JPH042769A - 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〕 この発明は処理品の表面にイオンプレーティングの手段
によってｗＩＩを形成するようにしたイオンプレーティ
ング装置に関する。

〔従来の技術〕

真空容器内において複数の処理品を一定の円形軌跡を描
いて移動させるようにし、その軌跡の一部を挟んで一対
のマグネトロン陰極を配し、上記処理品がそのマグネト
ロン陰極の間を通過するときにその処理品の表面に薄膜
が少しずつ形成されていくようにした装置が公知である
（例えば特開昭６１−１７７３６５号公報参照）。

〔発明が解決しようとする１１１１り この従来のイオンプレーティング装置では、処理品が上
記マグネトロン陰極の間を通るときのろ薄膜の形成が行
なわれ、その他の場所を通るときにはその形成が行なわ
れぬ為、即ち、薄膜の形成が間欠的である為、生産性が
低い問題点があり、また処理品表面の薄膜は、マグネト
ロン陰極の間以外ではプラズマの密度が極めて小さく、
多層膜と膜質が損なわれるということと、またマグネト
ロン陰極の間でもプラズマ密度がマグネトロンの放電条
件（電流等）だけで決まるため、必要な成膜条件に応じ
たコントロールができなく、往々にしてプラズマ密度が
不足であるという問題点があった。

本発明は上記従来技術の問題点（技術的謀ＩＩ）を解決
する為になされたもので、処理品の存置場所の全域にお
いて処理品表面への薄膜の成膜を連続的に行なわせ得る
ようにして、高い生産性をあげられると共に、必要な成
膜条件に応じプラズマ密度のコントロールを行わせ得る
ようにして、厚み方向に均一で良好なｌｌ膜の形成を行
ない得るようにしたイオンプレーティング装置を提供す
ることを目的とするものである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

〔作用〕

エミッタから熱電子が放出され、その熱電子によってガ
スがプラズマ化される。プラズマ化されたガスはターゲ
ットをスパッタし、ターゲットから遊離されたターゲッ
ト物質は処理品に向は飛来してその表面に薄膜として成
膜される。上記の場合、上記熱電子は磁界の影響により
エミッタの周囲を螺旋を措いて移動する為、エミッタの
ＩＩａＨの全域においてガスがプラズマ化される。そし
てそのプラズマ化されたガスはその周囲を取り囲むター
ゲットをスパッタする。この為、エミッタを取り囲む存
置場所のどこにも上記ターゲット物質が連続して飛来し
、そこに置かれた処理品には薄膜が連続的に生成される
。

〔実施例〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

第１図及び第２図において、１は真空容器を示し、例え
ばステンレスで形成された上壁２及び下壁３と、銅で形
成された円筒状の周側壁４（多角形の筒状も可）とによ
り構成しである。上記の壁２゜３．４相互間は容器内部
の気密が保たれるよう完全なシール状態になっていると
共に、各壁が後述のように電極をも兼ねる為、相互間は
電気的に絶縁されている。５は上壁２に設けられたプロ
セスガスの導入口を示す、尚図示はしないが上記真空容
器１の一部には真空吸引用の口が設けられそこは真空排
気装置に接続されている０次に７はエミッタで、例えば
タングステンのような耐熱性が高くしかも熱電子の放出
量が多い材料で棒状に形成され、上記周側壁４の中心軸
付近に配置されて下壁３に対して絶縁状態で取付けであ
る。上記エミツタ７としては上記タングステンの他に、
トリウム−タングステンのような、タングステンの表面
に単原子層を形成し、分極により電気二重層を形成した
材料、あるいは、酸化バリウムのような半導体が用いら
れる場合もある。８は熱電子を集める為の第１のアノー
ドで、多数本が第２図に示されるようにエミッタ７を中
心に配置され、各々は下壁３に対して絶縁状態で取付け
である０次に１０は処理品の存置場所を示し、エミッタ
７の周囲において環状に定められている。１１は上記存
置場所１０に配置され−た処理品ホルダを示す、このホ
ルダ１１は処理品にバイアス電圧の印加ができるように
例えば導電材（金属）で形成されている。このホルダ１
１について説明すると、１２は支柱で、下壁３に対して
回動自在でかつ電気的に絶縁された状態に取付けである
。１３は支柱１２に取付けた複数の支持板で、各々には
複数の処理品の保持部１４が備わっており、支柱１２が
矢印のように回動することによって各保持部１４自身も
夫々矢印のように回動するようになっている。１５は支
柱１２を回動させる為の回動装置、１６は各保持部１４
に保持された処理品を夫々示す。上記のようなホルダ１
１にあっては回動装置１５により支柱１２が回動される
ことにより、処理品１６は回動即ち支柱１２の回りを公
転すると共に各処理品１６自身も各々の軸心の回りを自
転する。

