JPH0548303B2 - - Google Patents
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- JPH0548303B2 JPH0548303B2 JP19674789A JP19674789A JPH0548303B2 JP H0548303 B2 JPH0548303 B2 JP H0548303B2 JP 19674789 A JP19674789 A JP 19674789A JP 19674789 A JP19674789 A JP 19674789A JP H0548303 B2 JPH0548303 B2 JP H0548303B2
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- JP
- Japan
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- chamber
- base material
- plasma
- holder
- ion plating
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、イオンプレーテイング装置に関し、
特に複雑形状の基材表面に薄膜を形成するための
イオンプレーテイング装置に係わる。
[従来の技術及び課題]
例えば各種の金属、セラミツクス等からなる構
造材料においては、その基材表面を硬質化した
り、光沢性等を付与する目的で各種の金属薄膜を
成膜することが行なわれている。かかる基材上へ
の成膜に際しては、従来より次のような膜厚制御
方法が採用されている。
膜厚センサ方式
真空チヤンバ内に配置したルツボ中の蒸着材
料に電子ビーム等を照射して蒸発させ、その蒸
発量を膜厚センサで検出し、前記電子ビームの
出力を調節して前記チヤンバ内に配置した基材
全体に均一な薄膜を形成する。
真空チヤンバ内に配置したルツボ中の上方に
配置した基材ホルダを自転又は自公転させるこ
とにより基材の中心部と周辺部との蒸着量の差
を小さくして基材全体に均一な薄膜を形成す
る。
しかしながら、前記の膜厚センサン方式や
の基材の回転方式では全体の平均膜厚を制御でき
るものの、任意個所での膜圧制御を行うことがで
きない。このため、複雑形状の基材表面に均一な
膜厚の薄膜を形成することが困難となる。
このようなことから、複雑形状の基材表面に薄
膜を形成する方法として、ホロカソード方式、反
応性イオンプレーテイング方式、プラズマ銃方式
が知られている。しかしながら、各方式には次の
ような問題があつた。
前記ホロカソード方式では、放電部分の負電圧
が高いため、穴が開口されたり、コ字型状の基材
ではホロカソード現象により基材電圧が所定の70
%程度に低下するため、成膜できたとしても付着
力が非常に低くなる。しかる、かかる方式では前
記形状の基材に対して膜厚の均一化はもとより部
分的の膜厚制御も行うことができない。
前記反応性イオンプレーテイング方式では、イ
オン化電極(+)が下方にあるため、穴が開口さ
れたり、コ字型状の基材ではホロカソード現象に
より基材電圧が大幅に低下し、成膜しても良好な
膜質にならない。
前記プラズマ銃方式では、プラズマ銃より真空
チンヤンバ圧力を低くできるため、ホロカソード
現象による基材電圧の低下を抑制できるものの、
チヤンバ内においてプラズマが一定の横方向に形
成されるため、基材に形成された穴やコ字状部で
は影を生じ、内側深くまでプラズマが導入され
ず、前記穴等が浅い形状の基材しか成膜できな
い。
本発明は、上記従来の課題を解決するためにな
されたもので、穴が開口されたり、コ字型等の複
雑形状の基材表面に薄膜を均一に設膜し得るイオ
ンプレーテイング装置を提供しようとするもので
ある。
[課題を解決するための手段]
本発明に係わるイオンプレーテイング装置は、
真空チヤンバと、このチヤンバ内に配設された基
材ホルダと、前記チヤンバ内の底付近金に配設さ
れた蒸着源と、前記チヤンバ内にプラズマを導入
するためのプラズマ発生源と、前記プラズマ発生
源の外周に対応する前記チヤンバの外側および前
記プラズマ発生源と対面する前記チヤンバの外側
にそれぞれ設けられ、前記チヤンバ内に引き出さ
れたプラズマを集束するための空心磁石と、前記
チヤンバ内に配置され、前記プラズマ発生源から
前記チヤンバ内に導入されたプラズマを前記ホル
ダに保持された基材表面に集束させるための磁石
を内蔵した複数の対向電極と、これら対向電極を
それぞれ回転揺動させると共に、内部に前記各対
向電極の磁石を冷却するための冷却水流路が形成
された管部材を有する駆動機構とを具備したこと
を特徴とするものである。
更に、本発明に係わるイオンプレーテイング装
置は前記基材ホルダは、回転自在な構造になつて
おり、かつ前記駆動機構は前記ホルダの回転に同
期して前記対向電極の回転揺動させる構造を有す
ることを特徴とするものである。
[作用]
本発明によれば、真空チヤンバの中心に対して
同心円状に配置された複数の対向電極を駆動機構
により回転揺動させて、基材ホルダに保持された
基材に対して所望の位置関係及び所望過度で傾斜
対向させ、かつ各対向電極に内蔵した磁石から磁
界を発生させることによつて、プラズマ発生源か
ら該チヤンバ内に導入されたプラズマを前記各対
向電極により前記基材表面に高密度で集束させる
ことができ、同時にプラズマを基材表面に対して
多方向から照射できる。このため、チヤンバ内に
配置された蒸着源から蒸発された蒸着材料を前記
プラズマにより効率よくイオン化できると共に、
該イオン化された蒸着材料を着材に対して多方向
から導入できる。また、前記駆動機構の管部材内
部に冷却水流路を形成することによつて、該流路
