JPH06108237A - Ion plating device - Google Patents

Ion plating device

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JPH06108237A
JPH06108237A JP25709092A JP25709092A JPH06108237A JP H06108237 A JPH06108237 A JP H06108237A JP 25709092 A JP25709092 A JP 25709092A JP 25709092 A JP25709092 A JP 25709092A JP H06108237 A JPH06108237 A JP H06108237A
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inert gas
plasma
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Abstract

PURPOSE:To form an insulating film of a good quality on a substrate extending over many hours by covering the electrode surface of a counter electrode with an inert gas, repulsing an evaporation flow, etc., so that it scarcely reaches the surface of the counter electrode, and maintaining conductivity of the counter electrode for many hours. CONSTITUTION:Reaction gas 21 is led into a vacuum chamber 1 in which a film material 6 is melted and evaporated and an evaporation flow 7 is formed. Also, plasma 15 from a plasma gun 14 is radiated to the evaporation flow 7, and an electron in the plasma 15 is attracted by a counter electrode 16. Subsequently, the evaporation flow 7 and the reaction gas 21 are ionized to positive, these ionized evaporation flow 7 and the reaction gas 21 come into collision with a substrate 8 applied to negative and are solidified, and an insulating film is formed on the substrate 8. In this case, a gas film device 30 for covering the electrode surface of the counter electrode 16 with an inert gas (argon) 22 is provided, and pressure in the electrode surface of the inert gas 22 is set to >=10<3> torr.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はイオンプレーティング装
置に係わり、更に詳しくは、絶縁膜を成膜するイオンプ
レーティング装置に用いるプラズマ銃用対向電極に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion plating device, and more particularly to a counter electrode for a plasma gun used in an ion plating device for forming an insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオンプレーティング(ion plating)
は、加熱蒸発させた蒸発原子及び/又は反応原子をイオ
ン化し、負に印加した素地基板上に衝突させ凝固させる
成膜方法である。かかるイオンプレーティングを行う従
来のイオンプレーティング装置は、例えば図3に示すよ
うに、ルツボ5を内部に備えた真空チャンバー1、ルツ
ボに電子ビーム4を照射する電子銃3、プラズマ15を
発生するプラズマ銃14、プラズマ内の電子を呼び寄せ
る対向電極16、反応ガス21を導入する反応ガス導入
ノズル13、等を備え、基板8を負に印加し、電子銃3
により電子ビーム4をルツボ5に照射してルツボ内の膜
材料6を溶解・蒸発させて膜材料6の蒸発流7を形成
し、プラズマ銃14によりプラズマ15を発生させ対向
電極16により電子を呼び寄せて蒸発流7及び反応ガス
21を正にイオン化し、イオン化した蒸発流7及び反応
ガス21を負に印加した基板8に衝突させ凝固させて基
板上に絶縁膜を成膜していた。
[Prior Art] Ion plating
Is a film forming method in which vaporized atoms and / or reactive atoms that have been vaporized by heating are ionized and collide with a negatively applied substrate to solidify. A conventional ion plating apparatus for performing such ion plating generates a vacuum chamber 1 having a crucible 5 therein, an electron gun 3 for irradiating the crucible with an electron beam 4, and a plasma 15, as shown in FIG. 3, for example. A plasma gun 14, a counter electrode 16 for attracting electrons in the plasma, a reaction gas introduction nozzle 13 for introducing a reaction gas 21, and the like are provided, and the substrate 8 is negatively applied to the electron gun 3.
By irradiating the crucible 5 with the electron beam 4 to melt and evaporate the film material 6 in the crucible to form an evaporation flow 7 of the film material 6, generate a plasma 15 by the plasma gun 14 and attract electrons by the counter electrode 16. Thus, the vaporization flow 7 and the reaction gas 21 are positively ionized, and the ionized vaporization flow 7 and the reaction gas 21 are collided with the negatively applied substrate 8 to be solidified to form an insulating film on the substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
イオンプレーティング装置では、基板に成膜される絶縁
膜は、基板以外に対向電極16の表面にも成膜され、こ
れにより対向電極16の導電性が成膜の進行と共に低下
する問題点があった。このため、プラズマ15が不安定
或いは維持できなくなり、プラズマによる蒸発流及び反
応ガスのイオン化が極端に低下する問題点があった。こ
の結果、イオンプレーティングが実質的に行われずに単
なる蒸着となり、基板に形成される絶縁膜の膜質が悪化
し(緻密でなくポーラスとなる、結晶化が不十分とな
る、硬度が低下する、など)、かつ絶縁膜と基板との密
着力が低下する問題点があった。更に、かかる現象が極
めて短時間、例えば数分から十数分で生じるため、事実
上、プラズマ銃の長時間にわたる安定運転が不可能であ
る問題点があった。
However, in such a conventional ion plating apparatus, the insulating film formed on the substrate is formed not only on the substrate but also on the surface of the counter electrode 16, so that the counter electrode 16 is formed. There is a problem that the conductivity decreases as the film formation progresses. Therefore, the plasma 15 becomes unstable or cannot be maintained, and there is a problem that the evaporation flow by the plasma and the ionization of the reaction gas are extremely reduced. As a result, ion plating is not substantially performed and vapor deposition is merely performed, and the film quality of the insulating film formed on the substrate is deteriorated (poor and not dense, insufficient crystallization, hardness is reduced, Etc.) and the adhesion between the insulating film and the substrate is reduced. Further, since such a phenomenon occurs in an extremely short time, for example, a few minutes to a dozen minutes, there is a problem that the stable operation of the plasma gun for a long time is practically impossible.

