JPH0794708B2 - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンプレーティング
装置に関する

【０００２】

【従来の技術】一般にイオンプレーティング装置による
成膜は、通常のＣＶＤ法、スパッタ法に比べて基材表面
に密着性の高い被膜を形成できるという特徴を有する。
かかる特徴を持つイオンプレーティング装置による成膜
を基材である構造材に適用した場合、生産性の向上や構
造材の表面粗度に影響されずに表面が平滑な厚い被膜を
成膜する観点から、高速度で成膜することが要望されて
いる。

【０００３】ところで、従来のイオンプレーティング装
置としては、特開昭５９−４７３８１号に開示されたも
のが知られている。このイオンプレーティング装置は、
真空チャンバと、前記チャンバ内の上部付近に配置され
た基板ホルダと、前記チャンバ内の底部付近に配置され
た蒸着源と、前記チャンバの側壁に設けられたプラズマ
銃と、前記チャンバの前記プラズマ銃が配置される側壁
内面近傍に互いに対向する面がＮ極となるように配置さ
れた一対の永久磁石と、前記ホルダを挟んで前記プラズ
マ銃と反対側の前記チャンバ側壁に設けられ、前記プラ
ズマ銃からのプラズマを前記チャンバ内に引き出すため
の電極とを具備した構造になっている。かかる構造のイ
オンプレーティング装置において、前記チャンバ内を所
定の真空度とし、前記プラズマ銃でプラズマを発生さ
せ、前記電極によりプラズマを前記チャンバ内に引き出
すと、引き出されたプラズマの経路に互いに対向する面
がＮ極となる一対の永久磁石が配置されているため、前
記各磁石の磁場により前記プラズマが圧縮されて絞ら
れ、前記ホルダ下面に保持された基板の下方近傍にシー
ト状のプラズマが形成される。このようなシート状プラ
ズマを形成した状態で、前記蒸着源から所望の蒸着物質
を蒸発させ、前記プラズマでイオン化することにより、
負電位が印加された前記基板表面にイオン化蒸着物質が
衝突して成膜がなされる。

【０００４】また、成膜装置としては特開平２−７３９
６２号に開示されたものが知られている。この成膜装置
は、真空チャンバと、前記チャンバ内の下部付近に配置
された基板ホルダと、前記チャンバの内上部に前記ホル
ダと対向するように配置されたターゲットと、前記チャ
ンバの側壁に設けられたプラズマ銃と、前記ホルダを挟
んで前記プラズマ銃と反対側の前記チャンバ側壁に設け
られ、前記プラズマ銃からのプラズマを前記チャンバ内
に引き出すための電極と、前記チャンバの前記プラズマ
銃が配置される側壁内面近傍および前記電極が配置され
る側壁内面近傍にそれぞれ配置され、互いに対向する面
がＮ極となるように配置された一対の永久磁石と、前記
各一対の永久磁石を囲むようにそれぞれ設けられた空心
コイルとを具備した構造になっている。かかる構造の成
膜装置において、前記チャンバ内を所定の真空度とし、
前記プラズマ銃でプラズマを発生させ、前記電極により
プラズマを前記チャンバ内に引き出すと、引き出された
プラズマの経路における前記プラズマ銃近傍および前記
電極近傍に互いに対向する面がＮ極となる一対の永久磁
石がそれぞれ配置されているため、前記各磁石の磁場に
より前記プラズマが前記ホルダの前後段で圧縮されて絞
られ、前記ホルダ上面に保持された基板の上方近傍にシ
ート状のプラズマが形成される。このようなシート状プ
ラズマが形成されると、前記ターゲットがスパッタさ
れ、前記ターゲットに対向する前記基材表面に成膜がな
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭５９−４７３８１号に開示されたイオンプレーティ
ング装置では前記一対の永久磁石の磁場を強くすると、
前記各磁石のＳ極側に回り込むプラズマ量が多くなるた
め、プラズマの損失量が増大するという問題がある。ま
た、基板の直下には永久磁石による磁場が加わらないた
め、前段で一対の永久磁石でプラズマをシート化として
も、前記基板直下でシート状プラズマが拡散し、高密度
のプラズマを形成できない。その結果、成膜速度を十分
に高めることが困難となる。