を通して高温のプラズマに曝される対向電極内部
の磁石を冷却できるため、該磁石の磁力を長期間
に亘つて安定的に維持できる。従つて、ホルダに
保持された複雑形状の着材に対してイオン化され
た蒸着材料の廻り込み性が良好となるため、着材
表面全体に均一な厚さの薄膜を効率よくかつ長期
間に亘つて安定的に成膜できるイオンプレーテイ
ング装置を得ることができる。
また、前記真空チヤンバ内に磁石を前記基材ホ
ルダに保持された基材を周囲を囲むように配置す
ることによつて、ホルダに例えば穴が開口された
複雑形状の基材を保持した場合、前記対向電極及
びプラズマによりイオン化された蒸着材料を前記
磁石の磁界により前記基材の穴内面に効率よく絞
り込むことができるため、基材の表面のみならず
穴内面にも均一な厚さの薄膜を成膜できる。
更に、前記基材ホルダを回転自在な構造とし、
かつ前記駆動機構を該ホルダの回転に同期して前
記対向電極の回転揺動させる構造とすることによ
つて、チヤンバ内にプラズマ発生源から引き出さ
れたプラズマの密度及び形状を前記ホルダに保持
された基材の形状(外面形状)に即応して制御で
きるため、複雑形状の基材表面全体により一層均
一な厚さの薄膜を効率よく成膜できる。
[実施例]
以下、本発明の実施例を第1図〜第3図を参照
して説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示すイオンプレ
ーテイング装置の概略断面図、第2図は第1図の
概略横断面図、第3図は第1図の対向電極及びそ
の駆動機構を示す断面図である。図中の1は、真
空チヤンバであり、このチヤンバ1の下部側壁に
は該チヤンバ1内を所定の真空度に維持するため
の図示しない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、前記チヤンバ1の底部に設置さ
れたルツボ4と、前記チヤンバ1の下部側壁に設
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偏
向コイル6とから構成されている。
また、前記チヤンバ1内の外側壁にはプラズマ
発生源としてのプラズマ銃7が設けられており、
該プラズマ銃7の後部は窒素(N2)等の所定の
ガス8を導入するための導入管(図示せず)が設
けられている。なお、プラズマ銃7が設けられた
前記チヤンバ1の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の前記チヤン
バ1との連結付近及び該プラズマ銃7と対向する
チヤンバ1の外側壁部分には、プラズマ銃7から
引出されたプラズマの拡散を防ぐための空心磁石
10a,10bが夫々設けられている。そして、
前記チヤンバ1の側壁には対向電極を回転揺動さ
せるための複数台(例えば5台)の駆動機構11
が前記プラズマ銃7と設置箇所とほぼ同一平面上
に位置する貫通して設けられている。
前記駆動機構11は、第3図に示すように前記
チヤンバ1の側壁1aに取着された環状支持板1
2を備えている。この支持板12のチヤンバ1外
側の面には筒状支持部材13が図示しないネジに
より固定されている。この支持部材13には、水
平方向駆動管14がOリング15及びこれを保持
したフランジ16を介して軸支されている。前記
駆動管14の前記チヤンバ側壁1aと反対側の端
部付近には、ネジ17が切り込まれており、かつ
前記前記筒状支持部材13から挿着された止めピ
ン18が嵌合される溝19が形成されている。前
記駆動管14のネジ17には、移動ハンドル20
のネジ部21が螺合され、かつ該ハンドル20の
前面は前記筒状支持部材13の後端面に当接され
ている。つまり、前記ハンドル20を回転させる
ことによつてこのネジ部21とネジ17を介して
螺合され、溝19に止めピン18が挿入された前
記駆動管14が筒状支持部材13に沿つて水平方
向に移動されるようになつている。
前記水平方向駆動管14内には、回転管22が
軸受23を介して回転自在に軸支されている。な
お、前記駆動管14の両端側の前記回転管22の
外周面には該駆動管14の水平方向への駆動に伴
つて前記回転管22を同方向に駆動させるための
止め輪24が設けられている。前記回転管22の
先端側(チヤンバ1の内部側は、屈曲され、その
先端には対向電極25が固定されている。この対
向電極25は、円板形状をなし、かつリング状の
永久磁石26が内蔵されている。前記回転管22
の後端側の外周面には、キー溝27が形成されて
おり、かつ該回転管22には該溝22に係合され
る歯車28が取り付けられている。この歯車28
には、パルスモータ29、軸30により回転され
る歯車31が噛合されている。なお、前記パルス
モータ29は後述するホルダに保持、回転される
基材の表面に沿うように該基材の回転に同期して
駆動するようになつている。
前記回転管22の中心には、該回転管22の両
端に設けた環状支持具32で支持された冷却水の
往路となる円筒33が挿入され、かつ該円筒33
外周面と前記回転管22の内面との間に復路とな
る筒状空間34を形成している。前記円筒33の
先端側は、前記対向電極25内に形成された永久
磁石の冷却用流路(図示せず)の入口側と連通さ
れ、かつ前記筒状空間34は前記冷却用流路の出
口側と連通されている。また、前記回転管22の
後端面及び後端近傍の外周面にはそれぞれ回転ジ
ヨイント35,36が連結されている。一方のジ
ヨイント35には、冷却水供給管37が、他方の
ジヨイント36には冷却水排出管38が連結され
ている。
また、前記チヤンバ1内のプラズマ生成領域近
傍には基材を保持するためのホルダ39が配設さ
れており、かつ該ホルダ39は回転軸40により
支持、吊下されている。前記ホルダ39は、前記
可変電源41に接続されている負電圧が印加され