【0004】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明は、
対向電極の表面に絶縁膜が成膜されにくく、長時間にわ
たって安定してプラズマ内の電子を呼び寄せることがで
き、長時間にわたり安定して良質な絶縁膜を基板上に成
膜できる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。
The present invention was devised to solve the above-mentioned various problems. That is, the present invention is
It is difficult to form an insulating film on the surface of the counter electrode, the electrons in the plasma can be attracted stably for a long time, and an ion plating device that can stably form a high-quality insulating film on the substrate for a long time The purpose is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、真空チ
ャンバー内で膜材料を溶解・蒸発させて基板に向かう蒸
発流を形成し、真空チャンバー内に反応ガスを導入し、
プラズマ銃により前記蒸発流と交差するプラズマを発生
させ、対向電極により前記プラズマ内の電子を呼び寄せ
て前記蒸発流及び前記反応ガスを正にイオン化し、イオ
ン化した蒸発流及び反応ガスを負に印加した基板に衝突
・凝固させて基板上に絶縁膜を成膜するイオンプレーテ
ィング装置において、前記対向電極の電極面で10-3to
rr以上の圧力となるように前記電極面を不活性ガスで覆
うガス膜装置を備える、ことを特徴とするイオンプレー
ティング装置が提供される。
According to the present invention, a film material is dissolved and evaporated in a vacuum chamber to form an evaporation flow toward a substrate, and a reaction gas is introduced into the vacuum chamber,
A plasma gun is used to generate a plasma intersecting with the vaporization flow, electrons in the plasma are attracted by a counter electrode to positively ionize the vaporization flow and the reaction gas, and the ionized vaporization flow and the reaction gas are negatively applied. In an ion plating apparatus for forming an insulating film on a substrate by colliding and solidifying on the substrate, 10 −3 to
There is provided an ion plating device comprising a gas film device for covering the electrode surface with an inert gas so as to have a pressure of rr or more.

【0006】本発明の実施例によれば、前記ガス膜装置
は、対向電極の電極面に設けられたガス吹出孔と、前記
対向電極の内部を通して前記ガス吹出孔に不活性ガスを
供給するガス供給装置とからなり、これにより不活性ガ
スを対向電極の内部からガス吹出孔を通して対向電極の
電極面に吹き出させる、ことが好ましい。また、前記ガ
ス膜装置は、対向電極の電極面に沿って不活性ガスを流
すように設けられたガスノズルと、該ガスノズルに不活
性ガスを供給するガス供給装置とからなり、これにより
不活性ガスを対向電極の電極面に沿って吹き付ける、こ
とが好ましい。更に、前記不活性ガスはアルゴンガスで
ある、ことが好ましい。
According to an embodiment of the present invention, the gas film device includes a gas blowout hole provided on an electrode surface of a counter electrode and a gas for supplying an inert gas to the gas blowout hole through the inside of the counter electrode. It is preferable that it is composed of a supply device, and thereby the inert gas is blown from the inside of the counter electrode to the electrode surface of the counter electrode through the gas blowing holes. Further, the gas film device includes a gas nozzle provided so as to flow an inert gas along the electrode surface of the counter electrode, and a gas supply device for supplying the inert gas to the gas nozzle. Is preferably sprayed along the electrode surface of the counter electrode. Further, it is preferable that the inert gas is argon gas.

