JPH0548303B2 - - 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に関し、
特に複雑形状の基材表面に薄膜を形成するための
イオンプレーテイング装置に係わる。 ［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、任意個所での膜圧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ング方式、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、かかる方式では前
記形状の基材に対して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
チン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設膜し得るイオ
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］ 本発明に係わるイオンプレーテイング装置は、
真空チヤンバと、このチヤンバ内に配設された基
材ホルダと、前記チヤンバ内の底付近金に配設さ
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
ダに保持された基材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
それぞれ回転揺動させると共に、内部に前記各対
向電極の磁石を冷却するための冷却水流路が形成
された管部材を有する駆動機構とを具備したこと
を特徴とするものである。 更に、本発明に係わるイオンプレーテイング装
置は前記基材ホルダは、回転自在な構造になつて
おり、かつ前記駆動機構は前記ホルダの回転に同
期して前記対向電極の回転揺動させる構造を有す
ることを特徴とするものである。 ［作用］ 本発明によれば、真空チヤンバの中心に対して
同心円状に配置された複数の対向電極を駆動機構
により回転揺動させて、基材ホルダに保持された
基材に対して所望の位置関係及び所望過度で傾斜
対向させ、かつ各対向電極に内蔵した磁石から磁
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材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材表面に対して
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着材に対して多方向
から導入できる。また、前記駆動機構の管部材内
部に冷却水流路を形成することによつて、該流路
を通して高温のプラズマに曝される対向電極内部
の磁石を冷却できるため、該磁石の磁力を長期間
に亘つて安定的に維持できる。従つて、ホルダに
保持された複雑形状の着材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、着材
表面全体に均一な厚さの薄膜を効率よくかつ長期
間に亘つて安定的に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。 また、前記真空チヤンバ内に磁石を前記基材ホ
ルダに保持された基材を周囲を囲むように配置す
ることによつて、ホルダに例えば穴が開口された
複雑形状の基材を保持した場合、前記対向電極及
びプラズマによりイオン化された蒸着材料を前記
磁石の磁界により前記基材の穴内面に効率よく絞
り込むことができるため、基材の表面のみならず
穴内面にも均一な厚さの薄膜を成膜できる。 更に、前記基材ホルダを回転自在な構造とし、
かつ前記駆動機構を該ホルダの回転に同期して前
記対向電極の回転揺動させる構造とすることによ
つて、チヤンバ内にプラズマ発生源から引き出さ
れたプラズマの密度及び形状を前記ホルダに保持
された基材の形状（外面形状）に即応して制御で
きるため、複雑形状の基材表面全体により一層均
一な厚さの薄膜を効率よく成膜できる。 ［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を参照
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断面図、第２図は第１図の
概略横断面図、第３図は第１図の対向電極及びそ
の駆動機構を示す断面図である。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。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回転揺動さ
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と設置箇所とほぼ同一平面上
に位置する貫通して設けられている。 前記駆動機構１１は、第３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１
２を備えている。この支持板１２のチヤンバ１外
