転軸22と真空チャンバ１との間、及び回転軸22とモータ
23との間は、図示されない絶縁部材により絶縁されてい
る。また、モータ23は昇降機構25により所定距離を昇降
可能となってる。そして、回転軸22の真空チャンバ１外
への突出部にはスリップリング26が配設され、該スリッ
プリング26に接触子31が接触している。接触子31と真空
チャンバ１との間には、直流電源27が接続されている。
これ以外の点は、実施の形態１と同様である。

【００２４】このように構成された無ガスイオンプレー
ティング装置では、モータ23でメッシュ21を回転させる
と、メッシュ21を通過する、蒸発した薄膜形成材料30の
密度が均一になる。その結果、プラズマ29の分布、ひい
ては基材28上に形成される極薄膜の品質が均一なものと
なる。

【００２５】また、昇降機構25でメッシュ21を昇降する
と、メッシュ21と基材ホルダ２との距離が変化し、それ
に応じてプラズマ29の分布が変化する。例えば、メッシ
ュ21を下降させると、メッシュ21と基材ホルダ２との距
離が大きくなり、プラズマ29が下方まで分布するととも
にその密度が低下する。逆に、メッシュ21を上昇させる
と、メッシュ21と基材ホルダ２との距離が小さくなり、
プラズマ29が上方のみに分布するとともにその密度が増
大する。これにより、陽イオンによる電子銃８のダメー
ジ防止の程度及び基材28上に形成される薄膜の品質を適
切に制御することができる。

【００２６】さらに、直流電源27の電圧を変化させるこ
とにより、メッシュ21の電位を変化させることができ、
その結果、イオンプレーティングの条件に応じてメッシ
ュの電位を最適なものに調整することができる。

【００２７】なお、上記実施の形態では、本発明を無ガ
スイオンプレーティング装置に適用する場合を説明した
が、通常のイオンプレーティング装置にも本発明を同様
に適用することができる。

【００２８】また、上記の説明では基材28上に通常の薄
膜を形成する場合を説明したが、無ガスイオンプレーテ
ィング装置では、基材28上に極薄膜、すなわちナノオー
ダの膜を形成する場合がある。この場合には、薄膜の厚
み等の品質の制御にシビアなコントロールが要求される
が、本発明によれば薄膜に欠陥が生じなくなるので、本
発明に係る無ガスイオンプレーティング装置によって極
薄膜を形成すると、その効果が特に顕著なものとなる。

