JPH01201470A

JPH01201470A - イオン化装置及びイオンプレーティング装置

Info

Publication number: JPH01201470A
Application number: JP2546488A
Authority: JP
Inventors: Shigeji Murachi; 村地　茂次; Masahiro Tsuchimoto; 土本　正博; Yasushi Kawashita; 安司川下
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1989-08-14
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0742579B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、蒸発粒子等をイオン化するのに用いるイオ
ン化装置及びこのイオン化装置を備えたイオンプレーテ
ィング装置に関する。

〈従来技術〉従来、イオンプレーティング装置等に用いられるイオン
化装置としては、例えば真空槽と、この真空槽を排気す
る真空ポンプと、真空槽内に設けた蒸発源と、この蒸発
源を加熱して粒子を蒸発させる加熱手段と、蒸発源の近
傍に接近して配置され、蒸発源に対して正の電圧が印加
されたイオン化電極とを有するものがあった。このイオ
ン化装置では、蒸発源を加熱することにより、蒸発源か
ら粒子が蒸発し、この粒子が蒸発源とイオン化電極との
間に形成された電界によってイオン化されるものである
。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし、上記のイオン化装置によれば、イオン化電極で
の電界の分布が均一にならず、イオン化、電極の一部に
イオン化によって発生した電子が集中し、その点での単
位面積当りの電子密度か多くなり、イオン化電極か溶融
したり、蒸発したりしていた。そのため、従来はイオン
化電極を水冷したり、イオン化電極での電子の集中しや
すい部分に高融点金属、例えばタンタル、モリブデン等
の薄板を取付けていたが、それでも蒸発源の蒸発面か１
０ｃｍ”以下で、蒸発源からイオン化電極までの距離が
１０ｃｍ以下では、高融点の金属を取付けていても、こ
れが溶融したり蒸発したりするという問題点があった。

この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、イ
オン化電極か蒸発したり溶融したりするのを防止できる
イオン化装着を提供することを目的とし、併てこのイオ
ン化装置を用いたものであって鉛直方向の膜厚分布を均
一化できるイオンプレーティング装置を提供することを
目的とする。

〈課題を解決するための手段〉上記の目的を達成するため、この発明によるイオン化装
ごは、真空槽と、この真空槽を排気する排気手段と、上
記真空槽内に設けられた蒸発源と、上記真空槽内に設け
られ上記蒸発源から粒子を蒸発させるように上記蒸発源
を加熱する加熱手段と、上記蒸発源の近傍に配置され上
記蒸発源に対して正の電圧が印加されている第１のイオ
ン化電極と、この第１のイオン化電極よりも上記蒸発源
から離れた位置て上記蒸発源に対向するように配置され
上記蒸発源に対して正の電圧が印加されている第１のイ
オン化電極よりも面積か大きい第２のイオン化電極とを
具備するものである。

また、化合物作成の時には真空槽内に蒸発粒子と共にイ
オン化するガスを導入する手段を設けるのが望ましい。

また、第１及び第２のイオン化電極には、２５Ｖ乃至６
０Ｖの電圧を印加することが望ましく、第１のイオン化
電極は、蒸発源から５乃至６Ｃ■の距離に設けるのが望
ましく、第２のイオン化電極は、蒸発源から３５ｃｍ乃
至ｉｍの距離に設けるのが望ましく、第２のイオン化電
極の面積を、第１のイオン化電極の面積の約８０倍乃至
１２５倍とすることか望ましい。

さらに、第１のイオン化電極と第２のイオン化電極とに
沿う方向に複数の被処理物を設けて、イオンプレーティ
ング装置とするのが望ましい。

〈作用〉この発明によれば、排気手段によって真空槽を排気し、
加熱手段によって蒸発源を加熱すると、蒸発源から粒子
が蒸発する。この粒子は蒸発源から放射される熱電子が
第１のイオン化電極に印加されている電圧によってエネ
ルギを得てイオン化される。このイオン化によって発生
した電子及び熱電子が第２のイオン化電極に向う際に蒸
発粒子と衝突し、イオン化がおこなわれる。また、第２
のイオン化電極に印加されている電圧によってもイオン
化が行なわれる。電子が第２のイオン化電極に向うのは
、第２のイオン化電極と蒸発源との間の電界強度が、第
１のイオン化電極と蒸発源との間の電界強度よりも大き
くなっているからと考えられるが、何故そうなるのかは
、まだ明確に解明されていない。