側の面には筒状支持部材１３が図示しないネジに
より固定されている。この支持部材１３には、水
平方向駆動管１４がＯリング１５及びこれを保持
したフランジ１６を介して軸支されている。前記
駆動管１４の前記チヤンバ側壁１ａと反対側の端
部付近には、ネジ１７が切り込まれており、かつ
前記前記筒状支持部材１３から挿着された止めピ
ン１８が嵌合される溝１９が形成されている。前
記駆動管１４のネジ１７には、移動ハンドル２０
のネジ部２１が螺合され、かつ該ハンドル２０の
前面は前記筒状支持部材１３の後端面に当接され
ている。つまり、前記ハンドル２０を回転させる
ことによつてこのネジ部２１とネジ１７を介して
螺合され、溝１９に止めピン１８が挿入された前
記駆動管１４が筒状支持部材１３に沿つて水平方
向に移動されるようになつている。 前記水平方向駆動管１４内には、回転管２２が
軸受２３を介して回転自在に軸支されている。な
お、前記駆動管１４の両端側の前記回転管２２の
外周面には該駆動管１４の水平方向への駆動に伴
つて前記回転管２２を同方向に駆動させるための
止め輪２４が設けられている。前記回転管２２の
先端側（チヤンバ１の内部側は、屈曲され、その
先端には対向電極２５が固定されている。この対
向電極２５は、円板形状をなし、かつリング状の
永久磁石２６が内蔵されている。前記回転管２２
の後端側の外周面には、キー溝２７が形成されて
おり、かつ該回転管２２には該溝２２に係合され
る歯車２８が取り付けられている。この歯車２８
には、パルスモータ２９、軸３０により回転され
る歯車３１が噛合されている。なお、前記パルス
モータ２９は後述するホルダに保持、回転される
基材の表面に沿うように該基材の回転に同期して
駆動するようになつている。 前記回転管２２の中心には、該回転管２２の両
端に設けた環状支持具３２で支持された冷却水の
往路となる円筒３３が挿入され、かつ該円筒３３
外周面と前記回転管２２の内面との間に復路とな
る筒状空間３４を形成している。前記円筒３３の
先端側は、前記対向電極２５内に形成された永久
磁石の冷却用流路（図示せず）の入口側と連通さ
れ、かつ前記筒状空間３４は前記冷却用流路の出
口側と連通されている。また、前記回転管２２の
後端面及び後端近傍の外周面にはそれぞれ回転ジ
ヨイント３５，３６が連結されている。一方のジ
ヨイント３５には、冷却水供給管３７が、他方の
ジヨイント３６には冷却水排出管３８が連結され
ている。 また、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３９が配設さ
れており、かつ該ホルダ３９は回転軸４０により
支持、吊下されている。前記ホルダ３９は、前記
可変電源４１に接続されている負電圧が印加され
ているようになつている。 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。 第４図に示す複雑形状を有するSUS304製の
基材４２を用意した。この基材４２は、中心の
リング部４３の左右に平板部４４ａ，４４ｂが
取り付けられ、かつ一方の平板部４４ａの下面
にはコ字型ブロツク部４５の背面が接合された
構造になつている。つづいて、前記複雑形状の
基材４２を真空チヤンバ１内のホルダ３９に保
持し、一方ルツボ４内に所定の蒸着材料４６を
収容する。 各駆動機構１１のハンドル２０を回転させ
る。これにより、該ハンドル２０のネジ部２１
とネジ１７を介して螺合され、溝１９に止めピ
ン１８が挿入された水平方向駆動管１４は筒状
支持部材１３に沿つて水平方向に前進（又は後
退）する。前記駆動管１４の前進に伴つて止め
輪２４を介して該駆動管１４に係合されたその
内側の回転管２２も同方向に移動し、該回転管
２２先端の対向電極２５はチヤンバ１内の所定
位置まで移動する。この後、冷却水供給管３７
から冷却水の往路である円筒３３を通して対向
電極２５内の冷却用流路（図示せず）に供給し
て内蔵した永久磁石２６を冷却し、冷却後の水
は復路としての筒状空間３４及び排出管３８を
通して排出する。 真空ポンプ（図示せず）を作動してチヤンバ
１内のガスを排気管２を通して排気して所定と
真空度とする。つづいて、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４６に照射
して溶融、蒸発させる。 プラズマ銃７にプラズマ発生ガスとしての
N₂８を供給することにより、絞る部９を通し
てチヤンバ１内にプラズマ４７を引き出すと共
に、空心磁石１０ａ，１０ｂの磁界によりチヤ
ンバ１内の所定領域に集束させる。同時に、回
転軸４０によりホルダ３９及びこれに保持され
た基材４２を回転させ、かつ可変電源４１から
基材４２に負電圧が印加しながら、各制御機構
１１のパルスモータ２９を前記基材４２の回転
に同期して回転させる。これにより、パルスモ
ータ２９に軸着された軸３０の歯車３１が回転
し、これに噛合された歯車２８が回転管２２を
回転し、その先端の屈曲部に固定された各対向
電極２５の位置と向きを前記基材４２の表面形
状に沿うようにその回転に同期して回転揺動す
る。 このようなチヤンバ１内へのプラズマ４７の生
