JP2635385B2 - Ion plating method - Google Patents
Ion plating methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、複合陰極型プラズマガンから発生したプラ
ズマを用いて、効率的に高品質の薄膜を、均一に大面積
で形成するのに有効なイオンプレーティング方法に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is effective in efficiently forming a high-quality thin film uniformly over a large area using plasma generated from a composite cathode plasma gun. The present invention relates to a simple ion plating method.
[従来の技術] 従来より、光学薄膜、装飾用等に真空蒸着は広く使わ
れている。さらに、真空蒸着内にホローカソード、高周
波励起を導入してグロー放電を起こし、膜質の改善を行
なうイオンプレーティングという技術も知られている。
しかしながら、これらの方法で、建築用ビルの窓ガラ
ス、自動車用ガラス等の大面積基板に効率よく、高品質
の膜を蒸着するには問題があった。例えば、ホローカソ
ード法では、カソード部がプラズマにさらされるため、
溶解したり変形等により、安定した連続蒸着が難しかっ
た。また、イオンがカソード側に逆流する可能性もあ
り、長時間大電力放電を行なうには難点があった。高周
波法では放電を起こすのにリング状のアンテナ等を用
い、かつ、バイアスをかけるために基板側に金属板等を
配置する必要もあり、大面積に一様な放電領域を作るの
が難しく、しかも、放電は真空槽内のガス圧力に影響さ
れるために、放電が不安定であり、大面積板に均一に連
続して安定な蒸着を高速で行なうことは難しかった。[Prior Art] Conventionally, vacuum deposition has been widely used for optical thin films, decorative purposes, and the like. Further, a technique called ion plating for improving a film quality by introducing a hollow cathode and high-frequency excitation into vacuum deposition to generate glow discharge is also known.
However, there has been a problem in efficiently depositing a high-quality film on a large-area substrate such as a window glass of an architectural building or a glass for an automobile by using these methods. For example, in the hollow cathode method, since the cathode portion is exposed to plasma,
Stable continuous vapor deposition was difficult due to melting or deformation. In addition, there is a possibility that ions may flow back to the cathode side, and there is a problem in performing high-power discharge for a long time. In the high-frequency method, it is necessary to use a ring-shaped antenna or the like to generate a discharge, and to arrange a metal plate or the like on the substrate side to apply a bias, making it difficult to create a uniform discharge area over a large area. In addition, since the discharge is affected by the gas pressure in the vacuum chamber, the discharge is unstable, and it has been difficult to uniformly and continuously perform stable vapor deposition at a high speed on a large-area plate.
[発明の解決しようとする課題] 上述のように、従来のホローカソードや、高周波励起
を導入したイオンプレーティング法では、大面積で均一
な薄膜を形成することは極めて難しいという問題を有し
ていた。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, it is extremely difficult to form a uniform thin film having a large area with a conventional hollow cathode or an ion plating method using high-frequency excitation. Was.
[問題点を解決するための手段] 本発明は上述の欠点を解消することを目的としてなさ
れたものであって、アーク放電によって発生したアーク
放電プラズマ流を磁界を加えてシート状に変形し、該シ
ート状プラズマの下方に置かれた蒸発原料ハースの下に
上記シート状プラズマの幅方向に細長い永久磁石を置
き、かかる永久磁石による磁界によって上記シート状プ
ラズマを曲げて上記蒸発原料に導くとともに、蒸発原料
ハース及びその下の永久磁石を互いに相対的に移動させ
ることにより、蒸発原料ハース上に導くとともに、移動
方向が、基体と平行な方向となるようにかつシート状プ
ラズマの幅方向に垂直な方向となるように蒸発原料ハー
スとその下の永久磁石とを相対的に移動させることによ
り、蒸発原料を蒸発させ、該蒸発原料の上方に置かれた
基体上に被膜を形成することを特徴とするイオンプレー
ティング方法、および、アーク放電によって発生したア
ーク放電プラズマ流を磁界を加えてシート状に変形し、
該シート状プラズマの下方に置かれた蒸発原料ハースの
下に上記シート状プラズマの幅方向に細長い永久磁石を
置き、かかる永久磁石による磁界によって上記シート状
プラズマを曲げて上記蒸発原料ハース上に導くととも
に、移動方向が、基体と平行な方向となるようにかつシ
ート状プラズマの幅方向に垂直な方向となるように蒸発
原料ハースとその下の永久磁石とを並進運動させること
により、蒸発原料を蒸発させ、該蒸発原料を蒸発させ、
該蒸発原料の上方に置かれた基体上に被膜を形成するこ
とを特徴とするイオンプレーティング方法を提供するも
のである。[Means for Solving the Problems] The present invention has been made for the purpose of solving the above-mentioned drawbacks, and is to deform an arc discharge plasma flow generated by arc discharge into a sheet by applying a magnetic field, A permanent magnet that is elongated in the width direction of the sheet-like plasma is placed under the evaporation material hearth placed below the sheet-like plasma, and the sheet-like plasma is bent by the magnetic field of the permanent magnet to guide the evaporation material, By moving the evaporation material hearth and the permanent magnet thereunder relative to each other, the evaporation material hearth is guided on the evaporation material hearth, and the moving direction is parallel to the base and perpendicular to the width direction of the sheet-like plasma. The evaporation source is evaporated by moving the evaporation source hearth and the permanent magnet below the hearth relative to each other so as to be in the same direction. An ion plating method characterized by forming a coating on a substrate placed in, and an arc discharge plasma flow generated by arc discharge is deformed into a sheet by applying a magnetic field,
A permanent magnet elongated in the width direction of the sheet-like plasma is placed under the evaporation material hearth placed below the sheet-like plasma, and the sheet-like plasma is bent by the magnetic field generated by the permanent magnet and guided onto the evaporation-material hearth. At the same time, the evaporation raw material hearth and the permanent magnet thereunder are translated so that the moving direction is parallel to the base and perpendicular to the width direction of the sheet-like plasma, so that the evaporation raw material is removed. Evaporating, evaporating the evaporating raw material,
It is an object of the present invention to provide an ion plating method comprising forming a film on a substrate placed above the evaporation raw material.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
第1図は本発明の方法によってイオンプレーティング
を行なうために用いる装置の一例の基本的構成を示す模
式図である。第1図は、被膜が形成される基体を固定し
た場合の例である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an example of an apparatus used for performing ion plating by the method of the present invention. FIG. 1 shows an example in which a substrate on which a film is formed is fixed.