【０００６】また、前記特開平２−７３９６２号に開示
された成膜装置では、基板を中心にしてその両側に配置
された２組の対をなす永久磁石を用いてプラズマをシー
ト化としているため、前記装置に比べて基板上方でのプ
ラズマの拡散を抑制できる。しかしながら、前記２組の
対をなす永久磁石の磁場を強くすると、前記各磁石のＳ
極側に回り込むプラズマ量が多くなるため、プラズマの
損失量が増大するという問題がある。前記装置は、基本
的にはスパッタ装置であり、チャンバ内で蒸発させた蒸
着物質をプラズマ中でイオン化し、基板表面に成膜する
イオンプレーティング装置ではない。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、プラズマ量の損失を招くことな
く、ホルダに保持された基材の下面近傍にプラズマ密度
の高いシート状プラズマを形成することが可能なイオン
プレーティング装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空チャンバ
と、前記チャンバ内の上部付近に配置された基材ホルダ
と、前記チャンバ内の底部付近に配置され、電子銃で蒸
着物質を蒸発する蒸着源と、前記チャンバの側壁に設け
られたプラズマ銃と、前記チャンバの側壁内面近傍に前
記プラズマ銃と同一もしくはほぼ同一平面内に位置する
ように、かつ前記プラズマ銃と対向するように配置さ
れ、前記プラズマ銃からのプラズマを前記チャンバ内に
引き出すための鉄心を内蔵した矩形状の第１対向電極
と、前記チャンバの側壁内面近傍に前記プラズマ銃と同
一もしくはほぼ同一平面内に位置するように、かつ前記
電子銃からの電子ビーム放出方向に互いに対向するよう
に配置され、前記プラズマ銃からのプラズマを前記チャ
ンバ内に引き出すための鉄心を内蔵した矩形状の第２、
第３の対向電極と、前記第１〜第３の対向電極の前面お
よび背面を除く周囲に巻装され、互いに対向する前記各
対向電極の面がＳ極となるように前記各対向電極と共に
電磁石を構成するコイルとを具備したことを特徴とする
イオンプレーティング装置である。

【０００９】前記蒸着源は、電子ビームを走査して放出
する電子銃と、蒸着物質を収納するルツボとを備える。
前記ルツボとしては、蒸着物質を収納する単一の穴を有
する構造のもの他に、蒸着物質を多数箇所または環状に
収納する構造のものが用いられる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、真空チャンバ内の上部付近に
基材ホルダを配置し、前記チャンバ内の底部付近に電子
銃で蒸着物質を蒸発する蒸着源を配置し、前記チャンバ
の側壁にプラズマ銃を設け、かつ前記チャンバの側壁内
面近傍に鉄心を内蔵した矩形状の第１〜第３の対向電極
を前記プラズマ銃と同一もしくはほぼ同一平面内に位置
するように配置すると共に、前記第１対向電極を前記プ
ラズマ銃と対向させ、前記第２、第３の対向電極を前記
電子銃からの電子ビーム放出方向に互いに対向させ、さ
らに前記第１〜第３の対向電極の前面および背面を除く
周囲に互いに対向する前記各対向電極の面がＳ極となる
ように前記各対向電極と共に電磁石を構成するコイルを
巻装させることによって、前記ホルダ下面に保持された
基材の下方近傍にプラズマ密度の高いシート状プラズマ
を形成できる。その結果、前記基材に負電位を印加する
ことによって、前記高密度プラズマ中でイオン化された
正イオンの蒸着物質の大部分を前記基材表面に成膜でき
る。従って、前記基材表面への高速成膜が可能なイオン
プレーティング装置を得ることができる。

