JPH0582470B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は透明電導膜としての酸化インジウム、
黄金色のための窒化チタンなどの薄膜を形成する
のに利用される高周波イオンプレーテイング装置
に関するものである。

［従来の技術］ 高周波励起による高周波イオンプレーテイング
方式は、たとえば直流印加方式などの他に蒸発粒
子のイオン化方式と比較してイオン化効率が高い
こと、被処理物（以下基板という）の温度の上昇
や逆スパツタが少ないこと、従つてプラスチツク
類のコーテイングにも使用できること、プラズマ
CVDなどの反応性イオンプレーテイングが容易
であること、など多くの優れた特徴を有するた
め、近年利用の動きが高まつている。

この高周波イオンプレーテイングの機構を第４
図に示す代表的な高周波イオンプレーテイング装
置で説明する。

この従来の装置は、真空蒸着室１００と、真空
蒸着室１００内に設けられ、蒸発用電力が電源１
０１によつて供給される蒸発源１０２と、蒸発源
１０２に対向する位置に設けられた基板１０３
と、蒸発源１０２と基板１０３との間に直流電界
を印加する加速用直流電源１０４と、蒸発源１０
２と基板１０３との間で軸心が蒸発源１０２と基
板１０３を結ぶ直線と略一致する用に設けられた
高周波励起用コイル１０５と、コイル１０５にマ
ツチングボツクス１０６を介して高周波電力を供
給する高周波電源１０７とから構成されている。

上記のように構成された従来の高周波イオンプ
レーテイング装置では、まず真空蒸着室１００が
高真空とされた後ガス導入管１０８よりアルゴン
ガスなどが導入され、一般に10^-4Torr以下の圧
力とされる。次にコイル１０５にマチツングボツ
クス１０６を介いて高周波電力が供給されると、
ガス中に存在する僅かな電子が、ガス分子あるい
は蒸発源１０２で蒸発した蒸発粒子と衝突しなが
ら高周波電場のエネルギーを吸収して次第に加速
され、ついにガス分子あるいは蒸発粒子を電離し
て電子を放出する。その電子もまた加速されて他
のガス分子、蒸発粒子を電離してイオン化する。
そしてイオンは捕捉状態となり、コイル周辺のイ
オン密度が上昇してイオン源の状態となる。そし
てイオンは加速用直流電源の陰極に接続されてい
る基板１０３に加速さう衝突する。こういう過程
で放電が行なわれ、ガスイオンは基板１０３表面
を清浄化し、蒸発粒子は基板１０３表面に蒸着す
る。

ここで高周波電力を有効に装置内に供給するた
めにマツチング操作が必要であり、通常入射波と
反射波の比（入射波／反射波）が10以上になるよ
うにされ、またマツチングはガス圧の差による放
電抵抗の変動幅とコイルの形状、および装置内の
幾何学的配置により決定される。

また、より大型の基板上に均一に薄膜を形成す
るために、蒸発源を例えば２個など複数個設け、
同時に蒸発させる装置が提案されている。

例えば特公昭57−41807公報では、第５図に概
略を示すように、２個の蒸発源２０１，２０２の
両方を覆う径の大きな一つのコイル２０３を配置
した装備を開示している。

また特開昭58−141382号公報では、第６図に概
略を示すように、２個の蒸発源３０１，３０２に
それぞれコイル３０３，３０４を配置し、別々の
高周波電源３０５，３０６により高周波電力を供
給する装置を開示している。

さらに昭和60年９月10日から東京科学技術館に
て開催された85年真空総合展においては、第７図
に概略を示すように、２個の蒸発源４０１，４０
２に直列状態に連続する２個のコイル４０３，４
０４を配置した装置が示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記した従来の複数個の蒸発源をもつ高周波イ
オンプレーテイング装置では、均一な膜質の薄膜
を得るにはまだ十分とは言えなかつた。なお、膜
質とは膜厚、結晶性などのことをいう。

例えば第５図に示すような径の大きなコイルを
用いる装置では、プラズマは安定するが部分的に
プラズマの密度が異なり、薄膜の膜質が不均一と
なる場合がある。また第６図に示すような、複数
個のコイルにそれぞれ高周波電力が供給されてい
る装置では、それぞれの高周波の位相を一致させ
ることが難しく、コイルの電場が互いに干渉しあ
つてプラズマ状態が不安定となり、マツチングが
困難である。さらに第７図に示すような連続した
コイルを用いた装置では、プラズマな高密度とな
るものの、各コイルが直列に配置されているため
に、各コイルに生ずるプラズマ密度に差が生じて
膜質が不均一となる場合があつた。

