JP3030420B2 - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空容器内にて蒸着物
質の蒸発，イオン化により生成される成膜材料蒸気粒子
を基板の表面にイオンプレーティングにより付着させて
金属膜や合金膜を成膜するイオンプレーティング装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のイオンプレーティング装
置には、イオンプレーティングを行うために、プラズマ
源としてアーク放電型プラズマ銃を用いたものがある。
このイオンプレーティングにおいては、真空容器内で蒸
気化された材料蒸気をプラズマによりイオン化し、この
成膜材料粒子を真空容器内に設けられた基板の表面に付
着させ、金属膜や合金膜を成膜する。

【０００３】この為、イオンプレーティング装置は、蒸
着物質を溶解させるための加熱用電力源とプラズマを生
成するためのプラズマ生成手段とを備える。例えば、ル
ツボ又はハース内の蒸着物質に単一の金属を用いれば、
基板の表面には単一の金属膜が成膜される。又、反応ガ
スのプラズマを用いた反応性イオンプレーティング方法
によって化合物の膜が得られ、又幾つかの異なる金属を
用いれば、基板の表面には合金膜が成膜される。しか
も、イオンプレーティングにより成膜された膜は、通常
の真空蒸着によって成膜された膜と比べ、緻密で密着性
に優れた膜質を容易に得られるという利点がある。

【０００４】ところで、一般に金属を加熱させる手段と
しては、抵抗加熱，誘導加熱，電子銃（ＥＢ）による加
熱，アーク放電［例えばホローカソード銃による放電，
圧力勾配型プラズマ銃（浦本ガンとも呼ばれる）による
放電，マルチアーク放電］等が挙げられる。又、プラズ
マを生成する手段としては、ＤＣグロー放電，ＲＦ放
電，マイクロ波放電，ＥＣＲ放電，ＤＣアーク放電等が
挙げられる。

【０００５】そこで、イオンプレーティングには、この
ような各加熱手段や各プラズマ生成手段を組み合わせた
種々の方法が提案されている。ここでは工業的利用上の
理由により、ＥＢ＋ＲＦ方式，ＥＢ＋ＤＣアーク方式，
ホローカソード（ＨＣＤ）方式，及び圧力勾配型プラズ
マ銃方式を説明する。

【０００６】ＥＢ＋ＲＦ方式とＥＢ＋ＤＣアーク方式と
は、ＥＢを用いて蒸着物質を蒸発させ、更にプラズマ発
生源として、それぞれＲＦ放電やＤＣアーク放電を用い
たものである。ＨＣＤ方式は、金属パイプを陰極とし、
蒸発化させる蒸着物質を載せたルツボ又はハースを陽極
としてアーク放電を行わせ、このときに生じる熱とプラ
ズマとにより金属の蒸気化，イオン化を同時に行わせる
ものである。圧力勾配型プラズマ銃方式は、基本的にＨ
ＣＤ方式と同様であり、陰極のガンと陽極のルツボ又は
ハース（以下は、ルツボのみを用いた場合として説明す
る）との間でアーク放電を行わせ、蒸着物質の蒸気化，
イオン化を同時に行わせるものである。

【０００７】このうち、圧力勾配型プラズマ銃方式は、
他のイオンプレーティング方法に比べ、陰極が長寿命と
なる上、プラズマの形状を磁場により調整制御できる長
所がある。又、圧力勾配型プラズマ銃方式は、酸素ガス
のプラズマを使用しても陰極が損傷せず、しかもイオン
化を図るためのプラズマ発生手段として他のイオンプレ
ーティング方法で別途に要する電極を必要としない。

【０００８】このような理由により、圧力勾配型プラズ
マ銃方式によるイオンプレーティングは、装置を構成す
るに際し、他の方法によるイオンプレーティング装置よ
りも生産性や設備設定の都合等で有利になっている。

