JP3073711B2 - イオンプレーティング装置 - Google Patents
イオンプレーティング装置Info
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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、特にアーク放電型イオンプレーティン
グ装置に関する。
ング装置に関し、特にアーク放電型イオンプレーティン
グ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のイオンプレーティング装置には、
例えば特許第２５９２６１７号の明細書及び図面に開示
されたようなものがある。その構成を、図４に示す。こ
のイオンプレーティング装置では、真空槽１の下底に排
気口２が存在し、これに連なる真空ポンプによって真空
槽１内は常に高真空に排気されている。真空槽１内の下
部には蒸発源３が位置し、それの電子銃部が発生した電
子ビーム４の衝撃によって、蒸発材料５が蒸発する。真
空槽１内の上部には、蒸発源３の真上にあたる位置に、
被処理物６が配置されている。蒸発源３に接近し、その
斜め上方に、イオン化電極７が位置し、その両端は加熱
電源８に接続されている。蒸発源３とイオン化電極７と
の間には、熱電子放射フィラメント９が位置し、その両
端は加熱電源１０に接続されている。真空槽１と蒸発源
３とフィラメント９は共に接地され、イオン化電極７と
接地との間にはアーク放電用の電源１１が設けられてい
る。被処理物６には、マッチングボックス１２を介して
高周波のバイアス電源１３に接続されている。１４は、
必要時に反応ガスを真空槽１内に導入する導入口であ
る。
例えば特許第２５９２６１７号の明細書及び図面に開示
されたようなものがある。その構成を、図４に示す。こ
のイオンプレーティング装置では、真空槽１の下底に排
気口２が存在し、これに連なる真空ポンプによって真空
槽１内は常に高真空に排気されている。真空槽１内の下
部には蒸発源３が位置し、それの電子銃部が発生した電
子ビーム４の衝撃によって、蒸発材料５が蒸発する。真
空槽１内の上部には、蒸発源３の真上にあたる位置に、
被処理物６が配置されている。蒸発源３に接近し、その
斜め上方に、イオン化電極７が位置し、その両端は加熱
電源８に接続されている。蒸発源３とイオン化電極７と
の間には、熱電子放射フィラメント９が位置し、その両
端は加熱電源１０に接続されている。真空槽１と蒸発源
３とフィラメント９は共に接地され、イオン化電極７と
接地との間にはアーク放電用の電源１１が設けられてい
る。被処理物６には、マッチングボックス１２を介して
高周波のバイアス電源１３に接続されている。１４は、
必要時に反応ガスを真空槽１内に導入する導入口であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなイオンプ
レーティング装置において、蒸発材料として絶縁物を使
用する場合、この絶縁物の蒸発粒子を充分にイオン化す
るためには、イオン化電極７には６０乃至８０Ｖの電圧
を印加しなければならない。そのためには、イオン化電
極７と接地との間に設けられているアーク放電用の電源
１１は６０乃至８０Ｖの電圧を発生する必要がある。こ
れに対し、蒸発材料が導電性の金属である場合、アーク
放電用の電源１１は、２０乃至４０Ｖの電圧を発生すれ
ば、充分に導電性金属の蒸発粒子をイオン化できる。
レーティング装置において、蒸発材料として絶縁物を使
用する場合、この絶縁物の蒸発粒子を充分にイオン化す
るためには、イオン化電極７には６０乃至８０Ｖの電圧
を印加しなければならない。そのためには、イオン化電
極７と接地との間に設けられているアーク放電用の電源
１１は６０乃至８０Ｖの電圧を発生する必要がある。こ
れに対し、蒸発材料が導電性の金属である場合、アーク
放電用の電源１１は、２０乃至４０Ｖの電圧を発生すれ
ば、充分に導電性金属の蒸発粒子をイオン化できる。
【０００４】アーク放電空間内のプラズマ電位は、ほぼ
イオン化電極７の電圧に相当するので、イオン化電極７
の電圧が高いと、プラズマ中のイオンは、いずれも接地
されている真空槽１の内壁、治具、電極等を衝撃し、異
常放電（局所的なスパーク）が発生する。その結果、熱
電子放射フィラメント９とイオン化電極７との間で発生
しているアーク放電が安定せず、イオン化が不安定にな
る。異常放電の要因は、表面の汚れ、蒸発材料から発生
する放出ガス等によると考えられるが、高密度で空間電
位の高いプラズマである程、頻繁に異常放電が発生する
ことが分かっている。従って、実用的な観点からプラズ
マ放電空間内の空間電位は低く抑える必要がある。
イオン化電極７の電圧に相当するので、イオン化電極７
の電圧が高いと、プラズマ中のイオンは、いずれも接地
されている真空槽１の内壁、治具、電極等を衝撃し、異
常放電（局所的なスパーク）が発生する。その結果、熱
電子放射フィラメント９とイオン化電極７との間で発生
しているアーク放電が安定せず、イオン化が不安定にな
る。異常放電の要因は、表面の汚れ、蒸発材料から発生
する放出ガス等によると考えられるが、高密度で空間電
位の高いプラズマである程、頻繁に異常放電が発生する
ことが分かっている。従って、実用的な観点からプラズ
