JP4722801B2

JP4722801B2 - 成膜装置

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Publication number: JP4722801B2
Application number: JP2006254850A
Authority: JP
Inventors: 阿川　　義昭; 原　　泰博; 正道松浦; 敦史齋藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008075120A

Description

本発明は成膜装置に関する。

図５の符号１０１は従来技術の成膜装置を示している。
この成膜装置１０１は真空槽１０２を有しており、真空槽１０２内部には蒸着源１０３が配置されている。

蒸着源１０３は筒状のアノード電極１３２と、放出部１３０とを有しており、アノード電極１３２と放出部１３０は、該放出部１３０がアノード電極１３２に配置された状態で、取り付け部１２０によって真空槽１０２内部の底壁側にそれぞれ固定されている。

放出部１３０は蒸着材料１３１と、トリガ電極１３４と、棒状電極１３５とを有している。トリガ電極１３４はリング状であって、棒状電極１３５はトリガ電極１３４に挿通された状態で、その下端が取り付け部１２０に取り付けられている。棒状電極１３５の先端はトリガ電極１３４から突き出され、蒸着材料１３１は棒状電極１３５の先端を覆っている。

蒸着材料１３１と棒状電極１３５は電気的に接続され、他方トリガ電極１３４は絶縁部材１３７、１３８によって棒状電極１３５と蒸着材料１３１から絶縁されている。棒状電極１３５とトリガ電極１３４は真空槽１０２外部に配置された電源装置１０４にそれぞれ接続されている。

真空排気系１０８を動作させて真空槽１０２内部に真空雰囲気を形成し、該真空雰囲気を維持しながら電源装置１０４を起動し、アノード電極１３２と真空槽１０２とを接地電位に置いた状態で、トリガ電極１３４に負電圧であって、蒸着材料１３１に対して正の電圧を印加すると共に、棒状電極１３５に負の電圧を印加すると、トリガ電極１３４と蒸着材料１３１との間にトリガ放電が起こり、該トリガ放電によって蒸着材料１３１の側面とアノード電極１３２内周面との間でアーク放電が誘起される。アーク放電が誘起されると、アーク電流が流れ、該アーク電流により蒸着材料１３１の側面から蒸着材料の粒子が放出される。

蒸着材料の粒子のうち、電荷質量比（電荷／質量）の大きい微小な荷電粒子は、アーク電流により発生する磁界によって飛行方向が曲げられ、アノード電極１３２の開口から放出されるが、電荷質量比の小さい巨大な荷電粒子や中性粒子はアーク電流により飛行方向が曲げられる率が少なく、アノード電極１３２の内壁に衝突する。

アノード電極１３２の開口の上方には基板ホルダ１１７が配置されており、予め基板ホルダ１１７のアノード電極１３２開口と対向する面には基板１０７が保持されているので、アノード電極１３２の開口から放出された荷電粒子は基板１０７表面に付着し、薄膜が成長する。このように、基板１０７には反応性が高い荷電粒子のみが到達するので、膜質の良い薄膜を形成することができる。

荷電粒子は通常の蒸着法で発生する蒸気に比べて反応性が高いので、基板１０７表面には緻密な膜が形成される。しかし、この成膜装置１０１では荷電粒子が基板１０７表面に注入されることはなく、この成膜装置１０１を用いて、例えば基板１０７の表面改質を行うことはできなかった。

また、中性粒子や巨大荷電粒子がアノード電極１３２の内周面に付着する際に、一部は衝突の際砕け散り、微小荷電粒子よりも大きな小滴（直径２０μｍ程度）が形成されることがある。

この小滴の飛散方向は特定の方向性が見られず、蒸着材料１３１を中心としてほぼ半球面内に飛散するので、一部はアノード電極１３２の開口から放出されてしまう。開口から放出された小滴が、成膜中の膜に取り込まれると、薄膜の膜質が劣化するという問題もあった。
特開２００６−８３４３１号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は荷電粒子を成膜対象物に注入可能な成膜装置を製造することである。

