JPH11279751A - イオンプレーティング装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強磁性材料からなる薄膜を精度良く形成する
ことができるイオンプレーティング装置を提供する。 【解決手段】 イオンプレーティング装置１０は真空容
器１１を有し、真空容器１１内に試料１４が配置されて
いる。真空容器１１にプラズマガン２０が設置され、真
空容器１１内に異なる強磁性材料を収納した複数のるつ
ぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃが設けられている。各るつぼ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃはるつぼ本体４１と、るつぼ本
体４１に設けられたタングステンワイヤ４２とを有して
いる。強磁性体はタングステンワイヤ４２によって予め
キュリー点以上まで加熱され、磁化率が０となる。この
ため強磁性体によって放電プラズマビームＰの制御に支
障が生じることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は試料面に強磁性材料
からなる薄膜を形成するためのイオンプレーティング装
置およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料面に薄膜を形成するイオンプレーテ
ィング装置として、内部に試料が配置された真空容器
と、この真空容器内に配置され内部に材料を収納したる
つぼと、を備えたものが知られている。

【０００３】このようなイオンプレーティング装置にお
いて、磁場を用いた制御によって真空容器に設置された
プラズマガンから放電プラズマビームがるつぼに対して
照射される。このように、放電プラズマビームがるつぼ
に対して照射されると、るつぼ内の材料が加熱されて蒸
発し、試料面に蒸着される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで試料面に鉄、
コバルト等の強磁性材料からなる薄膜を形成する場合
は、るつぼ内にこれらの強磁性材料を収納し、プラズマ
ビームによってこれら強磁性材料を蒸発させ、試料面に
これらの強磁性材料を蒸着させている。

【０００５】上述のように、放電プラズマビームは磁場
を用いて制御されるが、るつぼ内に強磁性材料を収納し
ておくと、この強磁性材料によって磁場の制御に支障を
きたすことがある。

【０００６】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、強磁性材料を用いて試料に薄膜を形成する
際、磁場により放電プラズマビームを確実に制御して精
度良く薄膜を形成することができるイオンプレーティン
グ装置およびその運転方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部上方に試
料が配置された真空容器と、真空容器に設けられるとと
もに、放電プラズマビームを発生させるプラズマガン
と、真空容器内の放電プラズマビームが照射される位置
に配置され、内部に強磁性材料を収納したるつぼと、る
つぼ内の材料を予備加熱するための予備加熱装置とを備
えたことを特徴とするイオンプレーティング装置、およ
び上記記載のイオンプレーティング装置の運転方法にお
いて、るつぼ内の強磁性材料を予備加熱して強磁性材料
をそのキュリー点以上まで加熱する工程と、プラズマガ
ンにより放電プラズマビームを発生させ、この放電プラ
ズマビームをるつぼに照射して強磁性材料を蒸発させて
試料面に薄膜を形成する工程と、を備えたことを特徴と
するイオンプレーティング装置の運転方法である。

【０００８】本発明によれば、るつぼ内の強磁性材料を
予備加熱して強磁性材料をキュリー点以上まて加熱し、
その後放電プラズマビームにより強磁性材料を蒸発させ
るので、強磁性材料を予め加熱してその磁化率を略０と
することができる。このため放電プラズマビームを磁場
により確実に制御することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００１０】図１は本発明によるイオンプレーティング
装置の第１の実施の形態を示す図である。

【００１１】図１に示すように、イオンプレーティング
装置１０は真空容器１１と、真空容器１１内に配置され
内部に互いに異なる強磁性材料を収納した複数のるつぼ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、真空容器１１に設けられる
とともに放電プラズマビームＰを発生させるプラズマガ
ン２０とを備えている。

【００１２】このうち真空容器１１は反応ガスが供給さ
れる反応ガス供給口１２と、真空排気口１３とを有し、
真空容器１１の内部上方には試料１４が配置されてい
る。またこの試料１４は、イオン集積電源１５に接続さ
れている。

【００１３】またるつぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、各
々搬送装置１６によって保持され、搬送装置１６は各る
つぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを搬送して、るつぼ１７
ａ，１７ｂ，１７ｃのうちいずれか、例えばるつぼ１７
ａを放電プラズマビームＰ内に配置するようになってい
る。また、真空容器１１内には放電プラズマビームＰが
通過する開口１８ａを有するカバー１８が設けられ、こ
のカバー１８によって放電プラズマビームＰ外方に位置
するるつぼ、例えばるつぼ１７ｂ，１７ｃの上方を覆う
ようになっている。