【0007】[0007]

【作用】本発明は真空チャンバー内で前記蒸発流や反応
ガスの原子もしくは分子同士が衝突するまでの原子もし
くは分子の平均移動距離(平均自由行程)が、通常のイ
オンプレーティング装置内の圧力(例えば5×10-4to
rr)では長く(例えば500mm)、10-3torr以上の
圧力では短い(例えば50mm以下)、ことに着眼した
ものである。
According to the present invention, the average moving distance (average free path) of atoms or molecules until the atoms or molecules of the evaporative flow or the reaction gas collide with each other in the vacuum chamber is the pressure (pressure) in a normal ion plating apparatus. For example, 5 × 10 -4 to
rr) is long (for example, 500 mm), and a pressure of 10 −3 torr or more is short (for example, 50 mm or less).

【0008】すなわち、本発明の構成によれば、ガス膜
装置により対向電極の電極面で10 -3torr以上の圧力と
なるように前記電極面を不活性ガスで覆っているので、
真空に近い圧力(例えば5×10-4torr)を通過して対
向電極に近づいた前記蒸発流や反応ガスの原子もしくは
分子は、不活性ガス内で直ちに不活性ガスのガス原子
(分子)と衝突して跳ね返される。従って、絶縁膜を成
膜する蒸発流や反応ガスの原子もしくは分子は対向電極
の表面に到達しにくく、絶縁膜は対向電極の表面にほん
んど成膜されない。これにより、対向電極の導電性を長
時間にわたり維持することができ、プラズマ銃によるプ
ラズマが長時間にわたり安定し、プラズマによる蒸発流
及び反応ガスのイオン化も安定して行われ、緻密で結晶
化が十分であり、硬度が高く、基板との密着力が高い、
良質の絶縁膜を、基板上に長時間にわたり成膜すること
ができる。
That is, according to the constitution of the present invention, the gas film
Depending on the device, 10 -3pressure over torr
Since the electrode surface is covered with an inert gas so that
Pressure close to vacuum (eg 5 × 10-Fourtorr)
Atoms of the evaporative flow or reaction gas approaching the counter electrode or
Molecules are gas atoms of the inert gas immediately in the inert gas.
It collides with (molecule) and is bounced back. Therefore, the insulating film is formed.
The evaporative flow that forms a film and the atoms or molecules of the reaction gas are opposite electrodes.
It is difficult to reach the surface of the counter electrode.
No film is formed. This increases the conductivity of the counter electrode.
It can be maintained over time,
Plasma is stable for a long time, and the evaporation flow by plasma
Also, the ionization of the reaction gas is performed stably, and it is dense and crystalline.
Is sufficient, the hardness is high, and the adhesion with the substrate is high,
Forming a good quality insulating film on a substrate for a long time
You can

【0009】[0009]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明によるイオンプレーティング装
置の全体構成図であり、図2は本発明によるイオンプレ
ーティング装置の別の全体構成図である。なお図1ない
し図3において、共通する部品には同一の符合を付して
使用する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ion plating apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is another overall configuration diagram of an ion plating apparatus according to the present invention. 1 to 3, common parts are designated by the same reference numerals and used.

【0010】図1及び図2において、本発明によるイオ
ンプレーティング装置は、真空チャンバー1内で膜材料
6を溶解・蒸発させて基板8に向かう蒸発流7を形成
し、真空チャンバー1内に反応ガス21を導入し、プラ
ズマ銃14により前記蒸発流7と交差するプラズマ15
を発生させ、対向電極16により前記プラズマ15内の
電子を呼び寄せて前記蒸発流7及び前記反応ガス21を
正にイオン化し、イオン化した蒸発流7及び反応ガス2
1を負に印加した基板8に衝突・凝固させて基板8上に
絶縁膜を成膜するようになっている。
1 and 2, the ion plating apparatus according to the present invention dissolves and evaporates the film material 6 in the vacuum chamber 1 to form an evaporation flow 7 toward the substrate 8 and reacts in the vacuum chamber 1. A gas 15 is introduced, and a plasma 15 crosses the vaporized stream 7 by a plasma gun 14.
Are generated, the electrons in the plasma 15 are attracted by the counter electrode 16 to positively ionize the evaporation flow 7 and the reaction gas 21, and the ionized evaporation flow 7 and reaction gas 2 are generated.
The insulating film is formed on the substrate 8 by colliding with and solidifying the substrate 8 to which 1 is negatively applied.

