JPH0548302B2 - - Google Patents

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JPH0548302B2
JPH0548302B2 JP7606489A JP7606489A JPH0548302B2 JP H0548302 B2 JPH0548302 B2 JP H0548302B2 JP 7606489 A JP7606489 A JP 7606489A JP 7606489 A JP7606489 A JP 7606489A JP H0548302 B2 JPH0548302 B2 JP H0548302B2
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JP
Japan
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plasma
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plasma gun
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JP7606489A
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Torao Tazo
Makoto Suzuki
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SURFACE HIGH PERFORMANCE RES
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SURFACE HIGH PERFORMANCE RES
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、複雑形状の基材表面にイオンプレー
テイングによる薄膜形成する方法に関する。 [従来の技術及び課題] 例えば各種の金属、セラミツクス等からなる構
造材料においては、その基材表面を硬質化した
り、光沢性等を付与する目的で各種の金属薄膜を
成膜することが行なわれている。かかる基材上へ
の成膜に際しては、従来より次のような膜厚制御
方法が採用されている。 膜厚センサ方式 真空チヤンバ内に配置したルツボ中の蒸着材
料に電子ビーム等を照射して蒸発させ、その蒸
発量を膜厚センサで検出し、前記電子ビームの
出力を調節して前記チヤンバ内に配置した基材
全体に均一な薄膜を形成する。 真空チヤンバ内に配置したルツボ中の上方に
配置した基材ホルダを自転又は自公転させるこ
とにより基材の中心部と周辺部との蒸着量の差
を小さくして基材全体に均一な薄膜を形成す
る。 しかしながら、前記の膜厚センサン方式や
の基材の回転方式では全体の平均膜厚を制御でき
るものの、任意個所での膜厚制御を行うことがで
きない。このため、複雑形状の基材表面に均一な
膜厚の薄膜を形成することが困難となる。 このようなことから、複雑形状の基材表面に薄
膜を形成する方法として、ホロカソード方式、反
応性イオンプレーテイグ方式、プラズマ銃方式が
知られている。しかしながら、各方式には次のよ
うな問題があつた。 前記ホロカソード方式では、放電部分の負電圧
が高いため、穴が開口されたり、コ字型状の基材
ではホロカソード現象により基材電圧が所定の70
%程度に低下するため、成膜できたとしても付着
力が非常に低くなる。しかる、かかる方式では膜
厚の均一化はもとより部分的の膜厚制御も行うこ
とができない。 前記反応性イオンプレーテイング方式では、イ
オン化電極(+)が下方にあるため、穴が開口さ
れたり、コ字型状の基材ではホロカソード現象に
より基材電圧が大幅に低下し、成膜しても良好な
膜質にならない。 前記プラズマ銃方式では、プラズマ銃より真空
チヤンバ圧力を低くできるため、ホロカソード現
象による基材電圧の低下を抑制できるものの、チ
ヤンバ内においてプラズマが一定の横方向に形成
されるため、基材に形成された穴やコ字状部では
影を生じ、内側深くまでプラズマが導入されず、
前記穴等が浅い形状の基材しか成膜できない。 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、穴が開口されたり、コ字型等の複
雑形状の基材表面に薄膜を均一に成膜し得るイオ
ンプレーテイングによる薄膜形成方法に提供しよ
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
回転自在に配置された基材ホルダと、前記チヤン
バ内の底部付近に配置された蒸着源と、前記チヤ
ンバに設けられたプラズマ銃と、前記プラズマ銃
の外周に対応する前記チヤンバの外側および前記
プラズマ銃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
