JPH0548299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンプレーテイング装置の改良に
関する。

［従来の技術］ 従来のイオンプレーテイング装置としては、以
下に説明する構造のものが知られている。

真空チヤンバと、このチヤンバに設けられた
基板ホルダと、前記チヤンバ内に配置されたル
ツボ内の蒸着材料を電子ビーム照射により蒸発
させるための蒸発源と、前記チヤンバ側壁に配
置され、前記蒸着源からの蒸発された蒸着材料
にプラズマを照射させるためのホロカソードガ
ンとから構成されたイオンプレーテイング装
置。かかる装置において、蒸着源から蒸発され
た蒸着材料にホロカソードガンからのプラズマ
を照射することにより、イオン化した蒸着材料
をホルダの基板に蒸着して成膜を行なう。

真空チヤンバと、このチヤンバに設けられた
基板ホルダと、このホルダの基板保持側と反対
側に配置された磁石と、前記チヤンバ内に配置
されたルツボ内の蒸着材料を電子ビーム照射に
より蒸発させるための蒸発源と、前記チヤンバ
の側壁に設けられ、該チヤンバ内にプラズマを
引出すためのプラズマ銃とから構成されたイオ
ンプレーテイング装置。かかる装置において、
プラズマ銃からチヤンバ内に引出されたプラズ
マをホルダに配置された磁石の磁場等によりホ
ルダに保持された基板表面に集めると共に蒸着
源から蒸発され、基板に向かう蒸着材料を前記
プラズマによりイオン化し、このイオン化した
蒸着材料を基板に蒸着することにより成膜を行
なう。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記のイオンプレーデイング
装置ではプラズマの形状は磁場等の強さにより一
定の形になるため、該プラズマによりイオン化さ
れた蒸着材料を凹凸等のある複雑形状の基板全体
に回り込ませることは期待できない。また、前記
のイオンプレーテイング装置ではホルダ基板と
反対側に配置した磁石の磁場等によりプラズマ銃
からチヤンバ内に引出されたプラズマを基板表面
に集めることができるが、該プラズマによりイオ
ン化された蒸着材料を凹凸等のある複雑形状の基
板全体に回り込ませることは殆ど期待できない。
これは、前記磁場を変化させるだけではプラズマ
全体の拡がりを大きくしたり、小さくしたりする
だけで、プラズマの方向性等を変えることができ
ないためである。

本発明は、上記従来の課題を解決するためにな
されたもので、複雑形状の基板でもその表面全体
を均一な膜を効率よく形成し得るイオンプレーテ
イング装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、真空チヤンバと、このチヤンバ内に
配設された基板ホルダと、前記チヤンバ内に配設
された蒸着源と、前記チヤンバ内にプラズマを導
入するためのプラズマ発生源と、前記プラズマ発
生源の外周に対応する前記チヤンバの外側および
前記プラズマ発生源と対面する前記チヤンバの外
側にそれぞれ設けられ、前記チヤンバ内に引き出
されたプラズマを集束するための空心磁石と、前
記チヤンバ内に配置され、前記プラズマ発生源か
ら前記チヤンバ内に導入されたプラズマを前記ホ
ルダに保持された基板表面に集束させるための磁
石を内蔵した対向電極と、この対向電極を揺動お
よび回転させるための駆動機構とを具備したこと
を特徴とするイオンプレーテイング装置である。

［作用］ 本発明によれば、真空チヤンバ内に磁石を内蔵
し、駆動機構により揺動及び回転する対向電極を
配置することによつて、プラズマ発生源から該チ
ヤンバ内に導入されたプラズマをホルダに保持さ
れた基板表面に高密度で集束させることができる
と共に、同プラズマを基板表面に対して多方向か
ら照射できる。このため、チヤンバ内に配置され
た蒸着源から蒸発された蒸着材料を前記プラズマ
により効率よくイオン化できると共に、該イオン
化された蒸着材料を基板に対して多方向から導入
できる。従つて、複雑形状の基板に対してイオン
化された蒸着材料の廻り込み性が良好となるた
め、基板表面全体を均一な膜を効率よく成膜でき
るイオンプレーテイング装置を得ることができ
る。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示すイオンプレ
ーテイング装置の概略図、第２図は第１図のＸ−
Ｘ線に沿う断面図、第３図は第１図のＹ−Ｙ線に
沿う断面図、第４図は第１図の対向電極及びその
駆動機構を示す断面図、第５図は対向電極及びそ
の駆動機構の主要部品を示す斜視図である。図中
の１は、真空チヤンバであり、このチヤンバ１の
底部には該チヤンバ１内を所定の真空度に維持す
るための図示しない真空ポンプと連通する排気管
２が設けられている。図中の３は、蒸着源であ
る。この蒸着源３は、前記チヤンバ１内の底部付
近に配置されたルツボ４と、前記チヤンバ１の下
部側壁に設けられ、電子ビームを照射するための
電子銃５と、前記ルツボ４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して前記ル
ツボ４内の蒸着材料に照射するための偏向コイル
６とから構成されている。また、前記チヤンバ１
内の外側壁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、該プラズマ銃７の後部は
アルゴンガス等の所定のガスを導入するための導
入管８が設けられている。なお、プラズマ銃７が
設けられた前記チヤンバ１の側壁にはプラズマの
絞り部９が設けられている。更に、前記プラズマ
銃７の前記チヤンバ１との連結付近及び該プラズ
マ銃７と対向するチヤンバ１の外側壁部分には、
プラズマ銃から引出されたプラズマの拡散を防ぐ
ための空心磁石１０ａ，１０ｂが夫々設けられて
いる。そして、前記チヤンバ１の側壁には対向電
極を揺動、回転させるための複数台（例えば５
台）の駆動機構１１が前記プラズマ銃７の設置箇
所とほぼ同一平面上に位置するように貫通して設
けられている。