しかし上記ホルダ１１は、上記処理品の公転のみが行わ
れる構造、或いは自転のみが行われる構造であっても良
い０次に１７は上記存置場所１０の周囲に配設した環状
のカソードを示し、上記周側壁４をもって構成されてい
る。１８はカソード１７の内周面に取付けたターゲット
で、スパッタされるべき金属材料製のものである。この
ターゲット１８は第２図に示される如く多数枚が取付け
である。１９は二次電子吸収用の第２のアノードを示し
、上記容器１における上壁２及び下壁３をもって構成し
である。尚上記カソード１７及び第２のアノード１９は
上記容器の各部材とは別体に構成し、それを容器１の内
部に存置させてあっても良い。次に２１は磁界発生装置
で、上記エミッタ７の周囲の空間を含む真空容器１内の
空間の全域にカソード１７の軸線方向の磁界を印加する
ようにした装置であり、−例トシて符号２１ａ、２１ｂ
で示されるヘルムホルツコイルが用いである。他の例と
してはソレノイド形のコイルでも良い。

次に上記各部材に接続する電気系統について説明する。

２３はエミツタ７に接続したヒータ電源で、エミッタ７
を加熱する為のものである。２４はエミッタ７の電位設
定用の電源、２５は第１のアノード８の電位設定用の電
源を夫々示す。２６はカソード１７に接続したスパッタ
電源である。符号２７は第２のアノード１９が接地され
ていることを示す、２８はホルダ１１に接続したバイア
ス電源である。上記各電源のうちヒータ電源２３として
は交流電源が用いられる（直流も可）、その他の電源と
しては直流電源が用いられ、イオンプレーティングの実
施中において各部材を例えば第３図に示される如き電位
にすることができるようになっている。３０は磁界発生
装置２１におけるコイル２１ａ、２１ｂに磁界発生用の
電流を供給するようにした電源回路で、磁界発生装置に
一方向の磁界を発生させる電流を供給する為の直流電源
３１と、消磁用の交流磁界を発生させる電流を供給する
為の交流電源３２と、それらを交換的に磁界発生装置に
接続する為の切替手段として例示する切替スイッチ３３
によって構成しである。

次に上記構成のイオンプレーティング装置ニよる処理品
１６へのイオンプレーティングについて説明する。先ず
処理品１６が保持部１４に装着され、また真空容Ｓｌ内
が真空排気されると共に導入口５を通して所定圧力のプ
ラズマ化用のガス例えばアルゴンが導入される。尚処理
品１６に化合物のブレーティングを施す場合、例えば窒
化物のブレーティングを施す場合には、それに必要なガ
ス例えば窒素も導入される。そして次に各電源が作動さ
れると共に、磁界発生装置２１には直流電源３１が接続
される。この状態においてエミッタ７がヒータ電源２３
からの電流により加熱される。エミッタ７が加熱される
とそれから熱電子ｅ−が放出される。

放出された熱電子は第１のアノヘト８に引かれて移動す
る。その移動は、容器１内には磁界発生装置２１により
符号Ｂで示されるカソード１７の軸線方向の磁界が加わ
っている為、上記熱電子ｅ−は第２図に符号３４で示さ
れる如き円弧運動をしながら移動する。そしてその移動
過程においてアルゴン＾ｒと衝突し、アルゴンＡｒはイ
オン化（プラズマ化）される、上記のような衝突が各所
で生じ、真空容器１内の空間は全域がプラズマ化したガ
スで満たされた状態となる。上記プラズマ化したガスは
処理品１６をイオンエツチングし、その表面の清浄化及
び所定のスパッタ用の温度までの高温化をする。向上記
の場合、ヒータ電源２３の制御によるエミッタ７の温度
の制御によって上記プラズマの密度を制御することがで
き、上記イオンエツチングの程度を制御することが可能
である。

上記所定のイオンエツチングが完了すると、スパッタ電
源２６によってカソード１７に電圧が印加されることに
より、上記イオン化（プラズマ化）されたアルゴンがタ
ーゲット１８をスパッタし、ターゲット１８の物質が遊
離される。遊離した物質はバイアスのかかっている処理
品１６に向けて飛来し、その表面に薄膜となって生成す
る。

