JPH0222464A - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンプレーティング装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来のイオンプレーティング装置としては、以下に説明
する構造のものが知られている。

■、真空チャンバと、このチャンバに設けられた基板ホ
ルダと、前記チャンバ内に配置されたルツボ内の蒸着材
料を電子ビーム照射により蒸発させるための蒸発源と、
前記チャンバ側壁に配置され、前記蒸着源からの蒸発さ
れた蒸着材料にプラズマを照射させるためのホロカソー
ドガンとから構成されたイオンプレーティング装置。か
かる装置において、蒸着源から蒸発された蒸着材料にホ
ロカソードガンからのプラズマを照射することにより、
イオン化した蒸着材料をホルダの基板に蒸着して成膜を
行なう。

■、真空チャンバと、このチャンバに設けられた基板ホ
ルダと、このホルダの基板保持側と反対側に配置された
磁石と、前記チャンバ内に配置されたルツボ内の蒸着材
料を電子ビーム照射により蒸発させるための蒸発源と、
前記チャンバの側壁に設けられ、該チャンバ内にプラズ
マを引出すためのプラズマ銃とから構成されたイオンプ
レーティング装置。かかる装置において、プラズマ銃か
らチャンバ内に引出されたプラズマをホルダに配置され
た磁石の磁場等によりホルダに保持された基板表面に集
めると共に蒸着源から蒸発され１．基板に向かう蒸着材
料を前記プラズマによりイオン化し、このイオン化した
蒸着材料を基板に蒸着することにより成膜を行なう。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記■のイオンプレーティング装置では
プラズマの形状は磁場等の強さにより一定の形になるた
め、該プラズマによりイオン化された蒸着＋４料を凹凸
等のある複雑形状の基板全体に回り込ませることは期待
できない。また、前記■のイオンプレーティング装置で
はホルダ基板と反対側に配置した磁石の磁場等によりプ
ラズマ銃からチャンバ内に引出されたプラズマを基板表
面に集めるることができるが、該プラズマによりイオン
化された蒸着材料を凹凸等のある複雑形状の基板全体に
回り込ませることは殆ど期待できない。

これは、前記磁場を変化させるだけではプラズマ全体の
拡がりを大きくしたり、小さくしたりするだけで、プラ
ズマの方向性等を変えることができないためである。

本発明は、上記従来の疎通を解決するためになされたも
ので、複雑形状の基板でもその表面全体を均一な膜を効
率よく形成し得るイオンプレーティング装置を提供しよ
うとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、真空チャンバと、このチャンバ内に配設され
た基板ホルダと、前記チャンバ内に配設された蒸着源と
、前記チャンバ内にプラズマを導入するためのプラズマ
発生源と、前記チャンバ内に配置され、前記プラズマ発
生源から前記チャンバ内に導入されたプラズマを前記ホ
ルダに保持された基板表面に集束させると共に前記蒸着
源からの蒸発された蒸着材料を該プラズマによりイオン
化する磁石を内蔵した対向電極と、この対向電極を揺動
及び回転させるための駆動機構とを具備したことを特徴
とするイオンプレーティング装置である。

［作用］ 本発明によれば、真空チャンバ内に磁石を内蔵し、駆動
機構により揺動及び回転する対向電極を配置することに
よ、って、プラズマ発生源から該チャンバ内に導入され
たプラズマをホルダに保持された基板表面に高密度で集
束させることができると共に、同プラズマを基板表面に
対して多方向から照射てきる。このため、チャンバ内に
配置された蒸着源から蒸発された蒸着材料を前記プラズ
マにより効率よくイオン化できると共に、該イオン化さ
れた蒸着材料を基板に対して多方向から導入できる。従
って、複雑形状の基板に対してイオン化された蒸着材料
の廻り込み性が良好となるため、基板表面全体を均一な
膜を効率よく成膜できるイオンプレーティング装置を得
ることができる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すイオンプレーティン
グ装置の概略図、第２図は第１図のＸＸ線に沿う断面図
、第３図は第１図のＹ−Ｙ線に沿う断面図、第４図は第
１図の対向電極及びその駆動機構を示す断面図、第５図
は対向電極及びその駆動機構の主要部品を示す斜視図で
ある。図中の１は、真空チャンバであり、このチャンバ
１の底部には該チャンバ１内を所定の真空度に維持する
ための図示しない真空ポンプと連通ずる排気管２が設け
られている。図中の３は、蒸着源である。