【０００９】図４は、圧力勾配型プラズマ銃方式による
反応性イオンプレーティングを採用したイオンプレーテ
ィング装置の基本構成を側断面図により示したものであ
る。このイオンプレーティング装置は、内部が１０^-3ｔ
ｏｒｒ程度の真空雰囲気に保たれ、反応ガスを供給する
ガス供給口Ｅと排気口Ｈとが設けられた真空容器１０を
備えている。この真空容器１０内の底部にはルツボ（ハ
ース）１２が設けられ、ルツボ１２上には蒸着物質が載
せられている。蒸着物質としては、Ｔｉ，ＩＴＯ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ等の各種金属が用いられる。このルツボ１２上
の蒸着物質は後述するプラズマビームにより溶解，蒸発
・イオン化させられる。また、真空容器１０内のほぼ中
央には、基板１１がルツボ１２と対向して配置されてい
る。この基板１１の表面には、後述するようにルツボ１
２上で蒸発・イオン化した材料蒸気が付着する。

【００１０】又、真空容器１０には装着口Ｆが設けら
れ、この装着口Ｆには圧力勾配型プラズマ銃（ビーム発
生器）２０が装着されている。圧力勾配型プラズマ銃２
０は、所定間隔を有して対向配置された陰極２１と、永
久磁石２２とリング状の電磁コイル２３を含む中間電極
とを備える。陰極２１はＬａＢ₆ で構成され、外部から
Ａｒガスが供給される。また、真空容器１０外の装着口
Ｆの外周にはステアリングコイル２５が設けられてい
る。陰極２１で生成されたプラズマビームは永久磁石２
２及び電磁コイル２３により収束され、ステアリングコ
イル２５によってルツボ１２上に導かれる。この際、真
空容器１０内のルツボ１２との間にプラズマが生成され
る。

【００１１】尚、ルツボ１２と圧力勾配型プラズマ銃２
０との間には電源回路１００が接続され、この電源回路
１００からルツボ１２と圧力勾配型プラズマ銃２０とに
電力が供給される。一般に、ルツボ１２は接地され、ル
ツボ１２に対して圧力勾配型プラズマ銃２０の陰極２１
は負電位にされる。換言すれば、ルツボ１２は圧力勾配
型プラズマ銃２０に対して電気的に陽極を形成してい
る。ルツボ１２の内部には、棒磁石１５ａが埋設されて
いる。

【００１２】また、基板１１は電源１０１によりハース
１２に対して負電位となるように負電圧が印加されてい
る。すなわち、基板１１はハース１２に対して電気的に
陰極を形成している。

【００１３】図５をも参照して、このような構成による
従来のイオンプレーティング装置の動作を説明する。電
源回路１００によりルツボ１２及び圧力勾配型プラズマ
銃２０間に電力を供給すると、真空容器１０内でプラズ
マビームＰ´が生成される。この生成されたプラズマＰ
´はステアリングコイル２５によってルツボ１２上に導
かれ、ルツボ１２上の蒸着物質がこのプラズマビームＰ
´中にて蒸発・イオン化されて成膜材料粒子が生成され
る。この成膜材料粒子は、ルツボ１２に対して負電位の
基板１１に吸引され、基板１１の表面には成膜材料粒子
が付着し、成膜される。尚、ルツボ１２は冷却水１６に
よって冷却されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のイオンプレーティング装置では、ルツボ１２はその内
部にプラズマビームＰ´収束用の棒磁石１５ａを組み込
んだ構造をしている。その結果、プラズマビームＰ´を
ガイドする磁力線の他に、棒磁石１５ａのＮ極とＳ極と
を結ぶ磁力線Ｓ´も存在している。この為、陽極である
ルツボ１２へ導かれたプラズマビームＰ´の一部が、こ
の磁力線Ｓ´に沿ってルツボ１２の下部に廻り込み、冷
却していない部材を溶解、損傷させたり、ルツボの下部
周囲からの異常放電の誘因となっていた。

【００１５】例えば、冷却水のホースに異常放電が集中
し、ホースに穴があいて水が吹き出す事故が発生した
り、溶解した部材によってルツボの絶縁部が短絡すると
いう危険性があった。

【００１６】本発明の技術的課題は、ルツボ上方にのみ
磁力線を発生させ、ルツボ下方へのプラズマビームの廻
り込み防止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。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ビーム
発生器からプラズマビームを発生させ、プラズマビーム
をルツボ上方の入射面に導き、ルツボ上の蒸着物質を蒸
発・イオン化し、蒸発・イオン化した蒸着物質をルツボ
と対向して配置された基板の表面に付着させてイオンプ
レーティングを行うイオンプレーティング装置におい
て、ルツボ内にプラズマビームを入射面に収束させる入
射ビーム収束手段を備え、入射ビーム収束手段がルツボ
の上部方向に沿って配設された棒磁石と、棒磁石を載置
する底板と棒磁石を離隔して囲むように形成された筒体
からなる有底筒状鉄心とから構成されていることを特徴
とするイオンプレーティング装置が得られる。