ているようになつている。
次に、本発明のイオンプレーテイング装置によ
る薄膜形成について説明する。
第4図に示す複雑形状を有するSUS304製の
基材42を用意した。この基材42は、中心の
リング部43の左右に平板部44a,44bが
取り付けられ、かつ一方の平板部44aの下面
にはコ字型ブロツク部45の背面が接合された
構造になつている。つづいて、前記複雑形状の
基材42を真空チヤンバ1内のホルダ39に保
持し、一方ルツボ4内に所定の蒸着材料46を
収容する。
各駆動機構11のハンドル20を回転させ
る。これにより、該ハンドル20のネジ部21
とネジ17を介して螺合され、溝19に止めピ
ン18が挿入された水平方向駆動管14は筒状
支持部材13に沿つて水平方向に前進(又は後
退)する。前記駆動管14の前進に伴つて止め
輪24を介して該駆動管14に係合されたその
内側の回転管22も同方向に移動し、該回転管
22先端の対向電極25はチヤンバ1内の所定
位置まで移動する。この後、冷却水供給管37
から冷却水の往路である円筒33を通して対向
電極25内の冷却用流路(図示せず)に供給し
て内蔵した永久磁石26を冷却し、冷却後の水
は復路としての筒状空間34及び排出管38を
通して排出する。
真空ポンプ(図示せず)を作動してチヤンバ
1内のガスを排気管2を通して排気して所定と
真空度とする。つづいて、電子銃5から電子ビ
ームを放出し、偏向コイル6により該電子ビー
ムをルツボ4内に収容した蒸着材料46に照射
して溶融、蒸発させる。
プラズマ銃7にプラズマ発生ガスとしての
N28を供給することにより、絞る部9を通し
てチヤンバ1内にプラズマ47を引き出すと共
に、空心磁石10a,10bの磁界によりチヤ
ンバ1内の所定領域に集束させる。同時に、回
転軸40によりホルダ39及びこれに保持され
た基材42を回転させ、かつ可変電源41から
基材42に負電圧が印加しながら、各制御機構
11のパルスモータ29を前記基材42の回転
に同期して回転させる。これにより、パルスモ
ータ29に軸着された軸30の歯車31が回転
し、これに噛合された歯車28が回転管22を
回転し、その先端の屈曲部に固定された各対向
電極25の位置と向きを前記基材42の表面形
状に沿うようにその回転に同期して回転揺動す
る。
このようなチヤンバ1内へのプラズマ47の生
成、可変電源41から基材42への負電圧の印加
により、前記プラズマ47中のプラスイオンが負
電圧のホルダ39に保持された基材42に引つ張
られ、そのイオンは基材42に加速、衝突され
る。この時、前述した駆動機構11により回転揺
動する対向電極25内の永久磁石26の磁界によ
つて前記プラズマ47が基材42の表面形状に即
応して集束される。つまり、第4図に示す基材4
2において平板部44bに対してはプラズマ密度
を強めるように対向電極25を上方へ向け、コ字
型ブロツク部45に対してはコ字部内面にプラズ
マが入るように対向電極25の面を該ブロツク部
45と対峙させる。こうした基材42の各部材形
状に即応して密度が制御されたプラズマ47領域
に前述したルツボ3により蒸発された密着材料が
到達すると、イオン化される。プラズマ47中の
プラスイオン化された蒸着材料は、前記各対向電
極25の永久磁石26からの磁界と負電圧が印加
されたホルダ39の吸引力により前記基材42の
全体に亘つて均一かつ効率よく加速、衝突され
る。その結果、平板部44b、コ字型ブロツク部
45を含む基材42全体に均一膜厚の薄膜を効率
よく成膜することができる。
また、上記構造のイオンプレーテイング装置に
おいて対向電極25を回転揺動するための駆動機
構11の回転管22内に冷却水の往路及び復路を
形成することによつて、高温のプラズマ中に曝さ
れる対向電極25内の永久磁石26を極めて簡単
な構造で冷却でき、前記永久磁石26からプラズ
マを集束するための磁界を長期間に亘つて安定的
に発生することができる。
次に、本発明の別の実施例を第5図を参照して
説明する。
第5図に示すイオンプレーテイング装置は、基
材ホルダ39′で保持された基材(例えば円筒状
基材)42′を囲むように円筒状の電磁石48を
配置した構造になつている。
かかる構成によれば、チヤンバ1内に引き出し
たプラズマ47を対向電極25内の永久磁石26
により基材42′側に集束できると共に、基材4
2′周囲の円筒状の電磁石48により円筒状基材
42′内に棒状に絞り込むことができる。その結
果、円筒状基材42′の外周面のみならず、内周
面にはイオン化された蒸着材料を導入できるた
め、基材42′全体に均一な膜厚の薄膜を成膜で
きる。
また、前述した第5図に示すイオンプレーテイ
ング装置により曲円筒の内面に薄膜を成膜する場
合は円筒状の電磁石48の形状をそれに合つた曲
円筒形にすることによつて均一な薄膜を形成する
できる。
なお、上記実施例では対向電極に永久磁石を内
蔵したが、永久磁石に代えて電磁石を用いてもよ
い。
[発明の効果]
以上詳述した如く、本発明によれば穴が開口さ
れたり、コ字型等の複雑形状の基材表面に薄膜を
長期間に亘つて安定的に、かつ均一に成膜し得る
イオンプレーテイング装置を提供できる。 [Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ion plating device,
