JPH0762244B2 - Film forming method by ion plating - Google Patents
Film forming method by ion platingInfo
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- JPH0762244B2 JPH0762244B2 JP3054965A JP5496591A JPH0762244B2 JP H0762244 B2 JPH0762244 B2 JP H0762244B2 JP 3054965 A JP3054965 A JP 3054965A JP 5496591 A JP5496591 A JP 5496591A JP H0762244 B2 JPH0762244 B2 JP H0762244B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イオンプレーティング
による成膜方法に関するBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming method by ion plating.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般にイオンプレーティングによる成膜
方法は、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による成膜方法
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。2. Description of the Related Art Generally, a film forming method by ion plating has a feature that a film having high adhesion can be formed on a surface of a substrate as compared with a usual CVD method and a sputtering method.
When applying the film formation method by ion plating having such characteristics to the structural material as the base material, the viewpoint of forming a thick film with a smooth surface without being affected by the improvement in productivity and the surface roughness of the structural material. Therefore, it is required to form a film at a high speed.
【0003】ところで、従来のイオンプレーティングに
よる成膜方法としては、特開昭63−62872号に開
示された方法が知られている。かかる成膜方法は、真空
チャンバ内に配置したルツボ中の成膜材料に電子ビーム
を照射して蒸発させ、前記チャンバ側壁に設けたプラズ
マ銃からのプラズマを前記チャンバ内上部の基材ホルダ
の上面に配置した永久磁石により前記ホルダ下面に保持
した基材に絞り込み、前記蒸発した成膜材料を前記プラ
ズマでイオン化して前記基材表面に成膜するものであ
る。By the way, as a conventional film forming method by ion plating, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-62872 is known. In such a film forming method, a film forming material in a crucible arranged in a vacuum chamber is irradiated with an electron beam to be evaporated, and plasma from a plasma gun provided on the side wall of the chamber is attached to the upper surface of a substrate holder in the upper part of the chamber. Is narrowed down to the base material held on the lower surface of the holder by the permanent magnet arranged in the above, and the evaporated film forming material is ionized by the plasma to form a film on the surface of the base material.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た成膜方法ではプラズマ電流が基材に流れるため、基材
温度はプラズマ電流に従属される。このため、プラズマ
中に導入された蒸発物質のイオン化率を上げる目的で、
前記プラズマ電流を上げると、基材温度が上昇する。一
方、成膜速度を高める目的でプラズマ電流と永久磁石の
磁場を上げると、基材表面付近のプラズマ密度が高くな
るため、前記基材表面に成膜された薄膜がスパッタされ
て成膜速度が低下する。その結果、基材温度と成膜速度
を独立して制御できず、基板温度を一定にして成膜速度
を上げることができないという問題があった。なお、成
膜中での基材温度の上昇は耐熱性の低い材料からなる基
材への成膜が困難となり、基材の材質が制約されるとい
う問題を生じる。However, in the above-described film forming method, since the plasma current flows through the substrate, the substrate temperature depends on the plasma current. Therefore, for the purpose of increasing the ionization rate of the vaporized substances introduced into the plasma,
Increasing the plasma current raises the substrate temperature. On the other hand, when the plasma current and the magnetic field of the permanent magnet are increased for the purpose of increasing the film formation speed, the plasma density near the surface of the base material increases, so that the thin film formed on the surface of the base material is sputtered and the film formation speed increases. descend. As a result, there is a problem that the substrate temperature and the film formation rate cannot be controlled independently, and the substrate temperature cannot be kept constant to increase the film formation rate. It should be noted that an increase in the substrate temperature during film formation causes a problem that it becomes difficult to form a film on a substrate made of a material having low heat resistance, and the material of the substrate is restricted.
【0005】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、基材温度の上昇を抑制しつつ、前
記基材表面への高速成膜を達成したイオンプレーティン
グによる成膜方法を提供しようとするものである。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and it is a film formation by ion plating that achieves high-speed film formation on the surface of the base material while suppressing an increase in the base material temperature. It is intended to provide a method.
【0006】[0006]
【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、前記プラズマ銃からのプラズマを前記永久磁石を
有する第1〜第3の対向電極で前記チャンバ内に引き出
し、少なくとも前記蒸発された蒸着物質を前記プラズマ
でイオン化して負電位が印加された前記基材表面に成膜
するに際し、前記基材中心と前記蒸着源中心を結ぶ直線
と前記プラズマ銃および前記第1〜第3の対向電極が位
置する平面との交点またはその近傍における磁束密度を
最小とし、その最小磁束密度を18ガウス以上に設定す
ることを特徴とするイオンプレーティングによる成膜方
法である。前記交点の近傍とは、前記基材から投影さ
れ、前記基材の中心からその周縁までの距離の半分に長
さに亘る領域内を意味するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a vacuum chamber.
