JPH0548300B2 - - 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
ルダの基板に衝突して成膜を行なう。

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
蒸着材料を基板に衝突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テイング
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
に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方面に集束させるための磁
石を内蔵した複数の対向電極と、これら対向電極
をそれぞれXY方向に移動させると共に揺動させ
るための複数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
した複数の対向電極を駆動機構による夫々XY方
向に移動させると共に揺動させてホルダに保持さ
れた基板表面に対して所望の位置関係及び所望の
角度で傾斜、対向して配置し、かつ各対向電極の
磁石から磁界を発生させることによつて、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
を前記各対向電極により前記基板表面に高密度で
集束させることができ、同時にプラズマを基板表
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、基板表面全体に均一な膜を
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図は第４図の上面図
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７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XY方向に移動させると共に
揺動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を以下に詳述す
る。この駆動機構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１ａに取着された
環状支持板１２にシール部材を介して下方に傾斜
して固定されたフランジ１３を備えている。この
フランジ１３の筒状支持部１４には、後述するＸ
方向スライダを矢印Ｘ方向に移動させるためのＸ
方向駆動軸１５がシール材及び該駆動軸１５に嵌
合された摺動円筒体１６を介して軸支されてい
る。この駆動軸１５のフランジ１３側の端部付近
には、ネジ１７が切込まれおり、かつ前記筒状支
持部１４から挿着された止めピン１８が挿入され
る溝１９が形成されている。前記駆動軸１５のネ
ジ１７には、内側にネジ切り加工を施した歯車２
０が螺合されており、かつ該歯車２０はＸ方向ス
ライダ駆動モータ２１及び軸２２により回転され
る歯車２３が歯合されている。つまり、前記モー
タ２１を回転させることによつて、軸２２の歯車
２３の回転が歯車２０に伝達され、該歯車２０に
螺合し、溝１９に止めピン１８が挿入された駆動
軸１５は筒状支持部１４に軸支された状態でＸ方
向に移動されるようになつている。前記Ｘ方向駆
動軸１５の先端側には、断面Ｔ字形のＸ方向スラ
イダ２４が取着されている。このスライダ２４に
は、内部に空洞部２５を有するＹ方向スライダ２
６が該スライダ２４の上部を抱き込むように係合
され、かつそれらの係合部の軸受２７ａ，２７ｂ
を介してＹ方向に移動自在に配置されている。

前記フランジ１３には、第５図に示すようにＹ
方向スライダ駆動モータ２７が設けられている。
このモータ２７には、前記Ｘ方向駆動軸１５と平
行して配置されたＹ方向駆動軸２８が軸着されて
いる。この駆動軸２８の先端部は、内側にスプラ
イン溝を形成した筒状のボス２９に挿入され、図
示しないネジ材により固定されている。前記ボス
２９には、外周面にスプライン歯を形成したスプ
ライン軸３０の後端部が前記駆動軸２８と反対側
から挿入、係合されている。このスプライン軸３
０は、前記Ｘ方向スライダ２４から延出した支持
ブロツク３１の軸受３２に軸支され、かつその先
端にはピニオン３３が嵌着されている。このピニ
オン３３は、ラツク３４に歯合され、かつ該ラツ
ク３４は前記スプライン軸３０の軸方向と平行す
る前記Ｙ方向スライダ２６の側壁に該軸３０に対
して直交する方向に延出するように取着されてい
る。つまり、前記Ｙ方向スライダ駆動モータ２７
を回転させ、その回転を駆動軸２８、ボス２９を
介してスプライン軸３０に伝達させ、その先端の
ピニオン３３を回転させることによつて、該ピニ
オン３３と歯合したラツク３４がＹ方向に移動
し、これに伴つて該ラツク３４が取着された前記
Ｙ方向スライダ２６は前記Ｘ方向スライダ２４に
沿つてＹ方向に移動されるようになつている。な
お、前記Ｘ方向スライダ駆動モータ２１を回転さ
せて前記Ｘ方向スライダ２４をＸ方向に移動させ
た場合、前記Ｙ方向駆動軸２８が挿入固定された
ボス２９はスプライン軸３０にスプライン結合さ
れているため、該Ｘ方向スライダ２４のＸ方向に
移動に追従して該スプライン軸３０が進退できる
ようになつている。