第2図は第1図のアーア断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of an area shown in FIG.
本発明においては、アーク放電によるプラズマ流を用
いる。かかるアーク放電プラズマ流は、アーク放電プラ
ズマ流発生源1とアノード(ハース)2間で、プラズマ
発生用直流電源4を印加してアーク放電を行うことで生
成される。In the present invention, a plasma flow by arc discharge is used. Such an arc discharge plasma flow is generated by applying a plasma generation DC power supply 4 between the arc discharge plasma flow source 1 and the anode (hearth) 2 to perform arc discharge.
かかるアーク放電プラズマ流発生源1としては、複合
陰極型プラズマ発生装置、又は、圧力勾配型プラズマ発
生装置、又は両者を組み合わせたプラズマ発生装置が好
ましい。このようなプラズマ発生装置については、真空
第25巻第10号(1982年発行)に記載されている。As such an arc discharge plasma flow generation source 1, a composite cathode type plasma generation device, a pressure gradient type plasma generation device, or a plasma generation device combining the both is preferable. Such a plasma generator is described in Vacuum Vol. 25, No. 10, issued in 1982.
複合陰極型プラズマ発生装置とは、熱容量の小さい補
助陰極と、LaB6からなる主陰極とを有し、該補助陰極に
初期放電を集中させ、それを利用して主陰極LaB6を加熱
し、主陰極LaB6が最終陰極としてアーク放電を行うよう
にしたプラズマ発生装置である。例えば第3図のような
装置が挙げられる。補助陰極としてはW,Ta,Moなどの高
融点金属のコイル又はパイプ状のものが挙げられる。The composite cathode type plasma generating apparatus has a small auxiliary cathode heat capacity and a main cathode made of LaB 6, to concentrate initial discharge to the auxiliary cathode, by using it to heat the main cathode LaB 6, This is a plasma generator in which a main cathode LaB 6 performs an arc discharge as a final cathode. For example, there is an apparatus as shown in FIG. Examples of the auxiliary cathode include coils or pipes of a high melting point metal such as W, Ta, and Mo.
このような複合陰極型プラズマ発生装置においては、
熱容量の小さな補助陰極52を集中的に初期放電で加熱
し、初期陰極として動作させ、間接的にLaB6の主陰極51
を加熱し、最終的にはLaB6の主陰極51によるアーク放電
へと移行させる方式であるので、補助陰極52が2500℃以
上の高温になって寿命に影響する以前にLaB6の主陰極51
が1500℃〜1800℃に加熱され、大電子流放出可能にな
り、補助陰極52のそれ以上の温度上昇が避けられるとい
う点が大きな利点である。In such a composite cathode type plasma generator,
A small auxiliary cathode 52 of the heat capacity and heated at intensive initial discharge, is operated as an initial cathode, the main cathode 51 indirectly LaB 6
Heating the so eventually is in a manner to be shifted to the arc discharge by the main cathode 51 of LaB 6, the main cathode 51 of LaB 6 before the auxiliary cathode 52 affects the service life at a high temperature above 2500 ° C.
Is heated to 1500 ° C. to 1800 ° C., a large electron current can be emitted, and a further increase in the temperature of the auxiliary cathode 52 is avoided.
又、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、陰極と陽極の
間に中間電極を介在させ、陰極領域を1Torr程度に、そ
して陽極領域を10-3Torr程度に保って放電を行うもので
あり、陽極領域からのイオン逆流による陰極の損傷がな
い上に、中間電極のない放電形式のものと比較して、放
電電子流をつくりだすためのキャリアガスのガス効率が
飛躍的に高く、大電流放電が可能であるという利点を有
している。A pressure-gradient plasma generator is a device in which an intermediate electrode is interposed between a cathode and an anode, and discharges while maintaining the cathode region at about 1 Torr and the anode region at about 10 -3 Torr. There is no damage to the cathode due to backflow of ions from the region, and the gas efficiency of the carrier gas for creating the discharge electron flow is dramatically higher than that of the discharge type without the intermediate electrode, enabling large current discharge. Has the advantage that
複合陰極型プラズマ発生装置と、圧力勾配型プラズマ
発生装置とは、それぞれ上記のような利点を有してお
り、両者を組み合わせたプラズマ発生装置、即ち、陰極
として複合陰極を用いると共に中間電極も配したプラズ
マ発生装置は、上記利点を同時に得ることができるので
本発明のアーク放電プラズマ流発生源1として大変好ま
しい。The composite cathode type plasma generator and the pressure gradient type plasma generator each have the above-mentioned advantages, and a plasma generator combining both of them, that is, a composite cathode is used as a cathode and an intermediate electrode is also provided. The plasma generating apparatus described above is very preferable as the arc discharge plasma flow source 1 of the present invention because the above-mentioned advantages can be obtained at the same time.
