JPH0297671A

JPH0297671A - 膜形成装置および侵食装置

Info

Publication number: JPH0297671A
Application number: JP24744488A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sugita; 利男杉田; Yoshinobu Morinushi; 森主　宜延; Shigeharu Hanajima; 花島　重春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 1990-04-10
Also published as: JPH0325509B2

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〕この発明は試料に膜を形成する膜形成装置および試料の
表面を侵食する侵食装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の膜形成装置としては、特公昭６３−９５８５号公
報に示されるように、スパッタリング粒子を試料に付着
させて膜を形成するものがある。

また、従来の侵食装置としては、特開昭６３−１７９０
８４号公報に示されるように、スパッタリング粒子によ
って試料の表面を侵食するものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような膜形成装置、侵食装置においては、
ハンドリング性が良好ではない。

この発明は上述の課題を解決するためになされたもので
、ハンドリング性が良好な膜形成装置および侵食装置に
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明においては、試料に
膜を形成する膜形成装置において、スパッタリング室と
、上記スパッタリング室に接続された柄部と、上記スパ
ッタリング室内に設けられた中空状の陽極と、上記陽極
の両側にかつ上記陽極の中心線とほぼ直角に設けられた
一対の対向陰極と、上記スパッタリング室内に設けられ
かつ磁力線が上記陽極の中心線とほぼ平行な磁場を形成
する磁石と、上記対向陰極の一方に設けられかつ中心線
が上記陽極の縁端部近傍より外側を通る透過孔と、上記
スパッタリング室に設けられかつ中心線が上記透過孔の
中心線とほぼ一致している開口と、一端が上記スパッタ
リング室に連通されたガス導入管とを設ける。

また、上記目的を達成するため、この発明においては、
試料の表面を侵食する侵食装置において、スパッタリン
グ室と、上記スパッタリング室に接続された柄部と、上
記スパッタリング室内に設けられた中空状の陽極と、上
記陽極の両側にかつ上記陽極の中心線とほぼ直角に設け
られた一対の対向陰極と、上記スパッタリング室内に設
けられかつ磁力線が上記陽極の中心線とほぼ平行な磁場
を形成する磁石と、上記対向陰極の一方に設けられかつ
中心線が上記陽極の縁端部近傍より内側を通る透過孔と
、上記スパッタリング室に設けられかつ中心線が上記透
過孔の中心線とほぼ一致している開口と、一端が上記ス
パッタリング室に連通されたガス導入管とを設ける。

〔作用〕

上記の膜形成装置においては、スパッタリング室内を適
切な圧力のガス雰囲気としたのち、陽極と対向陰極との
間に電圧を印加すると、陽極と対向陰極との間に冷陰極
放電が生じ、これによって生成されるガスの正イオンが
対向陰極の表面を衝撃し、対向陰極を構成する原子がス
パッタリングされ、スパッタリングされた原子が透過孔
、開口を透過して、試料の表面に付着する。

また、上記の侵食装置においては、スパッタリング室内
を適切な圧力のガス雰囲気としたのち、陽極と対向陰極
との間に電圧を印加すると、陽極と対向陰極との間に冷
陰極放電が生じ、これによって生成されるガスの正イオ
ンが対向陰極の表面を衝撃し、対向陰極を構成する原子
がスパッタリングされ、スパッタリングされた原子、ガ
スの正イオンが透過孔、開口を透過して、試料の表面を
衝撃し、侵食する。

〔実施例〕

第１図はこの発明に係る膜形成装置を示す断面図である
。図において、１は１ｍ厚の軟鉄からなる円筒状のスパ
ッタリング室で、スパッタリング室１の外径は２４ｒｍ
、高さは２３ｎｎである。３はスパッタリング室１に接
続された柄部で、柄部３はＳＵＳからなり、柄部３の外
径は１４ｎｎ、内径は１２ｒ＠であり、柄部３は５（Ｎ
２／ｓの排気速度の分子ポンプ真空排気系（図示せず）
に接続されている。７は柄部３内に固定された陽極支持
具で、陽極支持具７はテフロンからなる。９は陽極支持
具７に取り付けられた陽極リード、８は直流高電圧電源
（図示せず）と陽極リード９とを接続する陽極電圧給電
線で、陽極電圧給電線８は絶縁材１３を介して柄部３を
貫通している。４は陽極リード９に取り付けられかつス
パッタリング室１内に位置している円筒状の陽極で、陽
極４はＳＵＳからなり、陽極４の外径は８ｍ、内径は７
ｍｍ、長さは４ｒｒｎである。５ａ、５ｂは陽極４の両
側に設けられた一対の円板状の対向陰極で、対向陰極５
ａ、５ｂは金からなり、対向陰極５ａ、５ｂは陽極４の
中心線とほぼ直角に設けられており、対向陰極５ａ。