前記フランジ１３には、揺動モータ３５が設け
られている。このモータ３５には、前記Ｘ方向駆
動軸１５と平行して配置された駆動軸３６が軸着
されている。この駆動軸３６の先端部は、第１の
ユニバーサルジヨイント３７を介して連結軸３８
に連結され、かつ該連結軸３８は内側にスプライ
ン溝を形成した筒状のボス３９に挿入され、図示
しないネジ材により固定されている。前記ボス３
９には、外周面にスプライン歯を形成したスプラ
イン軸４０の後端部が前記連結軸３８と反対側か
ら挿入、係合されている。このスプライン軸４０
は、第２のユニバーサルジヨイント４１を介して
軸４２に連結されている。この軸４２の先端は、
前記Ｙ方向スライダ２６の側壁を通してその空洞
部２５内に挿入されていると共に、軸受４３ａ，
４３ｂを介して軸支されている。また、前記軸４
２の先端にはかさ歯車４４が軸着されている。こ
のかさ歯車４４は、前記Ｙ方向スライダ２６の上
面から挿入され、軸受４５ａ，４５ｂを介して軸
支された軸４６下端のかさ歯車４７に歯合されて
いる。前記軸４６の前記Ｙ方向スライダ２６から
突出した部分には、係合板４８が軸着されてい
る。前記Ｙ方向スライダ２６上には枠状のフレー
ム４９が設けられている。前記係合板４８には、
所定の角度で傾斜したアーム５０の下端が軸受５
１を介して軸支されており、かつ該アーム５０の
上端には支持台５２が一体的に取着されている。
前記アーム５０は、軸受部分を前記フレーム４９
に軸支された軸受５３の中に配置し、その上端の
前記支持台５２に対向電極５４が固定されてい
る。また、前記アーム５０の軸受部分には軸５５
が回転自在に軸支され、かつ該軸５５は前記軸受
５３に直交するように貫通して前記フレーム４９
上部に軸支されている。つまり、前記アーム５０
の軸受部分の回転支点は、該アーム５０先端に固
定される対向電極５４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。

また、前記対向電極５４は、円板形状をなし、
かつ内部にリング状の電磁石５６が内蔵されてい
る。また、前記対向電極５４内には水冷管（図示
せず）が埋設されており、かつ該水冷管の両端に
は一対のフレキシブル管５７₁，５７₂が前記支持
台５５を通して連結されている。これらフレキシ
ブル管５７₁，５７₂は、前記環状支持板１２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５６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及びフレキシブル管
５７₁，５７₂と同様な経路を通つて外部に延出さ
れせいる。更に、前記対向電極５４と電気的に接
続される各部材は接地されている。つまり、前記
各部材を通して前記対向電極５４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５４へ向つて引き出され
るようになる。

更に、前記チヤンバ１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５８
が配設されている。このホルダ５８には、該ホル
ダ５８が負電圧を印加するための可変直流電源５
９が接続されている。また、前記ホルダ５８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５８に基板６０を保持し、蒸着
源のルツボ４内に所定の蒸着材料６１を収容す
る。

次いで、各駆動機構１１のＸスライダ駆動モ
ータ２１を回転させると、該モータ２１に軸着
された軸２２の歯車２３回転が歯車２０に伝達
され、該歯車２０に螺合し、溝１９に止めピン
１８が挿入されたＸ方向駆動軸１５は筒状支持
部１４に軸支された状態でＸ方向に移動され、
該軸１５先端に固定されたＸ方向スライダ２４
が所定の位置まで移動される。つづいて、Ｙ方
向スライダ駆動モータ２７を回転すると、その
回転が駆動軸２８、ボス２９を介してスプライ
ン軸３０に伝達され、その先端のピニオン３３
が回転させることによつて、該ピニオン３３と
歯合したラツク３４がＹ方向に移動し、これに
伴つて該ラツク３４が取着された前記Ｙ方向ス
ライダ２６は前記Ｘ方向スライダ２４に沿つて
Ｙ方向に所定の位置まで移動される。更に、各
駆動機構１１の揺動モータ３５を所定の周角度
で回転させると、その回転が駆動軸３６、第１
のユニバーサルジヨイント３７、連結軸３８、
ボス３９、スプライン軸４０、第２のユニバー
サルジヨイント４１、軸４２を介して該軸４２
先端のかさ歯車４４に伝達される。このかさ歯
車４４が所定の周角度で回転すると、その回転
は該かさ歯車４４と歯合したかさ歯車４７、該
歯車４７に軸着された軸４６に伝達され、該軸
４６に軸着された係合板４８の軸受５１に軸支
され、所定の角度で傾斜したアーム５０が所定
の周角度回転する。アーム５０の回転により、
その先端に固定された対向電極５４が互いに交
差して配置されたアーム５０の軸受部分と軸５
３とフレーム４９に軸支された軸５５を支点と
して揺動し、所定の角度で停止する。このよう
な複数台（例えば５台）の駆動機構１１のＸ方
向スライダ２４及びＹ方向スライダ２６の移動
により該Ｙ方向スライダ２６にアーム５０等の
各種部材を介して連結された対向電極５４は
夫々前記ホルダ５８の基板６０の形状に応じて
所定に位置関係で配置されると共に前記揺動モ
ータ３５の所定の周角度での回転により前記対
向電極５４が夫々前記基板６０の形状に応じて
所定の角度で傾斜、対向される。