この蒸着源３は、前記チャンバ１内の底部付近に配置さ
れたルツボ４と、前記チャンバ１の下部側壁に設けられ
、電子ビームを照射するための電子銃５と、前記ルツボ
４上方付近に配置され、前記電子銃５からの電子ビーム
を偏向して前記ルツボ４内の蒸着材料に照射するための
偏向コイル６とから構成されている。また、前記チャン
バ１内の外側壁にはプラズマ発生源としてのプラズマ銃
７が設けられており、該プラズマ銃７の後部はアルゴン
ガス等の所定のガスを導入するための導入管８が設けら
れている。なお、プラズマ銃７が設けられた前記チャン
バ１の側壁にはプラズマの絞り部９が設けられている。

更に、前記プラズマ銃７の前記チャンバ■との連結付近
及び該プラズマ銃７と対向するチャンバ１の外側壁部分
には、プラズマ銃７から引出されたプラズマの拡散を防
ぐための円筒状磁石１０ａ　、　ｌＯｂが夫々設けられ
ている。

そして、前記チャンバ１の側壁には対向電極を揺動、回
転させるための複数台（例えば５台）の駆動機構１１が
前記プラズマ銃７の設置箇所とほぼ同一平面上に位置す
るように貫通して設けられている。

前記対向電極の駆動機構１１は、第４図及び第５図に示
すように前記チャンバｌの側壁に図示しないシール部材
を介して上方に傾斜して固定された本体１２を備えてい
る。この本体１２には、断面が略丁字形をなす空洞部１
３が形成されている。この空洞部１３内には、キャリヤ
駆動軸１４が該本体１２の傾斜方向に沿って貫通して設
けられており、かつ該駆動軸１４の後端側は前記チャン
バ１側壁の外側に位置する前記本体１２に設けられた回
転用モータ１５に連結されて駆動されるようになってい
る。前記駆動軸１４の先端には、円形のキャリア１６が
軸着されている。このキャリア１６は、リング軸受１７
を介して前記本体１２上に回転自在に配置されている。

また、前記本体１２と駆動軸１４の間の空洞部１３には
円筒状の駆動伝達部材１８が該伝達部材１８と本体１２
及び伝達部材１８と駆動軸１４の間に夫々配置された４
つの軸受１９ａ　、　１９ｂ　、　２０ａ　、　２０ｂ
を介して回転自在に設けられている。この伝達部材１８
の後端側にはかさ歯車２１が、先端側には歯車２２が夫
々形成されている。このかさ歯車２１には、前記本体１
２にその傾斜方向と直交する方向から挿入された軸２３
先端のかさ歯車２４と歯合されており、かつ該軸２３の
後端側は前記チャンバ１側壁の外側に位置する前記本体
１２に設けられた揺動用モータ２５に連結されて駆動さ
れるようになっている。なお、前記軸２３は該軸２３と
前記本体１２間には軸受２６ａ　、　２６ｂが介装され
ている。また、前記キャリア１６上には上部に互いに対
向する一対のフレーム２７ａ　、　２７ｂを有するブロ
ック２８が一体的にかつ偏奇して設けられている。この
ブロック部２８の中心から前記キャリア■６に亙ってＬ
形軸２９が貫通されており、かっ該軸２９はそれらブロ
ック部２８及びキャリア１６に設けた軸受３０ａ　、　
３０ｂに軸支されている。このＬ形軸２９の下端には、
前記駆動伝達部材１８先端側の歯車２２と歯合する遊星
歯車３１が設けられている。また、前記り形軸２９の先
端には軸受３２が取着されており、該軸受３２には所定
の角度で傾斜したアーム３３が軸支されている。このア
ーム３３は、軸受部分を枠状の軸受３４の中に配置し、
その先端を対向電極３５に固定されている。前記アーム
３３の軸受部分には、軸３６が回転自在に軸支され、か
っ該軸３６は前記一対のフレーム２７ａ　、　２７ｂ上
部の軸受３７ａ１３７ｂに軸支された前記枠状の軸受３
４に直交して貫通している。つまり、前記アーム３３の
軸受部分の回転支点は、該アーム３３先端に固定される
対向電極３５を全方向に揺動させるためのみそ擦り運動
の中心軸となっている。前記対向電極３５は、円板形状
をなし、かつ内部にリング状の電磁石３８が内蔵されて
いる。また、前記対向電極３５の後端面にはフレキシブ
ル管３９が連結されており、かつ該フレキシブル管３９
はチャンバ１の側壁を通して外部に延出されている。前
記対向電極３５には、水冷管（図示せず）が埋設されて
おり、かつ該水冷管の両端は前記フレキシブル管３９を
通してチャンバｌの外部に延出されている。前記電磁石
３８には、図示しないリード線が接続され、かつ該リー
ド線は前記水冷管と同様な経路を通って外部に延出され
ている。更に、前記対向電極３５と前記各部材を介して
電気的に接続される前記本体１２は接地されている。つ
まり、前記本体１２等を通して前記対向電極３５を接地
することによって、前記プラズマ銃７のプラズマが前記
チャンバ１内の各対向電極３５へ向って引き出される。