マ放電空間内の空間電位は低く抑える必要がある。
【０００５】また、図４のイオンプレーティング装置に
は、絶縁膜を被処理物に形成する場合、成膜表面でのイ
オン入射によるチャージアップを防止するために、高周
波電源１３によって被処理物６に１３．５６ＭＨｚの高
周波電圧を印加している。しかし、被処理物６に効率良
く電力を供給するためには、マッチングボックス１２が
必要である。このマッチングボックス１２は、真空槽１
の外部の被処理物６の近傍に配置される。高周波電源１
３に例えば電力が５ｋＷのものを使用すると、マッチン
グボックス１２の大きさは、２００Ｘ３５０Ｘ５００ｍ
ｍとなり、大きな設置空間が必要であり、イオンプレー
ティング装置のスリム化、小型化にとってマイナスとな
る。しかも、図４には示していないが、イオン化電極７
と被処理物との間には、シャッターが設けられており、
アーク放電が安定し、完全な蒸着を開始できる状態にな
った後に、シャッターを開いて、被処理物６に対する蒸
着を開始させる。ところが、シャッターを閉じた状態
で、マッチングボックス１２によってマッチングをとる
と、シャッターを開いたときには、マッチングがとれな
くなり、再びマッチングのとりなおしを行わねばなら
ず、このマッチングをとりなおしている間には、完全な
蒸着を行えない。また、ノイズ対策も必要であり、真空
槽１とマッチングボックス１２との間は、アルミニウム
の板により遮蔽しなければならず、この分だけコストが
高くなる。さらに、高周波電源１３自身の値段も高い。
このような理由から、高周波電源の使用は望ましくな
い。
は、絶縁膜を被処理物に形成する場合、成膜表面でのイ
オン入射によるチャージアップを防止するために、高周
波電源１３によって被処理物６に１３．５６ＭＨｚの高
周波電圧を印加している。しかし、被処理物６に効率良
く電力を供給するためには、マッチングボックス１２が
必要である。このマッチングボックス１２は、真空槽１
の外部の被処理物６の近傍に配置される。高周波電源１
３に例えば電力が５ｋＷのものを使用すると、マッチン
グボックス１２の大きさは、２００Ｘ３５０Ｘ５００ｍ
ｍとなり、大きな設置空間が必要であり、イオンプレー
ティング装置のスリム化、小型化にとってマイナスとな
る。しかも、図４には示していないが、イオン化電極７
と被処理物との間には、シャッターが設けられており、
アーク放電が安定し、完全な蒸着を開始できる状態にな
った後に、シャッターを開いて、被処理物６に対する蒸
着を開始させる。ところが、シャッターを閉じた状態
で、マッチングボックス１２によってマッチングをとる
と、シャッターを開いたときには、マッチングがとれな
くなり、再びマッチングのとりなおしを行わねばなら
ず、このマッチングをとりなおしている間には、完全な
蒸着を行えない。また、ノイズ対策も必要であり、真空
槽１とマッチングボックス１２との間は、アルミニウム
の板により遮蔽しなければならず、この分だけコストが
高くなる。さらに、高周波電源１３自身の値段も高い。
このような理由から、高周波電源の使用は望ましくな
い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
内部が排気される真空槽と、この真空槽内に配置され、
蒸着材料が充填される蒸発源と、この蒸発源と所定距離
隔てて配置された被処理物と、前記蒸発源と前記被処理
物との間における前記蒸発源の近傍に配置され、前記蒸
発源を基準として正電圧が印加されるイオン化電極と、
前記蒸発源と前記イオン化電極との間に配置され、前記
蒸発源を基準として負電圧が印加される熱電子放射フィ
ラメントとを、具備している。
内部が排気される真空槽と、この真空槽内に配置され、
蒸着材料が充填される蒸発源と、この蒸発源と所定距離
隔てて配置された被処理物と、前記蒸発源と前記被処理
物との間における前記蒸発源の近傍に配置され、前記蒸
発源を基準として正電圧が印加されるイオン化電極と、
前記蒸発源と前記イオン化電極との間に配置され、前記
蒸発源を基準として負電圧が印加される熱電子放射フィ
ラメントとを、具備している。
【０００７】請求項１記載の発明によれば、蒸発源から
蒸発した蒸発粒子は、熱電子放射フィラメントから放出
される熱電子の衝撃によりイオン化される。熱電子衝撃
により蒸発粒子からたたき出された電子はイオン化電極
に流れ込み、例えば数１０Ａのアーク放電となり、プラ
ズマが形成される。このとき、熱電子放射フィラメント
には負電圧が印加されているので、熱電子放射フィラメ
ントとイオン化電極との電位差を大きくすることがで
き、熱電子放射フィラメントから放出される熱電子の衝
撃エネルギーを高めることで、蒸発粒子のイオン化を効
率よく行うことができる。従って、蒸発粒子のイオン化
を促進させるために、イオン化電極に印加する正の電圧
を無理に高める必要がなく、イオン化電極に印加する正
電圧が低くても、蒸発粒子のイオン化を充分に行うこと
ができる。
蒸発した蒸発粒子は、熱電子放射フィラメントから放出
される熱電子の衝撃によりイオン化される。熱電子衝撃
により蒸発粒子からたたき出された電子はイオン化電極
に流れ込み、例えば数１０Ａのアーク放電となり、プラ
ズマが形成される。このとき、熱電子放射フィラメント