５ｂはアース電位であり、対向陰極５ａ、５ｂの直径は
２２ａ＋＋、厚さは０．５ｍである。６ａ、６ｂはスパ
ッタリング室１内に設けられかつ磁力線が陽極４の中心
線とほぼ平行な磁場を形成するネオマックス（ＮＥＯＭ
ＡＸ　；商品名）永久磁石で、永久磁石６ａ、６ｂの直
径は１８ａａ、厚さは３ｍであって、スパッタリング室
１の中央部の磁場の強さは０．１３Ｔである。１０は一
方の対向陰極５ｂに設けられた透過孔で、透過孔１０の
中心線は陽極４の縁端部近傍より外側を通る。１４は永
久磁石６ｂに設けられた透過孔で、透過孔１４の中心線
は透過孔１０の中心線とほぼ一致している。１５はスパ
ッタリング室１に設けられた開口で、開口１５の中心線
は透過孔１０の中心線とほぼ一致しており、開口１５の
内径は２閣１ｍｌである。２は柄部３を貫通したガス導
入管で、ガス導入管２はＳＵＳからなり、ガス導入管２
の外径は３ｍｗ、内径は２ＩＩａであり、ガス導入管２
は不活性ガス供給装置（図示せず）に接続されている。

１２はガラスからなる試料、１１は開口１５と試料１２
との間に設けられた真空シール材である。

この膜形成装置においては、分子ポンプ真空排気系によ
りスパッタリング室１内をＩ　Ｘ　１Ｏ−４Ｐａの真空
に排気したうえで、スパッタリング室１内に不活性ガス
供給装置からガス導入管２を介してアルゴンガスを導入
することにより、スパッタリング室１内を２　Ｘ　１０
−’　〜３　Ｘ　１０−”Ｐａのアルゴンガス雰囲気と
したのち、直流高電圧電源により陽極４に２ｋＶの正電
位を与えると、陽極４と対向陰極５ａ、５ｂとの間に冷
陰極放電が生じ、これによって生成されるアルゴンガス
の正イオンが対向陰極５ａ、５ｂの表面を衝撃し、対向
陰極５ａ、５ｂから金原子がスパッタリングされ、スパ
ッタリングされた金原子の一部が透過孔１０．１４、開
口１５を透過して、試料１２４）表面に付着する。そし
て、この場合の膜の形成速度は５００人／＋＋＋ｉｎで
あった。

このように、この膜形成装置においては、スパッタリン
グ室１に柄部３が接続されているので。

操作者が柄部３を持って操作すれば、ハンドリング性が
良好である。また、スパッタリング室１が軟鉄からなり
、永久磁石６ａ、６ｂがスパッタリング室１内に設けら
れているから、永久磁石６ａ、６ｂの磁力線がスパッタ
リング室１の外に洩れることはない、さらに、スパッタ
リング室１等の寸法が小さいので、スパッタリング室１
を口腔内に挿入して歯に膜を形成することができる。

第２図はこの発明に係る侵食装置を示す断面図である０
図において、１６は陽極リード９に取り付けられかつス
パッタリング室１内に位置している円筒状の陽極で、陽
極１６はＳＵＳからなり、陽極１６の外径は８閣、内径
は７ＩＩＮ１１、長さは４１Ｗｌｌであって、透過孔１
０の中心線は陽極１６の縁端部近傍の内側を通る。そし
て、他の構成は第１図に示した膜形成装置の構成と同様
である。

この侵食装置においては１分子ポンプ真空排気系により
スパッタリング室１内をＩ　Ｘ　１Ｇ−’Ｐａの真空に
排気したうえで、スパッタリング室１内に不活性ガス供
給装置からガス導入管２を介してアルゴンガスを導入す
ることにより、スパッタリング室１内を２Ｘ１０−２〜
３Ｘ１０−”Ｐａのアルゴンガス雰囲気としたのち、直
流高電圧電源により陽極１６に２ｋＶの正電位を与える
と、陽極１６と対向陰極５ａ、５ｂとの間に冷陰極放電
が生じ、これによって生成されるアルゴンガスの正イオ
ンが対向陰極５ａ、５ｂの表面を衝撃し、対向陰極５ａ
、５ｂから金原子がスパッタリングされ、スパッタリン
グされた金原子の一部、アルゴンガスの正イオンが透過
孔１０．１４、開口１５を透過して、試料１２の表面を
衝撃し、試料１２の表面が侵食される。そして、この場
合の侵食速度は４０人／Ｓであった。