【００１４】さらに試料１４の下方近傍には、試料１４
表面に形成される薄膜の厚みを測定するための膜厚計３
２が設けられている。

【００１５】次に、プラズマガン２０について詳述す
る。プラズガン２０はタンタルＴａからなるパイプ２５
と、Ｌ_ａＢ_６製の円盤状複合陰極２１とを有している。
このうちパイプ２５は、アルゴンＡｒなどの不活性ガス
からなるキャリアガスをプラズマガン２０内に導入する
ものである。

【００１６】またプラズマビームを収束する為に、複合
陰極２１の下流側に中間電極２２が設けられている。ま
た、中間電極２２の周囲には複合陰極２１から生じた放
電プラズマビームＰを真空容器１１内に導くためのステ
アリングコイル２３が設けられている。また、プラズマ
ガン２０の複合陰極２１は放電電極２４の負側に接続さ
れている。

【００１７】なお、中間電極２２は第１中間電極２２ａ
と、第１中間電極２２ａの下流側に位置する第２中間電
極２２ｂとからなっている。

【００１８】また真空容器１１内の複数のるつぼ１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ内には互いに異なる強磁性材料、例
えば、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、マンガン、お
よびこれらの元素を含む合金、酸化物、窒化物等の強磁
性材料が収納されている。また放電プラズマビームＰが
照射されるるつぼ１７ａの底部には、放電プラズマビー
ムＰを引き込む為のアノード磁石１９が設置されてい
る。また放電プラズマビームＰが照射されるるつぼ１７
ａは抵抗（図示せず）を介して、放電電極２４の正側に
接続され、プラズマガン２０に対して放電プラズマビー
ムＰが吸収される陽極を構成している。

【００１９】次に図６により、るつぼ１７ａ，１７ｂ，
１７ｃについて述べる。るつぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
は各々同一構成を有している。すなわち各るつぼ１７
ａ，１７ｂ，１７ｃは銅製水冷容器４０と、この容器４
０内に配置された有底円筒形状の酸化アルミニウム製る
つぼ本体４１とを有し、るつぼ本体４１内には予備加熱
用の１mmφのタングステンワイヤ（予備加熱装置）が埋
込まれている。このうちるつぼ本体４１は上述した強磁
性材料を収納するものである。またタングステンワイヤ
４２はるつぼ本体４１に設けられているが、コイル状に
巻付けられることなく往復しながら配置され、タングス
テンワイヤ４２によって磁界が発生しないようになって
いる。

【００２０】また、タングステンワイヤ４２は電流を流
すことによって、るつぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃのるつ
ぼ本体４１内に収納された強磁性材料を予熱して、これ
らの材料を予めキュリー点以上まで加熱するものであ
る。

【００２１】このように強磁性材料をキュリー点以上ま
で加熱することにより、強磁性材料の磁化率を略０とす
ることができる。また強磁性材料の磁化率を０とし、さ
らにタングステンワイヤ４２による磁界の発生を抑える
ことにより、放電プラズマビームＰの発生および制御
を、外乱に影響されることなく精度良く行なうことがで
きる。

【００２２】次に、このような構成からなる本実施の形
態の運転方法について説明する。まず、るつぼ１７ａの
るつぼ本体４１内に収納された強磁性材料が、タングス
テンワイヤ４２により加熱され、キュリー点以上まで達
してその磁化率が略０となる。このように強磁性材料の
磁化率を略０とすることにより、放電プラズマビームＰ
の発生および制御を精度良く行なうことができる。

【００２３】次にパイプ２５からＡｒを含むキャリアガ
スがプラズマガン２０内に導入される。次に放電電極２
４によりプラズマガン２０の複合陰極２６と真空容器１
１内のるつぼ１７ａとの間に電圧が印加されて、複合電
極２１とるつぼ１７ａ間で放電が生じ、これにより複合
陰極２１から放電プラズマビームＰが生成される。この
放電プラズマビームＰは中間電極２２によって収束され
た後、ステアリングコイル２３とアノード磁石１９によ
り決定される磁界に導かれて放電プラズマビームＰが照
射されるるつぼ１７ａに到達する。この場合、るつぼ１
７ａに入っている強磁性材料は、放電プラズマビームＰ
により加熱されて蒸発する。次に蒸発粒子は、放電プラ
ズマビームＰによりイオン化され、試料１４の表面に付
着し薄膜を形成する。

【００２４】次に搬送装置１６によって、各るつぼ１７
ａ，１７ｂ，１７ｃが搬送され、例えばるつぼ１７ｂが
放電プラズマビームＰ内に配置される。その後、るつぼ
１７ｂ内の強磁性材料が、前述と同様にして試料１４の
表面に付着し、るつぼ１７ａ内の強磁性材料からなる薄
膜上に、るつぼ１７ｂ内の強磁性材料からなる薄膜が積
層される。このようにして、試料１４の表面に積層され
た薄膜を形成することができる。