本発明は上記不具合に鑑みて成されたものであ
り、大型の基板にに対しても均一な膜質の薄膜形
成が可能な高周波イオンプレーテイング装置を提
供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の高周波イオンプレーテイング装置は、
高周波イオンプレーテイング装置本体と、該本体
内に設けられた真空蒸着室と、該真空蒸着室内に
設けられた複数の蒸発源と、該真空蒸着室内で該
蒸発源に対向する位置に設けられ、被処理物が保
持される支持台と、該蒸発源と該支持台との間に
印加される加速用直流電源と、各該蒸発源と該支
持台との間に設けられ、少なくとも各該蒸発源と
該支持台とを結ぶ直線が軸方向に貫通するように
設けられた複数個の高周波励起用コイルと、該真
空蒸着室外に設けられたマツチング回路をもつマ
ツチングボツクスと、該高周波励起用コイルに該
真空蒸着室外から該マツチングボツクスを介して
高周波励起用電力を供給する高周波電源と、から
なる高周波イオンプレーテイング装置において、 前記複数個の該高周波励起用コイルは平面視で
互いに点対称の位置関係となつており、単一の該
マツチングボツクスを介して単一の該高周波電源
に相互に並列に接続されていることを特徴とす
る。

真空蒸着室は従来と同様に、例えベルジヤー
と、ベジヤーの開口を気密に覆う底板と、などか
ら構成され、真空ポンプなどにより高真空とされ
る。その材質、形状などは従来のものと同一であ
つてよい。また真空蒸着室には一般にはアルゴン
ガスなどのイオン化ガス導入部が設けられ、その
真空度は従来と同様に一般には10^-4Torr以下の
圧力とされる。また蒸発源の蒸発手段として電子
衝撃法を採用すれば、イオン化ガスを導入しなく
とも蒸発粒子をイオン化することができ、高真空
イオンプレーテイングも可能である。またプラズ
マCVDなどを実施する場合には、反応性ガスの
導入部を設けることもできる。

蒸発源は蒸着すべき物質を加熱などにより蒸発
粒子とする部位であり、従来と同様にスパイラル
型、ボート型、ボツクス型、るつぼ型などの形状
の蒸発源を抵抗加熱法で加熱する、あるいは陽極
材料衝撃型、電子線加熱型、磁場偏向型などの型
式による電子衝撃法で蒸気化する、などの方法を
採用することができる。

支持台は従来と同様に基板に保持する部位であ
り、加速用直流電源の陰極に持続される。ところ
がこの加速用直流電源は、発生したイオンを基板
へ向けて加速するためのものであり、従来と同様
に基板と蒸発源との間に、基板が陰極に蒸発源が
陽極になるように3KV以下の電圧を印加する、
などとすることができる。

高周波励起用コイルは従来と同様に、銅などか
らなる線状部材にコイル状に巻上げて形成された
ものであり、一般に巻数２〜５、コイル径20〜40
cmなどとされる。

マツチングボツクスは高周波電力を装置内に有
効に供給するためのマツチング操作を行うための
ものであり、従来と同様の構成とすることができ
る。そして入射波と反射波の比（入射波／反射
波）が10以上となるようにマツチングすることが
望ましい。このマツチングはガス圧の差による放
電抵抗の変動幅と高周波励起用コイルの形状、お
よび装置内の幾何学的配置によつて決定される。

高周波電源はマツチングボツクスを介して高周
波励起用コイルに供給され、従来と同様に周波数
が13.56MHz、電力100〜1000Wの高周波電力を供
給する。

本発明の最大の特徴は、上記高周波励起用コイ
ルを複数個用いて複数個の蒸発源の位置にそれぞ
れ配置し、それぞれの高周波励起用コイルは平面
視で互いに点対称の位置関係となつており、単一
のマツチングボツクスを介して単一の高周波電源
に相互に並列に接続されているところにある。