【００１１】また、蒸着源として蒸着物質を多数箇所ま
たは環状に収納する構造のルツボを備えたものを用いれ
ば、前記ルツボに電子銃から電子ビームを走査しながら
照射することにより蒸着物質を均一に蒸発できるため、
基材表面に所望の被膜を均一厚さで高速成膜できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３を参照し
て詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明のイオンプレーティング装
置を示す概略横断面図、図２は図１のII−II線に沿う断
面図、図３は前記装置によるプラズマの生成を説明する
ための斜視図である。図中の１は、正方形筒状の真空チ
ャンバであり、このチャンバ１の上部側壁には該チャン
バ１内を所定の真空度に維持するための真空ポンプと連
通する排気管２が設けられている。また、図中の３は蒸
着源である。この蒸着源３は、前記チャンバ１の底部に
設置されたルツボ４と、前記チャンバ１の側壁下部に設
けられ、前記ルツボ４に電子ビームを照射するための電
子銃５と、前記ルツボ４の上方付近に配置され、前記電
子銃５からの電子ビームを偏向させて前記ルツボ４内の
蒸着材料に照射するための一対の偏向磁石６とから構成
されている。前記ルツボ４は、蒸着物質を収納するため
の例えば４つの穴４ａが等間隔で形成されている。

【００１４】前記チャンバ１の一側壁外面には、プラズ
マ発生源としてのプラズマ銃７が設けられており、前記
プラズマ銃７の後部にはアルゴン（Ａｒ）等の所定のガ
スを導入するための導入管（図示せず）が設けられてい
る。前記プラズマ銃７が設けられた前記チャンバ１の側
壁内面には、絞りコイル８が設けられ、かつ同側壁には
プラズマの絞り部９が設けられている。前記プラズマ銃
７が設けられた前記チャンバ１の一側壁を除く他の３つ
の側壁には、３つの支持軸１０₁ 、１０₂ 、１０₃ が前
記プラズマ銃７と同一平面内に位置するように貫通して
挿入されている。前記各支持軸１０₁ 、１０₂ 、１０₃
の前記チャンバ１内に位置する先端には、矩形状の鉄心
を内蔵した矩形状をなす第１〜第３の対向電極１１₁ 、
１１₂ 、１１₃ がそれぞれ固定されている。前記第１対
向電極１１₁ は、前記プラズマ銃７に対向して配置され
ている。前記第２、第３の対向電極１１₂ 、１１₃ は前
記電子銃５の電子ビーム放出方向に互いに対向し、かつ
平行となるように配置されている。前記各対向電極１１
₁ 、１１₂ 、１１₃ の対向する面および背面を除く周囲
には、互いに対向する前記各対向電極１１₁ 、１１₂ 、
１１₃ の面がＳ極となるように前記各対向電極１１₁ 、
１１₂ 、１１₃ と共に電磁石を構成するコイル１２₁ 、
１２₂ 、１２₃ がそれぞれ巻装されている。前記各支持
軸１０₁ 、１０₂ 、１０₃ は、前記プラズマ銃７と電気
的に接続され、かつ前記各部材を接続する配線には前記
プラズマ銃７に負電位を印加するための直流電源１３が
介装され、プラズマの生成に際して前記プラズマ銃７と
前記各対向電極１１₁ 、１１₂、１１₃ との間で電位勾
配を付与できるようになっている。

【００１５】前記チャンバ１内のシート状プラズマ生成
領域の上方近傍には、基材を保持するためのホルダ１４
が配設されており、かつ該ホルダ１４は回転軸１５によ
り支持、吊下されている。前記回転軸１５は、可変電源
１６に接続され、前記回転軸１５を通して前記ホルダ１
４に負電圧が印加されるようになっている。前記チャン
バ１の側壁下部には、反応ガスの導入管１７が連結され
ている。次に、前述したイオンプレーティング装置の作
用を詳細に説明する。