In particular, the present invention relates to an ion plating apparatus for forming a thin film on the surface of a base material having a complex shape. [Prior Art and Problems] For example, in structural materials made of various metals, ceramics, etc., various metal thin films are formed for the purpose of hardening the surface of the base material or imparting gloss. ing. When forming a film on such a base material, the following film thickness control method has conventionally been adopted. Film thickness sensor method: The material to be deposited in a crucible placed in a vacuum chamber is irradiated with an electron beam, etc. to evaporate it, the amount of evaporation is detected by a film thickness sensor, and the output of the electron beam is adjusted to deposit the material into the chamber. A uniform thin film is formed over the entire placed substrate. By rotating or revolving the base material holder placed above the crucible placed in the vacuum chamber, the difference in the amount of evaporation between the center and periphery of the base material is reduced and a uniform thin film is formed over the entire base material. Form. However, although the film thickness sensor method and the base material rotation method described above can control the overall average film thickness, it is not possible to control the film pressure at any location. For this reason, it becomes difficult to form a thin film with a uniform thickness on the surface of a complex-shaped base material. For this reason, the hollow cathode method, the reactive ion plating method, and the plasma gun method are known as methods for forming a thin film on the surface of a complex-shaped base material. However, each method has the following problems. In the hollow cathode method, since the negative voltage at the discharge part is high, holes are opened, and in U-shaped substrates, the substrate voltage is lowered to a predetermined 70°C due to the hollow cathode phenomenon.
%, so even if a film could be formed, the adhesion force would be very low. However, with such a method, it is not possible to make the film thickness uniform or even partially control the film thickness for the base material having the above shape. In the reactive ion plating method, since the ionization electrode (+) is located at the bottom, the substrate voltage is significantly lowered due to the hollow cathode phenomenon in the case of a hole being opened or a U-shaped substrate. Also, the film quality is not good. In the plasma gun method, since the vacuum chamber pressure can be lower than that of the plasma gun, it is possible to suppress the drop in the base material voltage due to the holocathode phenomenon.