【0011】すなわち、図1及び図2において、真空チ
ャンバー1は、図示しない真空ポンプにより真空排気2
され、チャンバー内をイオンプレーティングに適した圧
力、例えば5×10-4torrに保持されている。本発明に
よるイオンプレーティング装置は、電子銃3を備え、こ
の電子銃3は電子ビーム4を発生し、これをルツボ5に
照射して蒸発材料6を溶解・蒸発させ、蒸発した蒸発材
料6により蒸発流7を形成するようになっている。
That is, in FIGS. 1 and 2, the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown).
The chamber is maintained at a pressure suitable for ion plating, for example, 5 × 10 −4 torr. The ion plating apparatus according to the present invention includes an electron gun 3, which generates an electron beam 4, which is irradiated on a crucible 5 to melt and evaporate an evaporation material 6, and the evaporation material 6 evaporates. It is adapted to form an evaporation stream 7.

【0012】更に本発明によるイオンプレーティング装
置は、蒸発流7及び反応ガス21をイオン化する手段と
して、プラズマ銃14、収束コイル17、対向電極1
6、収束コイル18、絶縁部19、及び対向電極用電源
20を備えている。プラズマ銃14は、正イオンと電子
の共存したプラズマ15を発生させる。対向電極16
は、プラズマ銃14のほぼ対向する位置に設置され、絶
縁部19を介して真空チャンバー1から絶縁されてい
る。又、対向電極16は、対向電極用電源20により真
空チャンバー1より相対的に正(プラス)の電圧に印加
され、プラズマ15の内の電子を対向電極16に呼び寄
せ、プラズマを通過した蒸発流7及び反応ガス21を正
イオンにイオン化するようになっている。
Further, in the ion plating apparatus according to the present invention, the plasma gun 14, the focusing coil 17 and the counter electrode 1 are provided as means for ionizing the vaporization flow 7 and the reaction gas 21.
6, a converging coil 18, an insulating portion 19, and a counter electrode power source 20. The plasma gun 14 generates a plasma 15 in which positive ions and electrons coexist. Counter electrode 16
Are installed at positions substantially opposite to the plasma gun 14 and are insulated from the vacuum chamber 1 via an insulating portion 19. The counter electrode 16 is applied with a relatively positive (plus) voltage from the vacuum chamber 1 by the counter electrode power supply 20, attracting electrons in the plasma 15 to the counter electrode 16, and evaporating flow 7 passing through the plasma. Also, the reaction gas 21 is ionized into positive ions.

【0013】収束コイル17、18はプラズマが広がら
ないようプラズマを収束させる磁場を発生する。この収
束コイル17、18は、図示のようにプラズマ銃側と対
向電極側の両方に設けるのがよい。なお対向電極側の収
束コイル18は、対向電極の図示しない内部に設けても
よい。以上の構成によりプラズマ銃14から出たプラズ
マ15を蒸発流7に照射すると、プラズマ15のうちの
主として電子が蒸発流7及び反応ガス21と衝突する際
に蒸発流7及び反応ガス21を正イオンにイオン化す
る。
The focusing coils 17 and 18 generate a magnetic field for focusing the plasma so that the plasma does not spread. The focusing coils 17 and 18 are preferably provided on both the plasma gun side and the counter electrode side as shown. The converging coil 18 on the counter electrode side may be provided inside the counter electrode (not shown). When the plasma 15 emitted from the plasma gun 14 is irradiated to the vaporization flow 7 with the above-described configuration, when the electrons in the plasma 15 mainly collide with the vaporization flow 7 and the reaction gas 21, the vaporization flow 7 and the reaction gas 21 are positive ions. Ionize to.