また、前記チャンバ１内のプラズマ生成領域近傍には成
膜される基板を保持するためのホルダ４０が配設されて
いる。このホルダ４０には、該ホルダ４０に負電圧を印
加するための可変直流電源４１が接続されている。また
、前記ホルダ４０の周囲には図示しないヒータが配置さ
れている。

次に、本発明のイオンプレーティング装置による薄膜形
成について説明する。

■、まず、ホルダ４０に基板４２を保持し、蒸着源のル
ツボ４内に所定の蒸着材料４３を収容した後、図示しな
い真空ポンプを作動してチャンバ１内のガスを排気管２
を通して排気してチャンバ１内を所定の真空度（例えば
１０−３〜ｔｏ−４ｔｏｒｒ）とする。

■、電子銃５から電子ビームを放出し、偏向コイル６に
より該電子ビームをルツボ４内に収容した蒸着材料４３
に照射して溶融、蒸発させる。

■、同時に、プラズマ銃７にアルゴン等の所定のプラズ
マ発生ガスを供給することにより、該プラズマ銃７より
プラズマを生成する。こうして生成したプラズマ４４は
、５台の駆動機構１１により夫々チャンバ１内に位置す
るように保持され、円筒状磁石１０ａ内より絞り部９を
通してチャンバ１内に引出されると共に、チャンバ１の
外側に配置した円筒状磁石１０ａ　、　ｌＯｂの磁界に
より広いチャンバｌ内での拡散が防止される。また、基
板ホルダ４０に可変直流電源４１から所定の負電圧を印
加すると、引出されたプラズマ４４中のプラスイオンが
蒸気ガスをイオン化し、そのイオンを前記基板４２に加
速、衝突される。更に、対向電極３５の電磁石３８に所
定の電流を印加すると、該電極３５表面から磁界が発生
し７てチャンバ１内に引き出されたプラズマ４４を基板
４２に対して高密度で集束される。この時、対向電極３
５に設けた水冷パイプ（図示せず）に水を供給、循環さ
せることにより対向電極３５の温度上昇を防止す、る。

■、前記基板ホルダ４０への負電圧の印加及び電磁石３
８への電流の印加と同時に各駆動機構１１の駆動軸１４
を回転用モータ１５により矢印Ｃ方向に回転させると、
その先端に軸着され、かつ本体１２上部に軸受１７を介
して支持されたキャリア１６が同方向に回転する。キャ
リア１６の回転により、該キャリア１６に一体かつ偏奇
して固定されたブロック部２８及びその上部に形成され
た一対のフレーム２７ａ５２７ｂが前記駆動軸１４を中
心して回転する。また、揺動用モータ２５により軸２３
を矢印方向に回転させると、該軸２３先端のかさ歯車２
４とかさ歯車２２を介して歯合された駆動伝達部材１８
が矢印方向に回転する。こうした伝達部材１８の回転に
より、その先端側の歯車２１（矢印Ａ方向に回転）と遊
星歯車３１を介して歯合するＬ形軸２９が該歯璽２１と
反対方向（矢印Ｂ方向）に回転される。Ｌ形軸２９の回
転により、その先端の軸受３２に軸支され、所定の角度
で傾斜したアーム３３が回転する。アーム３３の回転に
よ・す、その先端に固定された対向電極３５が互いに交
差して配置されたアーム３３の軸受部分の軸３６と前記
一対のフレーム２７ａ　、　２７ｂの枠状軸受３４を支
点として揺動、回転される。このように各駆動機構１１
の揺動用モータ２５による軸２３の回転に伴うＬ形アー
ム２９の回転により各駆動機構１１に対応する対向電極
３５が前記枠状軸受３４を支点として揺動、回転すると
共に、回転用モータ１５の回転に伴うキャリア１６の回
転により該キャリア１６に一体かつ偏奇して固定された
ブロック部２８のフレーム２７ａ、２７ｂに連結された
対向電極３５が駆動軸１４を中心にして回転される。こ
のような複数台（例えば５台）の駆動機構１１による夫
々の対向電極３５の揺動、回転及び各対向電極３５表面
から発生した磁界によって、プラズマ銃７で生成された
プラズマ４４がチャンバ１内の基板４２下面全体の領域
に高密度化された状態となり、この高密度のプラズマ４
４領域に前述した蒸着源３により蒸発された蒸着材料が
到達してイオン化されると共に、プラズマ４４中のプラ
スイオン化された蒸着材料は前記各対向電極３５からの
磁界と負電圧が印加されたホルダ４０の吸引力により該
ホルダ４０で保持された基板４２全体に亙って均一かつ
効率よく加速、衝突されて薄膜が形成される。