成、可変電源４１から基材４２への負電圧の印加
により、前記プラズマ４７中のプラスイオンが負
電圧のホルダ３９に保持された基材４２に引つ張
られ、そのイオンは基材４２に加速、衝突され
る。この時、前述した駆動機構１１により回転揺
動する対向電極２５内の永久磁石２６の磁界によ
つて前記プラズマ４７が基材４２の表面形状に即
応して集束される。つまり、第４図に示す基材４
２において平板部４４ｂに対してはプラズマ密度
を強めるように対向電極２５を上方へ向け、コ字
型ブロツク部４５に対してはコ字部内面にプラズ
マが入るように対向電極２５の面を該ブロツク部
４５と対峙させる。こうした基材４２の各部材形
状に即応して密度が制御されたプラズマ４７領域
に前述したルツボ３により蒸発された密着材料が
到達すると、イオン化される。プラズマ４７中の
プラスイオン化された蒸着材料は、前記各対向電
極２５の永久磁石２６からの磁界と負電圧が印加
されたホルダ３９の吸引力により前記基材４２の
全体に亘つて均一かつ効率よく加速、衝突され
る。その結果、平板部４４ｂ、コ字型ブロツク部
４５を含む基材４２全体に均一膜厚の薄膜を効率
よく成膜することができる。 また、上記構造のイオンプレーテイング装置に
おいて対向電極２５を回転揺動するための駆動機
構１１の回転管２２内に冷却水の往路及び復路を
形成することによつて、高温のプラズマ中に曝さ
れる対向電極２５内の永久磁石２６を極めて簡単
な構造で冷却でき、前記永久磁石２６からプラズ
マを集束するための磁界を長期間に亘つて安定的
に発生することができる。 次に、本発明の別の実施例を第５図を参照して
説明する。 第５図に示すイオンプレーテイング装置は、基
材ホルダ３９′で保持された基材（例えば円筒状
基材）４２′を囲むように円筒状の電磁石４８を
配置した構造になつている。 かかる構成によれば、チヤンバ１内に引き出し
たプラズマ４７を対向電極２５内の永久磁石２６
により基材４２′側に集束できると共に、基材４
２′周囲の円筒状の電磁石４８により円筒状基材
４２′内に棒状に絞り込むことができる。その結
果、円筒状基材４２′の外周面のみならず、内周
面にはイオン化された蒸着材料を導入できるた
め、基材４２′全体に均一な膜厚の薄膜を成膜で
きる。 また、前述した第５図に示すイオンプレーテイ
ング装置により曲円筒の内面に薄膜を成膜する場
合は円筒状の電磁石４８の形状をそれに合つた曲
円筒形にすることによつて均一な薄膜を形成する
できる。 なお、上記実施例では対向電極に永久磁石を内
蔵したが、永久磁石に代えて電磁石を用いてもよ
い。 ［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
長期間に亘つて安定的に、かつ均一に成膜し得る
イオンプレーテイング装置を提供できる。

【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断面図、第２図は第１図の概
略横断面図、第３図は第１図のイオンプレーテイ
ング装置の要部断面図、第４図は本実施例で用い
た基材を示す斜視図、第５図は本発明の他の実施
例を示すイオンプレーテイング装置の概略断面図
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……駆動機構、１
４……水平方向駆動管、２０……ハンドル、２２
……回転管、２５……対向電極、２６……永久磁
石、２９……パルスモータ、３３……円筒（冷却
水の往路）、３４……筒状空間（冷却水の復路）、
３７……供給管、３８……排出管、３９，３９′
……ホルダ、４２，４２′……基材、４４ａ，４
４ｂ……平板部、４５……コ字型ブロツク部、４
６……蒸着材料、４７……プラズマ、４８……円
筒状の電磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空チヤンバと、このチヤンバ内に配設され
   た基材ホルダと、前記チヤンバ内の底部付近に配
   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、
   前記チヤンバの中心に対して同心円状に配置さ
   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材
   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回転揺動さ
   せると共に、内部に前記各対向電極の磁石を冷却
   するための冷却水流路が形成された管部材を有す
   る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。 ２ 前記真空チヤンバ内に磁石を前記基材ホルダ
   に保持された基材周囲を囲むように配置したこと
   を特徴とする請求項１記載のイオンプレーテイン
   グ装置。 ３ 前記基材ホルダは、回転自在な構造を有し、
   かつ前記駆動機構は前記ホルダの回転に同期して
   前記対向電極を揺動回転させる構造を有すること
   を特徴とする請求項１または２記載のイオンプレ
   ーテイング装置。