には負電圧が印加されているので、熱電子放射フィラメ
ントとイオン化電極との電位差を大きくすることがで
き、熱電子放射フィラメントから放出される熱電子の衝
撃エネルギーを高めることで、蒸発粒子のイオン化を効
率よく行うことができる。従って、蒸発粒子のイオン化
を促進させるために、イオン化電極に印加する正の電圧
を無理に高める必要がなく、イオン化電極に印加する正
電圧が低くても、蒸発粒子のイオン化を充分に行うこと
ができる。
【０００８】請求項２記載の発明は、内部が排気される
真空槽と、この真空槽内に配置され、蒸着材料が充填さ
れる蒸発源と、この蒸発源と所定距離隔てて配置された
被処理物と、前記蒸発源と前記被処理物との間における
前記蒸発源の近傍に配置されたイオン化電極と、前記蒸
発源と前記イオン化電極との間に配置された熱電子放射
フィラメントとを、具備している。更に、前記被処理物
に、前記蒸発源を基準として非対称なパルス電圧が印加
されている。このパルス電圧は、負電圧の絶対値が正電
圧の絶対値よりも大きく、その周波数が１０ｋＨｚ乃至
２５０ｋＨｚで、正電圧に維持される時間の最小値が
０．１μｓであって、最大値がデューティ比で表して４
０パーセントのものである。
真空槽と、この真空槽内に配置され、蒸着材料が充填さ
れる蒸発源と、この蒸発源と所定距離隔てて配置された
被処理物と、前記蒸発源と前記被処理物との間における
前記蒸発源の近傍に配置されたイオン化電極と、前記蒸
発源と前記イオン化電極との間に配置された熱電子放射
フィラメントとを、具備している。更に、前記被処理物
に、前記蒸発源を基準として非対称なパルス電圧が印加
されている。このパルス電圧は、負電圧の絶対値が正電
圧の絶対値よりも大きく、その周波数が１０ｋＨｚ乃至
２５０ｋＨｚで、正電圧に維持される時間の最小値が
０．１μｓであって、最大値がデューティ比で表して４
０パーセントのものである。
【０００９】請求項２記載の発明によれば、イオン化さ
れた蒸発粒子は、被処理物に印加されたパルス電圧が負
のときに、被処理物に入射する。被処理物に印加された
電圧が正のとき、プラズマ中の電子が被処理物に入射
し、被処理物の表面に滞在しているイオン化された粒子
と衝突し、電荷の中和が生じる。
れた蒸発粒子は、被処理物に印加されたパルス電圧が負
のときに、被処理物に入射する。被処理物に印加された
電圧が正のとき、プラズマ中の電子が被処理物に入射
し、被処理物の表面に滞在しているイオン化された粒子
と衝突し、電荷の中和が生じる。
【００１０】負電圧の絶対値よりも正電圧の絶対値が大
きくなると、被処理物に入射するイオンの量よりも電子
の量が多くなる。よって、パルス電圧の絶対値よりも正
電圧の絶対値を小さくして、電荷の中和が行えるように
してある。また、周波数が１０ｋＨｚよりも低いと、周
波数が低いので、チャージアップの充分な効果が得られ
ない。また、周波数が２５０ｋＨｚを超えると、ノイズ
を発生しやすい。正電圧に維持される時間を０．１μｓ
以上とするのは、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を被処
理物に印加したときには、チャージアップを防止できる
ことが既に判明しており、この１３．５６ＭＨｚに近い
周波数である１０ＭＨｚの周期が０．１μｓであり、少
なくとも０．１μｓ以上の期間にわたって正電圧を印加
すると、チャージアップを防止できると考えられるから
である。また、デューティ比を４０パーセント以下とし
たのは、デューティ比を大きくすると、その間には被処
理物にはイオンが入射しなくなるし、緻密で高機能を有
した反応膜を作成するためには、低エネルギーで大電流
のイオン照射が有効であることが判明しており、デュー
ティ比を必要以上に大きくすると、これに反することに
なるからである。
きくなると、被処理物に入射するイオンの量よりも電子
の量が多くなる。よって、パルス電圧の絶対値よりも正
電圧の絶対値を小さくして、電荷の中和が行えるように
してある。また、周波数が１０ｋＨｚよりも低いと、周
波数が低いので、チャージアップの充分な効果が得られ
ない。また、周波数が２５０ｋＨｚを超えると、ノイズ
を発生しやすい。正電圧に維持される時間を０．１μｓ
以上とするのは、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を被処
理物に印加したときには、チャージアップを防止できる
ことが既に判明しており、この１３．５６ＭＨｚに近い
周波数である１０ＭＨｚの周期が０．１μｓであり、少
なくとも０．１μｓ以上の期間にわたって正電圧を印加
すると、チャージアップを防止できると考えられるから
である。また、デューティ比を４０パーセント以下とし
たのは、デューティ比を大きくすると、その間には被処
理物にはイオンが入射しなくなるし、緻密で高機能を有
した反応膜を作成するためには、低エネルギーで大電流
のイオン照射が有効であることが判明しており、デュー
ティ比を必要以上に大きくすると、これに反することに
なるからである。
【００１１】請求項３記載の発明では、請求項１または
２記載のイオンプレーティング装置において、前記蒸発
材料が絶縁物である。
２記載のイオンプレーティング装置において、前記蒸発
