JPH073442A

JPH073442A - 蒸着装置

Info

Publication number: JPH073442A
Application number: JP16953493A
Authority: JP
Inventors: Junichi Shimizu; 潤一清水; Takuji Oyama; 卓司尾山; Yukio Yoshikawa; 幸雄吉川; Naoki Hashimoto; 直樹橋本; Eiji Shidouji; 栄治志堂寺
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-01-06

Abstract

(57)【要約】【構成】永久磁石７ａ、７ｂの同極の磁極を対向して配
置したことを特徴とするアーク放電プラズマ流を利用す
る蒸着装置。【効果】原料の使用効率が良く、稼動率が高く、量産用
として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク放電を利用し
た、イオンプレーティングを含む蒸着装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学薄膜、装飾用薄膜、ハー
ドコーティング用薄膜、フラットパネルディスプレイ用
薄膜等の成膜装置として蒸着装置が広く使われている。
また最近では、ホローカソード型ガンや、圧力勾配型プ
ラズマガンを備え、アーク放電により発生したプラズマ
流を磁界により原料まで導いて原料を加熱したり、該プ
ラズマ流の高い反応性を利用してイオンプレーティング
を高速に行なう蒸着装置（以下、蒸着装置）が開発され
ている（特開平２−１０１１６０号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式の蒸着装置はバッチ式のものは知られているが、量産
用の連続成膜装置として使用できるものはない。この蒸
着装置を、量産用連続成膜装置として実現するためには
次のような問題点がある。

【０００４】量産用の連続成膜装置では、一度仕込んだ
蒸着原料でなるべく多くの基板への成膜を行なうことが
装置稼動率向上のために重要である。そのためには、原
料容器の容積を大きくしたり、自動的に原料を供給する
機構などを組み込んで、多くの原料を仕込めるように構
成すると共に、広範囲の原料を加熱できるように構成し
なくてはならない。通常、電子ビーム蒸着等では、磁界
を規則的に変化させて、加速した電子を原料に対して掃
引して当てるなどの方法で、原料を均一かつ広範囲に加
熱するのが一般的手法である。

【０００５】しかしながら、アーク放電を利用したプラ
ズマ流による蒸着装置の場合では、磁界を使ってプラズ
マを移動させるに足りる掃引コイルは、大型になり装置
構成上、空間的、経済的な面で不利である。

【０００６】従って、プラズマ流を原料に導く磁界を発
生するために配置した、原料容器の下方の永久磁石を単
純に大きくしたり、比較的小さな磁石を分散して配置す
るなどして、なるべく広範囲にプラズマを照射する工夫
が提案されている。しかしながら、この方法は、プラズ
マ流を照射する面積が大きくなる反面、プラズマの密度
が小さくなり、原料を加熱するのに影響が大である単位
面積当たりの加熱電力が低下するし、また、単純にプラ
ズマ流の照射される面積を大きくすると、原料容器にも
プラズマ流が当たり、その結果、原料に電力が投入でき
なくなってしまうため、蒸発速度の低下を招くという欠
点があった。

【０００７】これは、プラズマガンへの投入電力を増し
てプラズマ流の密度を増したり、磁石をなるべく原料表
面に近付けて原料表面の磁界を強くすることでも解決す
るが、実際は、プラズマガンの投入電力には限界がある
し、磁石を原料表面に近付けるようにすると、原料容器
の深さを浅く、即ち、容積を小さく構成しなければなら
ないし、磁石が近付きすぎると磁石表面では磁束密度が
最大になるため、かえってプラズマが極部的に集中して
しまうという欠点が有り、量産用の連続成膜装置を実現
するためには問題であった。

