JPH05117853A

JPH05117853A - Ｐｖｄ装置

Info

Publication number: JPH05117853A
Application number: JP27397991A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Taki; 正佳滝
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1993-05-14

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

【特許請求の範囲】

【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。