JPH07122134B2

JPH07122134B2 - イオンプレーティング方法

Info

Publication number: JPH07122134B2
Application number: JP62250939A
Authority: JP
Inventors: 清根橋; 修一岡部; 忍中島
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1987-10-05
Filing date: 1987-10-05
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH0196371A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、イオンプレーティング方法に係り、特に、
面積の大きい被蒸着基板に対し、長時間にわたり良好な
膜形成を行うことのできるイオンプレーティング方法に
関する。

［従来の技術］イオンプレーティングは、蒸着めっきの一種で、加熱蒸
発した蒸着材料を、例えば正イオン化して、負電位の被
蒸着基板に衝突・付着させることにより、確実な蒸着め
っきが得られるようにしたものである。

この種のイオンプレーティングに使用される装置の概略
構造を、第５図に基づいて説明する。

チャンバ１内には、真空状態のところに、例えば、窒素
や炭素等の反応ガス２が供給される。この反応ガス２に
は、放電を生じさせるためのアルゴン等の不活性ガスが
混合されている。

チャンバ１内の底部には、蒸着材料３を所定の蒸気圧
（10^-2〜10^-3Torr）が得られるまで、温度でいえば、融
点よりも少し高い温度まで加熱して蒸発させ、蒸発物質
４にするための蒸発源５が設けてある。

蒸発源５は、電子ビーム６を利用した、いわゆる電子ビ
ーム蒸発源であり、水冷された坩堝７に蒸着材料３を入
れ、これに電子ビーム６を直接当てて加熱し、蒸発物質
４を得ている。

チャンバ１の側壁には、坩堝７より電位が高い直流放電
電極板８が設けてある。

該直流放電電極板８は、モリブデン（Mo）、タンタル
（Ta）、タングステン（Ｗ）等で形成され、蒸発源５か
ら熱電子（e^-）９を放出させて、前記反応ガス２や、蒸
発物質４に衝突させ、該反応ガス２や蒸発物質４をイオ
ン化し、あるいは励起するものである。

チャンバ１内の上方には、めっきされる被務蒸着基板10
が配置されている。被蒸着基板10は、坩堝７より電位が
低く、ヒータ11によって加熱されるようになっている。

なお、蒸発源５と被蒸着基板10との間には、開閉可能な
シャッタ12が設けられている。また、坩堝７と直流放電
電極板８との間、および坩堝７と被蒸着基板10との間の
各々に、直流電源13,14が接続されている。また、図
中、15は真空排気である。

以上の構成において、電子ビーム６によって加熱された
蒸着材料は、蒸発物質４となってチャンバ１内に蒸発す
る。このとき、蒸発源５から直流放電電極板８へ向けて
放出される熱電子（e^-）９が、蒸発物質４に衝突して、
電子を弾き出し、正イオン化する。また、反応ガス２も
同様に熱電子９の衝突により正イオン化する。

これら正イオン化された蒸発物質４と反応ガス２は、電
位の低い被蒸着基板10に引かれて衝突する。そして、蒸
発物質４と反応ガス２が化合して蒸着膜を形成する。

このように、イオンプレーティング装置は、蒸発物質４
をイオン化するので、被蒸着基板10に確実に付着し、長
期間使用しても剥離しない強固なめっきが得られる。

［発明が解決しようとする問題点］上述したイオンプレーティングを行う場合、熱電子９の
放出量、すなわちイオン化電流Ｉが安定していること
が、良好な蒸着膜を形成する上で、極めて重要である。

しかしながら、上述した従来のイオンプレーティング装
置においては、次のような現象が見られた。これを第６
図の波形図を参照して説明する。

ある時刻T₁が経過するまでは、イオン化電流Ｉは、大
きな変化がなく安定している。

時刻T₁経過後、イオン化電流Ｉの変化が次第に増大す
る（時刻T₁〜T₂の間）。

さらに時間が経過すると、イオン化電流Ｉの変化が極
めて大きくなり、その頻度も増加する（時刻T₂〜T₃）。

やがて、安定な操業が不可能となり、イオンプレーテ
ィング運転を中止せざるを得なくなる（時刻T₃）。

また、イオン化電流Ｉが変動するため、被蒸着基板10
での成膜条件が変わり、均一な膜が形成されなくなると
ともに、被蒸着基板10の表面も荒れ、良好な膜が得られ
ない。

