JPH0633955U - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素に構成されると共に取扱い易く、しかも
磁力線の分布状態を調整可能として材料の蒸気化状態を
改善し得るイオンプレーティング装置を提供するもので
ある。 【構成】 真空容器１０内でルツボ２近傍上に入射ビー
ム方向調整手段としての電磁コイル３を設け、アーク放
電型プラズマ銃１から出射されるプラズマビームを一旦
ルツボ２上で収束させた上で、ルツボ２に対して垂直な
方向で入射させている。これにより、ルツボ２から蒸気
化される成膜材料蒸気が均一化された状態となり、基板
４の表面には均一な膜厚の薄膜が形成される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、真空容器内にて材料の蒸発，イオン化により生成される成膜材料蒸 気粒子を基板の表面にイオンプレーティングにより付着させて金属膜や合金膜を 成膜するイオンプレーティング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種のイオンプレーティング装置には、イオンプレーティングを行う ために、プラズマ源としてアーク放電型プラズマ銃を用いたものがある。このイ オンプレーティングにおいては、真空容器内で蒸気化された材料蒸気をプラズマ によりイオン化し、この成膜材料粒子を真空容器内に設けられた基板の表面に付 着させ、金属膜や合金膜を成膜する。

【０００３】 この為、イオンプレーティング装置は、材料を溶解させるための加熱用電力源 とプラズマを生成するためのプラズマ生成手段とを備える。例えば、ルツボ又は ハース内の材料に単一の金属を用いれば、基板の表面には単一の金属膜が成膜さ れる。又、反応ガスのプラズマを用いた反応イオンプレーティング方法によって 化合物の膜が得られ、又幾つかの異なる金属を用いれば、基板の表面には合金膜 が成膜される。しかも、イオンプレーティングにより成膜された膜は、通常の真 空蒸着によって成膜された膜と比べ、緻密で密着性に優れた膜質を容易に得られ るという利点がある。

【０００４】 ところで、一般に金属を加熱させる手段としては、抵抗加熱，誘導加熱，電子 銃（ＥＢ）による加熱，アーク放電［例えばホローカソード銃による放電，圧力 勾配型銃（浦本ガンとも呼ばれる）による放電，マルチアーク放電］等が挙げら れる。又、プラズマを生成する手段としては、ＤＣグロー放電，ＲＦ放電，マイ クロ波放電，ＥＣＲ放電，ＤＣアーク放電等が挙げられる。

【０００５】 そこで、イオンプレーティングには、このような各加熱手段や各プラズマ生成 手段を組み合わせた種々の方法が提案されている。ここでは工業的利用上の理由 により、ＥＢ＋ＲＦ方式，ＥＢ＋ＤＣアーク方式，ホローカソード（ＨＣＤ）方 式，及び圧力勾配型プラズマ銃方式を説明する。

【０００６】 ＥＢ＋ＲＦ方式とＥＢ＋ＤＣアーク方式とは、ＥＢを用いて材料を蒸発させ、 更にプラズマ発生源として、それぞれＲＦ放電やＤＣアーク放電を用いたもので ある。ＨＣＤ方式は、金属パイプを陰極とし、蒸発化させる材料を装填したルツ ボ又はハースを陽極としてアーク放電を行わせ、このときに生じる熱とプラズマ とにより金属の蒸気化，イオン化を同時に行わせるものである。圧力勾配型プラ ズマ銃方式は、基本的にＨＣＤ方式と同様であり、陰極のガンと陽極のルツボ又 はハース（以下は、ルツボのみを用いた場合として説明する）との間でアーク放 電を行わせ、材料の蒸気化，イオン化を同時に行わせるものである。

【０００７】 このうち、圧力勾配型プラズマ銃方式は、他のイオンプレーティング方法に比 べ、陰極が長寿命となる上、プラズマの形状を磁場により調整制御できる長所が ある。又、圧力勾配型プラズマ銃方式は、酸素ガスのプラズマを使用しても陰極 が損傷せず、しかもイオン化を図るためのプラズマ発生手段として他のイオンプ レーティング方法で別途に要する電極を必要としない。

【０００８】 このような理由により、圧力勾配型プラズマ銃方式によるイオンプレーティン グは、装置を構成するに際し、他の方法によるイオンプレーティング装置よりも 生産性や設備設定の都合等で有利になっている。

