JPH0765170B2

JPH0765170B2 - 薄膜形成装置におけるプラズマ走査装置

Info

Publication number: JPH0765170B2
Application number: JP1484492A
Authority: JP
Inventors: 雅男上出; 昌徳新谷
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH05209269A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマガンで発生し
たプラズマビームを陽極に集束させて材料の成膜を行う
薄膜形成装置におけるプラズマ走査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空蒸着，イオンプレーティン
グ，プラズマＣＶＤ等の薄膜形成装置にプラズマビーム
が使用されている。たとえば、図８に示す物理蒸着式薄
膜形成装置１００では、圧力勾配型プラズマガン１０１
で発生したプラズマビーム１０２は、中空コイル１０３
で形成される磁界によって真空容器１０４内に引き出さ
れ、陽極である坩堝１０５下方の永久磁石１０６で形成
される磁界の作用によって上記坩堝１０５に収容されて
いる蒸着材料１０７部に集束し、この蒸着材料１０７を
加熱する。上記プラズマビーム１０２で加熱された蒸着
材料１０７は蒸発し、プラズマビーム１０２の領域を通
過する際に一部電離させられ、材料ホルダ１０８に保持
されている被成膜材料１０９と衝突してこの被成膜材料
の表面に膜を形成する。なお、上記被成膜材料１０９が
接地電位の場合は真空蒸着となり、負電荷の場合はイオ
ンプレーティングとなる。また、長尺薄板の被成膜材料
にプラズマＣＶＤあるいはイオンプレーティング等によ
り連続成膜する場合、２つの細長い永久磁石１１０，１
１１をそれらのＮ極がプラズマビーム１０２を挟んで対
向するように配置し、上記プラズマビーム１０２をシー
ト化させて成膜が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の薄膜形成装置１００では、陽極に集束するプラズマ
ビーム１０２の形状および集束領域は中空コイル１０３
で形成される磁界や陽極部に位置する永久磁石１０６に
より形成される磁界等によって決定されるが、これらの
磁界は常に一定状態となっているので、プラズマビーム
１０２の形状および集束領域は常に不変であった。

【０００４】そのため、被成膜材料１０９表面の膜厚分
布を均一化させるためには、被成膜材料１０９を回転さ
せる以外に方法がなく、特に、被成膜材料１０９が長尺
薄板の場合は被成膜材料を回転させることもできず、実
質的に均一な厚さの膜を形成することは不可能であると
いう問題点を有していた。

【０００５】さらに、複数のプラズマガンを並設して成
膜を行う場合、中空コイル等の寸法上の制約から、プラ
ズマガンを十分接近させることができないために、各プ
ラズマビームの境界部が完全に別れて均一な成膜分布が
得られないという問題点を有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
プラズマビームの集束位置を任意に変化させることが可
能な薄膜形成装置のプラズマ走査装置を提供することを
目的としてなされたもので、中空コイルと同心円的に対
向する電磁石を備えた磁性材製環状体を配設し、上記電
磁石に電源および電源制御装置を接続したものである。
なお、上記対向する電磁石は上記磁性材料製環状体の内
側に複数対個設けてもよい。また、上記磁性材料製環状
体に該環状体の中心を軸として回転する回転機構を備え
てもよい。

【０００７】

【作用】上記プラズマ走査装置では、真空容器内に引き
出されたプラズマビームは、陽極に集束する途中で、上
記電源および電源制御装置によって動作する電磁石で形
成される磁束の方向に偏向させられる。また、対向する
電磁石に印加する電流の方向を変更すると、上記磁束の
方向が変化してプラズマビームの陽極に対する集束位置
が移動する。さらに、対向する電磁石に印加する電流の
大きさを変化させると、磁束密度が変化してプラズマビ
ームの偏向量が電流変化に従って変化する。

【０００８】電磁石を複数対個設けたものでは、電流を
印加する電磁石対を切り換えると、プラズマビームの陽
極に対する集束位置が多段階に変化する。また、環状体
に回転機構を設けたものでは、この環状体を回転させる
と、プラズマビームの収束位置が陽極上で円運動をしな
がら連続的に移動する。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１は本発明に係る物理蒸着式薄膜形
成装置１におけるプラズマ走査装置の第１実施例を示
し、真空容器２は図示しない真空排気装置によって排気
口３より内部の空気が吸引排気され、物理蒸着に適正な
真空度（約１０^-1Ｐａ〜１０^-2Ｐａ）に保たれている。
被成膜材料５を保持する材料ホルダ４は真空容器２の上
部に配置されており、この材料ホルダ４は接地電位でも
負電位でも構わない。蒸着材料７を収容した坩堝６（陽
極）は真空容器２内の下部に配置されている。永久磁石
８は坩堝６の下方に配置されており、Ｓ極が上方に向け
てある。真空容器２の側壁から外方に突出するプラズマ
発射部９の側壁にはプラズマガン１０が設けてあり、こ
のプラズマガン１０には、例えばアルゴン、水素等のプ
ラズマ発生用ガス１１が供給されている。