次いで、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。ひきつづき、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６１
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６２は、空心磁石１０ａ内よ
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５８
に可変直流電源５９から所定の負電圧を印加す
ると、引出されたプラズマ６２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６０に加速、衝突される。この時、前述し
た駆動機構１１により前記ホルダ５８の基板６
０の形状に応じて所定に位置関係で配置され、
かつ該基板６０の形状に応じて所定の角度で傾
斜、対向された各対向電極５４の電磁石５６に
所定の電流を印加すると、各対向電極５４表面
から磁界が発生して前記プラズマ銃７で生成さ
れたプラズマ６２がチヤンバ１内の基板６０下
面全体の領域に高密度で集束される。こうした
高密度のプラズマ６２領域に前述した蒸着源３
により蒸発された蒸着材料が到達すると、イオ
ン化されると共にプラズマ６２中のプラスイオ
ン化された蒸着材料は前記各対向電極５４から
の磁界と負電圧が印加されたホルダ５８の吸引
力により該ホルダ５８で保持された基板６０全
体に亙つて均一かつ効率よく加速、衝突される
ため、該基板６０表面に薄膜が形成される。な
お、前記対向電極５４の電磁石５６に所定の電
流を印加させる際、フレキシブル管５７₁，５
７₂を通して各対向電極５４の水冷パイプ（図
示せず）に水を供給、循環させることにより各
対向電極５４の温度上昇を防止する。

従つて、本発明によれば複数台（例えば５
台）の駆動機構１１により各対向電極５４をチ
ヤンバ１内においてXY方向に移動させ、かつ
揺動させて所定の角度で傾斜、対向させると共
に、各対向電極５４に内蔵した電磁石５６によ
りそれら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ホルダ５８に
保持された基板６０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６０表面に対して高密度でか
つ多方面から加速、衝突させて蒸着材料の基板
６０表面への回り込み性を向上できるため、複
数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、前記各駆動機構１１による各対向電極
５４の揺動は各対向電極５４を基板６０に対し
て所定の角度で傾斜、対向させるためになさ
れ、成膜中に常時揺動させないため、各対向電
極５４に連結され、チヤンバ１内の苛酷な環境
に曝されるフレキシブル管５７₁，５７₂の劣
化、破損を抑制できる。

なお、上記実施例では対向電極をXY方向への
移動及び揺動を行なうための駆動機構を５台用い
たが、２〜４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、衝突させて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図は第４図の
平面図である。 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、１３……フラン
ジ、１５……Ｘ方向駆動軸、２１……Ｘ方向スラ
イダ駆動モータ、２４……Ｘ方向スライダ、２６
……Ｙ方向スライダ、２７……Ｙ方向スライダ駆
動モータ、２８……Ｙ方向駆動軸、３３……ピニ
オン、３４……ラツク、３５……揺動モータ、３
６……駆動軸、４４，４７……かさ歯車、４９…
…フレーム、５０……アーム、５４……対向電
極、５６……電磁石、５７₁，５７₂……フレキシ
ブル管、５８……基板ホルダ、６０……基板、６
１……蒸着材料、６２……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
   した複数の対向電極と、これら対向電極をそれぞ
   れXY方向に移動させると共に揺動させるための
   複数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。