Since plasma is formed in a certain horizontal direction within the chamber, shadows are created in holes and U-shaped parts formed in the base material, and plasma is not introduced deep inside the base material, and the holes etc. are shallow in shape. It is only possible to form a film. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and provides an ion plating device that can uniformly deposit a thin film on the surface of a substrate with holes or a complex shape such as a U-shape. This is what I am trying to do. [Means for solving the problem] The ion plating apparatus according to the present invention has the following features:
a vacuum chamber, a substrate holder disposed within the chamber, a deposition source disposed on gold near the bottom of the chamber, a plasma generation source for introducing plasma into the chamber, and the plasma air-core magnets provided on the outside of the chamber corresponding to the outer periphery of the plasma generation source and on the outside of the chamber facing the plasma generation source to focus the plasma drawn into the chamber; and an air-core magnet disposed within the chamber. a plurality of opposing electrodes each having a built-in magnet for focusing the plasma introduced into the chamber from the plasma generation source onto the surface of the base material held by the holder; and rotating and oscillating each of these opposing electrodes. and a drive mechanism having a pipe member in which a cooling water flow path for cooling the magnets of each of the opposing electrodes is formed. Furthermore, in the ion plating apparatus according to the present invention, the substrate holder has a rotatable structure, and the drive mechanism has a structure to rotate and swing the counter electrode in synchronization with the rotation of the holder. It is characterized by this. [Function] According to the present invention, a plurality of counter electrodes arranged concentrically with respect to the center of a vacuum chamber are rotated and swung by a drive mechanism, and a desired target is applied to a substrate held in a substrate holder. Plasma introduced into the chamber from a plasma generation source is directed to the surface of the base material by each of the opposed electrodes by generating a magnetic field from a magnet built into each of the opposed electrodes. The plasma can be focused at high density, and at the same time, the plasma can be irradiated onto the substrate surface from multiple directions. Therefore, the evaporation material evaporated from the evaporation source arranged in the chamber can be efficiently ionized by the plasma, and
The ionized vapor deposition material can be introduced into the deposition material from multiple directions. Furthermore, by forming a cooling water flow path inside the tube member of the drive mechanism, it is possible to cool the magnet inside the counter electrode that is exposed to high temperature plasma through the flow path, so that the magnetic force of the magnet can be maintained for a long period of time. It can be maintained stably over time. Therefore, the ionized vapor deposition material has a good ability to pass around the complicatedly shaped deposit material held in the holder, so that a thin film of uniform thickness can be efficiently and over a long period of time over the entire surface of the deposit material. Thus, an ion plating apparatus capable of stably forming a film can be obtained. Further, when a complex-shaped base material with holes, for example, is held in the holder by arranging magnets in the vacuum chamber so as to surround the base material held in the base material holder, Since the vapor deposition material ionized by the counter electrode and the plasma can be efficiently focused on the inner surface of the hole of the base material by the magnetic field of the magnet, a thin film with a uniform thickness can be formed not only on the surface of the base material but also on the inner surface of the hole. Can be formed into a film. Furthermore, the base material holder has a rotatable structure,
Further, by configuring the drive mechanism to rotate and oscillate the counter electrode in synchronization with the rotation of the holder, the density and shape of the plasma drawn from the plasma source in the chamber can be maintained by the holder. Since the control can be performed in response to the shape (external shape) of the base material, it is possible to efficiently form a thin film with a more uniform thickness over the entire surface of the complex-shaped base material. [Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ion plating apparatus showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. FIG. Reference numeral 1 in the figure indicates a vacuum chamber, and an exhaust pipe 2 is provided on the lower side wall of the chamber 1 and communicates with a vacuum pump (not shown) for maintaining the chamber 1 at a predetermined degree of vacuum. Moreover, 3 in the figure is a vapor deposition source.
