JPH02254159A - イオンプレーティングによる薄膜形成方法 - 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、複雑形状の基材表面にイオンプレーディング
により薄膜形成する方法に関する。 ［従来の技術及び課題］ 例えば各種の金属、セラミックス等からなる構造相＃Ｉ
においては、その基材表面を硬質化したり、光沢性等を
付与する［］的で各種の金属薄膜を成膜することが行な
われている。かかる基材上への成膜に際しては、従来よ
り次のような膜厚制御方法が採用されている。 ■膜厚センサ方式 真空チャンバ内に配置したルツボ中の蒸着材料に電子ビ
ーム等を照射して蒸発させ、その蒸発量を膜厚センサで
検出し、前記電子ビームの出力を調節して前記チャンバ
内に配置した基旧全体に均一な薄膜を形成する。 ■真空チャンバ内に配置したルツボ中の」二方に配置し
た基材ホルダを自転又は自公転させることにより基（」
の中心部と周辺部との蒸１ｆＪｍの差を小さく

【７てＭ
月全体に均一な薄膜を形成する。 しかしながら、前記■の膜厚センサ方式や■の試料の回
転方式では全体の平均膜厚を制御てきるむのの、任意個
所での膜厚制御を行うことかできない。このため、複雑
形状の基１４表面に均一な膜１１、Ｉの薄膜を形成する
ことか困難となる。 このようなことから、複雑形状の基月表面に薄膜を形成
する方法として、ホロカソード方式、反応性イオンプレ
ーティング力式、プラズマ銃方式が知られている。しか
しながら、各方式には次のような問題があ−）た。 前記ホロカソード方式では、放電部分の負電圧が高いた
め、穴か開口されたり、コγ型状の基材ではホロカソー
ド現象により基材電圧が所定の７０％程度に低下するた
め、成膜できたとしても付ｊｒｉ力か非常に低くなる。 しかる、かかる方式では膜厚の均一化はもとより部分的
な膜厚制御も行うことができない。 前記反応性イオンプレーティング方式では、イオン化電
極（＋）が下方にあるため、穴か開］二］されたり、コ
字型状のＪｌ！、１１，１てはホロカソード現象により
基材電圧が大幅に低ドし、成膜し、でも良好な膜質にな
らない。 前記プラスマ銃方式では、プラズマ銃より真空チャンバ
圧力を低くてきるため、ホロカソード現象による基材電
圧の低下を抑制できるものの、チャンバ内においてプラ
ズマが一定の横方向に形成されるため、ハエに形成され
た穴やコ字状部では影を生じ、内側深くまでプラズマか
導入されず、前記穴等が浅い形状の基月しか成膜できな
い。 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、穴が開口されたり、コ字型等ＣＤ複雑形状の基月
表面に薄膜を均一に成膜し得るイオンプレーティングに
よる薄膜形成ｈ゛法を提（ｊ＋：ｔ、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、このチャンノく内に回転自
在に配置された基材ホルダと、前記チ４・ンバ内の底部
（−＝１近に配置された蒸着源と、前記チャンバに設け
られたプラズマ銃と、前記チャンバの中心に１−）　ｌ
、て同心固状に配置さｔｉ、前記プラズマ銃から前記チ
ャンバ内に引き出されたブラスマを前記ホルダに保持さ
れた基４イ表面に高密度で集束させる揺動、上下動、水
平方向への移動が可能で磁石を内蔵した複数の対向電極
とを具６２　したイオンプレーティング装置により前記
ホルダに保持された複雑形状の基月表面に前記蒸着源か
らの蒸発ガスをイオン化して蒸盾し、膜形成する方法に
際１２、前記複数の対向電極の位置と向きを前記ホルダ
に保持、回転される基Ｉの表面形状に沿うように民話（
イの回転に同調させ、試料周囲のプラズマ密度、形状を
制御することを特徴とするイオンプレーティングによる
薄膜形成方法である。 ［作用コ 本発明によれば、磁石を内蔵した複数の対向電極の位置
と向きをホルダに保持、回転される穴が開口されたり、
コ字型等の複雑形状の基（イの表面形状に沿うように民
話Ｈの回転に同調させ、真空チャンバ内にプラズマ銃か
ら引き出されたプラグマの前記基材周囲での密度、形状
を制御することによっ−Ｃ１蒸着源からの蒸発物質を前
記基＋３の表面に成膜できるため、該複雑形状のＪＩ（
