JPH02182876A

JPH02182876A - イオンプレーティング装置

Info

Publication number: JPH02182876A
Application number: JP96089A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nehashi; 清根橋
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1989-01-06
Publication date: 1990-07-17

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】［産業上の利用分野コこの発明は、電子ビーム発生源から発生させた電子ビー
ムを蒸発源の蒸着材料に照射してその蒸着材料を蒸発さ
せ、その蒸発させた蒸着物質をイオン化して被蒸着物に
蒸着させるイオンプレーティング装置に関する。

［従来の技術］従来のイオンプレーティング装置は、第７図のように構
成されている。

図においてｌは真空槽であり、その内部は、排気管２か
ら真空排気されることにより真空状態に保持され、また
ノズル３から反応ガスＧが供給される。この反応ガスＧ
は、例えば窒素や炭素などであり、放電を生じさせるた
めにアルゴンなどの不活性ガスが混合されることもある
。

真空槽１内の底部には、蒸発源４が備えられている。こ
の蒸発源４は、蒸発材料（蒸着材料）５を所定の蒸気圧
とするように、温度でいえば融点よりも少し高い温度に
まで加熱して蒸発させるものである。本例の蒸発源４は
、電子ビームＢを利用したいわゆる電子ビーム蒸発源で
あり、水冷されたルツボ６内の蒸発材料５に、電子銃７
からの電子ビームＢを直接当てて加熱することによって
、その蒸発材料５を蒸発させる。８は電子銃７の電源で
ある。

蒸発源４の上方位置には、放電用プローブ９が備えられ
ている。この放電用プローブ９は、プローブ用電源１０
によって、ルツボ６に対して正の電圧が印加される。こ
の放電用プローブ９は、モリブデン、タンタル、タング
ステンなどで形成されていて、蒸発源４から熱電子を放
出させ、その熱電子を、反応ガスＧやルツボ６から蒸発
した蒸発物質に衝突させる。これにより、反応ガスＧや
蒸発物質をイオン化あるいは励起させて、蒸発物質流Ｒ
をつくる。１２は、放電用プローブ９の電圧印加回路に
流れる電流を検出するための電流検出器である。

また、真空槽１内の上方には、被蒸着物としての基板１
１が配置されている。この基板１１には、基板’１１１
３によって、ルツボ６に対して負の電圧が印加される。

１４は電流検出器である。

電子銃用電源８は、制御部１５からの制御信号に基づい
て電子銃７への供給電流を変化させ、これにより電子ビ
ームＢの照射出力を制御するようになっている。制御部
１５は比較器１６の比較結果に基づいて制御信号を出力
するものであり、また比較器１６は、電流検出器１２の
検出電流と、基準電流設定器１７に設定されている基準
電流とを比較するものである。

このように構成されたイオンプレーティング装置におい
ては、電子ビームＢによって加熱された蒸発材料５が蒸
発物質となって真空槽１内に蒸発する。この時、蒸発源
４から放電用プローブ９に向けて放出される熱電子が蒸
発物質に衝突し、その蒸発物質から電子を弾き出して正
イオン化する。

熱電子は、同様にして反応ガスＧも正イオン化する。蒸
発物質と反応ガスＧは正イオン化されて蒸着物質流Ｒと
なり、電位の低い基板１１に引かれて衝突し、化合して
蒸着膜を形成する。イオンプレーティング装置は、この
ように蒸発物質をや反応ガスＧをイオン化するため、基
板１１に対して、確実に付着して経時変化の少ない強固
なめっきを施すことができる。

また、イオンプレーティング中において、基板１１に対
する蒸着量は、次のようにして制御する。

まず、電流検出５１２が放電プローブ９に流れる電流を
検出する。その検出電流は、主として、Ｓ子ビームＢに
よって溶解された蒸発材料５から、放電プローブ９に向
かって放出される熱電子による電流である。したがって
、電流検出器１２の検出電流は蒸発材料５の蒸発量に対
応する。基準電流設定器１７には予め所定の電流値を設
定しておき、比較器１６が電流検出器１２の検出電流と
基準電流設定器１７の設定電流とを比較し、その比較結
果に基づいて制御部１５が制御信号を出力する。