上記課題を解決するために本発明は、基板ホルダと、電子と正電荷の荷電粒子とを放出する第一、第二の放出源とを有し、前記基板ホルダ上には基板が載置可能に構成され、前記第一、第二の放出源は、前記基板ホルダ上の前記基板表面を望む側に位置する筒状のアノード電極と、前記アノード電極の開口から放出される前記荷電粒子が通る位置に磁界を形成する磁界形成手段とをそれぞれ有し、前記基板ホルダ上の前記基板が上方、前記第一、第二の放出源が下方に位置するとした場合に、前記開口から前記荷電粒子の飛行先を見たときに、前記磁界形成手段の前記磁界を形成するＳ極とＮ極のうち、Ｎ極は前記開口の左側に、Ｓ極は前記開口の右側に位置し、前記荷電粒子のうち電子が飛行方向を上方に曲げられるようにされ、前記基板ホルダは、前記第一の放出源の前記開口から放出され、飛行方向が曲げられた電子と、前記第二の放出源の前記開口から放出され、飛行方向が曲げられた電子の両方が到達する場所に位置させ、前記アノード電極から放出された電子のクーロン力によって前記荷電粒子を前記基板表面に到達させ、到達した前記荷電粒子によって前記基板表面に薄膜を形成する成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記第一、第二の放出源の前記開口から前記荷電粒子を放出している間に、前記基板に複数回断続して負電圧を印加するバイアス電源を有する成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記第一、第二の放出源は、前記アノード電極の中心軸線が９０°未満の角度で交叉するようにされた成膜装置である。

本発明は上記のように構成されており、各アノード電極の開口から放出された微小荷電粒子は、磁界形成手段の形成する磁力線によって同じ方向に曲げられ、基板（成膜対象物）に到達する。

微小荷電粒子は、巨大荷電粒子や中性粒子に比べて反応性が高いので、本発明の成膜装置を用いれば、ＲｅとＩｒの合金等、従来の溶融法やスパッタ法では合金を作成することができなかった材料を合金化することが可能であり、ＲｅとＩｒの蒸気を放出する時に成膜対象物に負電圧を印加すればＲｅとＩｒの合金は成膜対象物の内部に注入される。

ＲｅとＩｒの合金の注入は、例えばレンズ等の製造に用いる金型（スタンパ）の表面改質に用いられる。レンズの金型は溶融したガラスを鋳込むため、８００℃近い高温に晒される。そのため、金型の耐久性や離剥性を確保するために、従来はイリジウム(Ｉｒ)、レニウム(Ｒｅ)、白金(Ｐｔ)等の金属材料を金型表面にコーティングするか、又はイオン注入させていた。

金型表面に薄膜を成膜する（コーティング）よりも金属材料を注入する方が金型の耐久性は高く、イリジウム単独、レニウム単独、又は白金単独で金型に注入させるよりも、イリジウムとレニウムの合金を注入する方が金型の耐久性が向上する。

本発明の成膜装置を用いれば反応性の高い微小荷電粒子だけが基板に到達するので、従来合金作成が困難だった金属材料の合金化が可能である。微小荷電粒子を放出する際に、基板に負電圧を印加すれば基板表面に微小荷電粒子が注入されて表面改質が行われ、基板に負電圧を印加しなければ基板表面上に薄膜が成長する。いずれの場合も、液滴や巨大荷電粒子は基板に到達しないので、基板表面に液滴や巨大荷電粒子が堆積せず、膜質が緻密になる。

以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１、２の符号１は本発明の成膜装置の一例を示しており、成膜装置１は真空槽２と、第一、第二の放出源３ａ、３ｂと、基板ホルダ７と、バイアス電源１２とを有している。

第一、第二の放出源３ａ、３ｂは、アノード電極３２ａ、３２ｂと、後述する磁界形成手段２０ａ、２０ｂとをそれぞれ有している。
各アノード電極３２ａ、３２ｂは筒状であって、真空槽２内部に配置されており、筒の一端側の開口３９ａ、３９ｂによってアノード電極３２ａ、３２ｂの内部空間が真空槽２の内部空間に接続されている。

アノード電極３２ａ、３２ｂの内部には、柱状の絶縁部材３７ａ、３７ｂが先端を開口３９ａ、３９ｂに向けて挿通されており、その先端には蒸着材料３１ａ、３１ｂが取り付けられ、絶縁部材３７ａ、３７ｂの側面にはリング状のトリガ電極３４ａ、３４ｂが蒸着材料３１ａ、３１ｂから離間して取り付けられている。