材料が絶縁物である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本実施の形態は、図１に示すよう
に、真空槽２０を有している。この真空槽２０の下部に
は、排気口２２が設けられている。この排気口２２は、
図示していない真空ポンプに結合され、この真空ポンプ
によって真空槽２０は、排気されている。
に、真空槽２０を有している。この真空槽２０の下部に
は、排気口２２が設けられている。この排気口２２は、
図示していない真空ポンプに結合され、この真空ポンプ
によって真空槽２０は、排気されている。
【００１３】真空槽２０内の下部には、蒸発源２４が設
けられている。この蒸発源２４には、電子銃２６が設け
られている。この電子銃２６は、蒸発源２４が有する坩
堝２８内に充填された蒸着材料３０を、この電子銃２６
からの電子ビーム３２によって衝撃し、蒸発させる。蒸
着材料３０には、金属、半導体または絶縁物を使用する
ことができる。真空槽１と蒸発源２４とは、接地されて
いる。
けられている。この蒸発源２４には、電子銃２６が設け
られている。この電子銃２６は、蒸発源２４が有する坩
堝２８内に充填された蒸着材料３０を、この電子銃２６
からの電子ビーム３２によって衝撃し、蒸発させる。蒸
着材料３０には、金属、半導体または絶縁物を使用する
ことができる。真空槽１と蒸発源２４とは、接地されて
いる。
【００１４】真空槽２０内における坩堝２８の上方に
は、所定の距離を隔てて被処理物、例えばイオンプレー
ティングされる基板３４が配置されている。この基板３
４には、真空槽２０の外部に設けられたパルス電源３６
の一端が接続されている。このパルス電源３６の他端は
接地されている。このパルス電源３６については後述す
る。
は、所定の距離を隔てて被処理物、例えばイオンプレー
ティングされる基板３４が配置されている。この基板３
４には、真空槽２０の外部に設けられたパルス電源３６
の一端が接続されている。このパルス電源３６の他端は
接地されている。このパルス電源３６については後述す
る。
【００１５】坩堝２８に接近した斜め上方には、熱電子
放射フィラメント３８が設けられている。このフィラメ
ント３８は、例えば直径１．０ｍｍ程度の高融点材料、
例えばタングステン、モリブデンまたはタンタルによっ
て構成されている。このフィラメント２８の両端は、真
空槽２０の外部に導出され、フィラメント加熱電源４０
に接続されている。この加熱電源４０の一方の電極と接
地との間にフィラメントバイアス電源４２が設けられて
いる。このバイアス電源４２は、加熱電源４０側が負
に、接地側が正になるように接続されている。
放射フィラメント３８が設けられている。このフィラメ
ント３８は、例えば直径１．０ｍｍ程度の高融点材料、
例えばタングステン、モリブデンまたはタンタルによっ
て構成されている。このフィラメント２８の両端は、真
空槽２０の外部に導出され、フィラメント加熱電源４０
に接続されている。この加熱電源４０の一方の電極と接
地との間にフィラメントバイアス電源４２が設けられて
いる。このバイアス電源４２は、加熱電源４０側が負
に、接地側が正になるように接続されている。
【００１６】フィラメント３８の上方には、イオン化電
極４４が配置されている。このイオン化電極４４の形状
は、棒状または板状で、例えば１０Ｘ１００Ｘ０．２ｍ
ｍである。このイオン化電極４４は、高融点材料、例え
ばタングステン、モリブデン、タンタルまたはカーボン
によって形成されている。このイオン化電極４４の両端
は、真空槽２０の外部に導出され、イオン化電極加熱用
電源４６に接続されている。この加熱用電源４６の一方
の電極と接地との間には、アノード電源４８が接続さ
れ、アノード電源４８は、イオン化電極加熱電源４６側
が正に、接地側が負になるように接続されている。従っ
て、このアノード電源４８とフィラメントバイアス電源
４２とは、極性が逆である。
極４４が配置されている。このイオン化電極４４の形状
は、棒状または板状で、例えば１０Ｘ１００Ｘ０．２ｍ
ｍである。このイオン化電極４４は、高融点材料、例え
ばタングステン、モリブデン、タンタルまたはカーボン
によって形成されている。このイオン化電極４４の両端
は、真空槽２０の外部に導出され、イオン化電極加熱用
電源４６に接続されている。この加熱用電源４６の一方
の電極と接地との間には、アノード電源４８が接続さ
れ、アノード電源４８は、イオン化電極加熱電源４６側
が正に、接地側が負になるように接続されている。従っ
て、このアノード電源４８とフィラメントバイアス電源
４２とは、極性が逆である。
【００１７】５０は、必要時に、反応ガスを真空槽２０
内に導入するためのガスノズルである。
内に導入するためのガスノズルである。
【００１８】このイオンプレーティング装置において、
蒸発材料３０に絶縁物であるアルミナを使用した場合の
動作について説明する。粒状のアルミナを坩堝２８に充
填する。電子銃２６の加速電圧を１０ｋＶ、エミッショ
ンを１００乃至１０００ｍＡ、好ましくは４００ｍＡと
して、アルミナを蒸発させる。
蒸発材料３０に絶縁物であるアルミナを使用した場合の
動作について説明する。粒状のアルミナを坩堝２８に充
填する。電子銃２６の加速電圧を１０ｋＶ、エミッショ
ンを１００乃至１０００ｍＡ、好ましくは４００ｍＡと