【０００９】 図３は、圧力勾配型プラズマ銃方式による反応イオンプレーティングを採用し たイオンプレーティング装置の基本構成を側断面図により示したものである。こ のイオンプレーティング装置は、内部が真空雰囲気に保たれ、反応ガスを供給す るガス供給口Ｅが設けられた真空容器１０と、この真空容器１０内に設けられ、 充填された材料を溶解，蒸発させるルツボ２と、真空容器１０内の所定位置に配 置され、材料蒸気が付着する基板４とを備えている。

【００１０】 又、真空容器１０には装着口Ｆが設けられ、この装着口Ｆには所定間隔を有し て対向配置された陰極部１ａ、及び永久磁石１ｂとリング状の電磁コイル１ｃを 含む中間電極とを備え、陰極部１ａで生成されたビームを永久磁石１ｂ及び電磁 コイル１ｃにより収束させ、ルツボ２上に導き、真空容器１０内のルツボ２との 間にプラズマＰを生成する１つのアーク放電型プラズマ銃（ビーム発生器）１が 装着されている。尚、真空容器１０外の装着口Ｆ近傍にはプラズマＰをガイドす るための電磁コイル６が設けられている。

【００１１】 更に、ルツボ２とアーク放電型プラズマ銃１との間には、電源部を備え、これ らルツボ２及びアーク放電型プラズマ銃１に電力を供給する放電回路１００が接 続されている。尚、真空容器１０には排気口Ｈが設けられている。ルツボ２は永 久磁石２ｃを備え、電気的な陽極を形成している。

【００１２】 このような構成によるイオンプレーティング装置は、放電回路１００によりル ツボ２及びアーク放電型プラズマ銃１間に電力を供給すると、真空容器１０内で プラズマＰが生成され、材料蒸気がこのプラズマＰ中にてイオン化されて成膜材 料粒子が生成される。これにより、基板４の表面には成膜材料粒子が付着し、成 膜される。尚、図４は、ルツボ２近傍の磁力線Ｓを示したものである。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

上述した圧力勾配型プラズマ銃やＨＣＤ銃等のアーク放電型プラズマ銃を用い たイオンプレーティング装置の場合、放電回路１００にてルツボ２に印加する電 流を適度なものにすれば、図４に示す如く分布状態の良い磁力線Ｓが得られるが 、実際には一旦真空容器１０内でプラズマＰが形成されると、プラズマＰを形成 するプラズマビームＢの周囲には図５に示す如く、その進行方向の回りに合成磁 界Ｈが発生し、これによりプラズマビームＢは合成磁界Ｈに沿ってこれに規制さ れながら進行することになる。

【００１４】 この合成磁界Ｈは、図６に示す如く、圧力勾配型プラズマ銃の出力を次第に上 げてルツボ２に印加されるビーム電流を変化させるとき、ビーム電流が小さいと きには、磁力線Ｓの分布状態を良くしてルツボ２に入射させるプラズマビームＢ の方向を良好な状態にすることができるが、例えば材料の溶解・蒸発を早め、し かもイオン化の促進を図る為、圧力勾配型プラズマ銃の出力を急激に上げてルツ ボ２に印加されるビーム電流を大きくすると、磁力線Ｓの分布状態が悪くなって その方向がルツボ２に対してかなり捩れて傾いたプラズマビームＢ´の状態にな ってしまう。

【００１５】 このように、ルツボ２に対するビーム電流が大きい状態でイオンプレーティン グを行うと、図７に示す如く、プラズマビームＢはプラズマ電子による衝突の影 響を受けて傾斜されたままでルツボ２内に充填された材料５に対して入射される 。この結果、材料５はその表面が斜めに押し込まれた状態となる。更に、このよ うに材料５の表面が押し込まれた状態で蒸気化が進むと、成膜材料蒸気Ｇの生成 分布に偏りが生じ、基板に成膜される薄膜の膜厚にムラを生じ易くなる。

【００１６】 要するに、ビーム電流の増加に伴って材料蒸気の発生方向が次第に傾斜される が、材料蒸気が傾斜された状態では、イオンプレーティングの有効的な利用が損 なわれる同時に、真空容器の内面に材料蒸気が付着され易くなるので、メンテナ ンスの頻度も高くなってしまう。

【００１７】 本考案は、かかる問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、簡 素に構成されると共に取扱い易く、しかも磁力線の分布状態を調整可能として材 料の蒸気化状態を改善し得るアーク放電型プラズマ銃を用いたイオンプレーティ ング装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば、ビーム発生器からビーム状のプラズマを発生させ、該プラズ マを用いてイオンプレーティングを行うと共に、材料を保持するルツボ又はハー スを備えたイオンプレーティング装置において、ルツボ又はハースにプラズマビ ームの入射方向を調整する入射ビーム方向調整手段を備えたイオンプレーティン グ装置が得られる。