高周波励起用コイルの数は、２本、３本など自
由に選ぶことができる。この高周波励起用コイル
はそれぞれ、アクタンスの異なるものを用いるこ
ともできるが、プラズマ密度を一層均一にするた
めには、リアクタンスの同一のものを用いること
が望ましい。なお、それぞれの高周波励起用コイ
ルは、上記電極を中心に互いに点対称の位置関係
にある。このように配置すれば、それぞれの高周
波励起用とコイルに生ずるプラズマの干渉が最小
となり、また各高周波励起用コイルと真空蒸着室
内壁などとの距離を同じにすることもできるの
で、基板に形成される薄膜の膜質も一層均一とな
る。

［作用］ 本発明の高周波イオンプレーテイング装置で
は、まずそれぞれの高周波励起用コイルにマツチ
ングボツクスを介して高周波電力が供給される。
そして高周波励起によるガス、および蒸発源で蒸
発した蒸発粒子がイオン化してプラズマが発生す
る。ここでそれぞれの高周波励起用コイルは平面
視で互いに点対称の位置関係となつており、単一
のマツチングボツクスを介して単一の高周波電源
に接続され、かつ蒸発源と支持台との間で相互に
並列に接続されている。従つてそれぞれの高周波
励起用コイルに供給される高周波の位相は同一で
あり、リアクタンスも同一であれば発生するプラ
ズマの密度も同一となる。そして生成したイオン
は加速用直流電源により加速され、基板に衝突す
ると、ガスイオンは基板表面に清浄化し、蒸発粒
子のイオンにより基板には薄膜が形成される。

［発明の効果］ 本発明の高周波イオンプレーテイング装置によ
れば、それぞれの高周波励起用コイルに供給され
る高周波電力は同一となるので、それぞれの高周
波励起用コイルに発生するプラズマの密度を同一
とすることができる。またそれぞれの高周波励起
用コイルに供給される高周波の位相が同一である
ので、高周波励起用コイルどうしの干渉作用がほ
とんどなくプラズマの安定化を図ることができ
る。さらに高周波励起用コイルはそれぞれの蒸発
源に設けられるので、その径は充分小さくでき高
密度のプラズマを得ることができる。従つてこれ
らの効果により、本発明の高周波イオンプレーテ
イング装置を用いれば、大型の基板に対しても均
一な膜質の薄膜を形成することができる。

［実施例］ 実施例 １ 以下実施例により具体的に説明する。

第１図に本発明の一実施例を高周波イオンプレ
ーテイング装置を示す。この装置は、ベルジヤー
１と、ベルジヤー１の開口を気密に覆う底板２
と、ベルジヤー１内で底板２に固定された２個の
るつぼ（蒸発源）３と、それぞれのるつぼ３の垂
直方向上方に設けられた支持台４と、支持台４の
下表面に保持された基板４１と、それぞれのるつ
ぼ３と基板４１との間に設けられ軸中心線がるつ
ぼ３に鉛直にまじわる２個の高周波励起用コイル
５と、底板２外部からるつぼ３に抵抗加熱法によ
り蒸発用電力を供給する蒸発用電源６と、底板２
外部よりマツチングボツクス７を介して高周波励
起用コイルに５接続され、高周波励起用コイル５
に総量600Wの高周波電力を供給する高周波電源
８と、るつぼ３と基板４１との間に加速用電界が
印加する500Vの加速用直流電源９と、から構成
される。なお、るつぼ３には酸化チタン（TiO₂）
が入れられている。また底板２に図示しない真空
ポンプに連通する排気口２１および図示しないア
ルゴンガスボンベに連通するガス導入口２２が設
けられている。

本実施例の特色をなす高周波励起用コイル５
は、底板２中央に設けられた１本の電極５１から
略Ｙ字状に分岐し、その巻き方向、端部形状は第
２図に平面図を示すように左右対称となつてお
り、２個の高周波励起用コイル５の巻き数は同一
で同一のリアクタンスを有している。

上記のように構成された本実施例の高周波イオ
ンプレーテイング装置の使用方法を以下に説明す
る。

まず排気口２１よりベルジヤー１内の空気を排
気し、高真空とする。そしてガス導入口２２より
アルゴンガスをベルジヤー１内に導入し、ベルジ
ヤー１内を10^-4Torrの圧力とする。次に蒸発用
電源６にるつぼ３が加熱されると同時に、高周波
励起用コイル５にマツチングボツクス６を介して
高周波電源８から総量600Wの高周波電力が供給
される。するとベルジヤー１内になんらかの理由
で存在する僅かな電子が、アルゴンガス分子ある
いはるつぼ３で蒸発した蒸発粒子と衝突しながら
高周波電波のエネルギーを吸収して次第に加速さ
れ、ついにアルゴン分子あるいは蒸発粒子を電離
して電子を放出する。その電子もまた加速されて
他のアルゴンガス分子あるいは蒸発粒子を電離し
てイオン化する。そしてイオン捕捉状態となり、
コイル５周辺のイオン密度が上昇してイオン源の
状態となる。そしてイオンは加速用直流電源９の
陰極に接続されている基板４１に加速されて衝突
する。こういう過程で放電が行なわれ、ガスイオ
ンは基板４１表面を清浄化し、蒸発粒子が基板４
１表面に蒸着する。