して、アルミナを蒸発させる。
【００１９】蒸発したアルミナのイオン化は、６０乃至
１００ｅＶ、好ましくは８０ｅＶ程度の熱電子衝撃によ
って行われる。即ち、熱電子放射フィラメント３８から
放射された熱電子が、熱電子放射フィラメント３８とイ
オン化電極４４との間に印加されている電圧によって加
速され、衝撃エネルギーを持って、イオン化電極４４に
向かう。このとき、蒸発粒子と非弾性衝突し、アルミナ
をイオン化し、プラズマが発生する。
１００ｅＶ、好ましくは８０ｅＶ程度の熱電子衝撃によ
って行われる。即ち、熱電子放射フィラメント３８から
放射された熱電子が、熱電子放射フィラメント３８とイ
オン化電極４４との間に印加されている電圧によって加
速され、衝撃エネルギーを持って、イオン化電極４４に
向かう。このとき、蒸発粒子と非弾性衝突し、アルミナ
をイオン化し、プラズマが発生する。
【００２０】熱電子放射フィラメント３８は、加熱電源
４０で摂氏２０００度以上に加熱されることによって熱
電子を放射する。加熱電源４０として、例えば２０Ｖ、
６０Ａの容量を持つ交流または直流のものを使用でき
る。上述したように直径１．０ｍｍのタングステン線を
熱電子放射フィラメント３８に使用した場合、５０Ａの
電流を流すことによってフィラメント３８の温度は２０
００度以上になる。
４０で摂氏２０００度以上に加熱されることによって熱
電子を放射する。加熱電源４０として、例えば２０Ｖ、
６０Ａの容量を持つ交流または直流のものを使用でき
る。上述したように直径１．０ｍｍのタングステン線を
熱電子放射フィラメント３８に使用した場合、５０Ａの
電流を流すことによってフィラメント３８の温度は２０
００度以上になる。
【００２１】熱電子の衝撃エネルギーは、フィラメント
バイアス電源４２と、アノード電源４８の電圧の和によ
って与えられる。ここで、フィラメントバイアス電源４
２の極性とアノード電源４８の極性とを逆にしているの
で、イオン化電極４４にアノード電源４８から印加する
電圧を、接地電位に対して１０乃至５０Ｖ、好ましくは
２０Ｖとし、熱電子放射フィラメント３８にフィラメン
ト加熱電源４２から印加する電圧を、接地電位に対し−
２０Ｖ乃至−１００Ｖ、好ましくは−６０Ｖとすること
によって、衝撃エネルギーは、１５０ｅＶ乃至７０ｅ
Ｖ、好ましくは８０ｅＶとすることができる。このよう
にフィラメントバイアス電圧を接地電位に対して負とす
ることによって、イオン化電極４４に印加する電圧は、
１０乃至５０Ｖに抑えられる。従って、プラズマの空間
電位を下げることができ、異常放電の発生を防止でき、
長時間にわたって安定したアーク放電を維持できる。
バイアス電源４２と、アノード電源４８の電圧の和によ
って与えられる。ここで、フィラメントバイアス電源４
２の極性とアノード電源４８の極性とを逆にしているの
で、イオン化電極４４にアノード電源４８から印加する
電圧を、接地電位に対して１０乃至５０Ｖ、好ましくは
２０Ｖとし、熱電子放射フィラメント３８にフィラメン
ト加熱電源４２から印加する電圧を、接地電位に対し−
２０Ｖ乃至−１００Ｖ、好ましくは−６０Ｖとすること
によって、衝撃エネルギーは、１５０ｅＶ乃至７０ｅ
Ｖ、好ましくは８０ｅＶとすることができる。このよう
にフィラメントバイアス電圧を接地電位に対して負とす
ることによって、イオン化電極４４に印加する電圧は、
１０乃至５０Ｖに抑えられる。従って、プラズマの空間
電位を下げることができ、異常放電の発生を防止でき、
長時間にわたって安定したアーク放電を維持できる。
【００２２】上述した従来のイオンプレーティング装置
のように、フィラメント加熱電源１１が直接に接地され
ているものでは、上記のように８０ｅＶの衝撃エネルギ
ーを熱電子に持たせようとすると、イオン化電極７に接
地電位に対し８０Ｖと高い電圧を印加しなければなら
ず、これによってプラズマの空間電位が８０Ｖと高くな
り、長時間にわたって安定したアーク放電を維持できな
い。
のように、フィラメント加熱電源１１が直接に接地され
ているものでは、上記のように８０ｅＶの衝撃エネルギ
ーを熱電子に持たせようとすると、イオン化電極７に接
地電位に対し８０Ｖと高い電圧を印加しなければなら
ず、これによってプラズマの空間電位が８０Ｖと高くな
り、長時間にわたって安定したアーク放電を維持できな
い。
【００２３】イオン化電極４４は、加熱電源４６によっ
てアルミナの蒸発温度以上に通電加熱される。加熱電源
４６としては、例えば１０Ｖ、２００Ａの直流または交
流電源を使用できる。上述したような１０Ｘ１００Ｘ
０．２ｍｍのタングステン板をイオン化電極４４に使用
した場合、８Ｖ、１３０Ａの通電により、イオン化電極
４４は、加熱され、その表面温度は、摂氏約２１００度
になる。アルミナは摂氏約１９００度で充分に蒸発す
る。従って、イオン化電極に堆積したアルミナ膜は、再
度蒸発する。その結果、イオン化電極４４は、絶縁膜で
あるアルミナ膜によって覆われることがなく、イオン化
電極４４の表面は、常に導電性が保たれ、アーク放電が
長時間に渡って安定する。なお、イオン化電極４４を加
熱電源４８によって加熱しなかった場合、絶縁性のアル
ミナ膜がイオン化電極４４に堆積し、１分程度でアーク
放電が停止した。
てアルミナの蒸発温度以上に通電加熱される。加熱電源