【0014】基板8は、高周波電源11により高周波用
整合装置10を介して高周波(例えば13.56MH
z)が印加されている。基板8自体は絶縁物でも導電体
でもよいが、絶縁物が基板8に成膜されるため、絶縁物
の表面に負の電圧が印加できるように高周波が印加され
る。高周波用整合装置10は、絶縁物の表面に負の電圧
を効果的に印加できるように負荷側のインピーダンスを
整合させるマッチング装置である。なお、基板8を一定
温度に維持し、成膜条件を安定にするためにヒータ12
を設けるのがよい。
The substrate 8 is supplied with a high frequency (for example, 13.56 MH) from a high frequency power source 11 via a high frequency matching device 10.
z) is being applied. The substrate 8 itself may be an insulator or a conductor, but since the insulator is deposited on the substrate 8, a high frequency is applied so that a negative voltage can be applied to the surface of the insulator. The high frequency matching device 10 is a matching device that matches the impedance on the load side so that a negative voltage can be effectively applied to the surface of the insulator. In addition, in order to maintain the substrate 8 at a constant temperature and stabilize the film forming conditions, the heater 12
Should be provided.

【0015】真空チャンバー1内には、反応ガス導入ノ
ズル13を介して反応ガス21が導入される。反応ガス
21は、例えばアルミナAl23 を基板8に成膜する場
合には酸素(O2 )である。蒸発材料6はアルミニウム
(Al)もしくはアルミナ(Al23 )とし、反応ガス
21として酸素O2 を導入してアルミナ(Al23 )を
基板上に成膜する。なお、基板上にできるアルミナのア
ルミニウムと酸素との比率は必ずしも2:3ではなく、
厳密には、Alx y と表示すべきであるが、ここでは
単にAl23 と表示する。
A reaction gas 21 is introduced into the vacuum chamber 1 through a reaction gas introduction nozzle 13. The reaction gas 21 is oxygen (O 2 ) when, for example, alumina Al 2 O 3 is deposited on the substrate 8. The evaporation material 6 is aluminum (Al) or alumina (Al 2 O 3 ), and oxygen O 2 is introduced as the reaction gas 21 to form alumina (Al 2 O 3 ) on the substrate. The ratio of aluminum to oxygen of alumina formed on the substrate is not always 2: 3,
Strictly speaking, it should be expressed as Al x O y , but here it is simply expressed as Al 2 O 3 .

【0016】本発明のイオンプレーティング装置は、更
に、前記対向電極16の電極面を10-3torr以上の不活
性ガス22で覆うガス膜装置30を備えている。図1に
おいて、ガス膜装置30は、対向電極16の電極面に設
けられた複数のガス吹出孔23と、対向電極16の内部
を通してガス吹出孔23に不活性ガスを供給するガス供
給装置すなわち不活性ガス導入ノズル24とからなる。
これにより不活性ガス22を対向電極の内部からガス吹
出孔23を通して対向電極16の前面から電極面にシャ
ワー状に吹き出させることができる。
The ion plating device of the present invention further comprises a gas film device 30 for covering the electrode surface of the counter electrode 16 with an inert gas 22 of 10 −3 torr or more. In FIG. 1, the gas film device 30 includes a plurality of gas outlets 23 provided on the electrode surface of the counter electrode 16 and a gas supply device that supplies an inert gas to the gas outlets 23 through the inside of the counter electrode 16, that is, a gas supply device. And an active gas introduction nozzle 24.
As a result, the inert gas 22 can be blown from the inside of the counter electrode through the gas blowing holes 23 from the front surface of the counter electrode 16 to the electrode surface in a shower shape.

【0017】また図2において、ガス膜装置30は、対
向電極16の電極面に沿って不活性ガスを流すように設
けられたガスノズル25と、このガスノズル25に不活
性ガス22を供給するガス供給装置すなわち不活性ガス
導入ノズル24とからなる。これにより不活性ガス22
を対向電極16の電極面に沿って吹き付けることができ
る。
In FIG. 2, the gas film device 30 includes a gas nozzle 25 provided so as to flow an inert gas along the electrode surface of the counter electrode 16, and a gas supply for supplying the inert gas 22 to the gas nozzle 25. The apparatus, that is, the inert gas introducing nozzle 24. This allows the inert gas 22
Can be sprayed along the electrode surface of the counter electrode 16.