ここで２個の高周波励起用コイル５は１本の電
極５１から分岐して並列に設けられている。従つ
て２個の高周波励起用コイル５に供給される高周
波の位相は同一となるので、高周波励起用コイル
５どうしの干渉がなく、安定したプラズマ状態と
なり、マツチングが容易である。そして２個の高
周波励起用コイルで生ずるプラズマの密度はほと
んど同一であり、基板４に均一で結晶性の良い膜
質の薄膜を形成することができた。

なお、プラズマ密度はイオン電流量と比例する
ので、プラズマ密度はフアラデイーカツプでイオ
ン電流量を測定することで評価した。高周波電力
を600W印加した場合の本実施例の高周波励起用
コイル５によるイオン電流量は50μAであつたが、
第５図に示す従来の大型の高周波励起用コイルに
600W印加した場合の約1.5倍であり、第６図に示
す二つの高周波励起用コイルにそれぞれ300W印
加した場合のイオン電流量とほとんど同一であつ
た。

実施例 ２ 本実施例は高周波励起用コイル１０を３個用
い、第３図に平面図を示すように１本の電極１１
からそれぞれ分岐して３個の蒸発源１２の位置に
配置され、電極１１を中心として平面視で点対称
に配置されていること以外は実施例１と同様であ
る。

本実施例の高周波イオンプレーテイング装置で
は、実施例１の装置に比べ、一層大型の基板に均
一な膜質の薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の高周
波イオンプレーテイング装置に係わる図であり、
第１図はその概略裁断正面図、第２図は高周波励
起用コイルの平面図である。第３図は本発明の他
の実施例の高周波イオンプレーテイング装置に係
わり、高周波励起用コイルの配置状態を示す裁断
平面図である。第４図、第５図、第６図および第
７図はそれぞれ従来の高周波イオンプレーテイン
グ装置を示す概略裁断正面図である。 １……ベルジヤー（真空蒸着室）、２……底板、
３，１２……るつぼ（蒸発源）、４……支持台、
５，１１……高周波励起用コイル、６……蒸発用
電源、７……マツチングボツクス、８……高周波
電源、９……加速用直流電源、１０，５１……電
極、２１……排気口、２２……ガス導入口、４１
……基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高周波イオンプレーテイング装置本体と、 該本体内に設けられた真空蒸着室と、 該真空蒸着室内に設けられた複数の蒸発源と、 該真空蒸着室内で該蒸発源に対向する位置に設
   けられ、被処理物が保持される支持台と、 各該蒸発源と該支持台との間に加速用電界を印
   加する加速用直流電源と、 各該蒸発源と該支持台との間に設けられ、少な
   くとも各該蒸発源と該支持台とを結ぶ直線が軸方
   向に貫通するように設けられた複数個の高周波励
   起用コイルと、 該真空蒸着室外に設けられたマツチング回路を
   もつマツチングボツクスと、 該高周波励起用コイルに該真空蒸着室外から該
   マツチングボツクスと介して高周波励起用電力を
   供給する高周波電源と、からなる高周波イオンプ
   レーテイング装置において、 前記複数個の該高周波励起用コイルは平面視で
   互いに点対称の位置関係となつており、単一の該
   マツチングボツクスを介して単一の該高周波電源
   に相互に並列に接続されていることを特徴とする
   高周波イオンプレーテイング装置。 ２ それぞれの高周波励起用コイルのリアクタン
   スは同一である特許請求の範囲第１項記載の高周
   波イオンプレーテイング装置。 ３ 高周波励起用コイルは２個設けられている特
   許請求の範囲第１項記載の高周波イオンプレーテ
   イング装置。 ４ 高周波励起用コイルは３個設けられている特
   許請求の範囲第１項記載の高周波イオンプレーテ
   イング装置。