従って、本発明によれば駆動機構１１により対向電極３
５を揺動、回転させると共に、該対向電極３５に内蔵し
た電磁石３８により該電極３５表面から磁界を発生させ
、同時に蒸着源３から蒸着材料を蒸発させることによっ
て、プラズマ銃や生成されたプラズマをホルダ４０に保
持された基板４２下面全体にの領域に広げることができ
、しかも該プラズマ中で前記蒸発した蒸着材料をイオン
化し、該プラスイオン化した蒸着材料を基板４２表面に
対して高密度でかつ多方面から加速、衝突させて蒸着材
料の基板４２表面への回り込み性を向上できるため、複
雑形状の基板にも均一かつ均質な薄膜を高い密着力で効
率よく形成できる。

また、前記駆動伝達部材１８の歯車２２の角速度をωａ
１この歯車２２と歯合するＬ形軸２９の遊星歯車３１の
角速度をωｂ５回転駆動軸１４に軸着されたキャリア１
６の角速度をωｃ１前記歯車２２及び遊星歯車３１の歯
数を夫々ａ、、ｂとし、前記キャリア１６を前記歯車２
２と同方向に回転させたとすると、ωｂは次式で表わさ
れる。

ωｂ　−ｏＪｃ　　（１＋（ａ／ｂ））　　−ωａ（ａ
／ｂ）上記式からＬ形軸の歯車３１の角速度（ωｂ）は
、キャリア１６と駆動伝達部材１８の回転方向を同方向
に回転させると減速され、それらを互いに反対方向に回
転させると加速されるため、該り形軸２９による対向電
極３５の揺動、回転速度を容易に制御することができる
。

なお、上記実施例では駆動機構及びこれにより揺動、回
転する対向電極を夫々５台用いたが、１〜４台又は６台
以上をチャンバの同一平面上の側壁に設けてもよい。

上記実施例では、対向電極に電磁石を内蔵したが、これ
の代わに永久磁石を内蔵させてもよい。

上記実施例では、蒸着源として電子銃で発生した電子ビ
ームをチャンバ内のルツボに偏向コイルにより照射する
構造のものを使用したが、ＥＢガンを有する構造のもの
を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明のイオンプレーティング装置
によればプラズマ中でプラスイオン化した蒸着材料を基
板表面に対して高密度でかつ多方面から加速、衝突させ
て該蒸着材料の基板表面への回り込み性を向上できるた
め、複雑形状の基板にも均一かつ均質な薄膜を高い密着
力で効率よく形成できる等顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すイオンプレーティン
グ装置の概略横断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線に沿
う断面図、第３図は第１図のＹ−Ｙ線に沿う断面図、第
４図は第１図の対向電極及びその駆動機構を示す断面図
、第５図は対向電極及びその駆動機構の主要部品を示す
斜視図である。 ｌ・・・真空チャンバ、３・・・蒸着源、４・・・ルツ
ボ、５・・・電子銃、６・・・偏向コイル、７・・・プ
ラズマ銃、１１・・・駆動機構、１２・・・本体、１４
・・・駆動軸、１５・・・回転用モータ、１６・・・キ
ャリア、１８・・・駆動伝達部材、２１．２４・・・か
さ歯車、２２・・・歯車、２５・・・揺動用モータ、２
９・・・Ｌ型軸、３１・・・遊星歯車、３３・・・アー
ム、３５・・・対向電極、３８・・・電磁石、４０・・
・基板ホルダ、４２・・・基板、４３・・・蒸着材料、
４４・・・プラズマ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空チャンバと、このチャンバ内に配設された基板ホル
   ダ、と、前記チャンバ内に配設された蒸着源と、前記チ
   ャンバ内にプラズマを導入するためのプラズマ発生源と
   、前記チャンバ内に配置され、前記プラズマ発生源から
   前記チャンバ内に導入されたプラズマを前記ホルダに保
   持された基板表面に集束させると共に前記蒸着源からの
   蒸発された蒸着材料を該プラズマによりイオン化する磁
   石を内蔵した対向電極と、この対向電極を揺動及び回転
   させるための駆動機構とを具備したことを特徴とするイ
   オンプレーティング装置。