このように、この侵食装置においては、スパッタリング
室１に柄部３が接続されているので、操作者が柄部３を
持って操作すれば、ハンドリング性が良好である。また
、スパッタリング室１が軟鉄からなり、永久磁石６ａ、
６ｂがスパッタリング室１内に設けられているから、永
久磁石６ａ、６ｂの磁力線がスパッタリング室１の外に
洩れることはない、さらに、スパッタリング室１等の寸
法が小さいので、スパッタリング室１を口腔内に挿入し
て歯の表面を侵食することができる。

第３図はこの発明に係る膜形成、侵食装置を示す断面図
である。図において、１７は柄部３内に柄部３の中心線
の方向に移動可能に取り付けられた移動部材で、移動部
材１７は鉄からなり、移動部材１７にはテフロンからな
る陽極支持具７ａが固定されており、陽極支持具７ａに
は陽極リード９が取り付けられている。１８．１９は柄
部３に固定されたストッパである。そして、他の構成は
第１図に示した膜形成装置の構成と同様である。

この膜形成、侵食装置においては、磁石（図示せず）を
用いることにより、移動部材１７がストッパ１８に接触
した状態すなわち透過孔１０の中心線が陽極４の縁端部
近傍の外側を通る状態と、移動部材１７がストッパ１９
に接触した状態すなわち透過孔１０の中心線が陽極４の
縁端部近傍の内側を通る状態とにすることができ、移動
部材１７がストッパ１８に接触した状態にすれば、試料
１２に膜を形成することができ、また移動部材１７をス
トッパ１９に接触させれば、試料１２の表面を侵食する
ことができる。したがって、試料１２を侵食したのち、
試料１２の侵食した位置に金の膜を形成することにより
、試料１２に金を象嵌することができる。

第４図はこの発明に係る他の膜形成、侵食装置を示す断
面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ断面図である。図におい
て、３１はスパッタリング室１に接続された柄部で、柄
部３１はＳＵＳからなり。

柄部３１は分子ポンプ真空排気系（図示せず）に接続さ
れている。３２はスパッタリング室１に接続されたガス
導入管で、ガス導入管３２はＳＯＳからなり、ガス導入
管３２は不活性ガス供給装置（図示せず）に接続されて
いる。３３は柄部３１に固定された基台、３４は基台３
３に回転可能に取り付けられたネジ軸、３５はネジ軸３
４の一端に固定されたツマミ、３６は基台３３にネジ軸
３４の中心線の方向に移動可能に取り付けられた移動部
材で、移動部材３６には雌ネジが設けられており、その
雌ネジはネジ軸３４と螺合している。

３７は移動部材３６に固定された陽極取付部材、３８は
スパッタリング室１と陽極取付部材３７との間に設けら
れたベロー、３９は陽極取付部材３７、ベロー３８内を
貫通した陽極リードで、陽極リード３９の一端にはスパ
ッタリング室１内に位置する陽極４が取り付けられてお
り、陽極り−ド３９の他端は絶縁材を介して陽極取付部
材３７に気密に取り付けられかつ直流高電圧電源（図示
せず）に接続されている。４０は柄部３１およびガス導
入管３２に取り付けられたカバーである６そして、他の
構成は第１図に示した膜形成装置の構成と同様である。

この膜形成、侵食装置においては、ツマミ３５によりネ
ジ軸３４を回転すると、移動部材３６、陽極取付部材３
７が移動するから、陽極リード３９、陽極４が移動する
。したがって、透過孔１０の中心線に対する陽極４の位
置を任意に定めることができるから、試料１２に膜を形
成することができ、また試料１２の表面を侵食すること
ができる°。