上記のような作用が所定時間継続されることにより、処
理品１６の表面には所定の厚みの薄膜が形成される。

上記のように処理品１６の表面に所定の厚みの薄膜が形
成されたならば、電源回路３０においてスイッチ３３の
切り替えにより磁界発生装置２１に消磁用の交流電源３
２を接続し、真空容器１内に消磁用の交流磁界を発生さ
せて処理品１６の消磁を行う、その後は各電源の作動を
停止させ、容器ｌ内を復圧し、処理の完了した処理品１
６を取り出すことによって一連のイオンプレーティング
作業が完了する。

前記のような処理が行われる場合、前記のようにエミッ
タ７の温度制御によってプラズマの密度を制御でき、ス
パッタ電源２６において電流の調節即ちカソード電流の
調節を行うことによって、ターゲット１８のスパッタ率
を調節することができ、処理品１６に対するｍ膜の堆積
速度を調節することができる。又バイアス電源２８にお
いてバイアス電流を調節することによって、処理品１６
の表面における＊＊の膜質を緻密となるようにすること
ができる。これらのことは、前記装置ではプラズマの密
度やターゲットのスパッタ率、あるいはバイアス電流が
、いずれもカソード電流と相関をもつ為、いずれかの制
御の為にカソード電流を変えると他もそれに追随して変
わってしまい、非常にコントロールが難しい問題点があ
り、また、例えば大物の処理品を所要の温度まで昇温さ
せる為にプラズマ密度を上昇させようとすると、それに
伴ないスパッタリングが始まってしまう為、そのように
プラズマ密度の上昇をさせることができず、従って上記
大物の処理品は適正な温度まで上がらぬ為、それに対す
る成膜が困難となるという問題点があったのに対し、本
例の装置によれば、各コントロールが容器で、また大物
の処理品１６の処理も適正に行ない得る特長がある。

前記のように薄膜の生成が行われる場合、処理品１６は
前述のように自転が行われる為、その全表面にわたり均
等にｍｓが生成される。又各処理品１６は前述のように
公転が行われて相互の位置替えが順次行なわれる為、上
記薄膜は複数の処理品相互間においても均一なものとな
る。

前記のように熱電子によるガスのプラズマ化が行なわれ
る場合、第１のアノード８は処理品の存置場所１０より
もエミッタ７に近い場所に配置しであるので、エミッタ
７から放出される電子ビーム（熱電子のビーム）は処理
品１６に当たらず、従って、処理品１６の不必要な温度
上昇や損傷を抑えることができる。

前記のようにターゲット１８のスパッタリングが行われ
る場合、上記磁界の印加により真空容器ｌ内の略全域に
おいてプロセスガスのプラズマ化が行われ、そのプラズ
マによってターゲット１８がスパッタリングされる為、
ターゲット１８の二ロージーンは均一となる。従ってタ
ーゲット１８の利用効率が高まる。

次に種々の異なる実施例について説明する。

前記イオンプレーティング装置における第１のアノード
は第１図及び第２図において符号８゛で示されるように
容器１の周側壁４に近い位置に設けてもよい。

前記ターゲット１８．１８・・・とじては異種の金属を
組み合わせた複合ターゲット材を用いても良い。このよ
うなターゲット１８．１８・・・を同時にスパッタする
ことにより、処理品１６の表面に合金のＮ膜を形成する
ことができる。

前記イオンプレーティング装置においては、真空容器１
にプラズマ密度の測定具例えばラングミュア・プローブ
を備えさせて、その測定具により容器１内において発生
したプラズマの密度を測定し、その結果をフィードバッ
クし、エミッタ７の温度を調整することにより熱電子放
出密度を調整し、真空容器１内のプラズマの密度を調整
できるようにしても良い。

処理品の表面に化合物例えば窒化物の薄膜を形成する場
合には、質量分析計を備えさせて、アルゴン等の不活性
ガスに対する窒素ガスの分圧比をモニタリングし、その
結果を窒素ガス導入系にフィードバックし、導入流量を
調整することにより分圧比を調整し、処理品に生成され
る薄膜の膜組成をコントロールできるようにしても良い
。