And a substrate holder placed near the top of the chamber
It is placed near the bottom of the chamber and is steamed with an electron gun.
A vapor deposition source for evaporating the adhering substance and a side wall of the chamber
The plasma gun and the front of the inner wall of the chamber.
Located in the same or almost the same plane as the plasma gun
Placed so that it faces the plasma gun.
The plasma from the plasma gun into the chamber
Rectangular first counter electrode for drawing out, and the chamber
Near the inner surface of the side wall of the plasma gun
The electrons from the electron gun so that they are located in one plane
Arranged so as to face each other in the beam emission direction,
Extraction of plasma from plasma gun into the chamber
Rectangular shaped second and third counter electrodes for
3 so that the surface facing each other becomes the S pole.
The built-in permanent magnets and the counter electrodes are located
Are located near the outer surface of the side wall of the chamber.
A coil for controlling the magnetic force in relation to each magnet
And Bei draws plasma from the plasma gun within the chamber in the first to third counter electrode having the permanent magnets, at least the vaporized deposition material is ionized by the plasma negative potential is applied When forming a film on the surface of the base material, the magnetic flux density at or near the intersection of the straight line connecting the center of the base material and the center of the vapor deposition source and the plane where the plasma gun and the first to third counter electrodes are located. It is a film forming method by ion plating, which is characterized in that the minimum magnetic flux density is set to 18 Gauss or more. The vicinity of the intersection means a region projected from the base material and extending over half the distance from the center of the base material to the peripheral edge thereof.
【0007】前記最小磁束密度を限定した理由は、18
ガウス未満にすると高速成膜、つまり50オングストロ
ーム(以下、Aと称する)/秒以上の高速成膜を達成す
ることができなくなるからである。より好ましい最小磁
束密度は、25〜100ガウスの範囲である。The reason for limiting the minimum magnetic flux density is 18
This is because if it is less than Gauss, it is impossible to achieve high-speed film formation, that is, high-speed film formation of 50 Å (hereinafter referred to as A) / second or more. A more preferable minimum magnetic flux density is in the range of 25 to 100 Gauss.
【0008】前記基材表面に成膜される被膜は、前記蒸
着物質からなるものの他に、前記チャンバ内に反応ガス
を導入して前記蒸着物質と前記プラズマ中で反応させる
ことにより所望の化合物被膜を前記基材表面に形成する
ことが可能となる。The coating film formed on the surface of the base material is, in addition to the vapor deposition material, a desired compound coating film by introducing a reaction gas into the chamber and reacting with the vapor deposition material in the plasma. Can be formed on the surface of the base material.
【0009】[0009]
【作用】本発明によれば、真空チャンバ内の上部付近に
ホルダにより基材を保持し、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、プラズ
マ銃と同一もしくはほぼ同一平面内に位置すると共に前
記プラジマ銃および前記電子銃からの電子ビーム放出方
向と所定の位置関係で配置され、対向する面がS極とな
る永久磁石を有する第1〜第3の対向電極で前記チャン
バの側壁に設けられたプラズマ銃からのプラズマを前記
チャンバ内に引き出し、少なくとも前記蒸発された蒸着
物質を前記プラズマでイオン化して負電位が印加された
前記基材表面に成膜するに際し、前記基材中心と前記蒸
着源中心を結ぶ直線と前記プラズマ銃および前記第1〜
第3の対向電極が位置する平面との交点またはその近傍
における磁束密度を最小とし、その最小磁束密度を18
ガウス以上に設定することによって、前記基材の下方近
傍にシート状で高密度のプラズマを発生できる。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、基材温度
の上昇を抑制しつつ、前記基材表面への高速成膜を達成
できる。According to the present invention, in the vicinity of the upper part in the vacuum chamber
Holding the substrate by the holder, the evaporation source to evaporate the deposition material by an electron gun disposed near the bottom of the chamber, plasma
Located in the same or almost the same plane as the Ma gun and in front
How to emit an electron beam from a plasma gun and the electron gun
Are arranged in a predetermined positional relationship with the direction, and the facing surface is the S pole.
