JPH07188920A - イオンミキシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １つのイオン源とスパッタターゲットでイオ
ンミキシングによる被膜を形成し、かつ蒸着粒子と照射
イオンの比率を設定した値に長時間に渡り安定させ均質
な被膜を形成する。 【構成】 １つのイオンビームの照射範囲内に、スパッ
タターゲットと被処理材を設置し、スパッタターゲット
はその表面形状をイオン進行方向に沿って縮小する円錐
台面とし、被処理材はスパッタターゲットの縮小した低
面にイオンビーム進行方向に対し垂直に設置する。ま
た、スパッタターゲットに直流電源を接続し、スパッタ
粒子の発生量を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空中で被処理材に蒸
着粒子を付着させると同時にイオンを照射し被覆処理す
ることで、被処理材に対し膜密着力が大きい等の優れた
膜を被覆することができるイオンミキシング装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図２に示す様に、従来のミキシング装置
は、真空チェンバー内で蒸発源１０から蒸着粒子を発生
させ被処理材７に付着させると同時に、イオン源３から
高エネルギーのイオンビーム５を引き出し、被処理材７
に照射することで被覆処理を行う。かかる装置によっ
て、被処理材７に付着した被膜は、蒸着粒子の堆積と高
エネルギーを有するイオンの照射を受ける。

【０００３】このため、（１）蒸着粒子とイオンとの混
合成分から成る化合物被膜や方向性を有する高エネルギ
ーイオンの作用から膜結晶の成長方向を制御した被膜の
形成ができる。（２）高エネルギーイオンにより，被膜
と被処理材の界面に被処理材７と被膜の成分からなる混
合層が形成されるため、密着力の大きい被膜が形成でき
るなどの優れた特徴がある。

【０００４】しかし、従来のイオンミキシング装置で
は、蒸発源１０とイオン源３の２つのエネルギー源が不
可欠であり、真空蒸着法やイオン蒸着法などの他の被覆
処理方法が蒸発源あるいはイオン源のみの１つのエネル
ギー源で構成されるのに比して、装置構成が複雑になり
高価である。

【０００５】また、均質な膜組成比を得るためには、蒸
着粒子とイオン粒子の比率を長時間、一定に保つことが
必要であるが、多くの蒸発源やイオン源は、それぞれか
ら発生する粒子量が変動するため、粒子量をモニターし
粒子発生量を制御する複雑な運転或いは、制御するため
の付加機器を設置する必要があるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エネルギー源として蒸
発源を不要としイオン源のみでイオンミキシングによる
被膜を形成し、かつ蒸着粒子と照射イオンの比率を設定
した値に長時間安定させることが容易な装置を提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】１つのイオン源から発生
するイオンビームの照射範囲内に、スパッタターゲット
と被処理材を設置し、スパッタターゲットはその表面形
状をイオン進行方向に沿って縮小する円錐台面とし、被
処理材はスパッタターゲットの縮小した低面にイオンビ
ーム進行方向に対し垂直に設置する。

【０００８】また、スパッタターゲットに直流電源を接
続する。

【０００９】

【作用】高エネルギーイオンを材料表面に垂直に照射す
る場合に比べ、斜めに照射すると、イオンによる材料の
スパッタ量が格段に増加する。

【００１０】従って本発明の装置では、スパッタターゲ
ットにはイオンが斜めに照射されるため、スパッタ粒子
が多く発生しその一部が被処理材に堆積する。

【００１１】一方、被処理材に堆積した被膜へはイオン
が垂直に照射されるため、被膜がスパッタ除去される量
は少ない。このため被処理材に被膜が堆積する。

【００１２】堆積した被膜は、イオンの照射を受けるこ
とでイオンミキシング処理される。

【００１３】１つのイオン源から発生するイオンビーム
の照射範囲内に、スパッタターゲットと被処理材を設置
することで、イオン源からのイオン電流が変動してもス
パッタターゲットと被処理材、それぞれに照射するイオ
ンの比率が一定になる。