真空槽２外部にはアーク電流源１４とトリガ電流源１６が配置されており、蒸着材料３１ａ、３１ｂとアノード電極３２ａ、３２ｂはそれぞれアーク電流源１４に接続され、トリガ電極３４ａ、３４ｂはトリガ電流源１６に接続されている。
真空槽２には真空排気系８が接続されており、該真空排気系８によって真空槽２内部に真空雰囲気を形成し、該真空雰囲気を維持しながら、アノード電極３２ａ、３２ｂと真空槽２とを接地電位に置き、蒸着材料３１ａ、３１ｂに負電圧を印加した状態で、トリガ電極３４ａ、３４ｂに負電圧であって、蒸着材料３１ａ、３１ｂに対して正のパルス状電圧を印加すると、蒸着材料３１ａ、３１ｂとトリガ電極３４ａ、３４ｂの間にトリガ放電が起こる。

絶縁部材３７ａ、３７ｂ先端から開口３９ａ、３９ｂまでの高さは、絶縁部材３７ａ、３７ｂの先端から蒸着材料３１ａ、３１ｂ先端までの高さよりも高くされ、蒸着材料３１ａ、３１ｂは側面がアノード電極３２ａ、３２ｂに取り囲まれており、トリガ放電が起こると、アノード電極３２ａ、３２ｂと蒸着材料３１ａ、３１ｂとの間にアーク放電が発生してアーク電流が流れ、蒸着材料３１ａ、３１ｂの側面から蒸着材料の正の荷電粒子と電子とが放出される。

絶縁部材３７ａ、３７ｂの内部には不図示の棒状電極が挿通されており、棒状電極の先端は蒸着材料３１ａ、３１ｂに接続され、アーク電流は蒸着材料から棒状電極へ流れる。
ここでは、棒状電極はアノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂ上に位置しており、従ってアーク電流は棒状電極内を中心軸線１３ａ、１３ｂと平行な方向であって、開口３９ａ、３９ｂから遠ざかる方向に直線状に流れる。

蒸着材料３１ａ、３１ｂから放出された電子はアーク電流により生じる磁界によって、ローレンツ力で飛行方向が曲げられ、開口３９ａ、３９ｂから放出される。
正の荷電粒子には、電荷質量比（電荷／質量）の大きい微小荷電粒子と、電荷質量比の小さい巨大荷電粒子があり、正の微小荷電粒子はクーロン力によって電子に追従し開口３９ａ、３９ｂから放出されるが、巨大荷電粒子はアノード電極３２ａ、３２ｂの内壁面に衝突して放出されない。

磁界形成手段２０ａ、２０ｂは開口３９ａ、３９ｂから放出された電子が入射する位置に配置されている。ここでは、各磁界形成手段２０ａ、２０ｂはＮ極を有するＮ極部材２１ａ、２１ｂと、Ｓ極を有するＳ極部材２２ａ、２２ｂとを有しており、Ｎ極部材２１ａ、２１ｂのＮ極とＳ極部材２２ａ、２２ｂのＳ極は、電子の飛行径路を挟んで互いに対面し、互い対面するＳ極とＮ極の間の空間には、アノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂと垂直であって、互いに平行な平行磁力線４１ａ、４１ｂが形成されるようになっている。

開口３９ａ、３９ｂからアノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂと平行な方向に放出された電子は、その飛行方向が平行磁力線４１ａ、４１ｂに対して略垂直になり、中心軸線１３ａ、１３ｂと、平行磁力線４１ａ、４１ｂの両方に垂直な方向にローレンツ力が加わって飛行方向が曲げられ、正の微小荷電粒子は電子に追従して電子と同じ方向に曲げられる。

このとき、開口３９ａ、３９ｂから微小荷電粒子と一緒に液滴や巨大荷電粒子が放出されたとしても、巨大荷電粒子や液滴は飛行方向がクーロン力で飛行方向が曲げられずに直進する。

次に、開口３９ａ、３９ｂから放出された正の微小荷電粒子の曲げられる方向について説明すると、ここでは、各Ｎ極部材２１ａ、２１ｂと、各Ｓ極部材２２ａ、２２ｂはＮ極が形成された面とＮ極が形成された面が同じ平面に対して略垂直に向けられており、従って各磁界形成手段２０ａ、２０ｂの平行磁力線４１ａ、４１ｂは同じ平面に対して略平行になる。

開口３９ａ、３９ｂから放出される正の微小荷電粒子の飛行方向の先に向かって一方を左側、他方を右側とすると、各磁界形成手段２０ａ、２０ｂはＮ極部材２１ａ、２１ｂが左側、Ｓ極部材２２ａ、２２ｂは右側にそれぞれ位置している。