また、このイオン化装置内に被処理物を配置すれば、イ
オンプレーティング装置を構成でき、真空槽内にガスを
導入すると、蒸発粒子以外にガスもイオン化され、ガス
と蒸発粒子の化合物を被処理物にプレーデイングするこ
とができる。

〈実施例〉第１図において、２は真空槽で、この真空槽２は排気手
段である真空ポンプ４によって排気される。

この真空槽２の下部にはルツボ６が配置され、このルツ
ボ６内には蒸発物質８としてチタンが収容されている。

この蒸発物質８としては、チタン以外にもタンタル、タ
ングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン等の
様々な金属や炭素等も使用することができる。このルツ
ボ６と蒸発物質８とか蒸発源を構成している。なお、ル
ツボ６は接地されている。

ルツボ６の下部には、電子銃１０が設けられている。こ
の電子銃ＩＯは、ルツボ６の蒸発物質８に電子ビームを
照射し、これによって蒸発物質８を加熱して蒸発させる
加熱手段として機能する。加熱手段としては、電子銃ｌ
Ｏ以外に、抵抗加熱方式や誘導加熱方式を使用すること
もできる。

このルツボ６の斜め上方に第１のイオン化電極１２が設
けられている。この第１のイオン化電極１２は、例えば
３ｃｍＸ７ｃｍの矩形のもので、ルツボ６から１０ｃ１
以下、望ましくは５ｃｍ乃至６０鳳の距離に配置されて
いる。この第１のイオン化電極１２には、第１のイオン
化電源１４によって接地電位に対し約２５Ｖ乃至６０Ｖ
望ましくは３５Ｖの正の電圧が印加される。この電圧に
よって蒸発粒子がイオン化される。

第１のイオン化電極１２よりもルツボ６から離れた位置
にルツボ６と対向するように第２のイオン化電極１６が
配置されている。この第２のイオン化電極１６は、４０
ｃｍＸ　４０ｃｍ乃至５０ｃｍＸ　５０ｃｍの正方形（
第１のイオン化電極の面積の約８０倍乃至１２５倍）に
形成されており、ルツボ６から３５ｃｍ乃至１ｍの距離
、望ましくは３５ｃｍ乃至７０ｃ烏の距離に配置されて
いる。この第２のイオン化電極１６には、第２のイオン
化電源１８によって接地電位に対し約２５Ｖ乃至６０Ｖ
望ましくは４０Ｖの正の電圧が印加される。これによっ
て蒸発粒子がイオン化される。

第１のイオン化電極１２と第２のイオン化電極１６との
間には、シャッタ２０が設けられている。これは、第１
のイオン化電極１２によってイオン化か行なわれている
間に蒸発粒子か第２のイオン化電極１６側に向うのを阻
止するために設けられている。

蒸発粒子と共にイオン化されるガス、例えば窒素ガスを
真空槽２内に導入するためのガス導入手段としてガス導
入バルブ２２か設けられている。この導入するガスとし
ては、窒素の他にアルゴン等の不活性ガスや酸素、水素
等のガスも使用することかできる。なお、蒸発粒子のみ
の膜を作製する場合には、このガスの導入は不要である
。

また、真空槽２内には、その内周面に沿って被処理物２
４が真空槽２の高さ方向に間隔を隔てて複数個配置され
ている。この処理物２４としては、例えば切削工具や装
飾品や長尺の薄板鋼が使用される。これら被処理物２４
には、被処理物電源２６によって接地電位に対してＯｖ
乃至負の３ＫＶ望ましくは負の４００ｖの電圧が印加さ
れる。この処理物２４はルツボ６の周囲を回転するよう
に構成してもよい。