前記対向電極の駆動機構１１は、第４図及び第
５図に示すように前記チヤンバ１の側壁に図示し
ないシール部材を介して上方に傾斜して固定され
た本体１２を備えている。この本体１２には、断
面が略Ｔ字形をなす空洞部１３が形成されてい
る。この空洞部１３内には、キヤリヤ駆動軸１４
が該本体１２の傾斜方向に沿つて貫通して設けら
れており、かつ該駆動軸１４の後端側は前記チヤ
ンバ１側壁の外側に位置する前記本体１２に設け
られた回転用モータ１５に連結されて駆動される
ようになつている。前記駆動軸１４の先端には、
円形のキヤリア１６が軸着されている。このキヤ
リア１６は、リング軸受１７を介して前記本体１
２上に回転自在に配置されている。また、前記本
体１２と駆動軸１４の間の空洞部１３には円筒状
の駆動伝達部材１８が該伝達部材１８と本体１２
及び伝達部材１８と駆動軸１４の間に夫々配置さ
れた４つの軸受１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ
を介して回転自在に設けられている。この伝達部
材１８の後端側にはかさ歯車２１が、先端側には
歯車２２が夫々形成されている。このかさ歯車２
１には、前記本体１２にその傾斜方向と直交する
方向から挿入された軸２３先端のかさ歯車２４と
歯合されており、かつ該軸２３の後端側は前記チ
ヤンバ１側壁の外側に位置する前記本体１２に設
けられた揺動用モータ２５に連結されて駆動され
るようになつている。なお、前記軸２３は該軸２
３と前記本体１２間には軸受２６ａ，２６ｂが介
装されている。また、前記キヤリア１６上には上
部に互いに対向する一対のフレーム２７ａ，２７
ｂを有するブロツク２８が一体的にかつ偏奇して
設けられている。このブロツク部２８の中心から
前記キヤリア１６に互つてＬ形軸２９が貫通され
ており、かつ該軸２９はそれらブロツク部２８及
びキヤリア１６に設けた軸受３０ａ，３０ｂに軸
支されている。このＬ形軸２９の下端には、前記
駆動伝達部材１８先端側の歯車２２と歯合する遊
星歯車３１が設けられている。また、前記Ｌ形軸
２９の先端には軸受３２が取着されており、該軸
受３２には所定の角度で傾斜したアーム３３が軸
支されている。このアーム３３は、軸受部分を枠
状の軸受３４の中に配置し、その先端を対向電極
３５に固定されている。前記アーム３３の軸受部
分には、軸３６が回転自在に軸支され、かつ該軸
３６は前記一対のフレーム２７ａ，２７ｂ上部の
軸受３７ａ，３７ｂに軸支された前記枠状の軸受
３４に直交して貫通している。つまり、前記アー
ム３３の軸受部分の回転支点は、該アーム３３先
端に固定される対向電極３５を全方向に揺動させ
るためのみそ擦り運動の中心軸となつている。前
記対向電極３５は、円板形状をなし、かつ内部に
リング状の電磁石３８が内蔵されている。また、
前記対向電極３５の後端面にはフレキシブル管３
９が連結されており、かつ該フレキシブル管３９
はチヤンバ１の側壁を通して外部に延出されてい
る。前記対向電極３５には、水冷管（図示せず）
が埋設されており、かつ該水冷管の両端は前記フ
レキシブル管３９を通してチヤンバ１の外部に延
出されている。前記電磁石３８には、図示しない
リード線が接続され、かつ該リード線は前記水冷
管と同様な経路を通つて外部に延出されている。
更に、前記対向電極３５と前記各部材を介して電
気的に接続される前記本体１２は接地されてい
る。つまり、前記本体１２等を通して前記対向電
極３５を接地することによつて、前記プラズマ銃
７のプラズマが前記チヤンバ１内の各対向電極３
５へ向つて引き出される。

