JPH05117853A - Pvd装置 - Google Patents

Pvd装置

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JPH05117853A
JPH05117853A JP27397991A JP27397991A JPH05117853A JP H05117853 A JPH05117853 A JP H05117853A JP 27397991 A JP27397991 A JP 27397991A JP 27397991 A JP27397991 A JP 27397991A JP H05117853 A JPH05117853 A JP H05117853A
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JP
Japan
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aperture
particles
target
entrance window
light
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Application number
JP27397991A
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English (en)
Inventor
Masayoshi Taki
正佳 滝
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長時間の成膜作業をしても、入射窓に蒸発粒
子の付着の無いレーザPVD装置。 【構成】 透明材料からなる入射窓3を介して照射され
る光1が透過する透過孔を中心に有する第1のアパーチ
ャ4および第2のアパーチャを配置し、と、第1のアパ
ーチャ4と第2のアパーチャ5の間にあって光1の通路
を挟むように偏向電極6、7を設け、さらに第2のアパ
ーチャ5よりターゲット側に高周波コイル9をその中心
軸が光通路の中心軸と一致するように設けた。入射窓3
の方向へ向かって飛来する蒸発粒子の中の中性粒子は高
周波コイル9を通過する際に高周波放電によりイオン化
する。その結果、もともとイオンの状態であった蒸発粒
子も中性粒子であってイオン化された蒸発粒子も偏向電
極に電圧を印加することにより、飛行方向を曲げられる
ので、蒸発粒子は第1のアパーチャに衝突し、蒸発粒子
は入射窓3に到達することがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPVD法(物理的蒸着
法)、特にレーザPVD法を用いた蒸着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ光は単一波長でビームの拡がりも
小さいので、極めて小さい領域に集光でき、したがって
高密度エネルギを発生して高融点材料でも容易に溶融・
蒸発させることができる。この特徴を生かした蒸着法は
レーザPVD法と言われ、高硬度・緻密質のセラミック
膜ができることから、耐摩耗部品、耐熱耐食性部品、電
子部品などとして有用である。
【0003】従来用いられているレーザPVD装置の一
例を図3に示す。図3において真空室16の中央にはタ
ーゲットホルダ15がほぼ45°に傾斜して設置され、
このターゲットホルダ15にはターゲット14が同様に
傾斜して固定されている。また、真空室16の底面には
排気管18が取り付けられ、真空ポンプ17により真空
室16内のガスが排気され、真空室16は真空に保たれ
ている。
【0004】ターゲット14を側面から臨む真空室16
の側壁には光透過室19が設けられ、この光透過室19
の一番先には透明材料からなる入射窓3が取り付けられ
ている。この入射窓3を通して、レンズ2で集光された
レーザ光1が、ターゲット14に照射される。
【0005】真空室16内のターゲット14に対向する
位置には、基板ホルダ11に固定された基板12が、タ
ーゲット14に平行に置かれている。レンズ2で集光さ
れたレーザ光1が、入射窓3を通して、ターゲット14
に照射されると、ターゲット14がアブレーションを起
こし、ターゲット14より放出された蒸発粒子13は対
向して置かれた基板12上に堆積して膜が形成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようにレーザPV
D法においては、入射窓を通してレーザ光がターゲット
に照射され、ターゲットからは蒸発粒子が放出され、対
向して設置された基板の上に膜として堆積する。この時
に、大部分の蒸発粒子は基板の方向へ向かうが、蒸発粒
子の一部は入射窓の方へも飛散する。そのため、入射窓
にも蒸発粒子が付着し、入射するレーザ光の透過率が低
下するので、レーザ成膜を長時間にわたって続けること
が困難となる。
【0007】かかる問題点を解決するため、蒸着装置の
覗き窓において、透明部材に蒸発粒子が飛散して付着す