制御部１５の制御信号は、電子ビームＢの照射出力を制
御して、蒸発材料５の蒸発量を制御するものである。そ
の場合、電流検出器１２の検出電流値を基Ｑ電流設定器
１７の設定電流値に一致させるように、つまり前者の検
出電流値に相当する蒸発材料５の蒸発量を後者の設定電
流値に相当する蒸発材料５の蒸発量と一致させるように
、電子銃７への供給電流を制御する。そのため、電流検
出器１２の検出電流値と、蒸発材料５の蒸発量との関係
、およびこれらと基板１１の蒸着量の関係は、前辺て把
握しておく。また、実際のイオンプレーティングの場合
は基板１１のサイズや形状などが種々異なるため、普通
は、標準となる基板１１を用いて、前記の関係を把握す
るためのデータを求める。

［発明が解決しようとする課題］上述したように、従来のイオンプレーティング装置は、
放電用プローブ９に流れる電流を検出して、その検出電
流を所定の値とするように、電子銃７への供給電流を制
御して、蒸発材料５の蒸発量を制御していた。つまり、
基板１１に対する蒸着量の制御に必要な情報として、そ
の蒸着量の検出データつまり直接的なデータを求めて利
用するのではなく、蒸発源４からの蒸発量の検出データ
つまり間接的なデータを求めて利用していた。

本来、基板１１に対する蒸着量を制御する上においては
、その基板１１における蒸着量の直接的な検出データを
利用することが最も望ましい。この点において、直接的
な蒸着量の検出データではな（、間接的な蒸発源４から
の蒸発量の検出データを利用していることは、蒸着量の
制御性が劣るということを意味する。

また、何等かの原因によって、蒸発源４の蒸発量と電流
検出器１２の検出電流との関係、およびこれらと基板１
１の蒸着量との関係がくずれた場合には、放電プローブ
９に流れる電流を基準としているために基板１１の成膜
に与える影響が大きい。

なお、電流検出器１４によって検出した基板１１に流れ
る基板電流を、基板１１に対する蒸着量の直接的な検出
データとして利用することは、次の理由から不可能であ
る。

すなわち、基板１１に対して蒸発物質流Ｒが当たる部分
の大きさが異なった場合に、電流検出器１４が検出する
基板電流が大きく変動してしまう。

蒸着物質ｔＭＲが当たる部分が異なる原因としては、例
えば、基ｉｌｌのサイズが大きいときに、その基板１１
と蒸発源４のいずれかを移動させながらイオンプレーテ
ィングさせて基Ｆｆｉ、１１と蒸発＃４の位置関係を変
化させた場合、あるいは真空槽１内にセットされるイオ
ンプレーティング対象の基板ｌｌ自体の形状が異なった
場合などである。結局、電流検出器１４は、単なる基板
電流のモニター用としてしか利用できない。

この発明は、このような問題を解決課題とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］この発明のイオンプレーティング装置は、電子ビーム発
生源から発生させた電子ビームを蒸発源の蒸着材料に照
射してその蒸着材料を蒸発させ、その蒸発させた蒸着物
質をイオン化して被蒸着物に蒸着させるイオンプレーテ
ィング装置において、前記被蒸着物の近傍に配置されて、その被蒸着物と同一
の条件下において蒸着物質が蒸着するダミーの被蒸着物
と、このタミーの被蒸着物と前記蒸発源との間に電気的に接
続されて、そのダミーの被蒸着物に対する蒸着物質の蒸
着量に対応して流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出電流に基づいて、前記蒸着物質の
蒸発量を制御する蒸発量制御手段とを具備してなること
を特徴とする。