また、前記チヤンバ１内のプラズマ生成領域近
傍には成膜される基板を保持するためのホルダ４
０が配設されている。このホルダ４０には、該ホ
ルダ４０に負電圧を印加するための可変直流電源
４１が接続されている。また、前記ホルダ４０の
周囲には図示しないヒータが配置されている。

次に、本発明のイオンプレーテイング装置によ
る薄膜形成について説明する。

まず、ホルダ４０に基板４２を保持し、蒸着
源のルツボ４内に所定の蒸着材料４３を収容し
た後、図示しない真空ポンプを作動してチヤン
バ１内のガスを排気管２を通して排気してチヤ
ンバ１内を所定の真空度（例えば10^-3〜
10^-4torr）とする。

電子銃５から電子ビームを放出し、偏向コイ
ル６により該電子ビームをルツボ４内に収容し
た蒸着材料４３に照射して溶融、蒸発させる。

同時に、プラズマ銃７にアルゴン等の所定の
プラズマ発生ガスを供給することにより、該プ
ラズマ銃７よりプラズマを生成する。こうして
生成したプラズマ４４は、５台の駆動機構１１
により夫々チヤンバ１内に位置するように保持
され、空心磁石１０ａより絞り部９を通してチ
ヤンバ１内に引出されると共に、チヤンバ１の
外側に配置した空心磁石１０ａ，１０ｂの磁界
により広いチヤンバ１内での拡散が防止され
る。また、基板ホルダ４０に可変直流電源４１
から所定の負電圧を印加すると、引出されたプ
ラズマ４４中のプラスイオンが蒸気ガスをイオ
ン化し、そのイオンを前記基板４２に加速、衝
突される。更に、対向電極３５の電磁石３８に
所定の電流を印加すると、該電極３５表面から
磁界が発生してチヤンバ１内に引き出されたプ
ラズマ４４を基板４２に対して高密度で集束さ
れる。この時、対向電極３５に設けた水冷パイ
プ（図示せず）に水を供給、循環させることに
より対向電極３５の温度上昇を防止する。

前記基板ホルダ４０への負電圧の印加及び電
磁石３８への電流の印加と同時に各駆動機構１
１の駆動軸１４を回転用モータ１５により矢印
Ｃ方向に回転させると、その先端に軸着され、
かつ本体１２上部に軸受１７を介して支持され
たキヤリア１６が同方向に回転する。キヤリア
１６の回転により、該キヤリア１６に一体かつ
偏奇して固定されたブロツク部２８及びその上
部に形成された一対のフレーム２７ａ，２７ｂ
が前記駆動軸１４を中心して回転する。また、
揺動用モータ２５により軸２３を矢印方向に回
転させると、該軸２３先端のかさ歯車２４とか
さ歯車２２を介歯合された駆動伝達部材１８が
矢印方向に回転する。こうした伝達部材１８の
回転により、その先端側の歯車２１（矢印Ａ方
向に回転）と遊星歯車３１を介して歯合するＬ
形軸２９が該歯車２１と反対方向（矢印Ｂ方
向）に回転される。Ｌ形軸２９の回転により、
その先端の軸受３２に軸支され、所定の角度で
傾斜したアーム３３が回転する。アーム３３の
回転により、その先端に固定された対向電極３
５が互いに交差して配置されたアーム３３の軸
受部分の軸３６と前記一対のフレーム２７ａ，
２７ｂの枠状軸受３４を支点として揺動、回転
される。このように各駆動機構１１の揺動用モ
ータ２５による軸２３の回転に伴うＬ形アーム
２９の回転により各駆動機構１１に対応する対
向電極３５が前記枠状軸受３４を支点として揺
動、回転すると共に、回転用モータ１５の回転
に伴うキヤリア１６の回転により該キヤリア１
６に一体かつ偏奇して固定されたブロツク部２
８のフレーム２７ａ，２７ｂに連結された対向
電極３５が駆動軸１４を中心にして回転され
る。このような複数台（例えば５台）の駆動機
構１１による夫々の対向電極３５の揺動、回転
及び各対向電極３５表面から発生した磁界によ
つて、プラズマ銃７で生成されたプラズマ４４
がチヤンバ１内の基板４２下面全体の領域に高
密度化された状態となり、この高密度のプラズ
マ４４領域に前述した蒸着源３により蒸発され
る蒸着材料が到達してイオン化されると共に、
プラズマ４４中のプラスイオン化された蒸着材
料は前記各対向電極３５からの磁界と負電圧が
印加されたホルダ４０の吸引力により該ホルダ
４０で保持された基板４２全体に亙つて均一か
つ効率よく加速、衝突されで薄膜が形成され
る。