４６としては、例えば１０Ｖ、２００Ａの直流または交
流電源を使用できる。上述したような１０Ｘ１００Ｘ
０．２ｍｍのタングステン板をイオン化電極４４に使用
した場合、８Ｖ、１３０Ａの通電により、イオン化電極
４４は、加熱され、その表面温度は、摂氏約２１００度
になる。アルミナは摂氏約１９００度で充分に蒸発す
る。従って、イオン化電極に堆積したアルミナ膜は、再
度蒸発する。その結果、イオン化電極４４は、絶縁膜で
あるアルミナ膜によって覆われることがなく、イオン化
電極４４の表面は、常に導電性が保たれ、アーク放電が
長時間に渡って安定する。なお、イオン化電極４４を加
熱電源４８によって加熱しなかった場合、絶縁性のアル
ミナ膜がイオン化電極４４に堆積し、１分程度でアーク
放電が停止した。
【００２４】イオン化されたアルミナ粒子は、パルス電
源３６が印加されている基板３４に蒸着される。パルス
電源３６のパルス電圧は、接地電位を基準として非対称
な電圧である。例えば正の平均電圧が５０乃至１２０
Ｖ、好ましくは１００Ｖであり、負の平均電圧は−２０
０乃至−２０００Ｖ、好ましくは−５００Ｖである。即
ち、パルス電圧は、負電圧の絶対値が、正電圧の絶対値
よりも大きい。このパルス電圧の周波数は、１０ｋＨｚ
乃至２５０ｋＨｚ、好ましくは１００ｋＨｚである。こ
のパルス電圧では、正電圧に維持される最小時間は０．
１μｓである。また、最大時間は、１周期に占める正電
圧の期間（デューティ比）で表して４０パーセントであ
る。このようなパルス電圧で正電圧に維持される時間の
最適値は、デューティ比で表して２０パーセントであ
る。
源３６が印加されている基板３４に蒸着される。パルス
電源３６のパルス電圧は、接地電位を基準として非対称
な電圧である。例えば正の平均電圧が５０乃至１２０
Ｖ、好ましくは１００Ｖであり、負の平均電圧は−２０
０乃至−２０００Ｖ、好ましくは−５００Ｖである。即
ち、パルス電圧は、負電圧の絶対値が、正電圧の絶対値
よりも大きい。このパルス電圧の周波数は、１０ｋＨｚ
乃至２５０ｋＨｚ、好ましくは１００ｋＨｚである。こ
のパルス電圧では、正電圧に維持される最小時間は０．
１μｓである。また、最大時間は、１周期に占める正電
圧の期間（デューティ比）で表して４０パーセントであ
る。このようなパルス電圧で正電圧に維持される時間の
最適値は、デューティ比で表して２０パーセントであ
る。
【００２５】周波数が１０ｋＨｚ乃至２５０ｋＨｚで、
正電圧の期間が０．１μｓ以上、デューティ比が４０パ
ーセント以下のパルス電圧を、周波数ごとに示すと下表
のようになる。
正電圧の期間が０．１μｓ以上、デューティ比が４０パ
ーセント以下のパルス電圧を、周波数ごとに示すと下表
のようになる。
【００２６】
【表１】
【００２７】正電圧の維持時間の最小値を０．１μｓと
した理由、及び最大値をデューティ比で表して４０パー
セントとした理由は、上述した通りである。
した理由、及び最大値をデューティ比で表して４０パー
セントとした理由は、上述した通りである。
【００２８】また、正の電圧を５０乃至１２０Ｖ、好ま
しくは１００Ｖ、負の電圧を−２００乃至−２０００
Ｖ、好ましくは−５００Ｖとしたのは、主に実験の結果
による。
しくは１００Ｖ、負の電圧を−２００乃至−２０００
Ｖ、好ましくは−５００Ｖとしたのは、主に実験の結果
による。
【００２９】パルス電源３６の出力波形の一例を図２に
示す。このパルス電圧は、周波数が１００ｋＨｚ（１周
期が１０μｓ）で、接地電位を基準としての負電圧のピ
ーク値が−８００Ｖ（負の期間で平均すると−５００
Ｖ）、正電圧のピーク値が＋３００Ｖ（正の期間で平均
すると＋１００Ｖ）で、デュティ比が２０パーセントの
ものである。
示す。このパルス電圧は、周波数が１００ｋＨｚ（１周
期が１０μｓ）で、接地電位を基準としての負電圧のピ
ーク値が−８００Ｖ（負の期間で平均すると−５００
Ｖ）、正電圧のピーク値が＋３００Ｖ（正の期間で平均
すると＋１００Ｖ）で、デュティ比が２０パーセントの
ものである。
【００３０】イオン化されたアルミナは、例えば図２に
示すパルス電圧が使用されている場合、負の電圧が基板
３４に印加されている期間（８μｓ）に、基板３４の成
膜表面に向かって加速され入射する。正の電圧が基板３
４に印加されている期間（２μｓ）には、プラズマ中の
電子が成膜表面に向かって加速され、成膜表面に入射す
る。これによって、成膜の表面に滞在しているイオンと
電子が衝突し、イオンと電子との電荷の中和が起こり、
成膜表面におけるイオン蓄積によるチャージアップを防
止でき、安定にイオンを基板に入射することができる。
正の期間が０．１μｓ以上あり、デューティ比で表して
４０パーセント以下であるので、良好にチャージアップ
を防止できている。
示すパルス電圧が使用されている場合、負の電圧が基板
３４に印加されている期間（８μｓ）に、基板３４の成
膜表面に向かって加速され入射する。正の電圧が基板３
４に印加されている期間（２μｓ）には、プラズマ中の
電子が成膜表面に向かって加速され、成膜表面に入射す
る。これによって、成膜の表面に滞在しているイオンと
電子が衝突し、イオンと電子との電荷の中和が起こり、
成膜表面におけるイオン蓄積によるチャージアップを防
止でき、安定にイオンを基板に入射することができる。