【００２５】この間、放電プラズマビームＰの外方に配
置されたるつぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃはカバー１８に
よって覆われるため、るつぼ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ内
に他の強磁性材料が混入することはない。

【００２６】次に本発明の第２の実施の形態について、
図２乃至図４により説明する。

【００２７】図２乃至図４に示す第２の実施の形態は、
真空容器１１内に、内部に互いに異なる強磁性材料を収
納した複数のるつぼ１７ａ，１７ｂを固定配置するとと
もに、真空容器１１に各るつぼ１７ａ，１７ｂに対応し
て放電プラズマビームＰを発生させるプラズマガン２０
ａ，２０ｂを設けたものである。図２乃至図４におい
て、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符
号を付して詳細な説明を省略する。

【００２８】図２乃至図４において、プラズマガン２０
ａ，２０ｂは、第１の実施の形態のプラズマガン２０と
同様の構成を有している。また、各るつぼ１７ａ，１７
ｂの近傍には、磁石３１ａ，３１ｂが各々設けられ、さ
らに真空容器１１内には真空容器１１内を各るつぼ１７
ａ，１７ｂ毎に区画する遮へい板３０が垂直方向に設け
られている。さらにこの遮へい板３０には、磁石３３が
接続されている。

【００２９】また、各るつぼ１７ａ，１７ｂの上方に
は、プラズマガン２０ａ，２０ｂからの放電プラズマビ
ームＰが通過する開口１８ａを有するカバー１８が設け
られ、るつぼ１７ａ，１７ｂ内への不純物の混入を防止
している。

【００３０】また遮へい板３０の上端部の両側には、各
るつぼ１７ａ，１７ｂからの蒸発材料の飛散を防止する
ための開閉自在シャッター３６，３６が各々水平方向に
設けられている。

【００３１】なお真空容器１１内の遮へい板３０によっ
て区画された領域にるつぼ１７ａ，１７ｂが設けられ、
各るつぼ１７ａ，１７ｂに対してプラズマガン２０ａ，
２０ｂが設置されている。このプラズマガン２０ａ，２
０ｂは真空容器１１の一側に並んで配置されているが
（図３参照）、プラズマガン２０ａ，２０ｂを真空容器
１１の一側に並んで配置させることなく、真空容器１１
の側壁に互いに対向して配置してもよい（図４参照）。
図４に示すようにプラズマガン２０ａ，２０ｂを配置し
た場合、放電プラズマビームＰをシート状に形成するこ
とにより大面積の成膜が可能となる。

【００３２】また、図２に示すように真空容器１１の上
部には、ホルダ３４によって支持された試料１４が配置
されており、またホルダ３４には試料１４を加熱するヒ
ータ３５が取付けられている。さらにまた、試料１４の
下方近傍には、膜厚計３２が、各るつぼ１７ａ，１７ｂ
に対応して設けられている。

【００３３】次にこのような構成からなる実施の形態の
運転方法について図２乃至図４により説明する。まずる
つぼ１７ａ，１７ｂのるつぼ本体４１内に収納された強
磁性材料がタングステンワイヤ４２により加熱され、キ
ュリー点以上まで達してその磁化率が略０となる。

【００３４】その後、試料１４表面に合金または化合物
の薄膜を作製する場合、２つのシャッター１６，１６を
閉めた状態で、２つのプラズマガン２０ａ，２０ｂから
同時に放電プラズマビームＰを発生させ、２つのるつぼ
１７ａ，１７ｂ内の強磁性材料を蒸発させる。

【００３５】このとき、遮へい板３０により、一方のる
つぼ１７ａの蒸発材料の粒子は試料１４に到達するが、
他方るつぼ１７ｂ側へは進入しない。

【００３６】また、一方のるつぼ１７ａ側の膜厚計３２
には、他方のるつぼ１７ｂ内の蒸発材料が入射すること
はない。このように遮へい板３０の設置位置は、上記の
ように試料１４上には２つのるつぼ１７ａ，１７ｂから
の蒸発材料が到達するが、膜厚計３２にはそれに対応し
たるつぼ１７ａ，１７ｂ内の蒸発材料のみが到達するよ
うな位置に調節される。これにより、各々のるつぼ１７
ａ，１７ｂ内の強磁性材料の蒸発速度を独立に制御する
ことが可能となる。

【００３７】次に各々のるつぼ１７ａ，１７ｂ内の強磁
性材料の蒸発速度が所望の速度になったら、２つのシャ
ッター３６，３６を同時に開けて試料１４に対して成膜
を行う。これにより、所望の組成の合金または化合物の
薄膜を試料１４表面に形成することができる。