【００１９】 又、本考案によれば、真空容器内に設けられ、充填された材料を溶解，蒸発さ せるルツボ又はハースと、真空容器の装着口に装着され、ルツボ又はハース上に ビームを出射し、該真空容器内で該ルツボ又はハースとの間にプラズマを生成す るアーク放電型プラズマ銃と、真空容器内に設けられた基板と、材料蒸気をプラ ズマ中にてイオン化し、基板の表面に付着させてイオンプレーティングを行わせ るべく、ルツボ又はハースとアーク放電型プラズマ銃とに供給する電力を調整す る放電回路とを備え、ルツボ又はハースは、更にビームの入射方向を調整する入 射ビーム方向調整手段を備えたイオンプレーティング装置が得られる。

【００２０】 更に、本考案によれば、上記イオンプレーティング装置において、入射ビーム 方向調整手段は、電磁コイルを含むイオンプレーティング装置が得られる。

【００２１】

【作用】

本考案のイオンプレーティング装置においては、アーク放電型プラズマ銃から 出射されるプラズマビームを捩れて傾いた状態でルツボ又はハースに入射させる ことなく、ルツボ又はハース近傍に設けた電磁コイル（入射ビーム方向調整手段 ）で一旦ルツボ又はハース上でプラズマビームを収束させた上で、ルツボに対し て垂直な方向で入射させている。これにより、ビーム周囲の磁力線の分布状態が 調整され、プラズマビームが良好な状態で材料に入射される為、ルツボから蒸気 化される成膜材料蒸気が均一化された状態となる。

【００２２】

【実施例】

以下に実施例を挙げ、本考案のイオンプレーティング装置について図面を参照 して詳細に説明する。図１は、圧力勾配型プラズマ銃方式による反応イオンプレ ーティングを採用した本考案の一実施例であるイオンプレーティング装置の基本 構成を側断面図により示したものである。

【００２３】 このイオンプレーティング装置も、内部が真空雰囲気に保たれ、反応ガス供給 するガス供給口Ｅが設けられた真空容器１０と、この真空容器１０内に設けられ 、充填された材料を溶解，蒸発させるルツボ２と、真空容器１０内の所定位置に 配置され、材料の蒸発，イオン化により生成される成膜材料粒子が付着される基 板４とを備えている。

【００２４】 又、真空容器１０には装着口Ｆが設けられ、この装着口Ｆには所定間隔を有し て対向配置された陰極部１ａ、及び永久磁石１ｂとリング状の電磁コイル１ｃと を備え、陰極部１ａで生成したプラズマビームを永久磁石１ｂ及び電磁コイル１ ｃ間で収束させ、ルツボ２上に出射させて真空容器１０内のルツボ２との間にプ ラズマＰを生成するアーク放電型プラズマ銃１が装着されている。尚、真空容器 １０外の装着口Ｆ近傍にはプラズマＰをガイドするための電磁コイル６が設けら れている。

【００２５】 更に、ルツボ２とアーク放電型プラズマ銃１との間には、電源部を備え、これ らルツボ２及びアーク放電型プラズマ銃１に電力を供給する放電回路１００が接 続されている。尚、真空容器１０には排気口Ｈが設けられている。ここでもルツ ボ２は、電気的に陽極に形成されている。

【００２６】 加えて、ルツボ２上の近傍には、ビーム周囲の磁力線の分布状態を調整するこ とで、ビームの入射方向を調整可能な入射ビーム方向調整手段として、リング状 の電磁コイル３が設けられている。

【００２７】 このような構成によるイオンプレーティング装置は、放電回路１００によりル ツボ２及びアーク放電型プラズマ銃１に電力を供給すると、真空容器１０内でプ ラズマＰが生成され、材料の蒸気化された蒸気がこのプラズマＰ中にてイオン化 されて成膜材料粒子が生成される。これにより、基板４の表面には成膜材料粒子 が付着され、薄膜が形成される。

【００２８】 ところで、このイオンプレーティング装置は、上述した如く、ルツボ２上の近 傍に電磁コイル３を設けてビーム周囲の磁力線の分布状態を調整している（図２ 参照）ので、プラズマＰの形状は図３に示したものと比べてルツボ２内に向けて 窄められた形状に変形している。