【0018】不活性ガス22の圧力は、10-3torr以上
であることが好ましく、10-2torr以上であることが特
に好ましい。真空チャンバー内でガス分子同士が衝突す
るまでのガス分子の移動距離は、通常のイオンプレーテ
ィング装置内の圧力、すなわち約5×10-4torrでは5
00mm前後であり、10-3torrでは約50mm、10
-2torrでは約5mm、10-1torrでは約0.5mmであ
る。従って、ガス膜装置30における不活性ガス22の
圧力を、少なくとも10-3torr以上とすることにより対
向電極に近ずいたガス分子を、圧力の高い不活性ガスの
ガス分子と衝突させて跳ね返すことができる。
The pressure of the inert gas 22 is preferably 10 -3 torr or more, and particularly preferably 10 -2 torr or more. The moving distance of gas molecules until the gas molecules collide with each other in the vacuum chamber is 5 at a pressure in a normal ion plating apparatus, that is, at about 5 × 10 −4 torr.
It is around 00 mm, about 10 mm at 10 -3 torr, 10
It is about 5 mm at -2 torr and about 0.5 mm at 10 -1 torr. Therefore, by setting the pressure of the inert gas 22 in the gas film device 30 to at least 10 −3 torr or more, the gas molecules that have come close to the counter electrode are made to collide with the gas molecules of the high-pressure inert gas and rebound. You can

【0019】不活性ガス22は、ヘリウム(He)、ネ
オン(Ne)、アルゴン(Ar)等のガスであり、特に
分子量が大きく安価なアルゴンガスが好ましい。これに
より対向電極に近ずいたガス分子を、分子量の大きい不
活性ガスのガス分子との衝突により確実に跳ね返すこと
ができる。なお、不活性ガス22の代わりに反応ガス2
1を直接用いてもよいが、不活性ガスより効果が弱い。
The inert gas 22 is a gas such as helium (He), neon (Ne), or argon (Ar), and is preferably argon gas having a large molecular weight and inexpensive. This makes it possible to reliably repel gas molecules that have come close to the counter electrode by collision with gas molecules of an inert gas having a large molecular weight. The reaction gas 2 is used instead of the inert gas 22.
Although 1 may be used directly, it is less effective than an inert gas.

【0020】図1に示す装置を用い、蒸発材料6として
Al23 (酸化アルミニウム)、反応ガス21として酸
素(O2 )を用いてイオンプレーティング試験を実施し
た。最初の真空排気のみの時は、10-6torr台まで排気
し、その後、蒸発材料6を電子銃3により蒸発させ、反
応ガス導入ノズル13より酸素(O2 )を導入し、5×
10-4torrの圧力下で成膜させた。プラズマ銃14の出
力は、60V×150Aであり、対向電極用電源20は
数V(ボルト)であった。電子銃3は約6KW、基板8
に印加された電圧は−100〜−200Vであった。
又、ヒーター12により基板8を500°Cに加熱し
た。
Using the apparatus shown in FIG. 1, an ion plating test was performed using Al 2 O 3 (aluminum oxide) as the evaporation material 6 and oxygen (O 2 ) as the reaction gas 21. When only the first vacuum evacuation is performed, evacuation is performed to the 10 −6 torr level, then the evaporation material 6 is evaporated by the electron gun 3, oxygen (O 2 ) is introduced from the reaction gas introduction nozzle 13, and 5 ×
The film was formed under a pressure of 10 −4 torr. The output of the plasma gun 14 was 60 V × 150 A, and the counter electrode power supply 20 was several V (volts). Electron gun 3 is about 6 kW, substrate 8
The voltage applied to was -100 to -200V.
Further, the substrate 8 was heated to 500 ° C. by the heater 12.