次に第４図は本願の更に異なる実施例を示すもので、前
記実施例とはカソード及びターゲットの構造の異なる例
を示すものである。図において、カソードはエミッタ７
ｅを中心として周方向に複数に分割されている。即ち周
方向に並んだ複数のカソード要素３５．３５によって構
成されており、それらはスパッタ電源に対して別々に（
時間差を付けて）接続できるようになっている。そして
各々のカソード要素３５には、夫々異種のターゲット材
で形成されたターゲット３６が取付けられている。

このように構成されたスパッタリング装置においては、
カソード要素３５を上記のように電源に接続して上記各
ターゲラ）３６．３６を別々に（時間差を付けて）スパ
ッタすることにより、処理品の表面に複合の多層の１１
１Ｍを形成することができる。

なお、機能上前図のものと同−又は均等構成と考えられ
る部分には、前回と同一の符号にアルファベントのｅを
付して重複する説明を省略した。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にあっては、装置の稼動中において
、処理品１６がエミッタ７の周囲の存置場所１０に置か
れていると、その処理品１６にはその周囲においてスパ
ッタされたターゲット１８の物質が飛来して、処理品１
６の表面にＩＩＭを付けることができるは勿論のこと、 上記の場合、上記エミッタ７の周囲の存置場所１０の全
域においてそのどこにも連続して上記スパッタされた物
質が飛来するから、上記の存置場所のどこに置かれた処
理品１６の表面においても夫々連続して上記薄膜を成膜
させることができ、高い生産性をあげられると共に、各
処理品の表面における１ＩＷＡにあっては、必要な成膜
条件に応じ、プラズマ密度のコントロールを行わせ得る
ようにして、厚み方向にわたって均一で良好な＊ａにす
ることのできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はイオンプレ
ーティング装置の略示縦断面図、第２図は水平断面図、
第３図は電極の電位構成例を示す図、第４図はカソード
及びターゲットの構成の異なる例を示す水平断面図。 １・・・真空容器、７・・・エミッタ、８・・第１のア
ノード、１０・・・存置場所、１６・処理品、１７・・
・カソード、１８・・・ターゲット、２１・・・磁界発
生装置。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．プラズマ化用のガスが導入されるようにした真空容
   器内においては、上記ガスをプラズマ化する為の熱電子
   を放出するようにしたエミッタを備えさせ、上記エミッ
   タの周囲には処理品を存置させる為の存置場所を設け、
   更に該存置場所の周囲には内周面にターゲットを取付け
   た環状のカソードを配設し、一方、上記エミッタ周囲の
   空間に上記環状のカソードの軸線方向の磁界を印加し得
   るようにした磁界発生装置を有することを特徴とするイ
   オンプレーティング装置。
2. ２．存置場所に、多数の処理品を保持すると共に保持し
   た処理品を回動させ得るようにした処理品ホルダが備え
   られている請求項１記載のイオンプレーティング装置。
3. ３．ターゲットが異種のターゲット材を組み合わせた複
   合ターゲットである請求項１記載のイオンプレーティン
   グ装置。
4. ４．カソードが周方向に複数のカソード要素に分割され
   ており、各々のカソード要素に夫々異種のターゲットが
   取付けられている請求項１記載のイオンプレーティング
   装置。
5. ５．発生したプラズマの密度を測定する為の測定具が備
   わっている請求項１記載のイオンプレーティング装置。
6. ６．磁界発生装置に対して磁界発生用の電流を供給する
   為の電源回路が、磁界発生装置に一方向の磁界を発生さ
   せる電流を供給する為の直流電源と、消磁用の交流磁界
   を発生させる電流を供給する為の交流電源と、それらを
   交換的に磁界発生装置に接続する為の切替手段とを有す
   る請求項１記載のイオンプレーティング装置。
7. ７．質量分析計が備わっている請求項１記載のイオンプ
   レーティング装置。
8. ８．プラズマ化用のガスが導入されるようにした真空容
   器内においては、上記ガスをプラズマ化する為の熱電子
   を放出するようにしたエミッタを備えさせ、上記エミッ
   タの周囲には処理品を存置させる為の存置場所を設ける
   と共に、エミッタから放出された熱電子を集める為のア
   ノードを、エミッタと存置場所との間に配置し、更に上
   記存置場所の周囲には内周面にターゲットを取付けた環
   状のカソードを配設し、一方、上記エミッタ周囲の空間
   に上記環状のカソードの軸線方向の磁界を印加し得るよ
   うにした磁界発生装置を有することを特徴とするイオン
   プレーティング装置。