第1図にはアーク放電プラズマ発生源1として、第3
図に示したような複合陰極21と、環状永久磁石を含む第
1中間電極22、空芯コイルを含む第2中間電極を有する
第2中間電極23を有するものを用いた場合を示した。FIG. 1 shows an arc discharge plasma source 1
An example is shown in which a composite cathode 21 as shown in the figure, a first intermediate electrode 22 including an annular permanent magnet, and a second intermediate electrode 23 including a second intermediate electrode including an air core coil are used.
本発明においては、アノード(ハース)2をプラズマ
発生源1の下方に位置するように配置し、空芯コイル6
によってプラズマ発生源1から発生したアーク放電によ
る高密度のプラズマ流を真空室3に引き出す。さらに、
引き出したプラズマをシート状にするために、一対の永
久磁石5をN極面を対向させてプラズマをハース2と基
体7方向から挟み、かつ、永久磁石のN極、あるいは、
S極面をハース2面、あるいは、被膜を形成する基体7
面と平行になるように配置し、プラズマをハース2、あ
るいは基板7と平行な方向におしつぶし、シートプラズ
マ8を形成する。In the present invention, the anode (hearth) 2 is disposed so as to be located below the plasma generation source 1, and the air-core coil 6
As a result, a high-density plasma flow generated by the arc discharge generated from the plasma generation source 1 is drawn into the vacuum chamber 3. further,
In order to make the drawn plasma into a sheet shape, the pair of permanent magnets 5 are sandwiched between the hearth 2 and the base 7 with the N pole faces facing each other, and the N pole of the permanent magnet or
The S pole face is two hearths or the substrate 7 on which a coating is formed
The sheet plasma 8 is formed by pressing the plasma in a direction parallel to the hearth 2 or the substrate 7.
第1図において、一対の永久磁石5によってシート状
に変形されたシートプラズマ8は、第1図の上から下方
向の厚さ及び第1図に垂直な方向に第2図に示したよう
な幅を有している。In FIG. 1, the sheet plasma 8 deformed into a sheet shape by a pair of permanent magnets 5 has a thickness from the top to the bottom in FIG. 1 and a direction perpendicular to FIG. 1 as shown in FIG. It has a width.
かかるシートプラズマ8はハース2の下に置かれた永
久磁石9のつくる磁場によって約90゜で曲げられ、ハー
ス2に集束し、ハース2内の蒸発原料10を蒸発させ、蒸
発した粒子がハース2の上方に置かれた基体7上に付着
して被膜が形成される。The sheet plasma 8 is bent at about 90 ° by the magnetic field generated by the permanent magnet 9 placed under the hearth 2, focuses on the hearth 2, evaporates the raw material 10 in the hearth 2, and evaporates the particles. Is formed on the substrate 7 placed above the substrate.
本発明においては、永久磁石9は第2図に示したよう
に、シートプラズマ8の幅方向において、ハース2と少
なくとも同じ長さを有していることが好ましい。ハース
2内の蒸発原料上にまんべんなくシートプラズマ8が入
射し、蒸発原料を有効に用いることができるからであ
る。In the present invention, as shown in FIG. 2, the permanent magnet 9 preferably has at least the same length as the hearth 2 in the width direction of the sheet plasma 8. This is because the sheet plasma 8 is evenly incident on the evaporation material in the hearth 2, and the evaporation material can be used effectively.
又、本発明においては、永久配石9及びハース2は、
第2図に示したようにシートプラズマ8の幅方向におい
て、基体7と少なくとも同じ長さを有していることが好
ましい。ハース2から蒸発した蒸発原料が、シートプラ
ズマの幅方向で、基体7上にまんべんなく、可及的に均
一に付着できるからである。In the present invention, the permanent stone arrangement 9 and the hearth 2 are:
As shown in FIG. 2, the sheet plasma 8 preferably has at least the same length as the base 7 in the width direction. The reason is that the evaporation raw material evaporated from the hearth 2 can be evenly and uniformly attached to the base 7 in the width direction of the sheet plasma.
又、本発明において、ハース2及び永久磁石9を第1
図の矢印A方向、即ち、基体7と平行な面内で並進運動
をさせるとシートプラズマの幅と垂直な方向において、
基体7にハース2から蒸発した蒸発原料が均一に付着
し、基体7のハース2の真上の部分と、離れた部分とで
膜厚が不均一になることを可及的に防止できるので、大
変好ましい。In the present invention, the hearth 2 and the permanent magnet 9 are
In the direction of arrow A in the figure, that is, in the direction perpendicular to the width of the sheet plasma when the translational motion is performed in a plane parallel to the base 7,
The evaporation material evaporated from the hearth 2 is uniformly adhered to the base 7, and the film thickness can be prevented as much as possible from the portion just above the hearth 2 of the base 7 and the portion apart from the hearth 2. Very good.