【０００８】つまり、原料容器の容積をなるべく大きく
し、プラズマを原料に照射する面積をなるべく広くした
上で、蒸発原料面でのプラズマの加熱電力密度を大き
く、均一にする必要があった。それには、原料蒸発面で
の磁力線密度を大きく、均一になるようにすればよい
が、従来から知られている方法では、プラズマ流が原料
容器に当たらない程度の形状の磁石で、磁石単体の磁界
強度を上げるしか方法はなく、量産用の連続成膜装置を
実現するためには困難であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、真空蒸着により薄膜
を形成する成膜室と成膜室内に配置した被成膜基体と、
基板の下方に配置した蒸着原料及び原料容器と、蒸着原
料を加熱する手段をアーク放電プラズマを発生するプラ
ズマガンと、該プラズマガンによるプラズマ流を原料容
器内の蒸着原料に導くために原料容器の下方に複数個の
永久磁石とを配置した蒸着装置において、これら複数個
の該永久磁石をその同極の磁極を対向する様に配置した
ことを特徴とする蒸着装置を提供するものである。

【００１０】本発明において用いる永久磁石は、永久磁
石の分割数や分割の形状が限定されるものではなく、幾
つであっても、どのように分割されたものでもよい。原
料容器は、原料の使用効率を上げるため、左右方向に揺
動する機構を組み合わせたり、原料容器を円形状とする
こともできる。また、プラズマガンからでたプラズマ流
の面積も広げるため、プラズマをシート状に変形する磁
場形成手段を設けることも好ましく用いられる。本発明
における永久磁石の位置は、特に限定されないが、原料
容器に対して垂直に移動できる機構と組み合わせて移動
可能にしたり、また、成膜室の外側に配置することなど
が好ましい。

【００１１】プラズマガンは、特に限定されず、プラズ
マ流を発生できるものであればよく、例えば、ホローカ
ソード型プラズマガンや、複合陰極型プラズマガン、圧
力勾配型プラズマガンなどが挙げられる。

【００１２】基板の形状は、特に限定されるものではな
く、平板状あるいは局面状の基板やフィルム状のものな
どが使用できる。また、基板の材質も、特に限定される
ものではなく、ガラス、プラスチックなどが使用でき
る。なお、基板がフィルム状の場合はフィルムを巻取る
機構を成膜室内に組み入れてもよい。

【００１３】

【作用】原料の使用効率を上げ、同時にプラズマの収束
度を上げるためには、原料に照射されるプラズマ流の形
状としては、基板の幅方向（図１では紙面と垂直な方
向）に長い線状もしくは短辺の短い長方形状とする方法
が最もよい。即ち、基板上の膜厚を幅方向により均一に
できるという利点がある上、原料容器をそのプラズマに
対して揺動させたり、原料を供給したりすれば、原料の
使用効率を向上できる。

【００１４】なお、図１において、８はプラズマガンに
導入する放電ガス導入口、９は成膜室に導入する反応ガ
スの導入口、１０は、コイル６及びコイル１２と永久磁
石７ａ、７ｂによって原料３に導かれたプラズマ流を示
している。原料３に照射されるプラズマ流１０の形状と
電力密度は、主として原料容器４の下方に配置した永久
磁石７によって形成される磁力線の形状と磁束密度によ
り決定される。

【００１５】本発明においては同極を対向させた２つの
磁石が、反発することで作り出す磁界によって、最適な
磁力線の形状と磁束密度を実現することができる。図５
（ａ）は、従来例であり、即ち、１つの磁石７とコイル
６及びコイル１２によって形成される磁力線の形状を計
算し描いたものである。図５（ｂ）は、本発明の例で、
磁石７と同じ強さの２つの磁石７ａと７ｂとコイル６及
びコイル１２によって形成される磁力線の形状を計算し
描いたものである。

【００１６】プラズマ流は、この磁力線の形状に沿って
形成されると考えられる。この計算結果では、原料面で
の磁束密度が同じになる領域が本発明の方が約２０％小
さくできる。これらの計算例と同じ寸法で構成した場合
に、実際の原料にプラズマが加熱した跡を図６（ａ）と
図６（ｂ）に示す。このように原料の加熱される面積を
楕円状から長方形状にすることができる。