正の期間が０．１μｓ以上あり、デューティ比で表して
４０パーセント以下であるので、良好にチャージアップ
を防止できている。
【００３１】イオンの入射エネルギーは、パルス電圧の
負の値によって制御することができ、これによってアル
ミナの膜質、例えば硬度を任意に調整することができ
る。図３にアルミナ膜の硬度とパルス電圧との関係を示
す。同図において、縦軸はアルミナの硬度を表し、横軸
は、パルス電圧の１周期における平均値を表している。
この成膜条件は、以下の通りである。電子銃の電力３ｋ
Ｗ、フィラメントバイアス電圧−６０Ｖ、イオン化電極
電圧２０Ｖ、放電電流１０Ａ、パルスの周波数１００ｋ
Ｈｚ、デュティ比２０パーセントである。この表からパ
ルスバイアス電圧の平均値を大きくすることで、硬いア
ルミナ膜を基板３４上に作製できることがわかる。
負の値によって制御することができ、これによってアル
ミナの膜質、例えば硬度を任意に調整することができ
る。図３にアルミナ膜の硬度とパルス電圧との関係を示
す。同図において、縦軸はアルミナの硬度を表し、横軸
は、パルス電圧の１周期における平均値を表している。
この成膜条件は、以下の通りである。電子銃の電力３ｋ
Ｗ、フィラメントバイアス電圧−６０Ｖ、イオン化電極
電圧２０Ｖ、放電電流１０Ａ、パルスの周波数１００ｋ
Ｈｚ、デュティ比２０パーセントである。この表からパ
ルスバイアス電圧の平均値を大きくすることで、硬いア
ルミナ膜を基板３４上に作製できることがわかる。
【００３２】上記の実施の形態では、アルミナ膜を作成
したが、この他にＴｉＯ2 、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ
4 、Ｔａ2 ０5 等の絶縁膜を基板３４上に作成すること
ができる。
したが、この他にＴｉＯ2 、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ
4 、Ｔａ2 ０5 等の絶縁膜を基板３４上に作成すること
ができる。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、熱電子放射フィラメントに負電圧が印加されてい
るので、イオン化電極に印加する正の電圧が低くても、
熱電子放射フィラメントとイオン化電極との電位差を大
きくすることができ、熱電子放射フィラメントから放射
される熱電子の衝撃エネルギーを大きくして、蒸発粒子
のイオン化を効率よく行うことができる。また、イオン
化電極に印加する正の電圧が低いため、アーク放電の空
間電位を低く抑えることができ、安定したアーク放電を
維持して発生することができる。
れば、熱電子放射フィラメントに負電圧が印加されてい
るので、イオン化電極に印加する正の電圧が低くても、
熱電子放射フィラメントとイオン化電極との電位差を大
きくすることができ、熱電子放射フィラメントから放射
される熱電子の衝撃エネルギーを大きくして、蒸発粒子
のイオン化を効率よく行うことができる。また、イオン
化電極に印加する正の電圧が低いため、アーク放電の空
間電位を低く抑えることができ、安定したアーク放電を
維持して発生することができる。
【００３４】請求項２記載の発明によれば、イオン化さ
れた蒸発粒子は、被処理物に印加されたパルス電圧が負
のときに、被処理物に入射する。被処理物に印加された
電圧が正のとき、プラズマ中の電子が被処理物に入射
し、被処理物の表面に滞在しているイオン化された粒子
と衝突し、電荷の中和が生じ、高周波電源を使用してい
るのと同様な効果が得られる。高周波電源を使用した場
合、大型であるマッチングボックスが必要であるし、そ
のマッチングをとる作業が面倒であり、しかも、高周波
電源は、高価である。しかし、パルス電源の使用によ
り、高周波電源及びマッチングボックスは使用しなくて
もよく、小型で低コストのイオンプレーティング装置を
実現できるし、また、マッチングをとる作業が不要にな
るので、効率的に作業が行える。
れた蒸発粒子は、被処理物に印加されたパルス電圧が負
のときに、被処理物に入射する。被処理物に印加された
電圧が正のとき、プラズマ中の電子が被処理物に入射
し、被処理物の表面に滞在しているイオン化された粒子
と衝突し、電荷の中和が生じ、高周波電源を使用してい
るのと同様な効果が得られる。高周波電源を使用した場
合、大型であるマッチングボックスが必要であるし、そ
のマッチングをとる作業が面倒であり、しかも、高周波
電源は、高価である。しかし、パルス電源の使用によ
り、高周波電源及びマッチングボックスは使用しなくて
もよく、小型で低コストのイオンプレーティング装置を
実現できるし、また、マッチングをとる作業が不要にな
るので、効率的に作業が行える。
【００３５】請求項３記載の発明によれば、蒸発材料が
絶縁物であっても、良好にイオンプレーティングを行え
る。
絶縁物であっても、良好にイオンプレーティングを行え
る。
【図１】本発明の１実施の形態のイオンプレーティング
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図２】同イオンプレーティング装置のパルス電源の波
形を示す図である。
形を示す図である。
【図３】同イオンプレーティング装置におけるパルスバ