祠表面に薄りｌ受を均一に形成することかできる。 ［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を参照して説
明する。 第１図は、本実施例で使用する・イオンプレーティング
装置を示す概略断面図、第２図は第１図の概略横断面図
である。図中の　１は、真空チャンバであり、このチャ
ンバ　１の下部側壁には該チャンバー内を所定の真空度
に維持するだ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。また、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の底部に設置された
ルツボ４と、前記チャンバ１の下部側壁に設けられ、前
記ルツボ４に電子ビームを照射するだめの電子銃５と、
前記ルツボ４の上方付近に配置され、前記７ｕ子銃５か
らの電子ビームを偏向させて前記ルツボ４内の蒸着材料
に照射するための偏向コイル６とから措成さイｌ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Ｃのブラスマ銃７か設けられており、該プラズマ銃７
の後ｎＢは窒素（Ｎ２）等の所定のガスＢを導入するた
めの導入管（図示せず）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か設けられている。また、前記プラズマ銃
７の前記チャンバＩとの連結（＝Ｊ近及び該ブラスマ銃
７と対向するチャンバ　ｌの外側壁部分には、ブラスマ
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（−’＋　ＩＯａ　、ＩＯｂが大々設けられている。 前記ブラスマ銃３の設置箇所とほぼ同一平面上に位置す
るチャンバ１の側壁には電磁石１１を内蔵した　５台の
円板状＆＝Ｊ向電極電極１〜１．２５が揺動、上下動、
水平力向への移＠’ｉ’ｉＪ能に設けられている。これ
ら々１向１′Ｕ極１１Ｊ、〜１ニジ、は、図示しない制
御器によっＣそれらの位置と向きか後述するホルダに保
持、回転されるＪＬ＋、祠の表面形状に沿うように民話
（」の回転に同調［、て駆動するようになっている。な
お、前記６対向電極１２１〜１２．に内蔵した電磁石４
１は図示しない電源により磁力を発生ずるようになって
いる。 史ニ、前記チャンバ１内のプラズマ生成領域近傍には基
材を保持するためのボルダ１３が配設されており、かつ
該ボルダ１３は回転軸１４により支持、吊丁されている
。前記ホルダー３は、前記可変電源１５に接続されて負
電圧が印加されるようになり−Ｃいる。 実施例 まず、第３図に示す複雑形状を有する５ＵＳ３０４製の
基材１６を用意した。この基材１６は、中心のリニグ部
１７の左右に甲板部１８ａ　、］、８ｂが取り付けられ
、かつ一方の甲板部１８ｊ）の下面にはコ字型ブロック
部１９の背面か接合された構造になっている。なお、前
記平板部１８ａ　、　１８ｂは幅が２８＋ｎｎ＋、長さ
が１００　ｍｍ。 前記ブロック部１９は高さか５０ｍｍ、幅か３０　ｍ　
ｍ　％となっている。つづいて、前記複雑形状の基材１
６を真空チャンバ　１内のホルダー３に保持し、ルツボ
４内にチタンチップ２０を収容した。 次いで、図示しない真空ポンプを作動してチャンバ　ｌ
内のガスを排気管２を通してυ１気した。一つづいて、
回転軸１４によりホルダ３に保持された基材１６を］ｌ
　ｒｐｍの条件てｌ１ｊ１転さ廿、かつ可変電源１５か
ら基材１６に負電圧が印加しながら、電ｒ銃５から７ｈ
丁ビームを放出し、偏向−１イル６により該電子ビーム
をルツボ４内に収容したチタンチップ２０に照射ｊ〜で
溶融、蒸発さけた。同時に、ブラスマ銃７にプラズマ発
生ガ、スとしてのＮ２を供給することにより、該プラズ
マ銃７より真空チャンバ　１内にプラズマ２】を生成す
ると共に、５台の円板状対向電極１２１〜１２ｓを図示
しない制御器によってそれらの位置と向きがホルダー３
に保持、回転される基材１６の表面形状に沿・５ように
該基材１６の回転こ同調して駆動した。 即ち、前記各円板状￥、−Ｉ向電極１２□〜１２５のう
ち前記基材１６の平板部１８ａが近づいた対向電極にお
いては、その電極面を垂直に保った状態で揺動させなが
ら、下方に移動させ、かつ基材１６の回転移動（隣接す
る別の対向電極までの移動）に同調して水平方向に移動