本発明においては、移動方向が、基体と平行な方向と
なるようにかつシート状プラズマの幅方向に垂直な方向
となるように蒸発原料ハースとその下の永久磁石とを相
対的に移動させることもでき、例えば第5図のように、
ハース2より細い永久磁石9を用い、第5図矢印Bのよ
うにハース2に対して相対的に永久磁石9を移動させハ
ース2に均一にプラズマが入射するように操作する。こ
うすることによって、蒸発原料の使用効率が増大する。
特に蒸発原料が金属酸化物等の高価な材料の場合は、特
に有効である。この操作は、上記第1図の矢印Aの並進
運動と組み合わせて行なうこともできる。In the present invention, the evaporating material hearth and the permanent magnet thereunder are relatively moved so that the moving direction is parallel to the substrate and perpendicular to the width direction of the sheet-like plasma. For example, as shown in FIG. 5,
Using a permanent magnet 9 thinner than the hearth 2, the permanent magnet 9 is moved relative to the hearth 2 as shown by an arrow B in FIG. By doing so, the use efficiency of the evaporation raw material is increased.
This is particularly effective when the evaporation source is an expensive material such as a metal oxide. This operation can be performed in combination with the translational movement indicated by the arrow A in FIG.
又、第7図のように、蒸発原料ハース2及び被膜を形
成する基体7を真空室3内に配置し、細長い矩形状の永
久磁石9を真空室3の外側かつ蒸発原料ハース2の下方
に配置してイオンプレーティングを行なうこともでき
る。この場合、真空室3の底面の蒸発原料ハース2と永
久磁石9の間に挟まれた部分は、磁界を遮蔽しない材質
で構成されていることが必要である。以上のようにする
ことによって、真空室3の底面を介して、シートプラズ
マ8の幅、厚さ、プラズマ密度等を、永久磁石9を変え
ることによって、所望に応じ、真空室外でコントロール
することができる。シートプラズマの幅、長さ、プラズ
マ密度は、蒸発原料2、永久磁石9、アーク放電プラズ
マ流発生源1に印加されるパワー等によって変化する
が、このうち、永久磁石9の形状、磁力の強度を自由に
変化させることができれば、十分なシートプラズマのコ
ントロールが可能となる。上述したように、永久磁石9
を真空室3外に配置するようにすれば、真空室3内を変
えずに、永久磁石9の種類、形状を変えたり、永久磁石
9と蒸発原料ハース2との距離を変化させたりすること
が可能となる。これは、異種材料の膜の多層化、及び、
連続生産のための安定化に大きく寄与する。As shown in FIG. 7, the evaporation source hearth 2 and the substrate 7 on which the film is formed are arranged in the vacuum chamber 3, and the elongated rectangular permanent magnet 9 is placed outside the vacuum chamber 3 and below the evaporation source hearth 2. Ion plating can also be performed by disposing. In this case, the portion of the bottom surface of the vacuum chamber 3 sandwiched between the evaporation material hearth 2 and the permanent magnet 9 needs to be made of a material that does not shield the magnetic field. As described above, the width, thickness, plasma density, and the like of the sheet plasma 8 can be controlled outside the vacuum chamber as desired by changing the permanent magnet 9 via the bottom surface of the vacuum chamber 3. it can. The width, length, and plasma density of the sheet plasma vary depending on the power applied to the evaporating raw material 2, the permanent magnet 9, the arc discharge plasma flow source 1, and the like. Can be changed freely, sufficient control of the sheet plasma becomes possible. As described above, the permanent magnet 9
Is arranged outside the vacuum chamber 3, it is possible to change the type and shape of the permanent magnet 9 or change the distance between the permanent magnet 9 and the evaporation material hearth 2 without changing the inside of the vacuum chamber 3. Becomes possible. This is a multi-layered film of different materials,
It greatly contributes to stabilization for continuous production.
又、放電用ガス導入口11からは、放電用ガスが導入さ
れる。又、真空室3は、排気手段によって10-3Torr程度
又はそれ以下に保たれることが望ましい。Further, a discharge gas is introduced from the discharge gas inlet 11. Further, it is desirable that the vacuum chamber 3 is maintained at about 10 −3 Torr or less by the exhaust means.
本発明において用いられる蒸発原料10としては、金
属、合金、これらの酸化物、硼化物、炭化物、珪化物、
窒化物あるいはこれらのうち1又は2種類以上を含む混
合物からなるタブレットが使用でき、得に限定されるも
のではないが、金属酸化物膜を形成する場合には、金属
酸化物タブレットを用いると、製膜条件の制御が容易で
良質の膜が得られるので好ましい。特に、錫を含む酸化
インジウム膜を形成する場合には、非常に低抵抗の膜が
得られるという理由から錫を5〜10重量%含む酸化イン
ジウムのタブレットが好ましい。As the evaporation raw material 10 used in the present invention, metals, alloys, oxides thereof, borides, carbides, silicides,
A tablet made of a nitride or a mixture containing one or more of these can be used, and is not particularly limited. However, when a metal oxide film is formed, when a metal oxide tablet is used, This is preferable because it is easy to control the film forming conditions and a good quality film can be obtained. In particular, when an indium oxide film containing tin is formed, a tablet of indium oxide containing 5 to 10% by weight of tin is preferable because a very low-resistance film can be obtained.
又、本発明においては、ガス導入口11から真空室3へ
導入される放電用ガスとしては、特に限定されないが、
Ar,Heなどの不活性ガスが好ましい。又、真空室3内の
ガス雰囲気は、かかるArなどの不活性ガスの他に、真空
室3に設けられたガス導入手段12により、反応ガスとし
てO2,N2などを、0〜50体積%添加してもよい。In the present invention, the discharge gas introduced from the gas inlet 11 into the vacuum chamber 3 is not particularly limited,
Inert gases such as Ar and He are preferred. The gas atmosphere in the vacuum chamber 3, in addition to an inert gas such as such Ar, the gas introducing means 12 provided in the vacuum chamber 3, and O 2, N 2 as a reactive gas, 0-50 volume % May be added.
