JPH0696766B2 - 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、前記基材ホルダの下方に円弧状に
移動自在に配置され、前記ホルダに保持された基材に対
して蒸着物質の堆積を遮蔽するための平板状シャッタ
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。

【０００４】上述した構造のイオンプレーティング装置
において、前記基材ホルダに基材を保持し、シャッタを
移動させて前記基材の下方に位置させた後、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。このようなプラズマをチャンバ内に形成した状態
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。前記プラズマおよび蒸着物質の
蒸発が安定化する成膜準備完了後、シャッタを移動させ
て前記基材の下方を開放することにより、負電位が印加
された前記基材表面にイオン化蒸着物質を衝突させて所
定の薄膜を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
造のイオンプレーティング装置では成膜速度を上げるた
めに真空チャンバに生成するプラズマの密度を大きくす
ると、成膜準備段階で前記基材の下方に配置されたシャ
ッタが平板状であるため、プラズマが前記基材に側に回
り込む。その結果、シャッタを開いて成膜した後の薄膜
の膜質が著しく悪化するという問題があった。

【０００６】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、真空チャンバ内に高密度のプラズ
マを発生させても成膜準備段階で基材側へのプラズマの
回り込みを確実に防止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。

【０００７】

【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、前記基材ホルダに保持された基材に対して蒸着物質
の堆積を遮蔽するためのシャッタと、前記チャンバ内の
底部付近に配置された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対向電極と
を具備したイオンプレーティング装置において、前記シ
ャッタは底板および該底板に一体化された竪形半枠体か
らなり、例えば円弧状に移動自在な主シャッタ部材と、
前記竪形半枠体に連結されて前記ホルダを囲む竪形半枠
体形状をなす例えば前進後退自在な補助シャッタ部材と
から構成されることを特徴とするイオンプレーティング
装置である。

【０００８】前記蒸着源は、電子ビーム加熱方式、抵抗
加熱方式のもの等を用いることができる。前記蒸着源の
蒸着物質を収納するルツボとしては、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。

【０００９】本発明に係わるイオンプレーティング装置
は、高速成膜を図る観点から以下に説明する構成とする
ことが望ましい。

【００１０】(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、前記基材ホルダに保
持された基材に対して蒸着物質の堆積を遮蔽するための
前述した構造のシャッタと、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の対向電極に互いに対向する面
がＳ極となるようにそれぞれ内蔵された永久磁石と、前
記各対向電極が位置する前記チャンバの側壁外面近傍に
それぞれ配置され、前記各磁石との関係で磁力を制御す
るためのコイルとを具備したイオンプレーティング装
置。

【００１１】(2) 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、前記基材ホルダに保
持された基材に対して蒸着物質の堆積を遮蔽するための
前述した構造のシャッタと、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永久磁石を内蔵し
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永久磁
石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
を具備したイオンプレーティング装置。

【００１２】

【作用】本発明によれば、基材ホルダの下方に配置する
シャッタを底板および該底板に一体化された竪形半枠体
からなり、例えば円弧状に移動自在な主シャッタ部材
と、前記竪形半枠体に連結されて前記ホルダを囲む竪形
半枠体形状をなす例えば前進後退自在な補助シャッタ部
材とから構成することによって、真空チャンバ内に高密
度のプラズマを発生させても成膜準備段階で基材側への
プラズマの回り込みを前記主シャッタ部材の底板と、同
部材の竪形半枠体および竪形半枠体形状をなす補助シャ
ッタ部材の組合わせによる竪形枠体とにより確実に防止
することができる。その結果、前記シャッタを開いて成
膜することにより基材表面に良好な膜質を有する薄膜の
高速成膜できる。

【００１３】なお、本発明者らは前記シャッタを前進後
退自在な底板と円弧状に移動自在な竪形枠体とから構成
することを試みた。しかしながら、かかる構造のシャッ
タではホルダに付設された加熱ヒータ、蒸着源の溶融蒸
着物質およびプラズマからの輻射熱により前記底板が変
形するため、前記底板と竪形枠体下端の距離を大きくと
る必要がある。その結果、前記底板と竪形枠体の隙間か
らプラズマが基材に回り込むという問題があった。これ
に対し、本発明に用いられるシャッタは竪形半枠体下端
に底板を一体化した主シャッタ部材を備えた構造になっ
ているため、前記輻射熱による変形量が少なくなり、ま
た前記主シャッタ部材の底板が変形しても、前述したよ
うに底板と竪形枠体から構成したシャッタのようにプラ
ズマが基材が側に回り込むことを回避できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図４を参照し
て詳細に説明する。

