JPS63128169A - Ion plating device - Google Patents
Ion plating deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、工具鋼、シリコンウェハ等の基体の表面に薄
嗅を形成するに使用されるイオンプレーティング装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an ion plating apparatus used to form a thin film on the surface of a substrate such as tool steel or silicon wafer.
（従来の技術）
従来、この種の装置は、第１図示のように、真空室ａ内
に、ホルダーｂに取付けた工具鋼等の基体Ｃと、蒸発源
ｄとを間隔を存して設け、該基体Ｃの背後にこれを加熱
するためのヒーターｅを設けるを一般とする。そしてイ
オンプレーティングに際しては、まず真空室ａ内を高真
空状態とし、ヒーターｅにより基体Ｃを加熱する。次で
ガス導入管ｆを介してＡｒガスを真空苗ａ内へ導入し、
ホルダーｂに電源ｑから電圧を印加し、基体Ｃの近傍に
グロー放電を発生させ、基体Ｃの表面の放電洗浄を行な
う。このあと、該蒸発源ｄを作動させこれより蒸発する
蒸発材料りの分子及び必要によりガス導入管ｉから導入
される原料ガスのガス分子の一部をイオン化電極等でイ
オン化する。一部がイオン化した蒸発材料りの分子等は
、基板Ｃの表面に付着し、第２図示のように薄ｗＡｊが
形成される。尚、該基板Ｃには必要に応じて電源ｋから
負の電圧が印加される。(Prior Art) Conventionally, in this type of device, as shown in Figure 1, a base C made of tool steel or the like attached to a holder b and an evaporation source d are provided with a gap between them in a vacuum chamber a. , a heater e for heating the substrate C is generally provided behind the substrate C. In ion plating, first, the inside of the vacuum chamber a is brought into a high vacuum state, and the substrate C is heated by the heater e. Next, Ar gas is introduced into the vacuum seedling a through the gas introduction pipe f,
A voltage is applied to the holder b from the power source q to generate glow discharge near the base body C, thereby cleaning the surface of the base body C by discharge. Thereafter, the evaporation source d is operated to ionize the molecules of the evaporation material evaporated from the evaporation source d and, if necessary, some of the gas molecules of the raw material gas introduced from the gas introduction pipe i using an ionization electrode or the like. The partially ionized molecules of the evaporated material adhere to the surface of the substrate C, forming a thin layer wAj as shown in the second figure. Note that a negative voltage is applied to the substrate C from a power supply k as necessary.
（発明が解決しようとする問題点）
前記のような従来のイオンプレーティング装置は、基体
Ｃとこれに形成される薄膜ｊとの密着性を得ると共に膜
質を制御するために、ヒーターｅにて基体Ｃを加熱する
必要がある。この加熱で基体Ｃに歪みが生じたり熱で該
基体Ｃが溶解する不都合を生じ勝ちであり、更に基体Ｃ
に加熱と放電洗浄を施す処理工程を要するのでイオンプ
レーティングの時間が長くなり、また膜の密着性の大ぎ
いものが得られない問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional ion plating apparatus as described above, in order to obtain adhesion between the substrate C and the thin film j formed thereon and to control the film quality, a heater e is used to control the film quality. It is necessary to heat the substrate C. This heating tends to cause distortion in the substrate C or cause the substrate C to melt due to the heat, and furthermore, the substrate C
Since the process requires heating and discharge cleaning, the ion plating takes a long time, and there is a problem in that it is difficult to obtain a film with great adhesion.
また、従来のイオンプレーティング装置では、基体Ｃに
形成される薄膜ｊの膜質は、基体Ｃの温度、蒸発材料り
の蒸発速度、加速エネルギー、イオン化率等の多数のパ
ラメーターにより制御しなければならず、コントロール
が容易でなく、しかも特定の物質以外の膜を形成するこ
とは出来ない制限があった。Furthermore, in conventional ion plating equipment, the film quality of the thin film J formed on the substrate C must be controlled by many parameters such as the temperature of the substrate C, the evaporation rate of the evaporation material, acceleration energy, and ionization rate. First, it is not easy to control, and there are limitations in that it is not possible to form a film made of anything other than a specific substance.