フレミング左手の法則で平行磁力線４１ａ、４１ｂの向きを人差し指の指し示す方向とし、正の微小荷電粒子の飛行方向を中指の指し示す方向とし、その正の微小荷電粒子に加えられるローレンツ力を親指の指し示す方向とすると、各開口３９ａ、３９ｂから放出された正の微小荷電粒子に加えられるローレンツ力は同じ方向（ここでは下向き）になる。

このとき、電子は正の微小荷電粒子と逆向きに飛行方向が曲げられるから、各開口３９ａ、３９ｂから放出される電子はそれぞれ同じ方向（ここでは上向き）に飛行方向が曲げられる。

Ｎ極部材２１ａ、２１ｂが左側、Ｓ極部材２２ａ、２２ｂは右側に位置する時には、基板ホルダ７は上方に、アノード電極３２ａ、３２ｂは下方の位置しており、基板１１はアノード電極３２ａ、３２ｂよりも上方で基板ホルダ７に保持され、電子は基板１１よりも下方で真空槽２内部に放出された後、飛行方向が上向きに曲げられる。

第一、第二の放出源３ａ、３ｂは磁界形成手段２０ａ、２０ｂの位置と、アノード電極３２ａ、３２ｂの開口３９ａ、３９ｂの向きが、開口３９ａ、３９ｂから放出された後、飛行方向が曲げられた電子がそれぞれ基板ホルダ７に到達するようにされており、基板ホルダ７には開口３９ａ、３９ｂから放出された電子が到達して、基板ホルダ７の近傍に電子雲が形成される。

電子雲が成長し、平行磁力線４１ａ、４１ｂによるローレンツ力よりも、電子雲によるクーロン力の方が大きくなると、各開口３９ａ、３９ｂから放出された正の微小荷電粒子は電子雲に引き付けられ、飛行方向が基板ホルダ７に向かって曲げられる。

従って、基板ホルダ７に保持された基板１１の表面には、第一の放出源３ａの開口３９ａから放出された正の微小荷電粒子と、第二の放出源３ｂの開口３９ｂから放出された正の微小荷電粒子の両方が到達する。

ここでは、蒸着材料３１ａ、蒸着材料３１ｂは互いに異なる種類の金属材料であって、かつ、基板１１の構成材料（例えば鉄等の金属又は鋼等の合金）とも異なる材料で構成されており、開口３９ａ、３９ｂから同時に荷電粒子を放出させれば、基板１１表面には蒸着材料３１ａ、３１ｂの合金薄膜が成長する。

上述したように巨大荷電粒子や液滴は開口３９ａ、３９ｂから放出されたとしても飛行方向が曲げられずに直進するので、基板１１には到達せず、基板１１表面に成長する合金薄膜に液滴や巨大荷電粒子等が混入しない。従って、基板１１表面には膜質の良い薄膜が成長する。

ところで、磁界形成手段２０ａと磁界形成手段２０ｂの間には磁力線を遮蔽する物が無く、磁力線は同じ磁界形成手段２０ａ、２０ｂのＮ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂの間だけではなく、異なる磁界形成手段２０ａ、２０ｂのＮ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂの間にも形成される。

図１は２つのアノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂが９０°未満の角度で交叉する成膜装置１を示し、図３はアノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂが９０°、又は９０°よりも１８０°に近い角度（ここでは１８０°）で交叉する場合の成膜装置６を示しており、交叉する２本の中心軸線１３ａ、１３ｂで一本の線分とすると、その線分の一方の側には一方の磁界形成手段２０ａのＮ極部材２１ａと他方の磁界形成手段２０ｂのＳ極部材２２ｂが位置し、該線分の他方の側には一方の磁界形成手段２０ａのＳ極部材２２ａと他方の磁界形成手段２０ｂのＮ極部材２１ｂとが位置する。

このように、線分の両側には磁性が反対の磁極が配置されているから、該線分の一方の側と他方の側には、異なる磁界形成手段２０ａ、２０ｂのＮ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂとを結ぶ放出源間磁力線４２が形成される。

放出源間磁力線４２は、Ｎ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂの飛行径路と対面する側の面を通るから、開口３９ａ、３９ｂから放出された電子の一部は、放出源間磁力線４２に巻き付けられ、その放出源間磁力線４２の方向に沿って移動し、第一の放出源３ａから第二の放出源３ｂへ、又は第二の放出源３ｂから第一の放出源３ｂへ移動する。

アノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂが１８０°に近い角度で交叉する場合、放出源間磁力線４２に巻きつけられた電子の移動方向は、移動した先の放出源３ａ、３ｂの開口３９ａ、３９ｂに向けられるから、その電子は開口３９ａ、３９ｂからアノード電極３２ａ、３２ｂ内部に入り込み、異常放電の原因となる。

これに対し、アノード電極３２ａ、３２ｂの中心軸線１３ａ、１３ｂが小さい角度で交叉する場合、放出源間磁力線４２に巻きつけられた電子の移動方向は、移動した先の放出源３ａ、３ｂの開口３９ａ、３９ｂには向けられず、開口３９ａ、３９ｂに到達する前に、磁界形成手段２０ａ、２０ｂ等他の部材に衝突し、アノード電極３２ａ、３２ｂの内部に入り込まない。本発明者等が中心軸線１３ａ、１３ｂの交叉する角度を変えて実験を行った結果、その角度が９０°未満であれば異常放電が顕著に防止されることが分かった。

尚、ここではＮ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂには、飛行径路とは反対側の面にＳ極とＮ極がそれぞれ形成されており、放出源３ａ、３ｂの間には、飛行径路と反対側の面の間を通る磁力線４４も形成される。

次に、本発明の成膜装置１を用いて基板１１表面を改質する場合について説明する。真空槽２外部にはバイアス電源１２が配置されており、基板ホルダ７はバイアス電源１２に接続され、バイアス電源１２を動作させると、基板ホルダ７に電圧が印加され、基板ホルダ７に保持された基板１１に電圧が印加されるようになっている。

トリガ放電を起こす時に基板１１に電圧を印加しないと、正の微小荷電粒子は基板１１表面に堆積し、基板１１表面上に合金の薄膜が形成されるが、トリガ放電を起こす時に、真空槽２の電位に対して負電圧を基板１１に印加すると、正の微小荷電粒子が加速されて基板１１表面に注入される。

蒸着材料３１ａ、３１ｂが互いに異なる種類の金属材料で構成され、かつ、各蒸着材料３１ａ、３１ｂの種類が基板１１の構成材料（例えば鉄等の金属又は鋼等の合金）とも異なる場合、蒸着材料３１ａ、３１ｂの微小荷電粒子がそれぞれ基板１１表面に注入されると、蒸着材料３１ａ、３１ｂの合金が基板１１の内部で生成され、基板１１表面が改質される。

図４（ａ）はアーク電流の電流量（放電電流量）と時間との関係を示しており、アーク電流が流れ始めてから放電電流量がゼロになるまでの放電時間ｔは予め決まっている。例えば、アーク電流源１４がコンデンサを有する場合は、放電時間ｔはそのコンデンサの容量によって決まる。

トリガ放電を起こす時には各アノード電極３２ａ、３２ｂは真空槽２と同じ接地電位に置かれているため、アノード電極３２ａ、３２ｂと基板１１との間の電位差によって電流が流れ、基板１１に負電圧を印加し続けると、放電時間ｔが終了する前にアノード電極３２ａ、３２ｂと基板１１との間に異常放電が起こる。
バイアス電源１２には切り替え装置１８が接続されており、該切替え装置１８によって基板１１は負電位と接地電位に交互に置かれる。

図４（ｂ）は基板１１に印加される電圧（バイアス電圧）の波形を示しており、基板１１が１回負電位に置かれる時間と、１回接地電位に置かれる時間の合計をパルス幅とすると、パルス幅は第一、第二の放出源３ａ、３ｂのいずれの放電時間ｔよりも短く、切り替え装置１８はアノード電極３２ａ、３２ｂと基板１１との間に異常放電が起こる前に基板１１の電位を負電位から接地電位に切り替える。

基板１１の電位が接地電位に切り替わると、アノード電極３２ａ、３２ｂと基板１１との間に流れる電流をゼロになるので、アノード電極３２ａ、３２ｂと基板１１との間に放電が起こらない。
電流がゼロになった後、基板ホルダ７への負電圧の印加を再開すれば、アーク電流が流れている間、複数回断続して負電圧を印加することができる。