させた。一方、前記各円板状’ｉＪ向電極電極Ｌ−１，
２５のうち前記基材１６のコ字型ブロック板部１９か近
づいた対向電極においては、その電極＋Ｉｉｉを垂直と
垂直面に対して３０°上方へ傾斜させた状態で揺動させ
ながら、上方に移動させ、かつ基キイＩＣの回転移動（
隣接する別の対向電極までの移動）に同調して水平方向
に移動させた。なお、前記各対向電極１２１〜１２．の
うち、プラズマ銃７と対向する対向電極＋２１の磁束密
度を５０〜５００ガウス、他の対向電極１２２〜１２５
の磁束密度を１００ガウス〜１にガウスとし、かつ前記
プラズマ２１が生成されるチャンバ１内の圧力を５．０
　Ｘ　１Ｏ−４ｔｏｒｒとした。 上述した各円板状対向電極１２１〜１２．を図示しない
制御器によってそれらの位置と向きがホルダＩ３に保持
、回転される基材１６の表面形状に沿うように該基材１
６の回転に同調して駆動することによって、前記チャン
バ１内に引き出されたプラズマ２１を前記基材１６に高
密度で収束させ、前記ルツボ４から蒸発されたチタンを
該プラズマ２１でイオン化し、窒素イオンと反応さける
ことによりＭ；　Ｌ（’　１　ａ表面に薄膜を１１ツ成
１７だ。なお、対向電極１２１〜１２５の揺動と移動量
は成膜前に予め複雑１［３状の基４４周囲のプラズマ密
度をセンサて１１［測して設定すれば、均一膜でも部分
的に膜厚差をイ・１けることも可能となる。 参照例 各円板状対向電極＋２．〜１２．の駆動に際し、それぞ
れ電極面を中に垂直に保った状態で揺動させた以外、実
施例と同様な方法により第３図に示す複’Ａｔ　を状の
基材表面に薄膜を形成しまた。 し、か１７て、本実施例及び参照例の基ト］１６十に成
膜された薄膜について、Ｘ線回折及びＥＰＭＡにより分
析したところ、”Ｉ’ｉＮであることか確認された。ま
た、本実施例及び参照例の括利１６上に成膜されたＴｉ
Ｎ薄１１々について、第３図に示ず゛）５板部１８ａの
下面Ａの膜厚を１．００９６とした１１．′ｌ、コ字型
ブロック板部１９内側の奥面Ｂ及び側面Ｃの股厚庖定し
たところ、ド記第１表に示す結果をｉ′−７だ。 暑） ］ 表 上記第マ表から明らかなように本実施例では１．７Ｉ（
４４１６の平板部１８ａとブロック部１９の凹部との膜
厚差を参照例に比べて著しく小さくてき、複卸形状の基
材でも均一・なＴｉＮ薄膜を形成できることがわかる。 ［発明の効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば穴か開口されたり、
コ字型′、−の複雑形状のハエ表面に薄膜を均一に成膜
し得るイオンプレーティングによる薄膜形成方法を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で使用したイオンプレディング
装置を示す概略断面図、第２図は第１］　２ 図の概略横断面図、第′３図は本実施例で用いた基材を
示す斜視図である。 ｌ・・真空チトンハ、８・蒸ン１源、４−ルツホ、７・
ブラスマ銃、１１・・電磁（−１，１２１〜１：コ５χ
・ｊ向電極、Ｉ３・・ホルダ、１６・基（イ、！８ｉ１
．１８ｂｙＦ板部、１９・・・コ字型ブロック部、２０
　　チタニチップ、２１・・プラズマ。 出願人代理人　弁理士　鈴ｌ−１武な

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　真空チャンバと、このチャンバ内に回転自在に配置さ
   れた基材ホルダと、前記チャンバ内の底部付近に配置さ
   れた蒸着源と、前記チャンバに設けられたプラズマ銃と
   、前記チャンバの中心に対して同心円状に配置され、前
   記プラズマ銃から前記チャンバ内に引き出されたプラズ
   マを前記ホルダに保持された基材表面に高密度で集束さ
   せる揺動、上下動、水平方向への移動が可能で磁石を内
   蔵した複数の対向電極とを具備したイオンプレーティン
   グ装置により前記ホルダに保持された複雑形状の基材表
   面に前記蒸着源からの蒸発ガスをイオン化して蒸着し、
   膜形成する方法にあたり、 前記複数の対向電極の位置と向きを前記ホルダに保持、
   回転される基材の表面形状に沿うように該基材の回転に
   同調させ、基材周囲のプラズマ密度、形状を制御するこ
   とを特徴とするイオンプレーティングによる薄膜形成方
   法。