このような現象の原因は、次のようであると考えられ
る。

すなわち、従来のように、２〜３時間程度の短時間操業
の場合は、あまり問題ないが、それ以上長時間操業する
場合は、蒸発源５の蒸着材料３が消費されて、くぼみが
できたり、熱変形したり、あるいは、チャンバ１から剥
離して蒸発源５の上に落下した蒸着物質が、蒸着材料３
に溶け込んで、不純物の混じった蒸着材料を形成してし
まったりする。

この結果、溶解部から蒸発する割合が一定でなくなった
り、また、不純物の混じった蒸着材料３を溶解している
間に突沸を起こしたりする。この突沸は、蒸着材料３
（たとえば、Ti）より、蒸着物質（たとえばTiN）の方
が溶解温度が高いことにより生じるものである。

このような現象が生じると、イオン変電流Ｉが大きく変
動し始める。そのため、坩堝７の蒸着材料３の表面状態
も、ますます荒れてきて、イオン化電流Ｉの変動をさら
に大きくし、異常放電を発生させて操業を停止させてし
まう。

この発明は、このような背景の下になされたもので、長
時間にわたって安定な操業を可能とするとともに、常に
良好な成膜を行うことのできるイオンプレーティング方
法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決するためにこの発明は、蒸発源の蒸着材料を加熱蒸発して蒸発物質を得る過程
と、該蒸発物質をイオン化する過程と、前記イオン化さ
れた蒸発物質を被蒸着基板に蒸着する過程とを有するイ
オンプレーティング方法において、イオン化電流の変動が大きくなり始めた時点で、イオン
プレーティングを中断する過程と、蒸発源の蒸着材料を再溶解して、該蒸着材料の凹凸や熱
変形の修正を行うとともに、蒸着材料の表面に落下、あ
るいは一部溶け込んでいる不純物を蒸発させて取り除く
過程と、蒸着材料を、表面が滑らかで不純物をほとんど含まない
状態に復帰させた後、再度イオンプレーティングを開始
する過程と、イオン化電流の変動が大きくなり始める毎に、上記各過
程を繰り返す過程とを有することを特徴とする。

［作用］上記方法によれば、イオン化電流の変動により、蒸着材
料の不都合、すなわち、熱変形、凹凸、不純物の混入な
どが早期に検出される。この時点で、蒸着材料を再溶解
して整形するので、常に良好なイオンプレーティングを
継続することができる。

［実施例］以下、図面を参照して、本発明を適用した実施例を説明
する。なお、この実施例に係るイオンプレーティング構
成は、第５図の従来装置と同様である。

第１図は、蒸発源５の詳細を示す図である。

蒸発源５は、坩堝７と、この坩堝７の円環状凹部に入れ
られたドーナツ状の蒸着材料３とを有し、坩堝７は緩や
かに回転するようになっている。この場合、電子ビーム
６は、移動しないから、坩堝７の回転につれて、蒸着材
料３の溶解部3aが順次移行し、この溶解部3aから第５図
の蒸発物質４が蒸発する。

こうしてイオンプレーティング操業を継続していくと、
第４図の時刻T₁で、イオン化電流Ｉの変動が大きくなり
始める。この時刻T₁から少し経過した時刻T₂に、イオン
プレーティング操業を停止する。すなわち、第５図のシ
ャッタ12を閉じ、反応ガス２の吹き込みを止め、電極1
3,14を落とす。この結果、蒸発物質４と熱電子９がなく
なる。

第２図は、上記時刻T₂における蒸着材料３の状態を示す
ものである。長時間の運転により、蒸着材料３には、く
ぼみや熱変形が生じている。また、チャンバ１の内壁等
からは、蒸着物質等の不純物が剥離して落下したりし、
その一部が蒸着材料３に溶け込んだりしている。

そこで、電子ビーム６を適当に振らせながら、蒸着材料
３の表面を再溶解し、くぼみや熱変形をなくすととも
に、蒸着材料３の表面に付着している不純物、あるいは
蒸着材料３の表面に一部溶け込んでいる不純物を溶解し
て、蒸発させてしまう。このとき、シャッタ12が閉じて
いるため、蒸発した不純物は被蒸着基板10には蒸着しな
い。