イアス電圧とアルミナ膜の硬度との関係を示す図であ
る。
イアス電圧とアルミナ膜の硬度との関係を示す図であ
る。
【図４】従来のイオンプレーティング装置の概略構成図
である。
である。
２０ 真空槽 ２４ 蒸発源 ３４ 基板（被処理物） ３６ パルス電源 ３８ 熱電子放射フィラメント ４０ フィラメント加熱電源 ４２ フィラメントバイアス電源 ４４ イオン化電極 ４６ イオン化電極加熱電源 ４８ アノード電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 内部が排気される真空槽と、 この真空槽内に配置され、蒸着材料が充填される蒸発源
と、 この蒸発源と所定距離隔てて配置された被処理物と、 前記蒸発源と前記被処理物との間における前記蒸発源の
近傍に配置され、前記蒸発源を基準として正電圧が印加
されるイオン化電極と、 前記蒸発源と前記イオン化電極との間に配置され、前記
蒸発源を基準として負電圧が印加される熱電子放射フィ
ラメントとを、具備するイオンプレーティング装置。 - 【請求項２】 内部が排気される真空槽と、 この真空槽内に配置され、蒸着材料が充填される蒸発源
と、 この蒸発源と所定距離隔てて配置された被処理物と、 前記蒸発源と前記被処理物との間における前記蒸発源の
近傍に配置されたイオン化電極と、 前記蒸発源と前記イオン化電極との間に配置された熱電
子放射フィラメントとを、具備し、前記被処理物に、接
地電位を基準として非対称のパルス電圧が印加され、こ
のパルス電圧は、その負電圧の絶対値が正電圧の絶対値
よりも大きく、その周波数が１０ｋＨｚ乃至２５０ｋＨ
ｚで、前記正電圧に維持される時間の最小値が０．１μ
ｓであって、最大値がデューティ比で表して４０パーセ
ントのものであることを特徴とするイオンプレーティン
グ装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のイオンプレーテ
ィング装置において、前記蒸発材料が絶縁物であるイオ
ンプレーティング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09207320A JP3073711B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | イオンプレーティング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09207320A JP3073711B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | イオンプレーティング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1136073A JPH1136073A (ja) | 1999-02-09 |
| JP3073711B2 true JP3073711B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=16537824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09207320A Expired - Fee Related JP3073711B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | イオンプレーティング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3073711B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4845416B2 (ja) * | 2005-04-21 | 2011-12-28 | 双葉電子工業株式会社 | 蒸着装置 |
| JP5017017B2 (ja) * | 2007-08-16 | 2012-09-05 | 株式会社アルバック | 同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノ粒子担持装置およびナノ粒子坦持方法 |
| JP2009285644A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-10 | Ulvac Japan Ltd | 触媒材料の製造方法及び真空アーク蒸着装置 |
| JP5959409B2 (ja) * | 2012-11-08 | 2016-08-02 | 日本電子株式会社 | 成膜装置及び成膜装置の動作方法 |
| JP6143007B2 (ja) * | 2014-03-25 | 2017-06-07 | 三井造船株式会社 | 皮膜形成装置及び皮膜形成方法 |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP09207320A patent/JP3073711B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1136073A (ja) | 1999-02-09 |
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