基板１１が接地電位に切り替わると、正の微小荷電粒子が基板１１表面に注入されなくなるが、１回の放電時間ｔの間に基板１１が複数回負電位に置かれるようにパルス幅を設定すれば、基板１１に微小荷電粒子が連続して注入されない時間が短くなるので、基板１１表面に微小荷電粒子が堆積せず、表面改質が行われる。

以上は、基板ホルダ７が上方、アノード電極３２ａ、３２ｂが下方に位置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各アノード電極３２ａ、３２ｂが基板ホルダ７に保持された基板１１表面を望む側に位置し、各開口３９ａ、３９ｂから放出される電子が同じ基板ホルダ７に到達するのであれば、基板ホルダ７とアノード電極３２ａ、３２ｂの位置関係は、基板ホルダ７が下方、各アノード電極３２ａ、３２ｂが上方にあってもよい。

例えば、基板ホルダ７が下方、アノード電極３２ａ、３２ｂが上方にある場合には、開口３９ａ、３９ｂから電子の飛行方向の先を見たときに、Ｎ極部材２１ａ、２１ｂを右側、Ｓ極部材２２ａ、２２ｂは左側に配置すれば、各開口３９ａ、３９ｂから放出される電子はそれぞれ下向きに曲げられる。

また、放出源の数は２つに限定されず、各放出源から放出される電子が同じ基板ホルダに到達するように配置されているのであれば、放出源の数が３つ以上の場合も本発明には含まれる。この場合も、アノード電極内部での異常放電を防止するためには、１のアノード電極の中心軸線と、他のアノード電極の中心軸線との成す角度が全て９０°未満になることが望ましい。

また、各放出源は、各放出源の電子が同じ基板ホルダに到達するようにされ、かつ、各放出源の開口から放出される電子が、他の放出源の開口に到達しないようにされているのであれば、各放出源が同じ平面内にあってもよいし、異なる平面内にあってもよい。

Ｎ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂは具体的には、フェライト製の磁性材料や、サマリウム・コバルト製の磁性材料、それらを複合した永久磁石の他、電磁石等の磁石である。

Ｎ極部材２１ａ、２１ｂとＳ極部材２２ａ、２２ｂの数や形状は限定されるものではなく、飛行径路を挟んでＳ極とＮ極が対面するのであれば、一つの磁石のＳ極とＮ極とをそれぞれＳ極部材とＮ極部材とし、１つの磁石で１つの磁界形成手段２０ａ、２０ｂを構成してもよいし、また、３つ以上の磁石で１つの磁界形成手段２０ａ、２０ｂを構成してもよい。更に、２つ以上の磁石をヨーク等の透磁性部材で接続したものを磁界形成手段２０ａ、２０ｂとして用いてもよい。

磁界形成手段２０ａ、２０ｂの設置場所は、飛行径路を挟んでＳ極とＮ極とが対面し、対面するＳ極とＮ極との間に開口３９ａ、３９ｂから放出される電子が入射するのであれば特に限定されず、真空槽２の内部に配置してもよいし、真空槽２が磁力線を透過する透磁性材料で構成されている場合には真空槽２の外部に配置してもよい。

本発明の成膜装置１、６の運転条件の一例を述べると、基板１１はレンズ等の製造に用いられる金型（例えば鋼製）であり、蒸着材料３１ａ、３１ｂにそれぞれレニウム（Ｒｅ）とイリジウム（Ｉｒ）を用いて金型の表面改質を行う場合には、金型に印加する負電圧は約５μｓ（休止期間：５μｓ：デュティ：５０％）で、５ｋＶの負電圧であり、放電時間ｔは１００〜２００μ秒であり、１つの金型に所定回数（３０〜１００回）のトリガ放電を繰り返す。

レニウム量をイリジウムより多く含有させたい場合は放電パラメータであるアーク電圧（Ｖ）やコンデンサ容量（Ｃ）をイリジウムより高い値に設定すると、放電量が多くなる。即ち、成膜量（Ｓ）はＣＶ²に比例する。

蒸着材料３１ａ、３１ｂはＲｅとＩｒに限定されるものではなく、種々の金属材料の合金の成膜、又は合金の注入に用いることができる。蒸着材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、コバルト、鉄、ニッケル等の金属材料の他にも、グラファイト等金属材料以外の無機材料も用いることができる。