【００１７】また、１個の磁石で構成するよりも、強い
磁界を得ることができるので、磁石を原料容器から離し
て配置できるという利点もある。さらに、より強い磁界
を原料面で得るには、従来のように磁極を原料容器側に
向けた磁石で構成した場合は、磁石全体を原料容器に近
付ける必要があるが、本発明では、原料容器との距離を
変えなくても、２個の磁石を水平に保ったままで、お互
いの距離を近付けることで実現できるという利点もあ
る。このことは、原料容器に磁石を隣接して配置しなく
ても、所定の磁界を得られるので、図７のように磁石を
成膜室外に配置することも可能となるので、磁石をプラ
ズマや原料容器などの熱の影響を受け難くするように装
置を構成できるので、磁界の低下がない安定な性能を発
揮する装置を実現することができる。

【００１８】また、磁石を真空雰囲気外に配置できると
いうことは、磁石と原料容器との距離、及び２個の磁石
の距離の調整が簡便にできるので、成膜諸条件の調整が
蒸着中でも行なえるという利点がある。さらに、原料容
器の深さを深く構成しても所定の磁界が得られるので、
容積を大きくすることができ、量産用の連続成膜装置を
実現するのに有利である。

【００１９】

【実施例】

実施例１図１は本発明にかかる蒸着装置の第１の実施例の断面図
であり、図８は従来の装置の断面図である。図１に示す
ように、本発明にかかる蒸着装置においては、成膜室１
と、その内部に成膜面を下に向けた状態の基板２と、そ
の下方に原料３と、その原料容器４を配置し、プラズマ
ガン５からプラズマを成膜室１側に導くための磁場発生
手段であるコイル６及びコイル１２と、そのプラズマを
原料３に導くための磁場発生手段である２個の永久磁石
７ａ、７ｂを、同極の磁極を対向して配置し、原料容器
４の下に配置する。永久磁石７ａ、７ｂの間隔は、お互
いに水平を保ったまま可変できることが好ましい。本発
明において、磁石７ａ、７ｂの大きさは、特に限定され
るものではなく、原料容器の大きさ、及びプラズマ流の
原料に届くまでの大きさによって決めてよい。

【００２０】実施例２図２は本発明の蒸着装置の第２の実施例の永久磁石であ
る。本発明は、第１の実施例の永久磁石７ａ、７ｂを、
各々同様に３分割し、７１ａ、７２ａ、７３ａと７１
ｂ、７２ｂ、７３ｂとにしたものである。各々の分割さ
れた永久磁石の、７１ａと７１ｂ、７２ａと７２ｂ、７
３ａと７３ｂの間隔は、お互いに水平を保ったまま独立
に可変できることが好ましい。本発明においては、磁石
の分割数は限定されるものではなく、幾つであってもよ
い。この磁石を使用した場合の原料にプラズマが加熱し
た跡を図６（ｃ）に示す。中心部の磁石のみ間隔を短く
することにより、磁束密度を増して原料の使用効率を更
に向上できる。

【００２１】実施例３図３は本発明の蒸着装置の第３の実施例の永久磁石であ
る。本発明は、第１の実施例の永久磁石を４個の直方体
７ａ、７ｂ、１１ａ、１１ｂとし、全ての磁石の同じ磁
極が内側に成るような方向で、四辺形を構成するように
配置したものである。各々相対する辺を構成する永久磁
石７ａと７ｂ、１１ａと１１ｂの間隔は、お互いに水平
を保ったまま可変できることが好ましい。この磁石を使
用した場合の原料にプラズマが加熱した跡を図６（ｄ）
に示す。端部の磁石１１ａ、１１ｂにより、プラズマ流
の幅が整形でき原料容器の幅をより有効に使用すること
ができる。通常、原料容器４の材料は銅などの金属で構
成するが、抵抗値が低いためプラズマ流が当たると電流
が流れやすく、原料に投入される電力が減少してしま
う。このことは、プラズマ流を原料容器の幅方向に広げ
る時の欠点であったが、この第３の実施例の構成によ
り、原料容器内の原料を有効に利用できる。