【００１５】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、図４はシャッタを開放した状態を示す斜
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。

【００１６】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
壁外面には、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１１₁ 、１１₂ 、１１₃ は、
互いに対向する面がＳ極となるように矩形状の永久磁石
１２₁ 、１２₂ 、１２₃ が内蔵されている。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。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
壁の外面近傍には、３つの空心コイル１４₁ 、１４₂ 、
１４₃ が前記各対向電極１１₁ 、１１₂ 、１１₃ と対応
して配置されている。

【００１７】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１５
が配設されており、かつ該ホルダ１５は回転軸１６によ
り支持、吊下されている。前記回転軸１６は、可変電源
１７に接続され、前記回転軸１６を通して前記ホルダ１
５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１８が連結され
ている。

【００１８】前記ホルダ１５の下方には、シャッタ１９
が配置されている。前記シャッタ１９は、図３および図
４に示すように前記ホルダ１５の下方に配置される円形
状の底板２０および該底板２０に一体化された竪形半円
筒状枠体２１からなる主シャッタ部材２２と、前記主シ
ャッタ部材２２の前記竪形半円筒枠体２１に組み合わさ
れて前記ホルダ１５を囲む竪形半円筒枠体形状をなす補
助シャッタ部材２３とから構成されている。前記主シャ
ッタ部材２２は、前記チャンバ１の上壁から延出された
Ｌ形アーム２４により円弧状に移動できるようになって
いる。前記補助シャッタ部材２３は、前記チャンバ１の
側壁から延出された駆動ロッド２５により前進後退でき
るようになっている。

【００１９】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。

【００２０】まず、ホルダ１５に基材２６を保持し、蒸
着源３のルツボ４内に所望の蒸着物質を収容する。つづ
いて、シャッタ１９の主シャッタ部材２２をＬ形アーム
２４により移動させると共に補助シャッタ部材２３を駆
動ロッド２５により前進させて前記主シャッタ部材２２
の竪形半円筒枠体２１と竪形半円筒枠体形状をなす補助
シャッタ部材２３の開放端を互いに当接させて前記ホル
ダ１５の下方を前記底板２０で、前記ホルダ１５の外周
を前記竪形半円筒枠体２１と竪形半円筒枠体形状をなす
補助シャッタ部材２３で囲む。ひきつづき、図示しない
真空ポンプを作動して排気管２を通して真空チャンバ１
内のガスを排気して前記チャンバ１内を所定の真空度と
する。

【００２１】次いで、可変電源１７から回転軸１６及び
ホルダ１５を通して前記基材２６に負電圧を印加し、前
記回転軸１６によりホルダ１５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 、１１
₂ 、１１₃ によりプラズマ２７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１１
₁ 、１１₂ 、１１₃ は互いに対向する面がＳ極となるよ
うに矩形状の永久磁石１２₁ 、１２₂ 、１２₃ が内蔵さ
れ、かつ前記対向電極１１₁ 、１１₂ 、１１₃ の背面
（チャンバ１の側壁外面近傍）に空心コイル１４₁ 、１
４₂、１４₃ が配置されているため、図３に示すように
ホルダ１５の下方近傍に前記各磁石１２₁ 、１２₂ 、１
２₃ 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２７は前記各磁束密度Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、
Ｂ₃ に絡まって前記各磁石１２₁ 、１２₂ 、１２₃ 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１５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、前記空心コイル１４₁ 、
１４₂ 、１４₃ への供給電流量を調節することにより、
さらに強力な磁場が発生され、一層高密度化されたシー
ト状プラズマが形成される。しかも、前記空心コイル１
４₁ 、１４₂ 、１４₃ への供給電流量を調節により前記
シート状プラズマ２７の平面形状が制御される。かかる
シート状プラズマ２７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 、１１₃ に内蔵された永久磁石１
２₂ 、１２₃ 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２７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、
前記交点から前記磁石１２₁ 、１２₂ 、１２₃ 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２７の密度は前記交点で最小となり、前記交点か
ら前記磁石１２₁ 、１２₂ 、１２₃ に向かうに従って増
大する。