【００１６】まず、ホルダ１４に基材１８を保持し、蒸
着源３のルツボ４の各穴４ａ内に所望の蒸着物質を収容
した後、図示しない真空ポンプを作動して真空チャンバ
１内を所定の真空度とする。つづいて、可変電源１６か
ら回転軸１５及びホルダ１４を通して基材１８に負電圧
を印加し、前記回転軸１５によりホルダ１４を回転させ
ながら、電子銃５から電子ビームを放出し、一対の偏向
磁石６により前記電子ビームを走査させ、前記ルツボ４
内に収容した蒸着物質に照射して溶融、蒸発させる。同
時に、プラズマ銃７にアルゴンガス等を供給し、前記プ
ラズマ銃７よりプラズマを生成させると、前記プラズマ
銃７に対向して配置され、電源１３により前記プラズマ
銃７との間で電位勾配を持たせた第１〜第３の対向電極
１１₁ 、１１₂ 、１１₃ によりプラズマ１９がチャンバ
１内に絞り部９を通して引き出される。この時、前記各
対向電極１１₁ 、１１₂ 、１１₃ は鉄心を内蔵し、かつ
周囲に互いに対向する面がＳ極となるように前記各対向
電極１１₁ 、１１₂ 、１１₃ と共に電磁石を構成するコ
イル１２₁ 、１２₂ 、１２₃ が巻装されているため、図
３に示すようにホルダ１４の下方近傍に前記各対向電極
１１₁ 、１１₂ 、１１₃ の背面のＮ極から対向面のＳ極
に向かう強力な水平方向の磁場（磁束密度）Ｂ₁ 、
Ｂ₂ 、Ｂ₃ が発生する。このような磁場が発生すると、
前記プラズマ銃７から引き出されたプラズマ１９は前記
各磁束密度Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｂ₃ に絡まって前記各対向電極
１１₁ 、１１₂ 、１１₃ に引き込まれるため、プラズマ
量の損失を招くことなく、前記ホルダ１４の下方近傍に
プラズマ密度の高いシート状プラズマが形成される。ま
た、前記コイル１２₁ 、１２₂ 、１２₃ への供給電流量
を調節することにより、前記シート状プラズマ１９の平
面形状が制御される。かかるシート状プラズマ１９の形
成において、前記第２、第３の対向電極１１₂ 、１１₃
は前記電子銃５の電子ビーム放出方向に互いに対向する
ように配置されているため、前記電子銃５からの電子ビ
ームの放出方向が前記第２、第３の対向電極１１₂ 、１
１₃ および前記コイル１２₂ 、１２₃ で構成される電磁
石の磁場に影響されて変動されるのを防止される。な
お、前記シート状プラズマ１９の生成に際し、磁束密度
は前記ルツボ４の中心と前記ホルダ１５中心とを結ぶ線
と前記プラズマ銃７および各対向電極１１₁ 、１１₂ 、
１１₃ で形成される面との交点が最小となり、前記交点
から前記電磁石を構成する前記各対向電極１１₁ 、１１
₂ 、１１₃ に向かうに従って磁束密度が増大する。つま
り、前記シート状プラズマ１９の密度は前記交点で最小
となり、前記交点から前記各対向電極１１₁ 、１１₂、
１１₃ に向かうに従って増大する。

【００１７】このようなプラズマ密度の高いシート状プ
ラズマ１９を前記ホルダ１４（基材１８）の下方近傍に
形成すると、前記蒸着源３により蒸気化された蒸着物質
が前記プラズマ１９内に上昇する過程で効率よくイオン
化される。イオン化された蒸着物質（正イオンの蒸着物
質）は、前記負電圧が印加された基材１８側に加速、衝
突されて所定の被膜が前記基材１８表面に成膜される。

【００１８】したがって、上述した本発明のイオンプレ
ーティング装置によればプラズマ量の損失を招くことな
く、ホルダ１４下面に保持された基材１８の下方近傍に
プラズマ密度の高いシート状プラズマ１９を形成できる
ため、前記基材１８表面に所望の被膜を高速成膜するこ
とができる。