【００３８】すなわち、各るつぼ１７ａ，１７ｂ内に収
納された異なる強磁性材料が試料１４表面に到達し、各
強磁性材料の粒子により合金または化合物からなる薄膜
を試料１４表面に形成することができる。

【００３９】他方、試料１４表面に異なる材料からなる
薄膜を各層に形成する場合は、２つのシャッター１６を
交互に開閉する、このことにより、一方のるつぼ１７ａ
内の強磁性材料からなる薄膜と、他方のるつぼ１７ｂ内
の強磁性材料からなる薄膜を試料１４表面に積層した状
態で形成することができる。

【００４０】ところで図２に示すように、各るつぼ１７
ａ，１７ｂからの蒸発材料は、領域Ｍを通って上方へ蒸
発していく。この場合、遮へい板３０によって各るつぼ
１７ａ，１７ｂからの蒸発材料が到達する範囲はきわめ
て狭く、このため試料１４の形状はこの範囲内に収まる
ものとなっている。

【００４１】しかしながら、図５に示すように、各るつ
ぼ１７ａ，１７ｂの形状を細長状とし、細長状のるつぼ
１７ａ，１７ｂに対して直交する方向に試料１４をホル
ダ３４により真空容器１１内で搬送することにより、大
形状の試料１４に対しても薄膜を確実に形成することが
できる。また、試料１４をシート状に形成し、このシー
ト状試料を連続的に真空容器１１内に供給してもよい。

【００４２】次に図５に示す細長状るつぼ１７ａ，１７
ｂについて図７により詳述する。図７に示すように、る
つぼ１７ａ，１７ｂは銅製水冷容器４０と、容器４０内
に配置された有底細長筒状の酸化アルミニウム製るつぼ
本体４１とを有し、るつぼ本体４１中にはタングステン
ワイヤ４２が往復しながら配置されている。

【００４３】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。本実施
例は図１に示す形態において、一方のるつぼ、例えばる
つぼ１７ａ内に強磁性材料として鉄を収納したものであ
る。この場合、タングステンワイヤ４２により、強磁性
材料の鉄をキュリー温度（７７０℃）以上である９００
℃まで加熱した。強磁性材料を加熱した後、放電プラズ
マビームＰを発生させ、鉄の蒸着を行なった。

【００４４】この時、真空容器１１内の真空度は７×１
０^-4Ｔｏｒｒ、プラズマガン２０へのＡｒ導入量は２０
sccm、プラズマガン２０に流れる電流は６５Ａ、電圧は
６１Ｖであった。このようにして膜厚数ｎｍから数μｍ
の範囲の鉄薄膜を安定して試料１４上に形成することが
できた。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、強磁性材
料を用いて試料に膜厚を形成する場合、放電プラズマビ
ームの発生および制御を確実に行なうことができ、所望
の膜厚を精度良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイオンプレーティング装置の第１
の実施の形態を示す側面図。

【図２】本発明によるイオンプレーティング装置の第２
の実施の形態を示す側面図。

【図３】図２に示すイオンプレーティング装置を示す平
面図。

【図４】イオンプレーティング装置の変形例を示す平面
図。

【図５】イオンプレーティング装置の変形例を示す平面
図。

【図６】るつぼを示す詳細図。

【図７】るつぼを示す詳細図。

【符号の説明】

１０ イオンプレーティング装置 １１ 真空容器 １４ 試料 １６ 搬送装置 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ るつぼ １８ カバー ２０ プラズマガン ３０ 遮へい板 ４０ 容器 ４１ るつぼ本体 ４２ タングステンワイヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部上方に試料が配置された真空容器と、 真空容器に設けられるとともに、放電プラズマビームを
   発生させるプラズマガンと、 真空容器内の放電プラズマビームが照射される位置に配
   置され、内部に強磁性材料を収納したるつぼと、 るつぼ内の材料を予備加熱するための予備加熱装置と、 を備えたことを特徴とするイオンプレーティング装置。
2. 【請求項２】予備加熱装置は、るつぼに設けられた電熱
   線からなり、電熱線は磁界が生じないよう配置されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のイオンプレーティン
   グ装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のイオンプレーティング装置
   の運転方法において、 るつぼ内の強磁性材料を予備加熱して強磁性材料をその
   キュリー点以上まで加熱する工程と、 プラズマガンにより放電プラズマビームを発生させ、こ
   の放電プラズマビームをるつぼに照射して強磁性材料を
   蒸発させて試料面に薄膜を形成する工程と、 を備えたことを特徴とするイオンプレーティング装置の
   運転方法。