The plasma from the plasma gun provided on the side wall of the chamber is drawn into the chamber by the first to third counter electrodes having permanent magnets , and at least the vaporized deposition material is ionized by the plasma to have a negative potential. When a film is formed on the surface of the base material to which is applied, a straight line connecting the center of the base material and the center of the vapor deposition source, the plasma gun, and the first to
The magnetic flux density at or near the intersection with the plane where the third counter electrode is located is minimized, and the minimum magnetic flux density is set to 18
By setting it to be Gauss or higher, a sheet-like high density plasma can be generated near the lower part of the base material. As a result, by applying a negative potential to the substrate, most of the positive ion deposition material ionized in the high-density plasma can be deposited on the surface of the substrate. Therefore, high-speed film formation on the surface of the base material can be achieved while suppressing an increase in the base material temperature.
【0010】[0010]
【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。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to FIGS.
【0011】図1は、実施例で使用したイオンプレーテ
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。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an ion plating device used in the embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 illustrates plasma generation by the device. FIG. Reference numeral 1 in the figure denotes a square cylindrical vacuum chamber, and an exhaust pipe 2 communicating with a vacuum pump for maintaining a predetermined degree of vacuum in the chamber 1 is provided on an upper side wall of the chamber 1. . Further, 3 in the drawing is a vapor deposition source. The vapor deposition source 3 is based on the chamber 1
A crucible 4 installed at the bottom of the chamber 1, an electron gun 5 provided on the lower part of the side wall of the chamber 1 for irradiating the crucible 4 with an electron beam, and an electron gun 5 arranged near the upper part of the crucible 4. A pair of deflection magnets 6 for deflecting the electron beam from the substrate to irradiate the vapor deposition material in the crucible 4.
It consists of and.
【0012】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
対向電極111 、112 、113 がそれぞれ固定されて
いる。前記各対向電極111 、112 、113 のうち対
向電極111 は、前記プラズマ銃7が設けられた側壁に
対向されている。残りの2つの対向電極112 、113
は互いに平行となるように対向して配置され、かつ前記
対向電極112 は前記電子銃5が設けられた前記チャン
バ1の側壁の内面近傍に配置されている。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 、10
3 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、プラズマの精
製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。A plasma gun 7 as a plasma generation source is provided on the outer surface of one side wall of the chamber 1, and an introduction for introducing a predetermined gas such as argon (Ar) into the rear portion of the plasma gun 7. A tube (not shown) is provided. A diaphragm coil 8 is provided on the outer surface of the side wall of the chamber 1 in which the plasma gun 7 is provided, and a plasma narrowing portion 9 is provided on the side wall. The three support shafts 10 1 , 10 2 , and 10 3 are located in the same plane as the plasma gun 7 on the other three sidewalls except the one sidewall on which the plasma gun 7 is provided. It is inserted through. Each of the support shafts 10 1 , 10 2 , 10 3
Counter electrodes 11 1 , 11 2 and 11 3 each having a rectangular shape are fixed to the tip located in the chamber 1. Of the counter electrodes 11 1 , 11 2 , and 11 3 , the counter electrode 11 1 faces the side wall on which the plasma gun 7 is provided. The remaining two counter electrodes 11 2 and 11 3
Are arranged so as to be parallel to each other, and the counter electrode 11 2 is arranged near the inner surface of the side wall of the chamber 1 in which the electron gun 5 is provided. Each of the counter electrodes 11 1 , 11 2 , and 11 3 has a rectangular shape of permanent magnets 12 1 , 12 2 , and 12 3 so that the surfaces facing each other are S poles.
Is built in. Each of the support shafts 10 1 , 10 2 , 10
Reference numeral 3 is electrically connected to the plasma gun 7, and a DC power source 13 for applying a negative potential to the plasma gun 7 is interposed in the wiring connecting the respective members. The gun 7 and the respective counter electrodes 11 1 ,
A potential gradient can be applied between 11 2 and 11 3 . Three air-core coils 14 1 , 14 2 , 14 3 are provided in the vicinity of the outer surfaces of the other three side walls except the one side wall of the chamber 1 in which the plasma gun 7 is provided, and the counter electrodes 11 1 , 11 2 , It is arranged corresponding to 11 3 .
【0013】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。次に、前述したイオンプレーティング装置を用
いてTiN被膜を成膜する方法を説明する。A holder 15 for holding a base material is provided in the vicinity of the upper part of the sheet-shaped plasma generation region in the chamber 1.