【００１０】中空コイル１２は図示しない直流電源に接
続され、プラズマ発射部９を囲むように配置されてい
る。磁性材料からなるリング１３は、図２に示すよう
に、内周部に対向する１組の鉄心部１４ａ，１４ｂを設
け、この鉄心部１４ａ，１４ｂにコイル１５ａ，１５ｂ
を巻回して電磁石部Ｍａ，Ｍｂを形成したもので、プラ
ズマ発射部９を囲むように上記中空コイル１２と同心円
的に配置されている。また、上記コイル１５ａ，１５ｂ
はそれぞれ電源１６に接続され、電源制御装置１７から
の信号に基づいてコイル１５ａ，１５に対する電源１６
の出力電流が調整されるようになっている。

【００１１】上記構成を有する物理蒸着式薄膜形成装置
１では、プラズマガン１０で発生したプラズマビームＰ
は、中空コイル１２で形成される磁界によって真空容器
２の内部に引き出され、坩堝６下方の永久磁石８で形成
される磁界によって蒸着材料７に集束し、この蒸着材料
７を加熱する。その結果、加熱された部分の蒸着材料７
は蒸発し、プラズマビームＰの領域を通過する際に一部
電離し、材料ホルダ４に保持されている被成膜材料５と
衝突してその表面に膜を形成する。なお、蒸着の際に、
例えば窒素、酸素等の反応ガス１８を真空容器２内に導
入してもよい。

【００１２】上記真空容器２内に引き出されたプラズマ
ビームＰは、リング１３の中を通過する際に偏向させる
ことができる。例えば、電磁石Ｍａ，Ｍｂのコイル１５
ａ，１５ｂに電流を印加し、電磁石Ｍｂから電磁石Ｍａ
に向かってプラズマビームＰを横断する垂直上向きの磁
束を有する磁界を形成すると、真空容器２内に引き出さ
れたプラズマビームＰは上記磁界によって、点線で示す
プラズマビームＰａのように垂直上向きに偏向させられ
る。次に、この垂直上向きに偏向させられたプラズマビ
ームＰａは、永久磁石８の作る磁束により坩堝６に向か
って偏向させられる。ここで、プラズマビームＰａはプ
ラズマビームＰの上方を移動することからプラズマビー
ムＰよりも永久磁石８から受ける磁力が弱いので、上記
プラズマビームＰの集束位置よりも図上右側つまりプラ
ズマガン１０側から見てより遠くで蒸着材料７に集束す
る。

【００１３】一方、コイル１５ａ，１５ｂに逆方向の電
流を印加し、電磁石Ｍａから電磁石Ｍｂに向かう垂直下
向きの磁束を有する磁界を形成すると、真空容器２内に
引き出されたプラズマビームＰは上記磁界によって、一
点鎖線で示すプラズマビームＰｂのように垂直下向きに
偏向させられる。次に、この垂直下向きに偏向させられ
てプラズマビームＰｂは、永久磁石８の作る磁束により
坩堝６に向かって偏向させられる。ここで、プラズマビ
ームＰｂはプラズマビームＰの下方を移動することから
プラズマビームＰよりも永久磁石８から受ける磁力が強
いので、プラズマビームＰの集束位置よりも図上左側、
つまりプラズマガン１０側から見てより近くで蒸着材料
７に集束する。

【００１４】したがって、電源制御装置１７からの信号
に基づいて電源１６からコイル１５ａ，１５ｂに印加す
る電流の印加方向を周期的に切り換えることにより、プ
ラズマビームＰの蒸着材料７に対する集束位置を前後方
向で変化させて、蒸着材料７の溶解面積を拡大して被成
膜材料５に対する成膜面積を調整することができる。ま
た、コイル１５ａ，１５ｂに印加する電流の方向と大き
さを変化させることにより、つまりコイル１５ａ，１５
ｂの印加電流を例えば正弦波的に変化させることによ
り、プラズマビームＰの収束位置を連続的に変化させる
ことができる。

【００１５】図３は本発明の第２実施例を示す。この図
はリング１３をプラズマガン１０側から見た図で、リン
グ１３の内周部には、上記電磁磁石Ｍａ，Ｍｂのほか
に、鉄心部１４ｃ，１４ｄが左右にそれぞれ形成され、
これら鉄心部１４ｃ，１４ｄにそれぞれコイル１５ｃ，
１５ｄを巻回して電磁石Ｍｃ，Ｍｄが形成されている。
また、コイル１５ｃ，１５ｄは別の電源１６’に接続さ
れ、電源制御装置１７’からの信号に基づいてコイル１
５ｃ，１５ｄに電流を出力するようになっている。