The vapor deposition source 3 includes a crucible 4 installed at the bottom of the chamber 1, an electron gun 5 installed on the lower side wall of the chamber 1 for irradiating the crucible 4 with an electron beam, and an electron gun 5 located above the crucible 4. It is comprised of a deflection coil 6 disposed nearby for deflecting the electron beam from the electron gun 5 and irradiating the vapor deposition material in the crucible 4 with the electron beam. Further, a plasma gun 7 as a plasma generation source is provided on the outer wall of the chamber 1,
The rear part of the plasma gun 7 is provided with an introduction pipe (not shown) for introducing a predetermined gas 8 such as nitrogen (N 2 ). Note that a plasma constriction section 9 is provided on the side wall of the chamber 1 in which the plasma gun 7 is provided. Near the connection of the plasma gun 7 with the chamber 1 and on the outer wall portion of the chamber 1 facing the plasma gun 7, air-core magnets 10a and 10b are provided, respectively, for preventing diffusion of plasma drawn from the plasma gun 7. It is provided. and,
A plurality of (for example, five) drive mechanisms 11 are provided on the side wall of the chamber 1 to rotate and oscillate the counter electrode.
is provided so as to penetrate and be located on substantially the same plane as the plasma gun 7 and the installation location. The drive mechanism 11 includes an annular support plate 1 attached to the side wall 1a of the chamber 1, as shown in FIG.
It is equipped with 2. A cylindrical support member 13 is fixed to the surface of the support plate 12 on the outside of the chamber 1 with screws (not shown). A horizontal drive pipe 14 is pivotally supported by the support member 13 via an O-ring 15 and a flange 16 holding the same. A screw 17 is cut into the vicinity of the end of the drive tube 14 on the side opposite to the chamber side wall 1a, and a groove is provided in which a stop pin 18 inserted from the cylindrical support member 13 is fitted. 19 is formed. A moving handle 20 is attached to the screw 17 of the drive tube 14.
The threaded portion 21 of the handle 20 is screwed together, and the front surface of the handle 20 is in contact with the rear end surface of the cylindrical support member 13. That is, by rotating the handle 20, the drive tube 14, which is screwed together with the threaded portion 21 through the screw 17 and the stop pin 18 is inserted into the groove 19, is horizontally aligned along the cylindrical support member 13. It is now being moved in the direction of A rotary tube 22 is rotatably supported within the horizontal drive tube 14 via a bearing 23 . Incidentally, retaining rings 24 are provided on the outer peripheral surface of the rotary tube 22 at both ends of the drive tube 14 to drive the rotary tube 22 in the same direction as the drive tube 14 is driven in the horizontal direction. ing. The distal end side of the rotary tube 22 (inside the chamber 1) is bent, and a counter electrode 25 is fixed to the distal end. is built in. The rotating tube 22
A key groove 27 is formed on the outer peripheral surface of the rear end side, and a gear 28 that is engaged with the groove 22 is attached to the rotary tube 22. This gear 28
A pulse motor 29 and a gear 31 rotated by a shaft 30 are meshed with each other. The pulse motor 29 is adapted to be driven in synchronization with the rotation of the base material along the surface of the base material being held and rotated by a holder to be described later. A cylinder 33 is inserted into the center of the rotating tube 22 and serves as an outgoing path for cooling water supported by annular supports 32 provided at both ends of the rotating tube 22.
A cylindrical space 34 serving as a return path is formed between the outer peripheral surface and the inner surface of the rotary tube 22. The tip side of the cylinder 33 communicates with the inlet side of a permanent magnet cooling channel (not shown) formed in the counter electrode 25, and the cylindrical space 34 communicates with the outlet side of the cooling channel. communicated with the side. Further, rotation joints 35 and 36 are connected to the rear end surface of the rotary tube 22 and the outer circumferential surface near the rear end, respectively. A cooling water supply pipe 37 is connected to one joint 35, and a cooling water discharge pipe 38 is connected to the other joint 36. Further, a holder 39 for holding a base material is provided near the plasma generation region within the chamber 1, and the holder 39 is supported and suspended by a rotating shaft 40. A negative voltage connected to the variable power source 41 is applied to the holder 39 . Next, thin film formation using the ion plating apparatus of the present invention will be explained. A base material 42 made of SUS304 and having a complicated shape as shown in FIG. 4 was prepared. This base material 42 has a structure in which flat plate parts 44a and 44b are attached to the left and right sides of a central ring part 43, and the back surface of a U-shaped block part 45 is joined to the lower surface of one of the flat plate parts 44a. . Subsequently, the complex-shaped base material 42 is held in the holder 39 in the vacuum chamber 1, while a predetermined vapor deposition material 46 is accommodated in the crucible 4. The handle 20 of each drive mechanism 11 is rotated. As a result, the threaded portion 21 of the handle 20