各蒸着材料３１ａ、３１ｂを同じ種類の構成材料で構成し、基板１１表面に一種類の構成材料の薄膜の成膜、又は１種類の構成材料の荷電粒子を注入を行ってもよい。更に、蒸着材料３１ａ、３１ｂには基板１１の構成材料と同じ種類のものを用いることもできる。

アノード電極３２ａ、３２ｂの形状も特に限定されず、蒸着材料３１ａ、３１ｂを取り囲む形状のものであれば、円筒状、角筒状等種々の形状のものを用いることができる。また、アノード電極を構成する筒には切り込みが形成されていてもよいし、複数の電極を蒸着材料３１ａ、３１ｂを取り囲むように配置して１つのアノード電極としてもよい。アノード電極３２ａ、３２ｂの材質も特に限定されず、ステンレス、インコネル等種々の材質のものを用いることができる。

本発明の成膜装置１、６は、金型（基板１１）の表面改質だけではなく、ダイヤモンドライクカーボンや半導体の高誘電体膜、絶縁膜、銅薄膜、磁性薄膜、高融点金属膜等の成膜にも用いることができる。
基板１１の種類も特に限定されず、鉄等の金属製、又は鋼等の合金製の金型、シリコン基板、ガラス基板等成膜目的に応じて種々の物を用いることができる。

以上は第一、第二の放出源３ａ、３ｂでトリガ放電を一緒に起こしてアノード電流を同期させ、開口３９ａ、３９ｂから同時に蒸気を放出させて合金を形成する場合について説明したが本発明はこれに限定されず、第一、第二の放出源３ａ、３ｂでトリガ放電を別々に起こし、基板１１表面に積層膜を形成することもできる。

また、真空槽２に反応ガス供給系を接続し、真空槽２内部に反応ガスを供給しながら蒸着材料の蒸気の放出を行って、蒸着材料と反応ガスの反応物の膜の形成、又は反応物の注入を行うこともできる。

また、基板ホルダ７を不図示の回転手段に接続し、基板１１を同一平面内で回転させながら成膜を行えば、形成される薄膜の膜厚、又は表面処理の程度が基板１１表面の各部分で均一になる。

中心軸線の交叉する角度が９０°未満の場合の成膜装置を説明する断面図本発明の成膜装置の断面図中心軸線の交叉する角度が９０°以上の場合の成膜装置を説明する断面図（ａ）：アーク放電の放電電流量と放電時間との関係を説明するグラフ、（ｂ）：基板に印加する負電圧の波形を説明するグラフ従来技術の成膜装置の一例を説明する断面図

符号の説明

１、６……成膜装置２……真空槽３ａ、３ａ……第一、第二の放出源７……基板ホルダ１１……基板１３ａ、１３ｂ……中心軸線２０ａ、２０ｂ……磁界形成手段３２ａ、３２ｂ……アノード電極１２……バイアス電源

Claims

基板ホルダと、
電子と正電荷の荷電粒子とを放出する第一、第二の放出源とを有し、
前記基板ホルダ上には基板が載置可能に構成され、
前記第一、第二の放出源は、前記基板ホルダ上の前記基板表面を望む側に位置する筒状のアノード電極と、
前記アノード電極の開口から放出される前記荷電粒子が通る位置に磁界を形成する磁界形成手段とをそれぞれ有し、
前記基板ホルダ上の前記基板が上方、前記第一、第二の放出源が下方に位置するとした場合に、
前記開口から前記荷電粒子の飛行先を見たときに、前記磁界形成手段の前記磁界を形成するＳ極とＮ極のうち、Ｎ極は前記開口の左側に、Ｓ極は前記開口の右側に位置し、前記荷電粒子のうち電子が飛行方向を上方に曲げられるようにされ、
前記基板ホルダは、前記第一の放出源の前記開口から放出され、飛行方向が曲げられた電子と、前記第二の放出源の前記開口から放出され、飛行方向が曲げられた電子の両方が到達する場所に位置させ、前記アノード電極から放出された電子のクーロン力によって前記荷電粒子を前記基板表面に到達させ、到達した前記荷電粒子によって前記基板表面に薄膜を形成する成膜装置。
前記第一、第二の放出源の前記開口から前記荷電粒子を放出している間に、前記基板に複数回断続して負電圧を印加するバイアス電源を有する請求項１記載の成膜装置。
前記第一、第二の放出源は、前記アノード電極の中心軸線が９０°未満の角度で交叉するようにされた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置。