従つて、本発明によれば駆動機構１１により対
向電極３５を揺動、回転されると共に、該対向電
極３５に内蔵した電磁石３８により該電極３５表
面から磁界を発生させ、同時に蒸着源３から蒸着
材料を蒸発させることによつて、プラズマ銃や生
成されたプラズマをホルダ４０に保持された基板
４２下面全体にの領域に広げることができ、しか
も該プラズマ中で前記蒸発した蒸着材料をイオン
化し、該プラスイオン化した蒸着材料を基板４２
表面に対して高密度でかつ多方面から加速、衝突
させれ蒸着材料の基板４２表面への回り込み性を
向上できるため、複雑形状の基板にも均一かつ均
質な薄膜を高い密着力で効率よく形成できる。

また、前記駆動伝達部材１８の歯車２２の角速
度をωa、この歯車２２と歯合するＬ形軸２９の
遊星歯車３１の角速度をωb、回転駆動軸１４に
軸着されたキヤリア１６の角速度をωc、前記歯
車２２及び遊星歯車３１の歯数を夫々ａ、ｂと
し、前記キヤリア１６を前記歯車２２と同方向に
回転させたとすると、ωbは次式で表わされる。

ωb＝ωc〔１＋（ａ／ｂ）〕−ωa（ａ／ｂ） 上記式からＬ形軸の歯車３１の角速度（ωb）
は、キヤリア１６と駆動伝達部材１８の回転方向
を同方向に回転させると減速され、それらを互い
に反対方向に回転させると加速されるため、該Ｌ
形軸２９による対向電極３５の揺動、回転速度を
容易に制御することができる。

なお、上記実施例では駆動機構及びこれにより
揺動、回転する対向電極を夫々５台用いたが、１
〜４台又は６台以上をチヤンバの同一平面上の側
壁に設けてもよい。

上記実施例では、対向電極に電磁石を内蔵した
が、これの代わに永久磁石を内蔵させてもよい。

上記実施例では、蒸着源として電子銃で発生し
た電子ビームをチヤンバ内のルツボに偏向コイル
により照射する構造のものを使用したが、EBガ
ンを有する構造のものを用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明のイオンプレーテイ
ング装置によればプラズマ中でプラスイオン化し
た蒸着材料を基板表面に対して高密度でかつ多方
面から加速、衝突させれ該蒸着材料の基板表面へ
の回り込み性を向上できるため、複雑形状の基板
にも均一かつ均質な薄膜を高い密着力で効率よく
形成できる等顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すイオンプレ
ーテイング装置の概略横断面図、第２図は第１図
のＸ−Ｘ線に沿う断面図、第３図は第１図のＹ−
Ｙ線に沿う断面図、第４図は第１図の対向電極及
びその駆動機構を示す断面図、第５図は対向電極
及びその駆動機構の主要部品を示す斜視図であ
る。 １……真空チヤンバ、３……蒸着源、４……ル
ツボ、５……電子銃、６……偏向コイル、７……
プラズマ銃、１１……駆動機構、１２……本体、
１４……駆動軸、１５……回転用モータ、１６…
…キヤリア、１８……駆動伝送部材、２１，２４
……かさ歯車、２２……歯車、２５……揺動用モ
ータ、２９……Ｌ型軸、３１……遊星歯車、３３
……アーム、３５……対向電極、３８……電磁
石、４０……基板ホルダ、４２……基板、４３…
…蒸着材料、４４……プラズマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空チヤンバと、このチヤンバ内に配設され
   た基板ホルダと、前記チヤンバ内に配設された蒸
   着源と、前記チヤンバ内にプラズマを導入するた
   めのプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源の外
   周に対応する前記チヤンバの外側および前記プラ
   ズマ発生源と対面する前記チヤンバの外側にそれ
   ぞれ設けられ、前記チヤンバ内に引き出されたプ
   ラズマを集束するための空心磁石と、前記チヤン
   バ内に配置され、前記プラズマ発生源から前記チ
   ヤンバ内に導入されたプラズマを前記ホルダに保
   持された基板表面に集束させるための磁石を内蔵
   した対向電極と、この対向電極を揺動および回転
   させるための駆動機構とを具備したことを特徴と
   するイオンプレーテイング装置。