【００１４】また、スパッタターゲットからのスパッタ
粒子はスパッタターゲットに照射されるイオンの量に比
例することから、被処理材に堆積するスパッタ粒子とイ
オンの量の比率は、イオン電流が変化しても一定とな
る。このため、長時間の運転でも安定した被膜の組成比
が維持できる。

【００１５】また、スパッタターゲットに負電圧を印加
するとスパッタターゲットに照射されるイオンのエネル
ギーが高くなり、スパッタ粒子の発生量が変化する。

【００１６】このため、被処理材へのスパッタ粒子の付
着量を直流電圧で変化させることができ、被膜組成比の
微調整ができる。

【００１７】

【実施例】図１に本発明に従うイオンミキシング装置の
模式図を示す。

【００１８】図中、真空チェンバー１は排気口２から図
示してない真空排気装置で排気され、真空チェンバー１
に接続したイオン源３として、イオンの原料となる金属
をパルス状の真空アーク放電で蒸発しイオン化させ、金
属イオンをパルス状に発生させる金属イオン源を用い
た。

【００１９】真空チェンバー１内には、内面がイオン源
３の方向に広がっている円錐台形状であるスパッタター
ゲット４を円錐台の中心軸をイオンビーム５の中心軸に
合わせて設置し、ターゲット外側は水冷板６で冷却し
た。

【００２０】円錐台ターゲット４の小さい開口部側の円
内に被処理材７をホルダー８に保持した。また、ターゲ
ット４には直流電源９を接続した。

【００２１】ターゲットおよび主な被覆処理条件を表１
に示す。処理条件１，２では、被処理材上にそれぞれ厚
さ３．６μｍと３．１μｍのイオンミキシング皮膜が形
成できた。

【００２２】またＥＰＭＡ面分析を行った結果、被処理
条件１のほうが僅かではあるが、Ｉｒの含有量が多く、
スパッタターゲットに電圧を印加することで膜組成比を
微調整できた。

【００２３】なお、スパッタターゲットの円錐台の高さ
を変えイオンの照射角度を変えることで、スパッタ粒子
の発生量が調節でき、被膜組成比の調節ができる。

【００２４】また、本実施例では円錐台状の内面形状を
有するスパッタターゲットを用いたが、内面形状を角錘
台としても、同様の作用によりイオンミキシング被膜が
形成できる。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明による装置では、従来の装置では
不可欠であった蒸発源が不要であり安価に製作できる。
また、イオン源を有する装置に本発明によるターゲット
を設置することで簡単にイオンミキシングができる装置
に改造できる。

【００２７】さらに、イオン電流が変化するイオン源で
も、蒸着粒子とイオン粒子の比率を一定に維持でき均質
なイオンミキシング処理ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるイオンミキシング装置
の構成を示す模式図。

【図２】従来のイオンミキシング装置図。

【符号の説明】

１ 真空チェンバー ２ 真空排気口 ３ イオン源 ４ スパッタターゲット ５ イオンビーム ６ 水冷板 ７ 被処理材 ８ 被処理材ホルダー ９ ターゲット直流電源 １０ 蒸発源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空中で被処理材にスパッタリング粒子
   を付着させると同時に、イオンを照射するイオンミキシ
   ング装置において、１つのイオンビームの照射範囲内
   に、スパッタターゲットと被処理材を設置し、スパッタ
   ターゲットはその表面形状をイオン進行方向に沿って縮
   小する円錐台面とし、被処理材はスパッタターゲットの
   縮小した底面にイオンビーム進行方向に対し垂直に設置
   することを特徴とするイオンミキシング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオンミキシング装置に
   おいて、スパッタターゲットに直流電源を接続し、被膜
   の組成比を調節する如くなしたことを特徴とするイオン
   ミキシング装置。