バの中心に対して同心円状に配置され、前記プラ
ズマ銃から前記チヤンバ内に引き出されたプラズ
マを前記ホルダに保持された基材表面に高密度で
集束させる揺動、上下動、水平方向への移動が可
能で磁石を内蔵した複数の対向電極とを具備した
イオンプレーテイング装置により前記ホルダに保
持された複雑形状の基材表面に前記蒸着源からの
蒸発ガスをイオン化して蒸着し、膜形成する方法
にあたり、 前記複数の対向電極の位置と向きを前記ホルダ
に保持、回転される基材の表面形状に沿うように
該基材の回転に同調させ、基材周囲のプラズマ密
度、形状を制御することを特徴とするイオンプレ
ーテイングによる薄膜形成方法である。 [作用] 本発明によれば、磁石を内蔵した複数の対向電
極の位置と向きをホルダに保持、回転される穴が
開口されたり、コ字型等の複雑形状の基材の表面
形状に沿うように該基材の回転に同調させ、真空
チヤンバ内にプラズマ銃から引き出されたプラズ
マの前記基材周囲での密度、形状を制御すること
によつて、蒸着源からの蒸発物質を前記基材の表
面に成膜できるため、該複雑形状の基材面に薄膜
を均一に形成することができる。 [実施例] 以下、本発明の実施例を第1図及び第2図を参
照して説明する。 第1図は、本実施例で使用するイオンプレーテ
イング装置を示す概略断面図、第2図は第1図の
概略横断面図である。図中の1は、真空チヤンバ
であり、このチヤンバ1の下部側壁には該チヤン
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。また、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の底部に設置されたルツボ
4と、前記チヤンバ1の下部側壁に設けられ、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の後部は窒素(N2)等の所定の
ガス8を導入するための導入管(図示せず)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。また、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。前
記プラズマ銃3の設置箇所とほぼ同一平面上に位
置するチヤンバ1の側壁には電磁石11を内蔵し
た5台の円板状対向電極121〜125が揺動、上
下動、水平方向への移動可能に設けられている。
これら対向電極121〜125は、図示しない制御
器によつてそれらの位置と向きが後述するホルダ
に保持、回転される基材の表面形状に沿うように
該基材の回転に同調して駆動するようになつてい
る。なお、前記各対向電極121〜125に内蔵し
た電磁石11は図示しない電源により磁力を発生
するようになつている。 更に、前記チヤンバ1内のプラズマ生成領域近
傍には基材を保持するためのホルダ13が配設さ
れており、かつ該ホルダ13は回転軸14により
支持、吊下されている。前記ホルダ13は、前記
可変電源15に接続されて負電圧が印加されるよ
うになつている。 実施例 まず、第3図に示す複雑形状を有するSUS304
製の基材16を用意した。この基材16は、中心
のリング部17の左右に平板部18a,18bが
取り付けられ、かつ一方の平板部18bの下面に
はコ字型ブロツク部19の背面が接合された構造
になつている。なお、前記平板部18a,18b
は幅が28mm、長さが100mm、前記ブロツク部19
は高さが50mm、幅が30mm、となつている。つづい
て、前記複雑形状の基材16を真空チヤンバ1内
のホルダ13に保持し、ルツボ4内にチタンチツ
プ20を収容した。 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を通して排気した。つ
づいて、回転軸14によりホルダ3に保持された
基材16を11rpmの条件で回転させ、かつ可変電
源15から基材16に負電圧が印加しながら、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内に収容したチタン
チツプ20に照射して溶融、蒸発させた。同時
に、プラズマ銃7にプラズマ発生ガスとしての
N2を供給することにより、該プラズマ銃7より
真空チヤンバ1内にプラズマ21を生成すると共
に、5台の円板状対向電極121〜125を図示し
ない制御器によつてそれらの位置と向きがホルダ
13の保持、回転される基材16の表面形状に沿
うように該基材16の回転に同調して駆動した。 即ち、前記各円板状対向電極121〜125のう
ち前記基材16の平板部18aが近づいた対向電
極においては、その電極面を垂直に保つた状態で
揺動させながら、下方に移動させ、かつ基材16
の回転移動(隣接する別の対向電極までの移動)
に同調して水平方向に移動させた。一方、前記各
円板状対向電極121〜125のうち前記基材16
のコ字型ブロツク板部19が近づいた対向電極に