るのを防止するための提案として、実開昭59−169
349号公報の蒸着装置の覗き窓の考案があり、この提
案においては透明部材の内側にリング状または格子状の
永久磁石を取り付けたものである。しかしながら、この
提案においては蒸発粒子が磁性体金属である場合には、
覗き窓への付着は防止することはできるものの、非磁性
金属のイオン等の付着の防止はできないという問題点が
あった。
【0008】そのため、従来のレーザPVD蒸着装置に
おいては、入射窓の洗浄あるいは交換のために成膜作業
をしばしば中断する必要があり、長時間の連続成膜は不
可能であって、成膜作業の中断によって皮膜内部に界面
が生ずると共に、入射窓の交換に費用を要するという問
題点があった。
【0009】そこで、発明者は先の出願(特願平3−1
82420)において、透明材料からなる入射窓を介し
て照射され集光された光エネルギを透過する透過孔を中
心に有する第1のアパーチャと、第1のアパーチャより
ターゲット側に位置し第1のアパーチャを透過した光エ
ネルギを透過する透過孔を中心に有する第2のアパーチ
ャと、第1のアパーチャと第2のアパーチャの間にあっ
て光エネルギの通路を挟むように設けられた偏向電極と
からなる蒸着装置用窓を提案した。
【0010】この提案においては、入射窓の方向に飛来
する蒸発粒子の大部分はイオンになっていることに着目
したものであって、第2のアパーチャを通過して第1の
アパーチャに向けて飛来する蒸発粒子は、偏向電極に電
圧を印加することにより、飛行方向を曲げられるので、
蒸発粒子は第1のアパーチャに衝突し、蒸発粒子は入射
窓に到達することがない。そのため、蒸着装置の入射窓
の内面に薄膜生成物の堆積することが防止され、皮膜形
成中の入射窓の曇りが防止される。
【0011】しかしながら、入射窓の方向へ飛来する蒸
発粒子の大部分はイオン化しているものの、蒸発粒子の
中に中性粒子も混じっている。そのため、これら中性粒
子は偏向電極によっては飛行方向を曲げることができ
ず、そのまま飛行してアパーチャを通過し入射窓に堆積
することとなるので、入射窓の曇りを完全に防止するこ
とができない。
【0012】本発明は従来のレーザPVD蒸着装置を用
いて皮膜を形成する場合に、飛散した蒸発粒子が入射窓
に堆積し、レーザ光の透過量が減衰するという問題点を
解決するためになされたものであって、アパーチャの間
に偏向電極を設けた前記提案をさらに改善し、中性粒子
が飛来しても入射窓の内面に蒸発粒子の堆積することを
防止し、入射窓の洗浄、交換を不要とすることにより、
長時間の連続成膜を可能とし、界面の無い膜を形成する
ことのできる蒸着装置用窓を提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】発明者は入射窓の方向へ
飛来する中性粒子は偏向電極により飛行経路が曲げられ
ないことに鑑み、これら中性粒子を何らかの方法でイオ
ン化することを着想し、飛来する中性粒子のイオン化に
ついて鋭意検討を重ねた。その結果、高周波放電によれ
ば中性粒子の80〜90%がイオン化できることを見出
して本発明を完成した。
【0014】本発明のPVD装置は、透明材料からなる
入射窓と、前記入射窓を介して照射される集光された光
エネルギが透過する透過孔を中心に有する第1のアパー
チャと、前記第1のアパーチャよりターゲット側に位置
し前記第1のアパーチャを透過した光エネルギが透過す
る透過孔を中心に有する第2のアパーチャと、前記第1
のアパーチャと第2のアパーチャの間にあって光エネル
ギの通路を挟むように設けられた偏向電極と、前記第2
のアパーチャよりターゲット側に位置し中心軸が光エネ
ルギ通路の中心軸と一致するように設けられ内径が少な
くとも光エネルギ通路の直径よりも大きい高周波コイル
とを具備したことを要旨とする。
【0015】
【作用】レーザ光はレンズで集光されて入射窓を通して
真空室に向けて照射される。入射窓を透過したレーザ光
は第1のアパーチャの透過孔を通過し、偏向電極の間を
通り、第2のアパーチャの透過孔を通過し、高周波コイ
ルの中心を通り、ターゲットに照射される。レーザ光が
ターゲットに照射されると、ターゲットがアブレーショ
ンを起こし、ターゲットより放出された蒸発粒子は対向
して置かれた基板上に堆積して膜が形成される。
【0016】蒸発粒子の大部分はターゲットの法線方向
に飛んで基板に堆積するが、蒸発粒子の一部は入射窓の
方向にも飛来する。この時蒸発粒子の多くがイオンにな
っているが中性粒子も混じっている。入射窓の方向へ飛
来した蒸発粒子は先ず高周波コイルの中を通過する。そ
の際高周波コイルが通電されるので、高周波コイル中を
通過する中性粒子は高周波放電により80〜90%がイ
オン化する。次いで、イオンの状態であった蒸発粒子も
中性粒子でイオン化された蒸発粒子も高周波コイルを通
過すると、第2のアパーチャで遮られる。しかし、第2
のアパーチャには透過孔が設けられているので、、第2
のアパーチャの透過孔を通過した蒸発粒子は、さらに第
1のアパーチャに向けて進入する。