And the holder 15 is supported and suspended by a rotary shaft 16. The rotary shaft 16 is connected to a variable power source 17, and the holder 1 is passed through the rotary shaft 16.
A negative voltage is applied to 5. A reaction gas introducing pipe 18 is connected to a lower portion of a side wall of the chamber 1. Next, a method of forming a TiN coating film using the above-mentioned ion plating device will be described.
【0014】まず、ホルダ15にSUS304からなる
基材19を保持し、蒸着源3のルツボ4内にTi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内のガスを排気管2を通して排気してチャンバ1内の
圧力を1×10-5torr第に廃棄した後、ガス導入管18
からN2 ガスを真空チャンバ1内に供給してN2 分圧を
3×10-3〜5×10-3torrとする。つづいて、可変電
源17から回転軸16及びホルダ15を通して基材19
に負電圧を印加しながら、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前記ル
ツボ4内に収容したTiに照射して溶融、蒸発させる。
同時に、プラズマ銃7にアルゴンガスを供給し、前記プ
ラズマ銃7よりプラズマを生成すると、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3つの対向電極111 、
112 、113 によりプラズマ20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、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1
41 、142 、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 、1
22 、123 の背面のN極から対向面のS極に向かう強
力な磁場(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20は前記各磁束密度B1 、B2 、B
3 に絡まって前記各磁石121 、122 、123 に引き
込まれるため、前記ホルダ15の下方近傍においてシー
ト状となり、高密度化される。また、前記空心コイル1
41 、142 、143 への供給電流量を調節することに
より、さらに強力な磁束が発生され、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141 、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20の平面形状が制御される。
なお、前記シート状プラズマ20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 、1
12 、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20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。First, the substrate 15 made of SUS304 is held in the holder 15, Ti is stored in the crucible 4 of the vapor deposition source 3, and then a vacuum pump (not shown) is operated to exhaust the gas in the vacuum chamber 1 to the exhaust pipe 2. Gas is exhausted through the chamber 1 and the pressure in the chamber 1 is discarded to 1 × 10 −5 torr, and then the gas introduction pipe 18
To supply N 2 gas into the vacuum chamber 1 so that the N 2 partial pressure is 3 × 10 −3 to 5 × 10 −3 torr. Subsequently, the variable power source 17 is passed through the rotary shaft 16 and the holder 15 to form the base material 19.
While applying a negative voltage to the electron gun, an electron beam is emitted from the electron gun 5, and a pair of deflection magnets 6 irradiate the electron beam on Ti contained in the crucible 4 to melt and vaporize the Ti.
At the same time, when argon gas was supplied to the plasma gun 7 and plasma was generated from the plasma gun 7, the plasma gun 7 was arranged so as to face the plasma gun 7, and a power source 13 provided a potential gradient with the plasma gun 7. Three counter electrodes 11 1 ,
The plasma 20 is drawn out into the chamber 1 through the narrowed portion 9 by 11 2 and 11 3 . At this time, each of the counter electrodes 11 1 , 11 2 , and 11 3 has rectangular permanent magnets 12 1 , 12 2 , and 12 3 built-in so that the surfaces facing each other become S poles. Air core coil 1 is provided on the back surface of 1 , 11 2 , 11 3 (near the outer surface of the side wall of chamber 1).
4 1, 14 2, 14 3 for is located, the respective magnets 12 1 below and in the vicinity of the holder 15 as shown in FIG. 3, 1
Strong magnetic fields (magnetic flux densities) B 1 , B 2 , and B 3 are generated from the N pole on the back surface of 2 2 and 12 3 to the S pole on the facing surface. When such a magnetic field is generated, the plasma 20 extracted from the plasma gun 7 causes the magnetic flux densities B 1 , B 2 , B
Since the magnets 12 1 , 12 2 , and 12 3 are entangled with each other and are drawn into the magnets 12 1 , 12 2 , and 12 3 , they become a sheet-like shape in the vicinity of the lower part of the holder 15 and have a high density. Also, the air-core coil 1
4 1, 14 2, by adjusting the amount of current supplied to the 14 3, is a more powerful magnetic flux is generated, more densified sheet-shaped plasma is formed. Moreover, the planar shape of the sheet-shaped plasma 20 is controlled by adjusting the amount of current supplied to the air-core coils 14 1 , 14 2 , 14 3 .
When the sheet-shaped plasma 20 is generated, the magnetic flux density is the line connecting the center of the crucible 4 and the center of the holder 15, the plasma gun 7 and the counter electrodes 11 1 , 1 1.