【００２９】また、上記実施の形態では、導電性網状部
材としてメッシュを用いたが、導電性網状部材は、蒸発
した薄膜形成材料を厚み方向に通過させることが可能な
多数の孔を有する導電性の部材であればよく、例えば、
板に多数の貫通孔を穿設した開口率の低いものや、ネッ
ト状の開口率の高いものでもよい。また、導電性網状部
材の形状は、平板状に限らず、どのような形状であって
もよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したような形態で
実施され、以下のような効果を奏する。 （１）導電性網状部材を所定電位に保持することによ
り、陽イオンが電子銃に衝突してダメージを与えるのを
低減することができる。また、電子銃の電子放出部のダ
メージによる異常放電や絶縁物からなる薄膜の生成時に
おける電子銃付近でのアーク放電によってチャンバ内の
放電が不安定になるのが防止され、安定な放電が得られ
る。その結果、薄膜にダメージを与えることがなくな
り、薄膜に欠陥が生じなくなる。さらに、導電性網状部
材によりプラズマの分布を制御することができ、その結
果、基材上に形成される薄膜の品質をも制御することが
できる。 （２）、導電性網状部材の電位を変化可能なものとする
と、イオンプレーティングの条件に応じて導電性網状部
材の電位を最適なものに調整することができる。 （３）導電性網状部材に高周波電力を供給するものとす
ると、確実に導電性網状部材と基材ホルダとの間にプラ
ズマを形成することができる。 （４）導電性網状部材が厚み方向に延びる仮想軸の周り
に回転可能なものとすると、プラズマの分布を均一にす
ることができる。 （５）導電性網状部材と基材ホルダとの距離を変化可能
なものとすると、陽イオンによる電子銃のダメージ防止
の程度及び薄膜の品質を適切に制御することができる。 （６）導電性網状部材を、少なくとも表層部が上記薄膜
形成材料からなるものであるとすると、導電性網状部材
が陽イオンによりスパッタされても、基材上に形成され
る薄膜が他の材料で汚染されるのを防止することができ
る。 （７）チャンバが高周波電力を供給する一方の電極を構
成し、導電性網状部材が該チャンバに接続されたものと
すると、良好なイオンプレーティングを行うことができ
る。 （８）チャンバ内における基材への薄膜形成材料の堆積
を、不活性ガスが存在しない環境下で行うものであると
すると、無ガスイオンプレーティングを行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る無ガスイオンプレ
ーティング装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態２に係る無ガスイオンプレ
ーティング装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図３】従来の無ガスイオンプレーティング装置の構成
を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 基材ホルダ ２a 孔 ３,22 回転軸 ４,26 スリップリング ５,24 軸受け ６,23 モータ ７ 容器 ８ 電子銃 ９ マッチング回路 10 高周波電源 11 直流電源 12,31 接触子 21 メッシュ 25 昇降機構 27 直流電源 28 基材 29 プラズマ 30 薄膜形成材料 Ｃ0 直流ブロッキング用コンデンサ Ｌ0 高周波ブロッキング用チョークコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能勢 功一 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発センタ内 Ｆターム(参考） 4K029 CA03 DA00 DB21 DD02 EA06

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ポンプを有するチャンバと、 該チャンバ内に配設され基材が装着される基材ホルダ
   と、 上記チャンバ内に配設され蒸発源たる薄膜形成材料を電
   子ビームで蒸発させる電子銃と、 上記チャンバ内にプラズマを発生させるための高周波電
   力を供給する高周波電源と、 上記基材ホルダと上記電子銃及び上記蒸発源との間を遮
   るように配置された導電性網状部材とを備え、 上記プラズマが上記基材ホルダと上記導電性網状部材と
   の間に形成され、かつ上記蒸発させられた薄膜形成材料
   が上記導電性網状部材を通過して上記プラズマにより励
   起され、上記基材に堆積するよう構成されたイオンプレ
   ーティング装置。
2. 【請求項２】 上記導電性網状部材を所定電位に保持可
   能な請求項１記載のイオンプレーティング装置。
3. 【請求項３】 上記導電性網状部材の電位を変化可能な
   請求項１又は２記載のイオンプレーティング装置。
4. 【請求項４】 上記導電性網状部材に上記高周波電力を
   供給する請求項１ないし３のいずれか１つの項に記載の
   イオンプレーティング装置。
5. 【請求項５】 上記導電性網状部材が厚み方向に延びる
   仮想軸の周りに回転可能な請求項１ないし４のいずれか
   １つの項に記載のイオンプレーティング装置。
6. 【請求項６】 上記導電性網状部材と上記基材ホルダと
   の距離を変化可能な請求項１ないし５のいずれか１つの
   項に記載のイオンプレーティング装置。
7. 【請求項７】 上記導電性網状部材は、少なくとも表層
   部が上記薄膜形成材料からなるものである請求項１ない
   し６のいずれか１つの項に記載のイオンプレーティング
   装置。
8. 【請求項８】 上記チャンバが上記高周波電力を供給す
   る一方の電極を構成し、上記導電性網状部材が該チャン
   バに接続された請求項１ないし７のいずれか１つの項に
   記載のイオンプレーティング装置。
9. 【請求項９】 上記チャンバ内における基材への薄膜形
   成材料の堆積を、不活性ガスが存在しない環境下で行う
   ものである請求項１ないし８のいずれか１つの項に記載
   のイオンプレーティング装置。