本発明において薄膜を形成する基体7としては、ガラ
ス、プラスチック、金属からなる基体やフィルムなどが
使用でき、特に限定されるものではないが、本発明の方
法では、特に基体を加熱しなくても高品質の膜が得られ
るので、耐熱性の低いもの、例えば、プラスチックから
なる基板又はフィルムあるいはあらかじめ有機高分子膜
を有するガラス板、例えば、カラーフィルター膜を有す
る液晶カラーディスプレー用ガラス基板などにも十分に
適用できる。As the substrate 7 on which a thin film is formed in the present invention, a substrate or a film made of glass, plastic, or metal can be used, and is not particularly limited. However, in the method of the present invention, even if the substrate is not heated. Since a high quality film can be obtained, those having low heat resistance, such as a substrate or film made of plastic or a glass plate having an organic polymer film in advance, such as a glass substrate for a liquid crystal color display having a color filter film, etc. Applicable enough.
又、本発明において基体7上に形成される薄膜として
は、金属膜、合金膜、金属の酸化物、窒化物、硼化物、
珪化物、炭化物あるいはこれらのうち1又は2種類以上
を含む混合物からなる薄膜等が形成でき、特に限定され
るものではないが、本発明の方法は、低抵抗で高透過率
の透明導電膜を得るのに最適である。かかる透明導電膜
としては、錫を含む酸化インジウム膜、アンチモンを含
む酸化錫膜、アルミニウムを含む酸化亜鉛膜等が好適な
例として挙げられる。本発明の方法は、液晶表示素子等
のディスプレー用の透明電極、太陽電池等の電極、熱線
反射ガラス、電磁遮蔽ガラス、低放射率(Low−Emissiv
ity)ガラス等の製造にも適用できる。本発明におい
て、製膜中、基体7は静止していても良いし、搬送され
ても良い。特に、第1図において左から右、または右か
ら左、即ち、第2図において紙面の手前から裏側へ垂直
に向かう方向、又は、裏側から手前へ垂直に向かう方向
に搬送しながら、被膜形成を行なうと、シートプラズマ
の幅方向に均一な膜を連続して形成することができるの
で好ましい。In the present invention, the thin film formed on the base 7 includes a metal film, an alloy film, a metal oxide, a nitride, a boride,
A thin film or the like made of silicide, carbide or a mixture containing one or more of these can be formed, and is not particularly limited. However, the method of the present invention provides a transparent conductive film having low resistance and high transmittance. Perfect to get. Suitable examples of such a transparent conductive film include an indium oxide film containing tin, a tin oxide film containing antimony, and a zinc oxide film containing aluminum. The method of the present invention comprises a transparent electrode for a display such as a liquid crystal display element, an electrode for a solar cell, a heat ray reflective glass, an electromagnetic shielding glass, a low emissivity (Low-Emissiv).
ity) It can be applied to the production of glass and the like. In the present invention, during film formation, the substrate 7 may be stationary or may be transported. In particular, the film is formed while being conveyed in the direction from left to right in FIG. 1 or right to left, that is, in the direction perpendicular to the back side of the paper in FIG. 2 or in the direction perpendicular to the back side in the vertical direction in FIG. This is preferable because a uniform film can be continuously formed in the width direction of the sheet plasma.
本発明においては、アーク放電プラズマ流発生源1に
印加する直流電源4や、プラズマ流をシート状に変形す
る永久磁石5の長さ、磁力の強度等を調整すれば、厚さ
0.5〜3cm、幅10〜50cm程度のシートプラズマを容易に形
成でき、又、永久磁石9の長さ、磁力の強度等を変える
ことにより、ハース2上へのシートプラズマの幅、及び
プラズマの形状、密度を変えることができる。In the present invention, if the length of the DC power supply 4 applied to the arc discharge plasma flow source 1 and the length of the permanent magnet 5 for transforming the plasma flow into a sheet, the strength of the magnetic force, and the like are adjusted, the thickness is reduced.
A sheet plasma having a width of about 0.5 to 3 cm and a width of about 10 to 50 cm can be easily formed, and the width of the sheet plasma on the hearth 2 and the shape of the plasma can be changed by changing the length of the permanent magnet 9 and the strength of the magnetic force. , The density can be changed.
さらに、第4図のように、2以上のプラズマ発生源1
から発生したプラズマを磁場手段(具体的には、第4図
においては永久磁石5)によってシート状に変形したシ
ートプラズマを同一平面内に隣接させて大面積のシート
プラズマを形成し、その下方に置かれたハース2上へ曲
げて蒸発させるようにすることもできる。第4図は、第
1図のような装置を3つ隣接させた場合を第1図の上か
ら下へ向かって見た所を示す図である。このように複数
のシートプラズマを隣接させる場合、永久磁石5によ
る、シートプラズマの幅方向の磁場成分Bxの対称性を保
つために、複数の永久磁石5を結ぶ線の延長線上、かつ
シートプラズマの両端の外側にも、もう一組ずつの永久
磁石15を配する必要がある。Further, as shown in FIG.