【００１８】

【作用】棒磁石の上端が例えばＮ極の場合、そのＮ極か
ら出た磁力線は、有底筒状鉄心の上端部を介して有底筒
状鉄心の筒体を通り、有底筒状鉄心の底板から棒磁石の
Ｓ極に帰るので、ルツボ周囲の磁力線は主としてルツボ
の上方にのみ発生し、ルツボの下方には廻り込まない。

【００１９】これにより、プラズマが磁力線に沿ってル
ツボの下部に廻り込むことを防ぐことができる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明のイオンプレー
ティング装置について図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】図１に本発明の一実施例によるイオンプレ
ーティング装置に使用されるルツボ１２の構造を示す。

【００２２】ルツボ１２は、上端に蒸着物質を載置する
凹状の蒸着物質載置部１３ａとプラズマビームＰをその
入射面に収束させる入射ビーム収束部１５を収納する凹
部１３ｂを有するルツボ本体１３と、該凹部１３ｂを覆
う底板１４から成る。該底板１４には、前記入射ビーム
収束部１５が載置されている。

【００２３】入射ビーム収束部１５は、ルツボ１２の上
下方向に沿って配設された棒磁石１５ａと、棒磁石１５
ａを載置する底板と棒磁石１５ａを離隔して囲む様に形
成された筒体から成る有底筒状鉄心１５ｂから成る。

【００２４】また、ルツボ１２の凹部１３ｂ内には、ツ
ルボ１２及び入射ビーム収束部１５を冷却する冷却水１
６が循環している。

【００２５】図示していないが、底板１４に形成された
孔を介して、底板１４には、冷却水を凹部１３ｂ内に流
入させる冷却水流入用パイプと、冷却水を凹部１３ｂ内
から流出させる冷却水排出用パイプが接続されている。

【００２６】前記ルツボ１２の材質としては、電極とし
て使用するため導電性であると共に、棒磁石１５ａの磁
力線Ｓに悪影響をあたえないために非磁性体であり、例
えば、ルツボ本体１３は無酸素銅、底板１４はオーステ
ナイト系ステンレス鋼を使用している。

【００２７】また、実施例では、棒磁石１５ａの上端と
有底筒状鉄心１５ｂの上端とが高さ方向で一致している
が、高低差があってもよい。

【００２８】本願は、磁力線Ｓがルツボ１２の底方に廻
り込むのを防止するのを目的としているのであり、従っ
て、前記高低差は、前記磁力線Ｓのルツボ１２の底方に
廻り込まない範囲で決定される。また、Ｎ極とＳ極が逆
になってもよい。

【００２９】このような棒磁石１５ａと有底筒状鉄心１
５ｂとの組み合わせから成る入射ビーム収束部１５を用
いることにより、図１に示すように、磁力線Ｓをルツボ
１２の上方にのみ発生させることができる。

【００３０】もう少し詳しく説明する。

【００３１】実施例の如く棒磁石１５ａの上端がＮ極で
下端がＳ極の場合、Ｎ極から出た磁力線Ｓは、有底筒状
鉄心１５ｂの上端部を介して有底筒状鉄心１５ｂの筒体
を通り、有底筒状鉄心１５ｂの底板を介して棒磁石１５
ａのＳ極に帰る。このことにより、磁力線Ｓは、ハース
１２の底方には廻り込まない。

【００３２】プラズマビームＰは磁力線Ｓに沿って発生
するため、プラズマビームＰをルツボ１２上方に限定さ
せることができる。これにより、ルツボ１２上の蒸着物
質の溶解能力の向上とイオン化の促進をもたらすことが
できる。

【００３３】このことについて具体的に説明する。図４
に示すイオンプレーティング装置で図５に示すルツボ１
２を使用した際、放電電圧が約７０Ｖであったとした場
合、これに対して、本願のルツボ１２と交換すると、同
一の放電電流に対して放電電圧は１００〜１１０Ｖに上
昇した。この放電電圧の上昇は、ルツボ１２上の蒸着物
質の溶解・イオン化能力の向上をもたらすと考えられ
る。