The intersection with the surface formed by 1 2 and 11 3 becomes the minimum, and the magnetic flux density increases from the intersection to the magnets 12 1 , 12 2 and 12 3 . In other words, the density of the sheet-shaped plasma 20 is minimal at the intersection increases toward from said intersection to said magnet 12 1, 12 2, 12 3.
【0015】このようなプラズマ密度の高いシート状プ
ラズマ20を前記ホルダ15(基材19)の下方近傍に
生成すると、前記蒸着源3により蒸気化されたTiが前
記プラズマ20内に上昇する過程で効率よくイオン化さ
れると共に、前記供給されたN2 ガスも前記プラズマ2
0内で活性化される。イオン化されたTi(正イオンの
Ti)は、前記負電圧が印加された基材19側に加速、
衝突されると共に前記活性化されたN2 と反応すること
により前記基材19表面にTiN被膜が高速成膜され
る。When such a sheet-like plasma 20 having a high plasma density is generated near the lower portion of the holder 15 (base material 19), Ti vaporized by the vapor deposition source 3 rises in the plasma 20. The N 2 gas supplied is efficiently ionized and the supplied N 2 gas is also plasma 2.
Activated within 0. Ionized Ti (positive ion Ti) is accelerated toward the substrate 19 side to which the negative voltage is applied,
A TiN coating film is formed on the surface of the base material 19 at a high speed by colliding and reacting with the activated N 2 .
【0016】上述した成膜に際し、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
との交点での磁束密度およびプラズマ電流を下記表1に
示す条件に設定し、TiN被膜の成膜速度および基材温
度を測定した。その結果を同表1に併記した。 表1 No 磁束密度 プラズマ電流 成膜速度 基板温度 (ガウス) (アンペア) (A/秒) (℃) 1 15 60 30 300 2 19 70 50 400 3 25 220 210 500 4 26 250 280 500At the time of the above-mentioned film formation, at the intersection of the line connecting the center of the crucible 4 and the center of the holder 15 and the surface formed by the plasma gun 7 and the counter electrodes 11 1 , 11 2 and 11 3 . The magnetic flux density and the plasma current were set to the conditions shown in Table 1 below, and the deposition rate of the TiN coating and the substrate temperature were measured. The results are also shown in Table 1 below. Table 1 No Magnetic Flux Density Plasma Current Film Deposition Rate Substrate Temperature (Gauss) (Amps) (A / sec) (° C) 1 15 60 30 300 2 19 70 50 50 400 3 25 220 220 210 500 4 4 26 250 280 500
【0017】前記表1から明らかなように前記ルツボ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
れる面との交点での磁束密度を18ガウス以上にするこ
とによって、50A/秒以上の高速でTiN被膜を成膜
でき、しかも基材温度の上昇を抑制できることがわか
る。As is clear from Table 1, the crucible 4
50 A by setting the magnetic flux density at the intersection of the line connecting the center of the holder and the center of the holder 15 and the surface formed by the plasma gun 7 and the counter electrodes 11 1 , 11 2 , and 11 3 to 18 Gauss or more. It can be seen that the TiN film can be formed at a high speed of not less than 1 second / second and that the rise in the substrate temperature can be suppressed.
【0018】また、前記No2〜No4の条件で成膜さ
れたTiN被膜について、臨界荷重、硬度およびEPM
AによるN/Tiの比率をそれぞれ測定した。その結
果、スクラッチ臨界荷重は30〜40N、ビッカース硬
度(10g)は2200〜2700、N/Tiの比率は
80%以上で、通常のイオンプレーティングにより成膜
されたTiN被膜と遜色のない特性を有することが確認
された。なお、前記実施例ではTiN被膜の成膜につい
て説明したが、以外の金属被膜、合金被膜、または化合
物被膜の成膜にも同様に適用できる。For the TiN coating film formed under the conditions of No. 2 to No. 4, the critical load, hardness and EPM
The N / Ti ratio according to A was measured. As a result, the scratch critical load is 30 to 40 N, the Vickers hardness (10 g) is 2200 to 2700, and the N / Ti ratio is 80% or more, which is comparable to the TiN coating film formed by ordinary ion plating. It was confirmed to have. In addition, although the TiN coating film is formed in the above-mentioned embodiment, the same can be applied to the other metal coating, alloy coating, or compound coating.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば基材
温度の上昇を抑制しつつ、前記基材表面に所望の被膜を
高速成膜でき、さらに基材の材料の制約を受けることな
く、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による成膜方法を提供することが
できる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to form a desired coating film on the surface of the base material at a high speed while suppressing an increase in the base material temperature, and to be restricted by the material of the base material. In addition, it is possible to provide a film forming method by ion plating that exhibits remarkable effects such as improved productivity and formation of a thick film having a smooth surface without being affected by the surface roughness of the structural material.