おいては、その電極面を垂直と垂直面に対して
30°上方へ傾斜させた状態で揺動させながら、上
方に移動させ、かつ基材16の回転移動(隣接す
る別の対向電極までの移動)に同調して水平方向
に移動させた。なお、前記各対向電極121〜1
5のうち、プラズマ銃7と対向する対向電極対
向電極121の磁束密度を50〜500ガウス、他の対
向電極122〜125の磁束密度を100ガウス〜1k
ガウスとし、かつ前記プラズマ21が生成される
チヤンバ1内の圧力を5.0×10-4torrとした。 上述した各円板状対向電極121〜125を図示
しない制御器によつてそれらの位置と向きがホル
ダ13に保持、回転される基材16の表面形状に
沿うように該基材16の回転に同調して駆動する
ことによつて、前記チヤンバ1内に引き出された
プラズマ21を前記基材16に高密度で収束さ
せ、前記ルツボ4から蒸発されたチタンを該プラ
ズマ21でイオン化し、窒素イオンと反応させる
ことにより基材16表面に薄膜を形成した。な
お、対向電極121〜125の揺動と移動量は成膜
前に予め複雑形状の基材周囲のプラズマ密度をセ
ンサで計測して設定すれば、均一膜でも部分的に
膜厚差を付けることも可能となる。 参照例 各円板状対向電極121〜125の駆動に際し、
それぞれ電極面を単に垂直に保つた状態で揺動さ
せた以外、実施例と同様な方法により第3図に示
す複雑形状の基材表面に薄膜を形成した。 しかして、本実施例及び参考例の基材16上に
成膜された薄膜について、X線回折及びEPMA
により分析したところ、TiNであることが確認
された。また、本実施例及び参照例の基材16上
に成膜されたTiN薄膜について、第3図に示す
平板部18aの下面Aの膜厚を100%とした時、
コ字型ブロツク板部19内側の奥面B及び側面C
の膜厚を定したところ、下記第1表に示す結果を
得た。
【表】 上記第1表から明らかなように本実施例では、
基材16の平板部18aとブロツク部19の凹部
との膜厚差を参照例に比べて著しく小さくでき、
複雑形状の基材でも均一なTiN薄膜を形成でき
ることがわかる。 [発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば穴が開口さ
れたり、コ字型等の複雑形状の基材表面に薄膜を
均一に成膜し得るイオンプレーテイングによる薄
膜形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例で使用したイオンプレ
ーテイング装置を示す概略断面図、第2図は第1
図の概略横断面図、第3図は本実施例で用いた基
材を示す斜視図である。 1……真空チヤンバ、3……蒸着源、4……ル
ツボ、7……プラズマ銃、11……電磁石、12
〜125……対向電極、13……ホルダ、16…
…基材、18a,18b……平板部、19……コ
字型ブロツク部、20……チタンチツプ、21…
…プラズマ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 真空チヤンバと、このチヤンバ内に回転自在
    に配置された基材ホルダと、前記チヤンバ内の底
    部付近に配置された蒸着源と、前記チヤンバに設
    けられたプラズマ銃と、前記プラズマ銃の外周に
    対応する前記チヤンバの外側および前記プラズマ
    銃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、前記チヤンバの中心
    に対して同心円状に配置され、前記プラズマ銃か
    ら前記チヤンバ内に引き出されたプラズマを前記
    ホルダに保持された基材表面に高密度で集束させ
    る揺動、上下動、水平方向への移動が可能で磁石
    を内蔵した複数の対向電極とを具備したイオンプ
    レーテイング装置により前記ホルダに保持された
    複雑形状の基材表面に前記蒸着源からの蒸発ガス
    をイオン化して蒸着し、膜形成する方法にあた
    り、 前記複数の対向電極の位置と向きを前記ホルダ
    に保持、回転される基材の表面形状に沿うように
    該基材の回転に同調させ、基材周囲のプラズマ密
    度、形状を制御することを特徴とするイオンプレ
    ーテイングによる薄膜形成方法。
JP7606489A 1989-03-28 1989-03-28 イオンプレーティングによる薄膜形成方法 Granted JPH02254159A (ja)

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JP3095614B2 (ja) * 1993-04-30 2000-10-10 株式会社東芝 半導体ウェハ等の被処理体をプラズマ処理するに際して使用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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