【0021】上記試験の結果、長時間(2時間以上)に
わたりプラズマ銃からのプラズマが安定して維持でき、
蒸発流7及び反応ガス21のイオン化も長時間維持で
き、膜質が良く基板8との密着力も良いアルミナの絶縁
膜を成膜することができた。また、対向電極はプラズマ
に曝されるために高温になり易いが、上記試験の結果、
不活性ガスの吹き出し/吹き付けにより、冷却が併せて
行われる付随した効果が得られた。更に、本発明による
イオンプレーティング装置を基板に負の電圧を印加しな
いで用いても、イオン化した蒸発流や反応ガスが基板上
で成膜されるため、イオン化する手段を持たない単なる
「蒸着」に較べると、非常に良い膜質が得られた。
As a result of the above test, the plasma from the plasma gun can be stably maintained for a long time (2 hours or more),
It was possible to maintain the ionization of the evaporation flow 7 and the reaction gas 21 for a long time, and it was possible to form an insulating film of alumina having good film quality and good adhesion to the substrate 8. In addition, the counter electrode is likely to reach a high temperature because it is exposed to plasma, but as a result of the above test,
The blowing / spraying of the inert gas had the attendant effect of combined cooling. Further, even if the ion plating apparatus according to the present invention is used without applying a negative voltage to the substrate, ionized evaporation flow and reaction gas are deposited on the substrate, so that there is no means for ionizing, that is, simply “deposition”. A very good film quality was obtained as compared with.

【0022】[0022]

【発明の効果】上述したように本発明は真空チャンバー
内でガス分子同士が衝突するまでのガス分子の移動距離
が、通常のイオンプレーティング装置内の圧力(例えば
5×10-4torr)では長く(例えば500mm)、10
-3torr以上の圧力では短い(例えば50mm)、ことを
利用する新規な着眼に基ずくものである。
As described above, according to the present invention, when the moving distance of the gas molecules until the gas molecules collide with each other in the vacuum chamber is a pressure (for example, 5 × 10 −4 torr) in a normal ion plating apparatus. Long (eg 500 mm), 10
It is based on a new viewpoint that it is short (for example, 50 mm) at a pressure of -3 torr or more.

【0023】すなわち、本発明によれば、ガス膜装置に
より対向電極の電極面を10-3torr以上の不活性ガスで
覆っているので、真空に近い圧力(例えば5×10-4to
rr)を通過して対向電極に近ずいた前記蒸発流や反応ガ
スの原子もしくは分子は、不活性ガス内で直ちに不活性
ガスのガス原子(分子)と衝突して跳ね返される。従っ
て、絶縁膜を成膜する蒸発流や反応ガスの原子もしくは
分子は対向電極の表面に到達しにくく、絶縁膜は対向電
極の表面にほんんど成膜されない。これにより、対向電
極の導電性を長時間にわたり維持することができ、プラ
ズマ銃によるプラズマが長時間にわたり安定し、プラズ
マによる蒸発流及び反応ガスのイオン化も安定して行わ
れ、緻密で結晶化が十分であり、硬度が高く、基板との
密着力が高い、良質の絶縁膜を、基板上に長時間にわた
り成膜することができる。
That is, according to the present invention, since the electrode surface of the counter electrode is covered with the inert gas of 10 −3 torr or more by the gas film device, a pressure close to vacuum (for example, 5 × 10 −4 ton).
The vapor or reaction gas atoms or molecules that have passed through rr) and have come close to the counter electrode immediately collide with the gas atoms (molecules) of the inert gas in the inert gas and are repelled. Therefore, the vaporization flow for forming the insulating film and the atoms or molecules of the reaction gas hardly reach the surface of the counter electrode, and the insulating film is hardly formed on the surface of the counter electrode. As a result, the conductivity of the counter electrode can be maintained for a long time, the plasma by the plasma gun is stable for a long time, the evaporative flow by the plasma and the ionization of the reaction gas are also stably performed, and dense and crystallization is possible. It is possible to form a high-quality insulating film having sufficient hardness, high hardness, and high adhesion with the substrate on the substrate for a long time.

【0024】従って要約すれば、本発明により、対向電
極の表面に絶縁膜が成膜されにくく、長時間にわたって
安定してプラズマ内の電子を呼び寄せることができ、長
時間にわたり安定して良質な絶縁膜を基板上に成膜する
ことができる。
In summary, according to the present invention, therefore, it is difficult to form an insulating film on the surface of the counter electrode, the electrons in the plasma can be attracted stably for a long time, and a stable and high-quality insulation can be obtained for a long time. The film can be deposited on a substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるイオンプレーティング装置の全体
構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ion plating apparatus according to the present invention.