このように構成したイオンプレーティング装置は次のよ
うに使用する。ルツボ６に蒸発物質８として例えばチタ
ンを入れ、真空槽２を真空ポンプで、１Ｏ−６乃至　１
０−”　Ｔｏｒｒ台望ましくはｌ　Ｘ　１０−’乃至Ｉ
　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに排気し、第１のイオン化電極
１２に３ＳＶ、第２のイオン化電極１６に４０Ｖの電圧
を印加し、被処理物２４に負の４００ｖを印加する。

この状態において、電子銃１０を作動させて、電子ビー
ムをチタンの表面に照射し、チタンを蒸発させる。蒸発
した粒子は第１のイオン化電極１２によってイオン化さ
れる。このイオン化が安定したところで（これは第１の
イオン化電極１２に流れる電流か安定することによって
分かる。）、ガス導入バルブ２２を開いて、窒素ガスを
真空槽２内に導入し、真空槽２内の圧力が１０−３乃至
１０−’Ｔｏｒｒ台望ましくは３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒになるようにする。なお、ち初からガスを導入しても
よいか、その場合、イオン化が安定するまでに時間がか
かる。そして、シャッタ２０を開く。シャッタ２０を閉
じているときには、第１のイオン化電極１２に流れる電
流は６０Ａで、第２のイオン化電極１６に流れる電流は
３Ａであったが、シャッタ２０を開くと、第１のイオン
化電極１２に流れる電流はＯＡとなり、第２のイオン化
電極１６に流れる電流は７０Ａとなった。

イオン化電極に電流か流れるということは、イオン化電
極によってガスや粒子がイオン化されて発生した電子と
蒸発源からの熱電子が、イオン化電極を流れていること
を表わしており、イオン化電極を流れる電流の大きさが
イオン化の程度を表わしている。従って、シャッタ２０
を開く前には第１のイオン化電極１２によってイオン化
の大部分が行なわれており、シャッタ２０を開いた後は
第１のイオン化電極１２よりも面積の大きい第２のイオ
ン化電極１６によってイオン化が行なわれていることに
なる。なお、第２のイオン化電極１６のみを設けた場合
には、ルツボ６と第２のイオン化電極１６との距離かひ
らいているのて、イオン化のための電界か小さくなり、
充分にイオン化か行なわれない。イオン化された蒸発粒
子やガスは被処理物２４に印加されている負の電圧によ
って被処理物２４に引っ張られ、被処理物２４の表面に
窒化チタンの膜を形成する。なお、シャッタ２０を設け
なくてもよいが、その場合、被処理物２４に形成された
窒化チタンの膜の表面が荒れたり、密着強度が下がる。

第２のイオン化電極１６は、第１のイオン化電極１２よ
りもルツボ６から離れて位置しているので、イオン化に
よって発生した電子は、第１のイオン化電極１２よりも
面積か広い第２のイオン化電極１６に散乱して入射する
。従って、単位面積当りの′電子数密度（結局は電波密
度）は小さくなるのて、第２のイオン化電極１６か溶融
したり渭発したりすることはない。また、第２のイオン
化電極１６を流れる電流か第１のイオン化電極１２を流
れる電流よりも多いのは、第２のイオン化電極１６が第
１のイオン化電極１２よりもルツボ６から離れた位置に
ルツボ６と対向するように位置しているので、第１のイ
オン化電極１２で発生した電子と蒸発粒子やガスとが第
２のイオン化電極１６に向う間に互いに衝突する回数が
増加するので、イオン化か促進されているからである。

また、第２のイオン化電極１６のルツボ６に対する距離
及び第２のイオン化電極１６に印加する電圧を変化させ
ることによって真空槽２の高さ方向に配こした各被処理
物２４に形成される膜厚をほぼ一定にすることかできる
。即ち、第２図は第２のイオン化電極１６をルツボ６か
ら７０ｃｍの位置に配置し、第１のイオン化電極１２及
び第２のイオン化電極１６に印加する電圧を変更した場
合の膜厚の分布を示したものて、点線は第１のイオン化
電極１２に３４Ｖの電圧を、第２のイオン化電極１６に
３５ｖの電圧をそれぞれ印加し、チタンの蒸発量が２４
ｇのときの膜厚分布を示し、実線は第１のイオン化電極
１２のみに４０Ｖの電圧を印加した場合（従来のイオン
プレーティング装置に対応する。）の膜厚分布を示し、
−点鎖線は第１のイオン化電極１２に３５Ｖの電圧を、
第２のイオン化電極１６に４０Ｖの電圧をそれぞれ印加
した場合の膜厚分布を示している。