【００２２】実施例４図４は本発明の蒸着装置の第４の実施例の永久磁石であ
る。本発明は、第３の実施例の相対する辺を構成する永
久磁石７ａ、７ｂと１１ａ、１１ｂとを各々同様に３分
割し、７１ａ、７２ａ、７３ａと７１ｂ、７２ｂ、７３
ｂと１１１ａ、１１２ａ、１１３ａと１１１ｂ、１１２
ｂ、１１３ｂとにしたものである。各々分割した永久磁
石７１ａと７１ｂ、７２ａと７２ｂ、７３ａと７３ｂ、
１１１ａと１１１ｂ、１１２ａと１１２ｂ、及び１１３
ａと１１３ｂの間隔は、お互いに水平を保ったまま独立
に可変できることが好ましい。この磁石を使用した場合
の原料にプラズマが加熱した跡を図６（ｅ）に示す。中
心部の磁石のみ間隔を短くすることにより、磁束密度を
増して原料の使用効率を更に向上できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のアーク放電プラズマ流による連
続成膜装置は、原料の使用効率が良く、稼動率が高く、
量産用として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施例の装置の断面図。

【図２】本発明にかかる第２の実施例の磁石の全体図。

【図３】本発明にかかる第３の実施例の磁石の全体図。

【図４】本発明にかかる第４の実施例の磁石の全体図。

【図５】（ａ）従来の磁石による磁力線を示す状態図、
（ｂ）本発明にかかる磁石による磁力線を示す状態図。

【図６】（ａ）従来の磁石を用いた場合の原料の加熱状
態を示す状態図、（ｂ）実施例１の磁石を用いた場合の
原料の加熱状態を示す状態図、（ｃ）実施例２の磁石を
用いた場合の原料の加熱状態を示す状態図、（ｄ）実施
例３の磁石を用いた場合の原料の加熱状態を示す状態
図、（ｅ）実施例４の磁石を用いた場合の原料の加熱状
態を示す状態図。

【図７】本発明にかかる実施例の装置の断面図。

【図８】従来の装置の断面図。

【符号の説明】

１：成膜室２：基板３：原料４：原料容器５：プラズマガン６：コイル７，７ａ，７ｂ：磁石７１ａ，７２ａ，７３ａ，７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ：磁
石１１ａ，１１ｂ：磁石１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１１ｂ，１１２ｂ，
１１３ｂ：磁石８：放電ガス導入口と導入方向９：反応ガス導入口と導入方向１０：プラズマ流１２：コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本直樹山形県米沢市八幡原４丁目2837番地10 株式会社旭硝子ファインテクノ内 (72)発明者志堂寺栄治神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空蒸着により薄膜を形成する成膜室と成
膜室内に配置した被成膜基体と、基板の下方に配置した
蒸着原料及び原料容器と、蒸着原料を加熱する手段をア
ーク放電プラズマを発生するプラズマガンと、該プラズ
マガンによるプラズマ流を原料容器内の蒸着原料に導く
ために原料容器の下方に複数個の永久磁石とを配置した
蒸着装置において、これら複数個の該永久磁石をその同
極の磁極を対向するように配置したことを特徴とする蒸
着装置。
【請求項２】前記の対向して配置された永久磁石が各々
２個以上に分割されたことを特徴とする請求項１記載の
蒸着装置。
【請求項３】前記の２個以上に分割された永久磁石の相
対する磁石間の距離が、ある１対の磁石間の距離と他の
１対の磁石間の距離とで異なることを特徴とする請求項
２記載の蒸着装置
【請求項４】前記永久磁石を４個以上の直方体とし、該
永久磁石の同極の磁極を対向して配置し、永久磁石全体
で四辺形を構成するように配置したことをを特徴とする
請求項１記載の蒸着装置。
【請求項５】前記四辺形状に構成された永久磁石の対向
する少なくとも１対の永久磁石が各々２個以上に分割さ
れたことを特徴とする請求項４記載の蒸着装置。
【請求項６】前記の２個以上に分割された永久磁石の相
対する磁石間の距離が、ある１対の磁石間の距離と他の
１対の磁石間の距離とで異なることを特徴とする請求項
５記載の蒸着装置