［作用コこの発明のイオンプレーティング装置は、被蒸着物と同
一条件下において蒸着膜が形成されるダミーの被蒸着物
を用い、このダミーの被蒸着物に流れる電流から、被蒸
着物に対する蒸着量の検出データつまり被蒸着物の蒸着
量を制御するために必要な直接的なデータを求め、その
直接的なデータに基づいて蒸着物質の蒸発量を制御して
、被蒸着物に対する成膜の制御をする。これにより、成
膜の制御精度を向上させて、良質な蒸着膜を形成する。

［実施例］以下、この発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づ
いて説明する。なお、上述した第７図の従来例と同様の
部分には同一符号を付して説明を省略する。

第１図において、２１は回転式の蒸発源であり、ルツボ
２２がルツボ回転モータ２３によって回転されるように
なっている。ルツボ２２はリング状となっていて、その
内部に蒸発材料５が全体としてリング状に入っている。

そして、この蒸発源２１は、ルツボ２２が図中の矢印方
向に回転されることによって、蒸発材料５に対する電子
ビームＢの照射部（溶融部）Ｐｉ（第２図および第３図
参照）が周方向に沿って連続的にずれるようになってい
る。２４は、ルツボ回転モータ用電源である。

２５はビームスポット調整器であり、電源２６からの供
給電力に応じて電子ビームＢのスポット径ｄ（第２図参
照）を調整するようになっている。

ここで、ビームスポット径ｄとは、蒸発材料５に照射さ
せる電子ビームＢの照射径をいい、照射部Ｐ１の形状が
円形でない場合は、同一面積に換算した円の直径とする
。

２７はダミー基板（ダミーの被蒸着物）であり、真空槽
ｌ内における基板１１の近傍位置に備えられて、その基
板１１と同様に蒸着物質流Ｒの中に位置する。このダミ
ー基板２７にはダミー基板電源２８が接続されており、
このダミー基板電源２８によってルツボ２２に対して負
の電圧が印加される。また、その電圧印加の回路中には
、ルツボ２２とダミー基板２７との間に流れる電流（ダ
ミー基板電流）を検出する電流検出器２９が接続されて
いる。この電流検出器２９の検出電流は、ダミー基板２
７に入る蒸着物質流Ｒの量、つまりダミー基板２７に対
する蒸着物質の蒸着量に対応する。

３０は制御部であり、比較器３１の比較結果に基づいて
、電子銃用電源８とルツボ回転用型ｔＡ２４とビームス
ポット調整器用電源２６の出力を関連的に制御して、電
子ビームＢの照射出力と、ルツボ２２の回転速度と、電
子ビームＢのスポット径を関連的に制御するものである
。比較器３１は、電流検出器２９の検出電流と、基準電
流設定器３２に設定されている基Ｑ電流を比較するもの
である。

次に、作用について説明する。

本実施例のイオンプレーティング装置は、前述した第７
図の従来例のものと同様に、正イオン化された蒸発物質
と反応ガスＧの蒸発物質流Ｒが、電位の低い基板１１に
引かれて衝突し、化合して蒸着膜を形成する。

その際、ダミー基板２７には、ダミー基板電源２８によ
って基板１１と同様の負の電圧が印加される。このため
、ダミー基板２７は、基板１１と同一条件下において蒸
着膜が形成される。したがって、電流検出器２９が検出
するダミー基板電流は、基板１１における蒸着物質の蒸
着量に対応する。

つまり、ダミー基板電流が太き（なれば基板１１への成
膜速度が大きくなるため、基板１１に対する蒸着量の制
御に必要な直接的なデータとなる。

基ＱＴｉＴｉ定設定器には予め所定の電流値が設定され
ていて、比較器３１は、ダミー基板電流と基準電流設定
器３２の設定電流とを比較する。そして、その比較結果
に基づいて、制御部３０が電子銃電源８とルツボ回転用
電源２４とビームスポット調整器用電源２６の出力を関
連的に制御して、結果的に、ダミー基板電流と基準電流
設定器３２の設定電流を一致させる。

例えば、前者のダミー基板電流が後者の設定電流よりも
小さいときには、次の■、■、■の１つもしくは複数の
制御する。一方、前者のダミー基板電流が後者の設定電
流よりも大きいときには、逆の制御をする。