Is generated by magnetic field means (specifically, the permanent magnet 5 in FIG. 4) to form a large-area sheet plasma by adjoining the sheet plasma deformed into a sheet shape on the same plane. It can also be bent over the placed hearth 2 to evaporate. FIG. 4 is a diagram showing a case where three devices as shown in FIG. 1 are arranged adjacent to each other as viewed from the top to the bottom of FIG. If in this manner the adjacent multiple sheets plasma, according to the permanent magnet 5, in order to maintain the symmetry of the magnetic field component B x in the width direction of the sheet plasma, on an extension of a line connecting a plurality of permanent magnets 5 and the sheet plasma , It is necessary to arrange another pair of permanent magnets 15 on the outside of both ends.
ハース2は、第4図のように細長いもの一個でもよい
し、異なる蒸発材料を有する複数の比較的短いハースか
らなるものであっても良い。どちらの場合も、薄膜が形
成される基体は静止していてもよいし、搬送してもよ
い。この場合矢印C方向に基体を搬送すると、大面積の
薄膜が非常に均一に高速で製膜できる。The hearth 2 may be an elongated one as shown in FIG. 4 or a plurality of relatively short hearths having different evaporation materials. In either case, the substrate on which the thin film is formed may be stationary or may be transported. In this case, when the substrate is transported in the direction of arrow C, a large-area thin film can be formed very uniformly at high speed.
また、第1図のような成膜装置をインライン型成膜装
置の一部に組み込むことにより、スパッタ膜、横着膜等
の他の成膜装置との組み合わせによって多層膜を連続生
産することも可能である。多層膜を形成する場合に、多
層の材料を最も適した方法により、成膜することが重要
になっており、特に大面積の場合に蒸着法では膜厚分布
が問題となっていたが、本発明のようにシートプラズマ
を用いることにより、大きく改善される。In addition, by incorporating a film forming apparatus as shown in FIG. 1 into a part of an in-line type film forming apparatus, it is possible to continuously produce a multilayer film in combination with another film forming apparatus such as a sputtered film and a horizontal deposition film. It is. When forming a multi-layer film, it is important to form a multi-layer material by the most suitable method.Especially, in the case of a large area, the film thickness distribution has been a problem in the vapor deposition method. The use of a sheet plasma as in the invention greatly improves the performance.
又、第6図のように、複数のハースを設け、異なる蒸
発原料10A,10B,10Cを入れてイオンプレーティングを行
なうこともできる。第6図において、各ハース2A,2B,2
C,及び永久磁石9A,9B,9Cはそれぞれ、第2図のように基
体7と少なくとも同じ幅を有していることが望ましい。
スイッチ13A,13B,13Cを所望により選択して1種または
2種以上の組成からなる膜を基体7上形成することがで
きる。第6図はスイッチ13BのみをONにし、蒸発原料10B
上に集中的にシートプラズマ8を収束させて、蒸発原料
10Bを蒸発させて被膜形成を行なう場合を示している。
特にインライン型の装置においては、蒸発原料の種類を
変えるためのジョブチェンジが不要となり、大幅なコス
トダウンが可能となる。又、スイッチのうち2つ以上を
ONにし、直流電源4A,4B,4Cに所望のパワーを投入するこ
とにより、対応する蒸発原料に入射するシートプラズマ
の密度を調整し、蒸発速度を制御し、多成分の膜の組成
を制御して形成することもできる。ハース2A,2B,2Cの厚
み(第6図の左右方向の長さ)を小さくして多種類のハ
ースを互いに近接させれば、特定の組成の多成分からな
る膜を均一に形成できる。特に、基体7を矢印Dまたは
D′方向に搬送すると、より好ましい。In addition, as shown in FIG. 6, a plurality of hearths may be provided, and different evaporation raw materials 10A, 10B, and 10C may be put in for ion plating. In FIG. 6, each hearth 2A, 2B, 2
It is desirable that each of C and the permanent magnets 9A, 9B, 9C have at least the same width as the base 7 as shown in FIG.
By selecting the switches 13A, 13B, and 13C as desired, a film having one or more compositions can be formed on the substrate 7. FIG. 6 shows that only the switch 13B is turned ON,
The sheet plasma 8 is concentrated on the top,
10B shows a case where a film is formed by evaporating 10B.
In particular, in the case of an in-line type apparatus, a job change for changing the type of the evaporation raw material is not required, and a significant cost reduction can be achieved. Also, switch two or more of the switches
By turning on and applying the desired power to the DC power supplies 4A, 4B, 4C, the density of the sheet plasma incident on the corresponding evaporating material is adjusted, the evaporation rate is controlled, and the composition of the multi-component film is controlled. It can also be formed. If the thickness of the hearths 2A, 2B, and 2C (the length in the left-right direction in FIG. 6) is reduced and various hearths are brought close to each other, a film composed of multiple components having a specific composition can be formed uniformly. In particular, it is more preferable to transport the substrate 7 in the direction of the arrow D or D '.
本発明においては、3000〜10000Å/min程度の成膜速
度が得られ、従来のイオンプレーティング法に比べ非常
に高速で良質の膜が成膜できる。In the present invention, a film formation rate of about 3000 to 10000Å / min can be obtained, and a high-quality film can be formed at a much higher speed than the conventional ion plating method.
例えば、錫を含む酸化インジウムの蒸発原料としてIT
O膜を成膜する場合、5000Å/min程度の成膜速度で比抵
抗3×10-4Ω・cm以下の低抵抗のITO膜が得られる。For example, IT as a raw material for evaporation of indium oxide containing tin
When an O film is formed, an ITO film having a specific resistance of 3 × 10 −4 Ω · cm or less can be obtained at a film forming rate of about 5000 ° / min.