【００１６】上記４つの電磁石Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ
を有するリング１３を設けた物理蒸着式薄膜形成装置で
は、図４に示すように、時刻Ｔ₀〜Ｔ₁において、電源１
６’の出力をオフするとともに、電源１６から電磁石Ｍ
ａ，Ｍｂのコイル１５ａ，１５ｂにそれぞれ電流Ｉ₁を
印加して電磁石Ｍｂから電磁石Ｍａに向かう磁束を形成
すると、プラズマビームＰは垂直上方に偏向し、プラズ
マガン１０側から見て遠くで蒸着材料７に集束する。

【００１７】次に、時刻Ｔ₁〜Ｔ₂において、電源１６か
らコイル１５ａ，１５ｂに対する出力をオフするととも
に、電源１６’からコイル１５ｃ，１５ｄにそれぞれ電
流Ｉ₁を印加して電磁石Ｍｃから電磁石Ｍｄに向かう磁
束を形成すると、プラズマビームＰは進行方向に向かっ
て左側に偏向させられ、プラズマビームＰの集束位置が
蒸着材料７上で同方向に移動する。

【００１８】続いて、時刻Ｔ₂〜Ｔ₃において、電源１
６’の出力をオフするとともに、電源１６からコイル１
５ａ，１５ｂにそれぞれ電流−Ｉ₁を印加して電磁石Ｍ
ａから電磁石Ｍｂに向かう磁束を形成すると、プラズマ
ビームＰはプラズマガン１０側から見てより近くで蒸着
材料７に集束する。

【００１９】そして、時刻Ｔ₃〜Ｔ₄において、電源１６
からコイル１５ａ，１５ｂに対する出力をオフするとと
もに、電源１６’からコイル１５ｃ，１５ｄにそれぞれ
電流−Ｉ₁を印加して電磁石Ｍｄから電磁石Ｍｃに向か
う磁束を形成すると、プラズマビームＰは進行方向に向
かって右側に偏向させられ、プラズマビームＰの集束位
置が同方向に移動する。

【００２０】このように、上記Ｔ₀〜Ｔ₄のサイクルを繰
り返すことによってプラズマビームＰの集束位置、すな
わち蒸着材料７の溶解位置を連続的に変化させ、被成膜
材料５に対する成膜面積を拡大することができる。

【００２１】なお、本実施例では、コイル１５ａ，１５
ｂを電源１６に接続し、コイル１５ｃ，１５ｄを別の電
源１６’に接続するものとしたが、コイル１５ｃ，１５
ｄも電源１６に接続し、コイル１５ａ，１５ｂに対する
出力とコイル１５ｃ，１５ｄに対する出力を電源制御装
置１７の出力信号に基づいて切り換えるようにしてもよ
い。

【００２２】また、プラズマビームＰの偏向量および集
束位置の振れ幅、並びに集束位置での滞留時間は電源１
６，１６’の出力を調整することによって任意に調整す
ることができる。

【００２３】さらに、上記第１実施例ではリング１３の
内側に１組の電磁石Ｍａ，Ｍｂを設けた場合を説明し、
第２実施例ではリング１３の内側に２組の電磁石部Ｍ
ａ，Ｍｂと電磁石部Ｍｃ，Ｍｄを設けた場合について説
明したが、リング１３には更に多数組の電磁石を設けて
よく、電磁石の数が多くなるほどプラズマビームＰの集
束位置を細かく移動させて成膜制御性を高めることがで
きる。

【００２４】さらにまた、電源１６，１６’は直流電源
である必要はなく、直流電源と交流電源の両方を備え、
直流に交流を重畳した電流を印加するようにしてもよ
い。

【００２５】第３実施例の物理蒸着式薄膜形成装置を図
５，６に示す。この物理蒸着装置では、１組の電磁石Ｍ
ａ，Ｍｂを有するリング１３の外周部にギヤ部２３が形
成されている。また、制御装置２１に駆動制御されるモ
ータ２０の駆動軸に連結したウォーム２２が上記ギヤ部
２３に噛合させてある。以上の構成を有する物理蒸着式
薄膜形成装置では、コイル１５ａ，１５ｂに電流を印加
して電磁石Ｍａと電磁石Ｍｂの間に磁束を形成した状態
でモータ２０を駆動すると、リング１３が回転し、プラ
ズマビームＰの偏向方向が連続的に変化してプラズマビ
ームＰの蒸着材料７に対する集束位置が連続的に変化す
る。なお、リング１３の回転速度を位置によって変化さ
せたり、特定の位置で一時的に停止させたりすることに
より、被成膜材料５における特定の場所の成膜を厚くす
ることも可能である。