「ダミー基板電流が小さいときの制御」■電子銃電源８
を出力を大きくして、電子ビームＢのパワーを増大させ
る。

この結果、蒸発材料５の溶融量が増加して、溶融した蒸
発材料５から飛び出す熱電子量が増大し、蒸着物質流Ｒ
のイオン化が促進されて、ダミー基板電流が増加する。

このように電子銃電源８を制御する場合、制御部３０は
電子ビームＢの出力制御手段として機能することになる
。

■ビームスポット調整器用電源２６の出力を調整して、
ビームスポット径ｄを絞る。

この結果、単位面積当たりの照射パワーが増大して、照
射部Ｐ１が高温となって蒸発材料５の溶融部から飛び出
す熱電子量が増加し、蒸着物質流Ｒのイオン化が促進さ
れてダミー基板電流が増加する。但し、ビームスポット
径を絞りすぎると蒸発材料５の溶融部Ｐ１が突沸する場
合があるため、適正な範囲がある。このように、ビーム
スポット調整器用電源２６を制御する場合、制御部３０
は電子ビームのスポット径制御部として機能することに
なる。

■ルツボ回転モータ用電ｉ２４を制御して、ルツボ回転
モータ２３の回転速度を遅くする。

この結果、蒸発材料５における電子ビームＢの照射部Ｐ
１の温度が上昇し、蒸発材料５の溶融量が増加して、ダ
ミー基板電流が増加する。このようにルツボ回転用電源
２４を制御する場合、制御部３０は、蒸発源２１の移動
速度を制御して電子ビームＢの照射部Ｐ１の位置をずら
す電子ビームの照射位置制御部として機能することにな
る。

このような３種の制御には、それぞれの制御性において
次のような特質がある。

「制御性の特質」電子銃７の出力を制御する場合は、実際には、フィラメ
ントに流れる電力を制御することになり、そのフィラメ
ントの加熱増減のために時間遅れが生じる。その点、ビ
ームスポット径ｄの制御は瞬間的に行えるため、応答性
がよい。

ルツボ４の回転速度による制御の場合は、時間遅れが大
きくて応答性はよくない。しかし、例えば長期間操業中
に、蒸発材料５が減ってきてルツボ２２の水冷部への奪
熱比率が大きくなり、また蒸発材料５が少なくなって蒸
発量が減ってきたときのような長時間的（１時間とか２
時間というオーダー）なトレンドの変化には対応するこ
とができる。

ところで、大きい基板１１を全体的にイオンプレーティ
ングする場合には、基板１１と蒸発源２１を相対的に動
かす。

例えば、第４図（ａ）、（ｂ）、および第５図（ａ）、
（ｂ）のように、基１ｆｌｌを動かす。この場合、蒸発
１２１とダミー基板２７の位置関係は一定として、その
ダミー基板２７が常に蒸着物質流Ｒの中に位置させる。

この結果、第５図（ａ）（ｂ）のように、蒸着物質流Ｒ
が基板１１に当たる蒸着部分Ｐ２の大きさが変化した場
合、基板１１を流れる基板電流は変化するものの、ダミ
ー基板２７を流れるダミー基板電流は変化しない。

したがって、このダミー基板電流が一定となるように蒸
着量を制御することにより、基板１１への蒸着量が一定
となって、確実で安定した成膜が可能となる。このこと
は、第６図（ａ）、（ｂ）。

（Ｃ）のように、基板１１の形状のために蒸着部分Ｐ２
の大きさが変化した場合であっても同様である。また、
基板１１が太き（て基板１１を流れる基板電流が大きく
なった場合でも、ダミー基板電流は小さくてすみ、その
分、機器の小型化が可能となる。

［効果］以上説明したように、この発明のイオンプレーティング
装置は、被蒸着物と同一条件下において蒸着膜が形成さ
れるダミーの被蒸着物を用い、このタミーの被蒸着物に
流れる電流から、被蒸着物に対する蒸着量の検出データ
つまり被蒸着物の蒸着量を制御するために必要な直接的
なデータを求め、その直接的なデータに基づいて蒸着物
質の蒸発量を制御して、被蒸着物に対する成膜の制御を
する構成であるから、次のような効果を奏することがで
きる。