第７図はこの発明に係る膜形成装置、侵食装置の作用の
実験装置の一部を示す断面図、第８図は第７図のＡ矢視
図である。図において、２６は真空排気管、ガス導入管
を有する真空容器内に設けられた陽極リード、２２は陽
極リード２６に取り付けられた円筒状の陽極で、陽極２
２の外径は１５ｍ、内径は１４ｍｍである。２８．２９
は陽極２２の両側に設けられた一対の対向陰極で、対向
陰極２８．２９は金からなり、対向陰極２８．２９は陽
極２２の中心線とほぼ直角に設けられており、対向陰極
２８．２９はアース電位であり、対向陰極２８．２９の
寸法は２５Ｘ２５Ｘ０．２ｍである。

２３は対向陰極２８に設けられたスリット、２１は対向
陰極２８に当接して設けられた基板であり、永久磁石（
図示せず）により陽極２２の中心線とほぼ平行な磁場が
形成されている。

第９図は第７図、第８図に示す実験装置において、ガラ
スからなる基板２１を用い、真空容器内をＩ　Ｘ　１０
−’Ｐａの真空に排気したうえで、真空容器内にアルゴ
ンガスを導入することにより、真空容器内を２　Ｘ　１
０−”Ｐａのアルゴンガス雰囲気としだのち、直流高電
圧電源により陽極２２に２ｋＶの正電位を与えて、放電
電流を５ｍＡとして１２分間スパッタリングを続けたの
ち、高感度触針弐表面解析器によって基板２１の表面の
侵食状態等を調べた結果を示すグラフで、陽極２２の中
心線からの距離と基板２１の表面に堆積した金薄膜２４
の膜厚。

基板２１に形成された凹所２５ａの侵食深さとの関係を
示すものである。このグラフから明らかなように、陽極
２２のほぼ外側に対応する部分には膜厚が約２０００人
の金薄膜２４が形成されており。

また陽極２２のほぼ内側に対応する部分に凹所２５ａが
形成されており、凹所２５ａは陽極２２の縁端部に対応
する部分の近傍で最も深く、その深さは約４０００人で
ある。このように、陽極２２の縁端部に対応する部分の
近傍で最も深い凹所２５ａが形成されるのは、基板２１
の表面はアルゴンガスの正イオンによって衝撃されるが
、基板２１がガラスのように非金属の場合には、基板２
１の表面がアルゴンガスの正イオンによってＷＩ撃され
ると１表面に帯電するため、以後アルゴンガスの正イオ
ンによる衝撃が行なわれなくなり、また基板２１の表面
の陽極２２の縁端部に対応する部分の近傍では、基板２
１の表面の陽極２２の外側に対応する部分に到達する中
性金原子よりも高エネルギーの中性金原子による衝撃が
行なわれているためであると考えられる。したがって、
第２図に示した侵食装置において、試料が非金属の場合
には、透過孔１０の中心線が陽極１６の縁端部の近傍を
通るようにするのが望ましい、なお、電界、磁界を変化
させると、金薄ｖＡ２４と凹所２５ａとの境界の位置が
変化するので、それに応じて陽極１６の位置を設定する
のが望ましい。

第１０図は第７図、第８図に示す実験装置において、金
属からなる基板２１を用い、上述と同様に基板２１の表
面を調べた結果を示すグラフで、陽極２２の中心線から
の距離と基板２１の表面に堆積した金薄ｒｌＡ２４の膜
厚、基板２１に形成された凹所２５ｂの侵食深さとの関
係を示すものである。このグラフから明らかなように、
陽極２２のほぼ外側に対応する部分には金薄膜２４が形
成されており、また陽極２２のほぼ内側に対応する部分
に凹所２５ｂが形成されていて、凹所２５ｂは陽極２２
の中央部に対応する部分が最も深くなっている。このよ
うに、凹所２５′ｂが陽極２２の中央部に対応する部分
で最も深くなるのは、基板２１の表面はアルゴンガスの
正イオンによって衝撃され、基板２１が金属からなる場
合には、アルゴンガスの正イオンによって衝撃されても
１表面に帯電することがなく、シかもアルゴンガスの正
イオンは陽極２２の中心線に対応する部分に向かって強
くなっており、また基板２１の表面の縁端部に対応する
部分の近傍では、中性金原子による衝撃が行なわれてい
るが、アルゴンガスの正イオンによる衝撃の方が中性金
原子による衝撃よりも強いためであると考えられる。し
たがって、第２図に示した侵食装置において、試料が金
属の場合には、透過孔１０の中心線が陽極１６の中央部
を通るようにするのが望ましい。