【００３４】また、プラズマビームＰ´がルツボ１２下
方に異常発生することを妨げることがでるので、ルツボ
１２下方での異常放電の誘因を取り除くことができる。

【００３５】図２に本発明に係る入射ビーム収束部の一
例を示す。図示の入射ビーム収束部１５における有底筒
状鉄心１５ｂは、円板状底板１５ｂ−１と、この円板状
底板１５ｂ−１上に載置された円筒体１５ｂ−２とから
構成されている。

【００３６】尚、円板状底板１５ｂ−１と円筒体１５ｂ
−２とを一体に形成しても良い。

【００３７】図３に本発明に係る入射ビーム収束部の他
の例を示す。図示の入射ビーム収束部１５における有底
筒状鉄心１５ｂは、矩形状底板１５ｂ−１´と、この矩
形状底板１５ｂ−１´上に載置された角筒体１５ｂ−２
´とから構成されている。

【００３８】尚、イオンプレーティング装置ではない
が、ターゲットに図６に示すような磁気発生手段を備え
たスパッタリング装置（例えば、特公平１−５９３５１
号公報、特公平２−４１５８２号公報参照）が知られて
いるが、この様な磁気発生手段を本願の入射ビーム収束
部として使用しても下記の様な欠点がある。すなわち、
図６に示す磁気発生手段は、ヨーク３１と、このヨーク
３１の中央部に配置された第１の永久磁石３２と、第１
の永久磁石３２を囲むようにヨーク３１の周辺部に配置
されたリング状の第２の永久磁石３３とから成る。この
ような構成の磁気発生手段によって、図６の実線で示す
ような山状の磁力線を形成することができる。しかしな
がら、ヨーク３１上に第１および第２の永久磁石３２お
よび３３を配置すると、実線で示す磁力線の他に点線で
示した磁力線も形成されてしまう。この結果、このよう
な構造の磁気発生手段を図４に示した棒磁石１５ａの代
わりに使用したとしても、上述したようなプラズマビー
ムＰ´の廻り込みが起こってしまう。

【００３９】また、実施例のイオンプレーティング装置
は、圧力勾配型プラズマ銃方式によるものとしたが、こ
れに代えてＨＣＤ方式にしても同等なイオンプレーティ
ング装置が構成される。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明のイオンプレーテ
ィング装置によれば、ルツボ内に、その上下方向に沿っ
て配設された棒磁石と、棒磁石を載置する底板と棒磁石
を離隔して囲むように形成された筒体からなる有底筒状
鉄心とを設けることにより、磁力線をルツボ上方にのみ
発生させることができる。これにより、プラズマビーム
のルツボ下方への廻り込みを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるイオンプレーティング
装置に使用されるルツボの構造を示す側断面図である。

【図２】図１の入射ビーム収束部の一例を示す斜視図で
ある。

【図３】図１の入射ビーム収束部の他の例を示す斜視図
である。

【図４】従来のイオンプレーティング装置の基本構成を
示す側断面図である。

【図５】図４に示す従来のイオンプレーティング装置の
動作原理とその問題点を説明するための図である。

【図６】スパッタリング装置に使用されている磁気発生
手段を示す断面図である。

【符号の説明】

１２ ルツボ １５ａ 棒磁石 １５ｂ 有底筒状鉄心

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビーム発生器からプラズマビームを発生
   させ、該プラズマビームをルツボ上方の入射面に導き、
   該ルツボ上の蒸着物質を蒸発・イオン化し、該蒸発・イ
   オン化した蒸着物質を前記ルツボと対向して配置された
   基板の表面に付着させてイオンプレーティングを行うイ
   オンプレーティング装置において、 前記ルツボ内に前記プラズマビームを前記入射面に収束
   させる入射ビーム収束手段を備え、該入射ビーム収束手
   段が前記ルツボの上下方向に沿って配設された棒磁石
   と、該棒磁石を載置する底板と前記棒磁石を離隔して囲
   むように形成された筒体からなる有底筒状鉄心とから構
   成されていることを特徴とするイオンプレーティング装
   置。