【００２６】第４実施例の物理蒸着式薄膜形成装置を図
７に示す。この装置は、プラズマガン１０を左右に２台
並設しており、一方のリング１３では電磁石Ｍａ，Ｍｂ
が左右に配置され、他方のリング１３’では電磁石Ｍ
ａ’，Ｍｂ’が左右に配置されており、図中左側のリン
グ１３では左側の電磁石Ｍａから右側の電磁石Ｍｂに向
かって磁束が形成され、図中右側のリング１３’では右
側の電磁石Ｍｂ’から左側の電磁石Ｍａ’に向かって磁
束が形成されている。したがって、左側のプラズマガン
から発射されたプラズマビームＰは図上右側に偏向し、
右側のプラズマビームから発射されたプラズマビーム
Ｐ’は図上左側に偏向して、それぞれのプラズマビーム
Ｐ，Ｐ’が蒸着材料の同一領域に集束する。そのため、
蒸着材料７の蒸発が促進され、成膜速度が上昇する。

【００２７】なお、被成膜材料５が長尺薄板で長手方向
に板幅が変化する場合、板幅の変化に応じてコイル１５
ａ，１５ｂおよび／またはコイル１５ａ’，１５ｂ’に
対する電流値を変化させることによって、蒸着材料７の
蒸発面積を変化させて、被成膜材料５に最適な蒸発面積
を確保することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る薄膜形成装置におけるプラズマ走査装置では、対向
する電磁石を備えた磁性材製環状体を中空コイルと同心
円的に配設するとともに、上記電磁石を電源および電源
制御装置に接続している。

【００２９】したがって、本発明の薄膜形成装置によれ
ば、電源制御装置からの信号に基づいて電源の出力、例
えば電磁石のコイルに対する印加電流の大きさまたは方
向を調整することにより、陽極に対するプラズマビーム
の集束位置，滞留時間を調整し、被成膜材料に対する成
膜面積，膜厚，膜厚分布等を自由に調整することができ
る。また、長さ方向で板幅が変化する長尺薄板を連続成
膜する場合でも、その板幅に応じてプラズマビームの集
束領域を調整でき、適正な膜厚分布および膜厚を確保す
ることができる。さらに、プラズマガンを並設して成膜
を行う場合、中空コイル等の寸法上の制約を受けること
なくプラズマガンを十分近づけて複数のプラズマビーム
を同一領域に集束でき、成膜速度の上昇を図ることがで
きる。

【００３０】また、環状体の内側に複数対個の電磁石を
設けたものでは、これら電磁石対を順番に動作させるこ
とによりプラズマビームの集束位置を細かく変化させる
ことができ、より細かな膜厚制御が可能となる。

【００３１】さらに、環状体の回転機構を有するもので
は、この環状体の回転状態を制御することによりプラズ
マビームの集束位置を陽極上で連続的あるいは間欠的に
変化させることができ、より細かな膜厚制御が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成装置の概略構成を示す
断面図である。

【図２】環状体の正面図である。

【図３】環状体の他の実施例を示す正面図である。

【図４】コイルに印加する電流の変化を示す図であ
る。

【図５】薄膜形成装置の他の実施例の概略構成を示す
図である。

【図６】環状体を回転させる機構を示す概略構成図で
ある。

【図７】並設したプラズマガンから発射したプラズマ
ビームの正面図である。

【図８】従来の薄膜形成装置の概略構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

２…真空容器、１０…プラズマガン、１２…中空コイ
ル、１３…リング、１４ａ，１４ｂ…鉄心部、１５ａ，
１５ｂ…コイル、１６…電源、１７…電源制御装置、Ｐ
…プラズマビーム、Ｍａ，Ｍｂ…電磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマガンで発生したプラズマビーム
を中空コイルで形成された磁界によって真空容器内に引
き出し、このプラズマビームを磁石で形成された磁界に
よって陽極に集束させるようにした薄膜形成装置におい
て、上記中空コイルと同心円的に対向する電磁石を備え
た磁性材製環状体を配設し、上記電磁石に電源および電
源制御装置を接続したことを特徴とする薄膜形成装置に
おけるプラズマ走査装置。
【請求項２】上記対向する電磁石が上記磁性材料製環
状体に複数対個設けてあることを特徴とする請求項１の
薄膜形成装置におけるプラズマ走査装置。
【請求項３】上記磁性材料製環状体が該環状体の中心
を軸として回転する回転機構を備えていることを特徴と
する請求項１または請求項２のいずれかの薄膜形成装置
におけるプラズマ走査装置。