【００２２】このようなプラズマ密度の高いシート状プ
ラズマ２７を前記ホルダ１５（基材１９）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２７内に上昇する過程で効率よくイオン
化される。かかる成膜の準備段階において、前記ホルダ
１５下面に保持された基材２６は下方が前記シャッタ１
９の前記底板２０で、外周が前記竪形半円筒枠体２１と
竪形半円筒枠体形状をなす補助シャッタ部材２３で囲ま
れているため、前記基材２６側に前記プラズマ２７が回
り込むのを確実に防止される。

【００２３】成膜準備が終了した後、シャッタ１９の主
シャッタ部材２２をＬ形アーム２４により円弧状に移動
させると共に補助シャッタ部材２３を駆動ロッド２５に
より後退させて図４に示すように前記ホルダ１５の基材
２６を開放すると、前記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２６
側に加速、衝突されて所定の被膜が前記基材２６表面に
成膜される。

【００２４】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ホルダ１５下面に保持された基
材２６の下方近傍にプラズマ密度の高いシート状プラズ
マ２７を形成できる。かかるシート状プラズマ２７の形
成（成膜準備段階）において、前記基材ホルダ１５の下
方に配置するシャッタ１９を底板２０および該底板２０
に一体化された竪形半円筒枠体２１からなり、Ｌ形アー
ム２４により円弧状に移動自在な主シャッタ部材２２
と、前記竪形半円筒枠体２１に連結されて前記ホルダを
囲む竪形半円筒枠体形状をなし、駆動ロッド２５により
前進後退自在な補助シャッタ部材２３とから構成するこ
とによって、前記基材２６側への前記プラズマ２７の回
り込みを前記主シャッタ部材２２の底板２０と、同部材
２２の竪形半円筒枠体２１および竪形半円筒枠体形状を
なす補助シャッタ部材２３の連結で形成された竪形円筒
枠体とにより確実に防止することができる。その結果、
前記シャッタ１９を開いて成膜することにより前記基材
２６表面に良好な膜質を有する薄膜の高速成膜できる。

【００２５】なお、前記実施例では主シャッタ部材を構
成する竪形半枠体および補助シャッタ部材の形状を半円
筒枠体としたが、これに限定されない。例えば、竪形半
四角筒枠体としてもよい。また、竪形半円筒枠体の補助
シャッタ部材の開閉動作は円弧状の回転運動で行なって
もよい。

【００２６】前記実施例では、矩形状の永久磁石を対向
電極に内蔵させたが、長楕円形状の永久磁石を対向電極
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
円形状の永久磁石を対向電極に内蔵させることが好まし
い。

【００２７】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１８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。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば真空
チャンバ内に高密度のプラズマを発生させても成膜準備
段階で基材側へのプラズマの回り込みを確実に防止で
き、ひいては基材表面に良好な膜質を有する薄膜の高速
成膜することが可能な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】図１のイオンプレーティング装置におけるシャ
ッタを開放した状態を示す斜視図。

【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 …永久磁石、
１４₁ 、１４₂ 、１４₃ …空心コイル、１５…ホルダ、
１７…可変電源、１８…ガス導入管、１９…シャッタ、
２０…底板、２１…竪形半円筒状枠体、２２…主シャッ
タ部材、２３…補助シャッタ部材、２６…基材、２７…
シート状プラズマ。

Claims (1)

【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、前記基材ホルダに保持
   された基材に対して蒸着物質の堆積を遮蔽するためのシ
   ャッタと、前記チャンバ内の底部付近に配置された蒸着
   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
   に引き出すための対向電極とを具備したイオンプレーテ
   ィング装置において、前記シャッタは底板および該底板
   に一体化された竪形半枠体からなる主シャッタ部材と、
   前記竪形半枠体に連結されて前記ホルダを囲む竪形半枠
   体形状をなす補助シャッタ部材とから構成されることを
   特徴とするイオンプレーティング装置。