なお、上述実施例においては、中空状の陽極として円筒
状の陽極４．１６を用いたが、角筒状等の陽極、中心線
と平行な切欠きを有する筒状の陽極、２つのリングを数
本の棒体で連結した陽極等を用いてもよい、また、上述
実施例においては、金からなる対向陰極５ａ、５ｂを用
いたが、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属、Ｓｉ、Ｇｅ
等の半導体からなる対向陰極を用いてもよい、さらに、
上述実施例においては、スパッタリング室１内をアルゴ
ンガス雰囲気としたが、スパッタリング室内を他の不活
性ガス雰囲気としてもよく、対向陰極が金のように不活
性物質からなるときには、スパッタリング室内を活性ガ
ス雰囲気としてもよい。

また、上述実施例においては、試料１２がガラスからな
る場合について説明したが、試料がＡｇ。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａ１等の金属、Ｓｉ。

ＧａＡｓ５等の半導体、ダイヤモンド、サファイヤ。

セラミック等の絶縁体などの場合にもこの発明を適用す
ることができる。さらに、開口１５部に番号、図形等の
任意の形状の穴を有するマスクを取り付ければ、試料１
２に任意の形状の膜を形成することができ、また試料１
２を任意の形状に侵食することができ、さらに試料１２
に任意の形状に象嵌することができる。また、第３図に
示した実施例においては、磁石により陽極４を移動し、
第４図、第５図に示した実施例においては、ネジ軸３４
等により陽極４を移動したが、他の手段により陽極４を
移動してもよい、さらに、第１図〜第３図に示した実施
例においては、柄部３を陽極４゜１６の中心線と直角な
面に平行に設けたが、第６図に示すように、柄部３ａを
陽極４．１６の中心線と直角な面に対して傾斜して設け
てもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明に係る膜形成装置、侵食
装置においては、スパッタリング室に柄部が接続されて
いるので、ハンドリング性が良好である。このように、
この発明の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る膜形成装置を示す断面図、第２
図はこの発明に係る侵食装置を示す断面図、第３図はこ
の発明に係る膜形成、侵食装置を示す断面図、第４図は
この発明に係る他の膜形成。侵食装置を示す断面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ断面図
、第６図はこの発明に係る他の膜形成装置、侵食装置、
膜形成、侵食装置の外観を示す図、第７図はこの発明に
係る膜形成装置、侵食装置の作用の実験装置の一部を示
す断面図、第８図は第７図のＡ矢視図、第９図、第１０
図はそれぞれ第７図、第８図に示した実験装置によって
処理した基板の表面を調べた結果を示すグラフである。１・・・スパッタリング室　２・・・ガス導入管３．３
ａ・・・柄部　　　　４・・・陽極５ａ、５ｂ・・・対
向陰極　６ａ、６ｂ・・・永久磁石１０・・・透過孔　
　　　　１２・・・試料１５・・・開口　　　　　　１
６・・・陽極３１・・・柄部　　　　　　３２・・・ガ
ス導入管代理人　　弁理士　中　村　純之助第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、試料に膜を形成する膜形成装置において、スパッタ
リング室と、上記スパッタリング室に接続された柄部と
、上記スパッタリング室内に設けられた中空状の陽極と
、上記陽極の両側にかつ上記陽極の中心線とほぼ直角に
設けられた一対の対向陰極と、上記スパッタリング室内
に設けられかつ磁力線が上記陽極の中心線とほぼ平行な
磁場を形成する磁石と、上記対向陰極の一方に設けられ
かつ中心線が上記陽極の縁端部近傍より外側を通る透過
孔と、上記スパッタリング室に設けられかつ中心線が上
記透過孔の中心線とほぼ一致している開口と、一端が上
記スパッタリング室に連通されたガス導入管とを具備す
ることを特徴とする膜形成装置。２、試料の表面を侵食する侵食装置において、スパッタ
リング室と、上記スパッタリング室に接続された柄部と
、上記スパッタリング室内に設けられた中空状の陽極と
、上記陽極の両側にかつ上記陽極の中心線とほぼ直角に
設けられた一対の対向陰極と、上記スパッタリング室内
に設けられかつ磁力線が上記陽極の中心線とほぼ平行な
磁場を形成する磁石と、上記対向陰極の一方に設けられ
かつ中心線が上記陽極の縁端部近傍より内側を通る透過
孔と、上記スパッタリング室に設けられかつ中心線が上
記透過孔の中心線とほぼ一致している開口と、一端が上
記スパッタリング室に連通されたガス導入管とを具備す
ることを特徴とする侵食装置。