[作用] 本発明において、使用されるシートプラズマは、アー
ク放電を利用しているため、従来のマグネトロンスパッ
タやイオンプレーティングに利用されているグロー放電
型プラズマに比べて、プラズマの密度が50〜100倍高
く、ガスの電離度は数十%となり、イオン密度、電子密
度、中性活性種密度も非常に高い。このような高密度の
プラズマを蒸発原料上に収束させることで、蒸発原料か
ら非常に多数の粒子を取り出すことが可能となり、従来
のイオンプレーティング法に比較して3〜10倍の高速成
膜を実現できる。更に、酸素、アルゴンなどの雰囲気ガ
スの多くは、反応性の高いイオンや中性の活性状態を取
り、加えて蒸発した粒子も基板に到達する前に、高密度
のシートプラズマの中を通り、反応性の高い中性の活性
種となる。その結果、基板上での反応性が高まり、基板
加熱がなくとも、比抵抗の低い透明導電膜が従来よりも
高速の成膜速度で実現できる。[Operation] In the present invention, since the sheet plasma used is an arc discharge, the density of the plasma is 50 to 50 in comparison with the glow discharge type plasma used in the conventional magnetron sputtering or ion plating. It is 100 times higher, the ionization degree of the gas is several tens%, and the ion density, electron density, and neutral active species density are very high. By converging such a high-density plasma on the evaporation material, it is possible to take out a very large number of particles from the evaporation material, and to form a film 3 to 10 times as fast as the conventional ion plating method. Can be realized. In addition, many of the atmospheric gases such as oxygen and argon take highly reactive ions and neutral active states, and in addition, the evaporated particles pass through a high-density sheet plasma before reaching the substrate. It becomes a highly reactive neutral active species. As a result, the reactivity on the substrate is increased, and a transparent conductive film having a low specific resistance can be realized at a higher deposition rate than before, without heating the substrate.
[実施例] 基板7として、ガラス板を用い、蒸着物としては導電
性酸化物のITO膜を以下の方法で蒸着した。先ず真空室
3の真空度を2×10-5Torrまで引き、その後O2ガスを導
入して4.0×10-4Torrにし、第3図に示したような複合
陰極を有する第1図のようなプラズマ発生装置を用い
て、直流電源4を250A,70Vに設定しアーク放電を行なっ
た。ハース2と基板7間距離約60cmとし、基板固定で行
なった。膜厚14800Å、比抵抗3.05×10-4Ω・cm、可視
光透過率70%(基板ガラス92%)の膜を得た。これらは
成膜速度5000Å/minであり、EBガンなどによる方法に比
べて極めて早い。基板無加熱で行なった蒸着としては比
抵抗もかなり低いものが得られた。[Example] A glass plate was used as the substrate 7, and an ITO film of a conductive oxide was vapor-deposited by a method described below. First, the degree of vacuum in the vacuum chamber 3 is reduced to 2 × 10 −5 Torr, and then O 2 gas is introduced to 4.0 × 10 −4 Torr, as shown in FIG. 1 having a composite cathode as shown in FIG. Using a suitable plasma generator, the DC power supply 4 was set to 250 A and 70 V to perform arc discharge. The distance between the hearth 2 and the substrate 7 was about 60 cm, and the substrate was fixed. A film having a thickness of 14800 mm, a specific resistance of 3.05 × 10 −4 Ω · cm, and a visible light transmittance of 70% (substrate glass 92%) was obtained. These are at a film forming rate of 5000 l / min, which is extremely faster than a method using an EB gun or the like. As the deposition performed without heating the substrate, one having a considerably low specific resistance was obtained.
[発明の効果] 本発明は、種々の化合物の薄膜を基板加熱することな
く、高速で、しかも高品質のものを成膜することが可能
である。又、薄膜の種類に応じて最適なプラズマ流を発
生させることが可能なので、最適の膜を形成することが
できる。即ち、シートプラズマの幅を広げることによ
り、大面積基板のものに対しては、基体7上の膜厚分布
を小さくすることができ、逆に永久磁石9として小さな
ものを用いてシートプラズマを小さく点状にすることに
よりハース2上での集中度を増し、蒸発しにくい材料を
容易に蒸発できるようにすることもできる。[Effects of the Invention] According to the present invention, thin films of various compounds can be formed at high speed and with high quality without heating the substrate. Further, since an optimum plasma flow can be generated according to the type of the thin film, an optimum film can be formed. In other words, by increasing the width of the sheet plasma, the film thickness distribution on the substrate 7 can be reduced for a large-area substrate, and conversely, the sheet plasma can be reduced by using a small permanent magnet 9. By forming the dots, the degree of concentration on the hearth 2 can be increased, and materials that are difficult to evaporate can be easily evaporated.
又、本発明においては、ハース2および磁石9を並進
移動することにより、更に大面積における膜厚分布を向
上させることが可能となり、ハース2を複数設けて大面
積で多層膜への応用も可能となる。Further, in the present invention, it is possible to further improve the film thickness distribution over a large area by translating the hearth 2 and the magnet 9, and it is possible to apply a plurality of hearths 2 to a large-area multilayer film. Becomes
さらに、ハース2と永久磁石9を相対的に移動するこ
とによって、ハース内の蒸発物質10の利用効率を非常に
向上させることができる。Further, by moving the hearth 2 and the permanent magnet 9 relatively, the utilization efficiency of the evaporating substance 10 in the hearth can be greatly improved.