【００２９】 図２は、材料の蒸発時におけるルツボ２近傍の磁力線Ｓを示したものである。 ここでは、放電回路１００にてルツボ２に印加する電流を適度なものにすると、 電磁コイル３から発生される磁界の影響によりビーム周囲の磁力線Ｓの分布状態 が調整され、図示の如くルツボ２に対して垂直方向に磁力線Ｓが入射されること を説明している。これにより、プラズマビームは不要に傾斜されずに材料の表面 に入射するので、ルツボ２から蒸気化されて生成される成膜材料蒸気が均一化さ れる。この結果、基板４の表面には均一な膜厚の薄膜が形成される。

【００３０】 尚、実施例のイオンプレーティング装置は、圧力勾配型プラズマ銃方式による ものとしたが、これに代えてＨＣＤ方式にしても同等なイオンプレーティング装 置が構成される。又、ルツボ２に代えてハースを使用することもできるので、本 考案は実施例に限定されない。

【００３１】

【考案の効果】

以上のように、本考案のイオンプレーティング装置によれば、ルツボ又はハー ス上の近傍に入射ビーム方向調整手段を設けてビーム周囲の磁力線の分布状態を 調整可能にし、プラズマビームを不要に傾斜させずに材料の表面に入射させてい るので、ルツボ又はハースから蒸気化される成膜材料蒸気が均一化され、基板の 表面に均一な膜厚の薄膜を形成できるようになる。加えて、本考案のイオンプレ ーティング装置の場合も、装置を構成するに際し、アーク放電型プラズマ銃を用 いない他の方法によるイオンプレーティング装置よりも、生産性や設備設定の都 合等で有利となる。このように、本考案のイオンプレーティング装置は非常に利 用価値が高いものになっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例であるイオンプレーティング
装置の基本構成を示す側断面図である。

【図２】図１に示すイオンプレーティング装置に備える
ルツボ近傍における材料の蒸発時の磁力線の方向を説明
するために示したものである。

【図３】従来のイオンプレーティング装置の基本構成を
示す側断面図である。

【図４】図３に示すイオンプレーティング装置に備える
ルツボ近傍における材料の蒸発時の磁力線の方向を説明
するために示したものである。

【図５】図３に示すイオンプレーティング装置に備える
ルツボ近傍におけるプラズマビームの流れと発生する合
成磁界及び磁力線との関係を説明するために示したもの
である。

【図６】図３に示すイオンプレーティング装置に備える
ルツボ近傍におけるプラズマビームの流れの変化と印加
電流との関係を説明するために示したものである。

【図７】図３に示すイオンプレーティング装置に備える
ルツボ近傍における材料の蒸発時に係るプラズマビーム
の方向を説明するために示したものである。

【符号の説明】

１ アーク放電型プラズマ銃 ２ ルツボ ２ｃ 永久磁石 ３，６ 電磁コイル ４ 基板 ５ 材料 １０ 真空容器 １００ 放電回路 Ｐ プラズマ Ｓ 磁力線 Ｇ 成膜材料蒸気

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビーム発生器からビーム状のプラズマを
   発生させ、該プラズマを用いてイオンプレーティングを
   行うと共に、材料を保持するルツボ又はハースを備えた
   イオンプレーティング装置において、前記ルツボ又はハ
   ースに前記プラズマビームの入射方向を調整する入射ビ
   ーム方向調整手段を備えたことを特徴とするイオンプレ
   ーティング装置。
2. 【請求項２】 真空容器内に設けられ、充填された材料
   を溶解，蒸発させるルツボ又はハースと、前記真空容器
   の装着口に装着され、前記ルツボ又はハース上にビーム
   を出射し、該真空容器内で該ルツボ又はハースとの間に
   プラズマを生成するアーク放電型プラズマ銃と、前記真
   空容器内に設けられた基板と、前記材料蒸気を前記プラ
   ズマ中にてイオン化し、前記基板の表面に付着させてイ
   オンプレーティングを行わせるべく、前記ルツボ又はハ
   ースと前記アーク放電型プラズマ銃とに供給する電力を
   調整する放電回路とを備え、前記ルツボ又はハースは、
   更に前記ビームの入射方向を調整する入射ビーム方向調
   整手段を備えたことを特徴とするイオンプレーティング
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のイオンプレーティ
   ング装置において、前記入射ビーム方向調整手段は、電
   磁コイルを含むことを特徴とするイオンプレーティング
   装置。