【図1】実施例で使用したイオンプレーティング装置を
示す概略横断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an ion plating device used in Examples.
【図2】図1のII−II線に沿う断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図3】図1のイオンプレーティング装置によるプラズ
マの生成を説明するための斜視図。FIG. 3 is a perspective view for explaining generation of plasma by the ion plating apparatus of FIG.
1…真空チャンバ、3…蒸着源、4…ルツボ、5…電子
銃、7…プラズマ銃、111 、112 、113 …対向電
極、121、122 、123 …永久磁石、141 、14
2 、143 …空心コイル、15…ホルダ、17…可変電
源、18…ガス導入管、19…基材、20…プラズマ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 3 ... Vapor deposition source, 4 ... Crucible, 5 ... Electron gun, 7 ... Plasma gun, 11 1 , 11 2 , 11 3 ... Counter electrode, 12 1 , 12 2 , 12 3 ... Permanent magnet, 14 1 , 14
2 , 14 3 ... Air core coil, 15 ... Holder, 17 ... Variable power supply, 18 ... Gas introduction pipe, 19 ... Base material, 20 ... Plasma.
Claims (1)
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、前記プラズマ銃か
らのプラズマを前記永久磁石を有する第1〜第3の対向
電極で前記チャンバ内に引き出し、少なくとも前記蒸発
された蒸着物質を前記プラズマでイオン化して負電位が
印加された前記基材表面に成膜するに際し、 前記基材中心と前記蒸着源中心を結ぶ直線と前記プラズ
マ銃および前記第1〜第3の対向電極が位置する平面と
の交点またはその近傍における磁束密度を最小とし、そ
の最小磁束密度を18ガウス以上に設定することを特徴
とするイオンプレーティングによる成膜方法。1.Vacuum chamber and upper part in said chamber
Substrate holder located near and bottom in the chamber
A vapor deposition source that is placed nearby and uses an electron gun to vaporize the vapor deposition material.
And a plasma gun provided on the side wall of the chamber,
If the same as the plasma gun is used near the inner surface of the side wall of the chamber.
Or the above-mentioned plasma
Arranged to face the Ma gun, from the plasma gun
A rectangular first for drawing plasma into the chamber.
1 the counter electrode and the plug near the inner surface of the side wall of the chamber.
To be in the same or almost the same plane as the Zuma gun
And in the direction of electron beam emission from the electron gun
Plas from the plasma gun, arranged to face each other
2nd and 2nd rectangular shapes for pulling the chamber into the chamber
3 counter electrodes and the first to third counter electrodes
Permanent magnets built in so that the facing surface becomes the S pole
Stones and outside the sidewall of the chamber where each counter electrode is located
It is arranged near the surface and the magnetic force is generated in relation to each magnet.
And a coil for controllingIs it the plasma gun?
These plasmasThe aboveHave a permanent magnetFirst to thirdOpponent
Electrodes lead into the chamber and at least the evaporation
The deposited material is ionized by the plasma and a negative potential is generated.
When forming a film on the surface of the applied substrate, The straight line connecting the center of the substrate and the center of the vapor deposition source and the plasma
A plane in which the Ma gun and the first to third counter electrodes are located
Magnetic flux density at or near the intersection of
The minimum magnetic flux density of is set to 18 Gauss or more
And a film forming method by ion plating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3054965A JPH0762244B2 (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Film forming method by ion plating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3054965A JPH0762244B2 (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Film forming method by ion plating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289164A JPH04289164A (en) | 1992-10-14 |
| JPH0762244B2 true JPH0762244B2 (en) | 1995-07-05 |
Family
ID=12985375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3054965A Expired - Lifetime JPH0762244B2 (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Film forming method by ion plating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762244B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927499A (en) * | 1982-04-12 | 1984-02-13 | 浦本 上進 | Method of producing simple and highly efficient sheet plasma |
| JPS5947381A (en) * | 1982-09-10 | 1984-03-17 | Joshin Uramoto | Ion implanting device for large current and large area by magnetized sheet plasma |
-
1991
- 1991-03-19 JP JP3054965A patent/JPH0762244B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04289164A (en) | 1992-10-14 |
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