【0017】然るに、第1のアパーチャと第2のアパー
チャの間には、光エネルギの通路を挟むように偏向電極
が設けられているので、偏向電極に電圧を印加すること
により、第2のアパーチャを通過して第1のアパーチャ
に向けて飛来する蒸発粒子であるイオンの飛行方向を、
陽イオンの時は偏向電極のカソードの方へ、陰イオンの
時はアノードの方へ曲げてやることが可能である。その
結果、飛行方向を曲げられた蒸発粒子は第1のアパーチ
ャに衝突し、イオンであった蒸発粒子もイオン化された
中性粒子であった蒸発粒子も共に入射窓に到達すること
がない。
【0018】なお、入射窓の方向へ飛散してくる陽イオ
ンに電界をかけて行路を曲げるには mv2/r=q×(V/d)・・・・・(1) の電界(V/d)が必要である。ここで、 m〔kg〕:イオンの質量 v〔m/sec〕:イオンの速度 r〔m〕:回転半径 q〔c〕:イオンの電荷 V〔v〕:電圧 d〔m〕:電極間距離 従って、 r=mv2/〔q×(V/d)〕・・・・・(2) となり、このrが極力小さくなるように電圧Vおよび電
極間距離dを選べば良い。
【0019】
【実施例】本発明の実施例を以下図面に従って説明し、
併せて従来例と比較して本発明の効果を明らかにする。
図1は本発明の実施例装置を取り付けたレーザPVD装
置の概略図である。真空室16の中央にはターゲットホ
ルダ15が45°傾斜して設置され、このターゲットホ
ルダ15にはターゲット14が同様に45°傾斜して固
定されている。また、真空室16の底面には排気管18
が取り付けられ、真空ポンプ17により真空室16内の
ガスが排気され、真空室16は10-8Torr程度の真
空に保たれている。
【0020】ターゲット14を側面から臨む真空室16
の側壁には光透過室19が設けられ、この光透過室19
の一番先には透明材料からなる入射窓3が取り付けられ
ている。この入射窓3を通して、レンズ2で集光された
レーザ光1が、ターゲット14に照射される。また、真
空室16内のターゲット14に対向する位置には、基板
ホルダ11に固定された基板12が、ターゲット14に
平行に置かれている。
【0021】光透過室19の入口には中心にレーザ光が
透過する透過孔を有する第2のアパーチャ5が設けら
れ、さらに光透過室19の奥には同様に中心にレーザ光
が透過する透過孔を有する第1のアパーチャ4が設けら
れている。この第1のアパーチャ4と第2のアパーチャ
5の間には、光エネルギの通路を挟むように偏向電極の
アノード6とカソード7が設けられている。また、この
アノード6およびカソード7には、図2の偏向用電極拡
大図に示すように、電源8が接続されている。
【0022】また、第2のアパーチャ5よりターゲット
側には高周波コイル9が、その中心軸が光エネルギ通路
の中心軸と一致するように設けられており、この高周波
コイル9の内径は少なくとも光エネルギ通路の直径より
も大きく、その中心を光エネルギが通過するようになっ
ている。この高周波コイル9には高周波電源10が接続
されている。
【0023】本実施例装置の作動を説明すると、レーザ
光1はレンズ2で集光されて入射窓3を通して真空室1
6に向けて照射される。入射窓3を透過したレーザ光1
は第1のアパーチャ4の透過孔を通過し、偏向電極のア
ノード6とカソード7の間を通り、第2のアパーチャ5
の透過孔を通過して、さらに高周波コイル9の中を通っ
て、ターゲット14に照射される。レーザ光1がターゲ
ット14に照射されると、ターゲット14がアブレーシ
ョンを起こし、ターゲットより蒸発した蒸発粒子13が
対向して置かれた基板12上に堆積して膜が形成され
る。
【0024】蒸発粒子13の大部分はターゲットの法線
方向に飛んで基板12に堆積するが、蒸発粒子13の一
部13aは、図2の偏向用電極付近拡大図に示すよう
に、入射窓3の方向にも飛来する。この時蒸発粒子の多
くがイオンになっているが中性粒子も混じっている。入
射窓3の方向へ飛来した蒸発粒子13aは先ず高周波コ
イル9の中を通過する。その際高周波電源10により1
3.56MHz、100Wが高周波コイル9に印加され
るので、高周波コイル9中を通過する中性粒子は高周波
放電により80〜90%がイオン化する。
【0025】次いで、イオンの状態であった蒸発粒子も
中性粒子でイオン化された蒸発粒子も高周波コイル9を
通過すると、第2のアパーチャ5で遮られる。しかし、
第2のアパーチャ5には透過孔が設けられているの
で、、第2のアパーチャ5の透過孔を通過した蒸着粒子
10aは、さらに第1のアパーチャ4に向けて進入す
る。
【0026】然るに、第1のアパーチャ4と第2のアパ
ーチャ5の間には、光エネルギの通路を挟むように偏向
電極のアノード6とカソード7が設けられ、電源16が
接続されているので、電圧を印加することにより、第2
のアパーチャ5を通過して第1のアパーチャ4に向けて
飛来する蒸発粒子10aのうち陽イオンの飛行方向をカ
ソード7の方へ、陰イオンの飛行方向をアノード6の方
へ曲げてやることが可能である。その結果、もともとイ