【００１９】また、蒸着源３として蒸着物質を多数の収
納穴４ａ内に収納する構造のルツボ４を備えたものを用
いれば、前記ルツボ４に電子銃５から電子ビームを走査
しながら照射することにより蒸着物質を均一に蒸発でき
るため、前記基材１８表面に所望の被膜を均一厚さで高
速に成膜できる。

【００２０】なお、前記実施例では蒸着源のルツボとし
て多数の穴４ａを有するものを用いたが、図４に示すよ
うに蒸着物質を収納するための環状の溝２０を有するル
ツボ４を用いてもよい。

【００２１】前記実施例では、矩形状の鉄心を対向電極
に内蔵させたが、長楕円形状の鉄心を対向電極に内蔵さ
せてもよい。特に、プラズマ銃に投入するプラズマ電流
を高めて成膜速度をより高める場合には、長楕円形状の
鉄心を対向電極に内蔵させることが好ましい。

【００２２】前記実施例では、ルツボに収容された蒸着
物質のみからなる被膜の形成に適用した例を説明した
が、図２に示すように真空チャンバ１に連結したガス導
入管１７を通して反応ガス、例えば窒素ガスを前記チャ
ンバ１内に導入することによって金属窒化物被膜を形成
することも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によればプラ
ズマ量の損失を招くことなく、ホルダに保持された基材
の下面近傍にプラズマ密度の高いシート状プラズマを形
成して前記基材表面に所望の被膜を高速成膜でき、ひい
ては生産性の向上や構造材の表面粗度に影響されずに表
面が平滑な厚い被膜を形成できる等顕著な効果を奏する
イオンプレーティング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すイオンプレーティング
装置の概略横断面図。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図。

【図３】図１のイオンプレーティング装置によるシート
状プラズマの形成を説明するための斜視図。

【図４】本発明のイオンプレーティング装置に用いられ
るルツボの他の形態を示す斜視図。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、３…蒸着源、４…ルツボ、４ａ…
穴、５…電子銃、７…プラズマ銃、１１₁ 、１１₂ 、１
１₃ …対向電極、１２₁ 、１２₂ 、１２₃ …コイル、１
４…ホルダ、１６…可変電源、１７…ガス導入管、１８
…基材、１９…プラズマ、２０…環状の溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバと、前記チャンバ内の上部
   付近に配置された基材ホルダと、前記チャンバ内の底部
   付近に配置され、電子銃で蒸着物質を蒸発する蒸着源
   と、前記チャンバの側壁に設けられたプラズマ銃と、前
   記チャンバの側壁内面近傍に前記プラズマ銃と同一もし
   くはほぼ同一平面内に位置するように、かつ前記プラズ
   マ銃と対向するように配置され、前記プラズマ銃からの
   プラズマを前記チャンバ内に引き出すための鉄心を内蔵
   した矩形状の第１対向電極と、前記チャンバの側壁内面
   近傍に前記プラズマ銃と同一もしくはほぼ同一平面内に
   位置するように、かつ前記電子銃からの電子ビーム放出
   方向に互いに対向するように配置され、前記プラズマ銃
   からのプラズマを前記チャンバ内に引き出すための鉄心
   を内蔵した矩形状の第２、第３の対向電極と、前記第１
   〜第３の対向電極の前面および背面を除く周囲に巻装さ
   れ、互いに対向する前記各対向電極の面がＳ極となるよ
   うに前記各対向電極と共に電磁石を構成するコイルとを
   具備し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】 前記蒸着源は、蒸着物質を多数箇所また
   は環状に収納するルツボと、前記ルツボ上面に電子ビー
   ムを走査して前記蒸着物質を蒸発させる電子銃とを具備
   したものであることを特徴とする請求項１記載のイオン
   プレーティング装置。