第３図は、上記のようにして、もとの形に整形した蒸着
材料３の状態を示すものである。ただし、当然のことな
がら、蒸着材料３の量は、イオンプレーティング操業、
および再溶解により、イオンプレーティング開始時より
減少している。

第４図の時刻T₂〜T₃において、再溶解による整形が終了
すると、時刻T₃からイオンプレーティングを再開する。
すなわち、電源13,14を再投入し、反応ガス２供給を再
開し、かつシャッタ12を開ける。

以下、同様に、時刻T₄でイオン化電流Ｉの変動が大きく
なり始めたら、その少し後の時刻T₅でイオンプレーティ
ングの操業を中断して、時刻T₅〜T₆の間に、蒸着材料３
を再溶解して整形する。そして、時刻T₆に、イオンプレ
ーティングの操業を再開する。また、時刻T₆〜T₉にて
も、同様の操作を繰り返す。

こうして、イオン化電流Ｉの変動が大きくなり始めるた
びに、上述した再溶解により蒸着材料３を整形して、イ
オンプレーティング操業を継続する。これにより、次の
ような効果をあげることができる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明は、イオン化電流の変動
が大きくなり始めたときに、イオンプレーティング操作
を中断し、蒸着材料を再溶解して整形し、当初の状態に
復帰させてから、イオンプレーティングを再開するよう
にしたので、次の効果を得ることができる。

長時間のイオンプレーティングが可能である。

被蒸着基板の面積が大きかったり、長尺物の場合、蒸発
源を移動させながら、あるいは、被蒸着基板を移動させ
ながら、イオンプレーティングを行う必要がある。これ
は、蒸発物質が被蒸着基板に当たる範囲は、ある狭い範
囲に限定されるためである。したがって、被蒸着基板の
面積が小さいものと同じ膜厚を生成する場合でも、イオ
ンプレーティングに長時間要する。

本発明は、このような場合に、特に有効である。

イオン化電流の変動が大きくなる前に、イオンプレー
ティング操業を中断するので、成膜に悪影響を及ぼすこ
となく、良好な成膜が可能である。すなわち、膜の特性
が均一で、荒れが少ない成膜が可能である。

蒸着材料の再溶解は、チャンバ内の真空をブレイクす
る（破る）ことなく行える。このため、成膜条件の変動
を最小限に抑えることができ、安定度の高い成膜が実現
される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した一実施例によるイオンプレ
ーティング装置の蒸発源の構成を示す図、第２図はイオ
ンプレーティングにより変形した蒸着材料の状態を示す
断面図、第３図は再溶解により整形した蒸着材料の状態
を示す断面図、第４図は本実施例におけるイオン化電流
の変動を示す図、第５図はイオンプレーティング装置の
構成を示す図、第６図は従来のイオンプレーティング装
置におけるイオン化電流の変動を示す図である。１……チャンバ、２……反応ガス、３……蒸着材料、3a
……溶解部、４……蒸発物質、５……蒸発源、６……電
子ビーム、７……坩堝、８……直流放電電極板、９……
熱電子、10……被蒸着基板、11……ヒータ、12……シャ
ッタ、13,14……電源、15……真空排気。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発源の蒸着材料を加熱蒸発して蒸発物質
を得る過程と、該蒸発物質をイオン化する過程と、前記
イオン化された蒸発物質を被蒸着基板に蒸着する過程と
を有するイオンプレーティング方法において、イオン化電流の変動が大きくなり始めた時点で、イオン
プレーティングを中断する過程と、蒸発源の蒸着材料を再溶解して、該蒸着材料の凹凸や熱
変形の修正を行うとともに、蒸着材料の表面に落下、あ
るいは一部溶け込んでいる不純物を蒸発させて取り除く
過程と、蒸着材料を、表面が滑らかで不純物をほとんど含まない
状態に復帰させた後、再度イオンプレーティングを開始
する過程と、イオン化電流の変動が大きくなり始める毎に、上記各過
程を繰り返す過程とを有することを特徴とするイオンプレーティング方法。