■被蒸着物の蒸着量を制御するための直接的なデータに
基づく制御であるから、従来における間接的なデータつ
まり蒸着物質の蒸発量の検出データに基づく制御に比し
て、成膜の制御精度が向上し、良質な蒸着膜を形成する
ことかできる。

■直接的なデータに基づいて蒸着物質の蒸発量を制御す
る手段として、電子ビームの出力制御手段、電子ビーム
のスポット径制御手段、または蒸発源を移動させて電子
ビームの照射位置ずらす照射位置制御手段の内の１つま
たは複数を採用することによって、制御手段の自由度を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の一実施例を説明するた
めの図であって、第１図は全体の概略構成図、第２図は
蒸発源の平面図、第３図は蒸発源の縦断面図、第４図（
ａ）、（ｂ）は被蒸着物を動かした場合における要部概
略図、第５図（ａ）（ｂ）は被蒸着物を動かした場合に
おける被蒸着物の底面図、第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ
）は部分的に大きさが異なる被蒸着物に蒸着物質を蒸着
させる場合における被蒸着物の底面図である。第７図は、従来例を説明するだめの全体の概略構成図で
ある。１１・・・・・・基板（被蒸着物）、　２１・・・・・
・蒸発源、２２・・・・・・ルツボ、　　２３・・・・
・・ルツボ回転モータ、２４・・・・・・ルツボ回転モ
ータ用電源、２５・・・・・・ビームスポット調整器、
２６・・・・・・ビームスポット調整器用電源、２７・
・・・・ダミー基板（ダミーの被蒸着物）、２８・・・
・・ダミー基板電源、２９・・・・・・電流検出器、　３０・・・・・制御部
、３１・・・・・比較器、　３２・・　基準電流設定器
、Ｂ・・・・・電子ビーム、　　Ｒ・・・・・・蒸着物
質流。出願人　　石川島播磨重工業株式会社１・・・・・・真空槽、　５・・・・・・蒸発材料（蒸
着材料）、７・・・・・電子銃、　８・・・・電子銃用
電源、第１＠第２図第４図（ａ）（ｂ）／第図（ａ）つ７（ｂ）（Ｃ）第図（ａ）（ｂ）第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子ビーム発生源から発生させた電子ビームを蒸
発源の蒸着材料に照射してその蒸着材料を蒸発させ、そ
の蒸発させた蒸着物質をイオン化して被蒸着物に蒸着さ
せるイオンプレーティング装置において、前記被蒸着物の近傍に配置されて、その被蒸着物と同一
の条件下において蒸着物質が蒸着するダミーの被蒸着物
と、このダミーに被蒸着物と前記蒸発源との間に電気的に接
続されて、そのダミーの被蒸着物に対する蒸着物質の蒸
着量に対応して流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出電流に基づいて、前記蒸着物質の
蒸発量を制御する蒸発量制御手段とを具備してなること
を特徴とするイオンプレーティング装置。
（２）前記蒸発量制御手段は、前記電流検出器の検出電
流に基づいて、前記ビーム発生源における電子ビームの
照射出力を制御する電子ビームの出力制御部であること
を特徴とする第１請求項に記載のイオンプレーティング
装置。
（３）前記蒸発量制御手段は、前記電流検出器の検出電
流に基づいて、前記電子ビームのスポット径を制御する
電子ビームのスポット径制御部であることを特徴とする
第１請求項に記載のイオンプレーティング装置。
（４）前記蒸発源に、当該蒸発源を移動させて蒸着材料
に対する電子ビームの照射位置をずらす蒸発源移動機構
を備え、前記蒸発量制御手段は、前記電流検出器の検出電流に基
づいて、前記蒸発源移動機構による蒸発源の移動速度を
制御する電子ビームの照射位置制御部であることを特徴
とする第１請求項に記載のイオンプレーティング装置。