The horizontal drive tube 14 is screwed together with the screw 17 through the screw 17, and the fixing pin 18 is inserted into the groove 19. The horizontal drive tube 14 moves forward (or retreats) along the cylindrical support member 13 in the horizontal direction. As the drive tube 14 moves forward, the inner rotary tube 22 engaged with the drive tube 14 via the retaining ring 24 also moves in the same direction, and the opposing electrode 25 at the tip of the rotary tube 22 moves in the chamber 1. Move to the specified position. After this, the cooling water supply pipe 37
Cooling water is supplied to the cooling channel (not shown) in the counter electrode 25 through the cylinder 33 which is the outgoing path to cool the built-in permanent magnet 26, and the cooled water is supplied to the cylindrical space 34 which is the outgoing path and It is discharged through the discharge pipe 38. A vacuum pump (not shown) is operated to exhaust the gas in the chamber 1 through the exhaust pipe 2 to achieve a predetermined degree of vacuum. Subsequently, the electron gun 5 emits an electron beam, and the deflection coil 6 irradiates the electron beam onto the vapor deposition material 46 housed in the crucible 4 to melt and evaporate it. As a plasma generating gas in the plasma gun 7
By supplying N 2 8, the plasma 47 is extracted into the chamber 1 through the constrictor 9, and is focused in a predetermined region within the chamber 1 by the magnetic fields of the air-core magnets 10a and 10b. At the same time, the holder 39 and the base material 42 held therein are rotated by the rotary shaft 40, and while a negative voltage is applied to the base material 42 from the variable power source 41, the pulse motor 29 of each control mechanism 11 is operated on the base material 42. Rotate in synchronization with the rotation of. As a result, the gear 31 of the shaft 30 mounted on the pulse motor 29 rotates, and the gear 28 meshed with this rotates the rotary tube 22, and the position of each counter electrode 25 fixed to the bent portion at the tip thereof is rotated. It rotates and oscillates in synchronization with the rotation of the base material 42 so that its direction follows the surface shape of the base material 42. By generating the plasma 47 in the chamber 1 and applying a negative voltage from the variable power source 41 to the base material 42, the positive ions in the plasma 47 are attracted to the base material 42 held by the holder 39 with a negative voltage. The ions are accelerated and collided with the base material 42. At this time, the plasma 47 is focused in accordance with the surface shape of the base material 42 by the magnetic field of the permanent magnet 26 in the counter electrode 25 which is rotated and oscillated by the drive mechanism 11 described above. In other words, the base material 4 shown in FIG.
2, for the flat plate portion 44b, the counter electrode 25 is directed upward to increase the plasma density, and for the U-shaped block portion 45, the surface of the counter electrode 25 is directed upward so that the plasma enters the inner surface of the U-shaped portion. It is made to face the block part 45. When the adhesive material evaporated by the crucible 3 described above reaches the plasma 47 region whose density is controlled in accordance with the shape of each member of the base material 42, it is ionized. The positively ionized vapor deposition material in the plasma 47 is uniformly and efficiently distributed over the entire base material 42 by the magnetic field from the permanent magnet 26 of each counter electrode 25 and the attractive force of the holder 39 to which a negative voltage is applied. Accelerate and collide. As a result, a thin film having a uniform thickness can be efficiently formed over the entire base material 42 including the flat plate portion 44b and the U-shaped block portion 45. In addition, in the ion plating apparatus having the above structure, by forming an outward path and a return path for cooling water in the rotary tube 22 of the drive mechanism 11 for rotating and oscillating the counter electrode 25, it is possible to prevent exposure to high temperature plasma. The permanent magnet 26 in the opposing electrode 25 can be cooled with an extremely simple structure, and a magnetic field for focusing plasma can be stably generated from the permanent magnet 26 over a long period of time. Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The ion plating apparatus shown in FIG. 5 has a structure in which cylindrical electromagnets 48 are arranged to surround a base material (for example, a cylindrical base material) 42' held by a base material holder 39'. According to this configuration, the plasma 47 drawn into the chamber 1 is transferred to the permanent magnet 26 in the counter electrode 25.