なお、他の条件、例えば真空槽２の圧力、窒素ガス導入
後の真空槽２内の圧力、第１のイオン化電極１２の位置
等は、上述した場合と同様である。第２図から明らかな
ように、第１のイオン化電極１２に３５ｖの電圧を、第
２のイオン化電極１６に４０Ｖの電圧をそれぞれ印加し
た場合、ルツボ６から約１００■乃至４００ｒｓの位置
にある各被処理物２４の膜厚は３乃至４ＪＬｍとほぼ一
定となる。従って、多数の被処理物２４について同時に
イオンプレーティングする場合に適している。

〈効果〉以上のように、この発明によるイオン化装置では第１の
イオン化電極よりも面積の大きい第２のイオン化電極を
第１のイオン化電極よりも蒸発源から離して設けている
ので、第２のイオン化電極での電子数密度が小さくなり
、第２のイオン化電極が溶融したり、蒸発したりするこ
とを防止できる。また、ガス導入手段を設けることによ
り、蒸発物質とガスとをイオン化することができる。さ
らに、被処理物を真空槽内に設けることにより、蒸発物
質またはこれとガスとの化合物を被処理物にブレーティ
ングすることができる。また、第１及び第２のイオン化
電極に２５Ｖ乃至６０Ｖの電圧を印加し、第１のイオン
化電極を蒸発源から５乃至６ｃｍの距離に、第２のイオ
ン化電極を蒸発源から：ｔ５ｃ＋＊乃至１＋ｓの距離に
配置し、第２のイオン化電極の面積を第１のイオン化電
極の面積の約８０倍乃至Ｉ２５倍とすると、最適なイオ
ンプレーティングか行なえ、第１及び第２のイオン化電
極に印加する電圧や第２のイオン化電極の位置を上記の
値の中で選択すれば、膜厚を均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるイオン化装置を実施したイオン
プレーティング装置の１実施例の概略の構成を示す図、
第２図は同実施例における第２イオン化電極及び第２イ
オン化電極に印加する電圧を変化させた状態での膜厚分
布を示す図である。２・・・・真空槽、４・・・・真空ポンプ（排気手段）
、１２・・・・第１のイオン化電極、１６・・・・第２
のイオン化電極、２４・・・・被処理物、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空槽と、この真空槽を排気する排気手段と、上
記真空槽内に設けられた蒸発源と、上記真空槽内に設け
られ上記蒸発源から粒子を蒸発させるように上記蒸発源
を加熱する加熱手段と、上記蒸発源の近傍に配置され上
記蒸発源に対して正の電圧が印加されている第１のイオ
ン化電極と、この第１のイオン化電極よりも上記蒸発源
から離れた位置で上記蒸発源に対向するように配置され
上記蒸発源に対して正の電圧が印加されている第１のイ
オン化電極よりも面積が大きい第２のイオン化電極とを
具備するイオン化装置。
（２）上記第１及び第２のイオン化電極によって上記蒸
発粒子と共にイオン化されるガスを上記真空槽内に導入
するガス導入手段を具備する請求項（１）記載のイオン
化装置。
（３）第１及び第２のイオン化電極に２５Ｖ乃至６０Ｖ
の電圧を印加し、第１のイオン化電極を上記蒸発源から
５乃至６ｃｍの距離に、第２のイオン化電極を上記蒸発
源から３５ｃｍ乃至１ｍの距離にそれぞれ配置し、第２
のイオン化電極の面積を第１のイオン化電極の面積の約
８０倍乃至１２５倍とした請求項（１）または（２）記
載のイオン化装置。
（４）真空槽内に第１及び第２のイオン化電極に沿う方
向に複数の被処理物を設けた請求項（１）、（２）また
は（３）記載のイオンプレーティング装置。