第1図は本発明によってイオンプレーティングを行なう
ために用いる装置の一例の基本的構成を示す模式図、第
2図は第1図のアーア断面図、第3図は本発明において
用いるアーク放電プラズマ発生装置の陰極としての複合
陰極の一例の断面図、第4図はシートプラズマを隣接さ
せた大面積シートプラズマを用いる場合の模式図、第5
図はハースと永久磁石を相対的に移動させる様子の模式
的説明図、第6図は、複数のハースを設けた場合の模式
的説明図、第7図は、本発明によってイオンプレーティ
ングを行なうための装置の別の一例の基本構成を示す模
式図である。 1:アーク放電プラズマ流発生源 2:ハース(アノード) 3:真空室 4:プラズマ発生用直流電源 5:永久磁石 6:空芯コイル 7:基体 8:シートプラズマ 9:永久磁石 10:蒸発原料 11:放電用ガス導入口 12:反応ガス導入口 13:スイッチ 21:複合陰極 22:環状永久磁石内蔵第1中間電極 23:空芯コイル内蔵第2中間電極 51:LaB6主陰極 52:Taパイプの補助陰極 53:陰極を保護するためのWからなる円板 54:Moからなる円筒 55:Moからなる円板状の熱シールド 56:冷却水 57:ステンレスからなる陰極支持台 58:ガス導入口FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an example of an apparatus used for performing ion plating according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an arc in FIG. 1, and FIG. 3 is an arc discharge plasma used in the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of an example of a composite cathode as a cathode of a generator, FIG. 4 is a schematic diagram in the case of using a large-area sheet plasma having sheet plasma adjacent thereto, and FIG.
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a state in which a hearth and a permanent magnet are relatively moved, FIG. 6 is a schematic explanatory view in a case where a plurality of hearths are provided, and FIG. 7 is a figure for performing ion plating according to the present invention. Is a schematic diagram showing a basic configuration of another example of an apparatus for performing the above. 1: Arc discharge plasma flow source 2: Hearth (anode) 3: Vacuum chamber 4: DC power supply for plasma generation 5: Permanent magnet 6: Air-core coil 7: Substrate 8: Sheet plasma 9: Permanent magnet 10: Evaporated raw material 11 : Discharge gas inlet 12: Reaction gas inlet 13: Switch 21: Composite cathode 22: First intermediate electrode with built-in annular permanent magnet 23: Second intermediate electrode with built-in air core coil 51: LaB 6 main cathode 52: Ta pipe Auxiliary cathode 53: Disk made of W for protecting the cathode 54: Cylinder made of Mo 55: Disk shaped heat shield made of Mo 56: Cooling water 57: Cathode support made of stainless steel 58: Gas inlet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 直樹 神奈川県横浜市鶴見区諏訪坂20―3 (56)参考文献 特開 昭63−50463(JP,A) 特開 昭62−63669(JP,A) 特開 昭62−180068(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Naoki Hashimoto 20-3 Suwazaka, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-63-50463 (JP, A) JP-A-62-63669 (JP, A) JP-A-62-10068 (JP, A)
Claims (2)
ラズマ流を磁界を加えてシート状に変形し、該シート状
プラズマの下方に置かれた蒸発原料ハースの下に上記シ
ート状プラズマの幅方向に細長い永久磁石を置き、かか
る永久磁石による磁界によって上記シート状プラズマを
曲げて上記蒸発原料ハース上に導くとともに、移動方向
が、基体と平行な方向となるようにかつシート状プラズ
マの幅方向に垂直な方向となるように蒸発原料ハースと
その下の永久磁石とを相対的に移動させることにより、
蒸発原料を蒸発させ、該蒸発原料の上方に置かれた基体
上に被膜を形成することを特徴とするイオンプレーティ
ング方法。1. An arc discharge plasma flow generated by an arc discharge is deformed into a sheet by applying a magnetic field, and is elongated in the width direction of the sheet plasma under an evaporation raw material hearth placed below the sheet plasma. A permanent magnet is placed, and the sheet-like plasma is bent by the magnetic field generated by the permanent magnet and guided on the evaporation raw material hearth, and the moving direction is parallel to the base and perpendicular to the width direction of the sheet-like plasma. By relatively moving the evaporation raw material hearth and the permanent magnet under it so that it is in the direction,
An ion plating method comprising: evaporating an evaporation material; and forming a film on a substrate placed above the evaporation material.
ラズマ流を磁界を加えてシート状に変形し、該シート状
プラズマの下方に置かれた蒸発原料ハースの下に上記シ
ート状プラズマの幅方向に細長い永久磁石を置き、かか
る永久磁石による磁界によって上記シート状プラズマを
曲げて上記蒸発原料ハース上に導くとともに、移動方向
が、基体と平行な方向となるようにかつシート状プラズ
マの幅方向に垂直な方向となるように蒸発原料ハースと
その下の永久磁石とを並進運動させることにより、蒸発
原料を蒸発させ、該蒸発原料の上方に置かれた基体上に
被膜を形成することを特徴とするイオンプレーティング
方法。2. An arc discharge plasma flow generated by an arc discharge is deformed into a sheet by applying a magnetic field, and is elongated in a width direction of the sheet plasma under an evaporation raw material hearth placed below the sheet plasma. A permanent magnet is placed, and the sheet-like plasma is bent by the magnetic field generated by the permanent magnet and guided on the evaporation raw material hearth, and the moving direction is parallel to the base and perpendicular to the width direction of the sheet-like plasma. Ion, characterized by evaporating the evaporating material by translating the evaporating material hearth and the permanent magnet thereunder so as to be in the same direction, and forming a film on a substrate placed above the evaporating material. Plating method.
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