オンの状態であった蒸発粒子も中性粒子であってイオン
化された蒸発粒子も飛行方向を曲げら第1のアパーチャ
4に衝突し、蒸発粒子10aは入射窓3に到達すること
がない。
【0027】次に、本実施例装置を用いた実際の実施例
について説明する。断面積が6mm×33mmの矩形に
なっているレーザ光1を焦点距離f=350mmのレン
ズ2で集光し入射窓3を通して光透過室17内に向けて
照射した。光透過室19内には透過孔径20mmの第1
のアパーチャ4と透過孔径16mmの第2のアパーチャ
5を設置し、レーザ光1はこの2つのアパーチャを通し
てSiのターゲット14を照射した。
【0028】ここで、偏向用電極であるアノード6とカ
ソード7との距離d:25mm、電圧V:10v、入射
窓と第1のアパーチャの距離l:10cm、高周波放電
条件:13.56MHz、100wとして、偏向電極を
設けたものと設けなかったもの、および高周波放電の有
ったものと無かったものについて成膜実験を行い、入射
窓の使用可能時間を測定した。得られた結果は表1に示
す。
【0029】
【表1】
【0030】表1に示したように、高周波によるイオン
化なしで偏向電極なしの場合は、成膜後直ちに入射窓が
汚れて使用不能となった。また、高周波によるイオン化
なしで偏向電極を付けたものでは、30分まで連続使用
を行っても、光の減衰量はごく僅かであった。これに対
して高周波コイルによりイオン化し偏向電極を付けた本
発明例では、6時間経過しても光の減衰が全くなく、本
発明の効果が確認された。
【0031】
【発明の効果】本発明の蒸着装置用窓は以上説明したよ
うに、透明材料からなる入射窓を介して照射される集光
された光を透過する透過孔を中心に有する第1のアパー
チャと第2のアパーチャとを設け、第1のアパーチャと
第2のアパーチャの間にあって光エネルギの通路を挟む
ように偏向電極設け、さらに第2のアパーチャよりター
ゲット側に高周波コイルをその中心軸が光通路の中心軸
と一致するように設けたものであって、入射窓の方向へ
向かって飛来する蒸発粒子の中の中性粒子は高周波コイ
ルを通過する際に高周波放電によりイオン化する。その
結果、第2のアパーチャを通過して第1のアパーチャに
向けて飛来する蒸発粒子は、もともとイオンの状態であ
った蒸発粒子も中性粒子であってイオン化された蒸発粒
子も偏向電極に電圧を印加することにより、飛行方向を
曲げられるので、蒸発粒子は第1のアパーチャに衝突
し、蒸発粒子は入射窓に到達することがない。そのた
め、蒸着装置の入射窓の内面に薄膜生成物の堆積するこ
とが防止され、皮膜形成中の入射窓の曇りが完全に防止
される。また、入射窓の洗浄、交換が不要となり、長時
間の連続成膜により界面の無い厚膜の形成を可能とす
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のレーザPVD装置の概略側面
図である。
【図2】図1の蒸着装置の偏向用電極付近の拡大図であ
る。
【図3】従来のレーザPVD装置の概略図側面図であ
る。
【符号の説明】
1 レーザ光 2 レンズ 3 入射窓 4 第1のアパー
チャ 5 第2のアパーチャ 6 偏向電極のア
ノード 7 偏向電極のカソード 9 高周波コイル 12 基板 13、13a 蒸
発粒子 14 ターゲット 16 真空室 17 真空ポンプ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明材料からなる入射窓と、前記入射窓
    を介して照射される集光された光が透過する透過孔を中
    心に有する第1のアパーチャと、前記第1のアパーチャ
    よりターゲット側に位置し前記第1のアパーチャを透過
    した光が透過する透過孔を中心に有する第2のアパーチ
    ャと、前記第1のアパーチャと第2のアパーチャの間に
    あって光の通路を挟むように設けられた偏向電極と、前
    記第2のアパーチャよりターゲット側に位置し中心軸が
    光通路の中心軸と一致するように設けられ内径が少なく
    とも光通路の直径よりも大きい高周波コイルとを具備し
    たことを特徴とするPVD装置。
JP27397991A 1991-10-22 1991-10-22 Pvd装置 Pending JPH05117853A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08315432A (ja) * 1995-05-15 1996-11-29 Nippondenso Co Ltd 光情報記録媒体の製造装置及び製造方法
KR100745610B1 (ko) * 2006-04-11 2007-08-02 한국전기연구원 레이저윈도우 오염 방지를 위한 레이저 증착 장치

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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