【図2】本発明によるイオンプレーティング装置の別の
部分構成図である。
FIG. 2 is another partial configuration diagram of the ion plating apparatus according to the present invention.

【図3】従来のイオンプレーティング装置の全体構成図
である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a conventional ion plating apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空チャンバー 2 真空排気 3 電子銃 4 電子ビーム 5 ルツボ 6 蒸発材料 7 蒸発流 8 基板 9 絶縁部 10 高周波用整合装置 11 高周波電源 12 基板ヒーター 13 反応ガス導入ノズル 14 プラズマ銃 15 プラズマ 16 対向電極 17 収束コイル 18 収束コイル 19 絶縁部 20 対向電極用電源 21 反応ガス 22 不活性ガス 23 吹出孔 24 不活性ガス導入ノズル 25 ガスノズル 1 Vacuum Chamber 2 Vacuum Evacuation 3 Electron Gun 4 Electron Beam 5 Crucible 6 Evaporating Material 7 Evaporating Flow 8 Substrate 9 Insulating Section 10 High Frequency Matching Device 11 High Frequency Power Supply 12 Substrate Heater 13 Reactive Gas Introducing Nozzle 14 Plasma Gun 15 Plasma 16 Counter Electrode 17 Focusing coil 18 Focusing coil 19 Insulating part 20 Counter electrode power source 21 Reactive gas 22 Inert gas 23 Outlet hole 24 Inert gas introduction nozzle 25 Gas nozzle

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバー内で膜材料を溶解・蒸発
させて基板に向かう蒸発流を形成し、真空チャンバー内
に反応ガスを導入し、プラズマ銃により前記蒸発流と交
差するプラズマを発生させ、対向電極により前記プラズ
マ内の電子を呼び寄せて前記蒸発流及び前記反応ガスを
正にイオン化し、イオン化した蒸発流及び反応ガスを負
に印加した基板に衝突・凝固させて基板上に絶縁膜を成
膜するイオンプレーティング装置において、 前記対向電極の電極面で10-3torr以上の圧力となるよ
うに前記電極面を不活性ガスで覆うガス膜装置を備え
る、ことを特徴とするイオンプレーティング装置。
1. A film material is melted and evaporated in a vacuum chamber to form an evaporation flow toward a substrate, a reaction gas is introduced into the vacuum chamber, and a plasma gun is used to generate plasma intersecting the evaporation flow. Electrons in the plasma are attracted by the counter electrode to positively ionize the vaporization flow and the reaction gas, and the ionized vaporization flow and the reaction gas are collided and solidified on the substrate to which the negative is applied to form an insulating film on the substrate. An ion plating apparatus for forming a film, comprising: a gas film apparatus for covering the electrode surface of the counter electrode with an inert gas so that a pressure of 10 -3 torr or more is provided on the electrode surface of the counter electrode. .
【請求項2】 前記ガス膜装置は、対向電極の電極面に
設けられたガス吹出孔と、前記対向電極の内部を通して
前記ガス吹出孔に不活性ガスを供給するガス供給装置と
からなり、これにより不活性ガスを対向電極の内部から
ガス吹出孔を通して対向電極の電極面に吹き出させる、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオンプレーティン
グ装置。
2. The gas film device comprises a gas blowout hole provided on an electrode surface of a counter electrode, and a gas supply device for supplying an inert gas to the gas blowout hole through the inside of the counter electrode. To blow an inert gas from the inside of the counter electrode to the electrode surface of the counter electrode through the gas outlet holes.
The ion plating device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記ガス膜装置は、対向電極の電極面に
沿って不活性ガスを流すように設けられたガスノズル
と、該ガスノズルに不活性ガスを供給するガス供給装置
とからなり、これにより不活性ガスを対向電極の電極面
に沿って吹き付ける、ことを特徴とする請求項1に記載
のイオンプレーティング装置。
3. The gas film device comprises a gas nozzle provided so as to flow an inert gas along the electrode surface of the counter electrode, and a gas supply device for supplying the inert gas to the gas nozzle. The ion plating device according to claim 1, wherein an inert gas is blown along the electrode surface of the counter electrode.
【請求項4】 前記不活性ガスはアルゴンガスである、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のイオンプレー
ティング装置。
4. The inert gas is argon gas.
The ion plating device according to claim 2 or 3, characterized in that.
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