can be focused on the base material 42' side, and the base material 4
The cylindrical electromagnet 48 around the cylindrical base material 2' allows the material to be squeezed into a rod shape within the cylindrical base material 42'. As a result, the ionized vapor deposition material can be introduced not only to the outer circumferential surface of the cylindrical base material 42' but also to the inner circumferential surface, so that a thin film having a uniform thickness can be formed over the entire base material 42'. Furthermore, when forming a thin film on the inner surface of a curved cylinder using the ion plating apparatus shown in FIG. Can be formed. In addition, in the above embodiment, a permanent magnet was built into the opposing electrode, but an electromagnet may be used instead of the permanent magnet. [Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, a thin film can be stably and uniformly formed over a long period of time on the surface of a substrate having holes or having a complex shape such as a U-shape. It is possible to provide an ion plating device that can perform
第1図は本発明の一実施例を示すイオンプレー
テイング装置の概略断面図、第2図は第1図の概
略横断面図、第3図は第1図のイオンプレーテイ
ング装置の要部断面図、第4図は本実施例で用い
た基材を示す斜視図、第5図は本発明の他の実施
例を示すイオンプレーテイング装置の概略断面図
である。
1……真空チヤンバ、3……蒸着源、4……ル
ツボ、7……プラズマ銃、11……駆動機構、1
4……水平方向駆動管、20……ハンドル、22
……回転管、25……対向電極、26……永久磁
石、29……パルスモータ、33……円筒(冷却
水の往路)、34……筒状空間(冷却水の復路)、
37……供給管、38……排出管、39,39′
……ホルダ、42,42′……基材、44a,4
4b……平板部、45……コ字型ブロツク部、4
6……蒸着材料、47……プラズマ、48……円
筒状の電磁石。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ion plating apparatus showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 4 are perspective views showing the base material used in this example, and FIG. 5 is a schematic sectional view of an ion plating apparatus showing another example of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vacuum chamber, 3... Vapor deposition source, 4... Crucible, 7... Plasma gun, 11 ... Drive mechanism, 1
4...Horizontal drive tube, 20...Handle, 22
... Rotating tube, 25 ... Counter electrode, 26 ... Permanent magnet, 29 ... Pulse motor, 33 ... Cylinder (outward path of cooling water), 34 ... Cylindrical space (return path of cooling water),
37... Supply pipe, 38... Discharge pipe, 39, 39'
...Holder, 42, 42'...Base material, 44a, 4
4b... Flat plate part, 45... U-shaped block part, 4
6... Vapor deposition material, 47... Plasma, 48... Cylindrical electromagnet.
Claims (1)
た基材ホルダと、前記チヤンバ内の底部付近に配
設された蒸着源と、前記チヤンバ内にプラズマを
導入するためのプラズマ発生源と、前記プラズマ
発生源の外周に対応する前記チヤンバの外側およ
び前記プラズマ発生源と対面する前記チヤンバの
外側にそれぞれ設けられ、前記チヤンバ内に引き
出されたプラズマを集束するための空心磁石と、
前記チヤンバの中心に対して同心円状に配置さ
れ、前記プラズマ発生源から前記チヤンバ内に導
入されたプラズマを前記ホルダに保持された基材
表面に集束させるための磁石を内蔵した複数の対
向電極と、これら対向電極をそれぞれ回転揺動さ
せると共に、内部に前記各対向電極の磁石を冷却
するための冷却水流路が形成された管部材を有す
る駆動機構とを具備したことを特徴とするイオン
プレーテイング装置。 2 前記真空チヤンバ内に磁石を前記基材ホルダ
に保持された基材周囲を囲むように配置したこと
を特徴とする請求項1記載のイオンプレーテイン
グ装置。 3 前記基材ホルダは、回転自在な構造を有し、
かつ前記駆動機構は前記ホルダの回転に同期して
前記対向電極を揺動回転させる構造を有すること
を特徴とする請求項1または2記載のイオンプレ
ーテイング装置。[Scope of Claims] 1. A vacuum chamber, a substrate holder disposed within the chamber, a deposition source disposed near the bottom of the chamber, and a plasma for introducing plasma into the chamber. a generation source; an air-core magnet provided on the outside of the chamber corresponding to the outer periphery of the plasma generation source and on the outside of the chamber facing the plasma generation source for focusing the plasma drawn into the chamber; ,
a plurality of opposing electrodes arranged concentrically with respect to the center of the chamber and containing magnets for focusing plasma introduced into the chamber from the plasma generation source onto the surface of the base material held by the holder; , an ion plating system characterized by comprising a drive mechanism that rotates and oscillates each of these opposing electrodes and has a tube member in which a cooling water flow path for cooling the magnets of each of the opposing electrodes is formed. Device. 2. The ion plating apparatus according to claim 1, wherein a magnet is arranged in the vacuum chamber so as to surround the base material held by the base material holder. 3. The base material holder has a rotatable structure,
The ion plating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the drive mechanism has a structure that swings and rotates the counter electrode in synchronization with rotation of the holder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19674789A JPH0361363A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Ion plating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19674789A JPH0361363A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Ion plating device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0361363A JPH0361363A (en) | 1991-03-18 |
| JPH0548303B2 true JPH0548303B2 (en) | 1993-07-21 |
Family
ID=16362937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19674789A Granted JPH0361363A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Ion plating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0361363A (en) |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP19674789A patent/JPH0361363A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0361363A (en) | 1991-03-18 |
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