本発明はこうしたイオンプレーディングに於ける不都合
等を解決することを目的とするものである。The present invention aims to solve these inconveniences in ion plating.
（問題点を解決するための手段）
本発明では、真空室内に間隔を存して基体と蒸発源を設
け、該蒸発源から蒸発する蒸発物質をイオン化手段によ
りイオン化して該基体の表面に付着させるようにしたも
のに於て、該蒸発源をイオン化手段としての機能を備え
たホローカソード型蒸発源とし、更に該真空室に、該基
体の表面へ高エネルギーのイオンを照射する１個若しく
は複数個の高エネルギー源を設けることにより前記問題
点を解決するようにした。(Means for Solving the Problems) In the present invention, a substrate and an evaporation source are provided with a gap between them in a vacuum chamber, and the evaporation material evaporated from the evaporation source is ionized by an ionization means and attached to the surface of the substrate. In the case where the evaporation source is a hollow cathode type evaporation source having a function as an ionization means, one or more evaporation sources are provided in the vacuum chamber for irradiating high-energy ions onto the surface of the substrate. The above problem was solved by providing two high energy sources.
（作 用）
該真空室内を高真空化し、ホローカソード型の蒸発源を
作動させると、これより蒸発する物質は該蒸発源の持つ
イオン化手段として機能により一部がイオン化される。(Function) When the vacuum chamber is made highly evacuated and the hollow cathode type evaporation source is operated, a portion of the substance evaporated from the vacuum source is ionized by the ionization means of the evaporation source.
この蒸発源の作動と同時に或は前後して高エネルギーイ
オン源を作動させることにより、基体の表面層に、該基
体の原子と高エネルギーイオン源からの原子との混合層
、或は該基体の原子と高エネルギーイオン源からの原子
と蒸発源からの原子との混合層、若しくは基体の原子と
蒸発源からの原子との混合層を形成する。そして、この
混合層の上に蒸発源を作動させて従来のイオンプレーテ
ィング処理による付着膜又は蒸発源及び高エネルギーイ
オン源を作動させて該付着膜の原子と高エネルギーイオ
ン源からの原子が混合した付着膜を形成する。By operating a high-energy ion source simultaneously with or before or after the operation of this evaporation source, a mixed layer of atoms of the substrate and atoms from the high-energy ion source is formed on the surface layer of the substrate, or A mixed layer of atoms, atoms from the high-energy ion source, and atoms from the evaporation source, or a mixed layer of atoms of the substrate and atoms from the evaporation source is formed. Then, an evaporation source is operated on top of this mixed layer to form a deposited film by conventional ion plating treatment, or an evaporation source and a high-energy ion source are operated to mix atoms from the deposited film with atoms from the high-energy ion source. Forms an adherent film.
こうしたプロセスによって該基体の表面層において、基
体と付着膜とが強く結合し、基体の加熱と放電洗浄を行
わずに基体と付着膜との密着性を従来のイオンプレーテ
ィングよりも向上させることが出来る。Through this process, the substrate and the deposited film are strongly bonded in the surface layer of the substrate, and the adhesion between the substrate and the deposited film can be improved compared to conventional ion plating without heating or discharging the substrate. I can do it.
また、照射する高エネルギーイオンのエネルギーと照射
ｍを該高エネルギーイオン源への電気量を制御すること
により簡単に制御出来るので、従来のイオンプレーティ
ング装置では容易でなかった付＠膜の膜質の制御を容易
に行なえ、しかも高エネルギーイオンのエネルギーがイ
オンプレーティングにおける蒸着粒子のエネルギーに較
べて２〜３桁も大ぎいので、従来は形成不可能であった
新しい物質膜例えばダイヤモンド膜を形成することが出
来る。In addition, the energy of high-energy ions to be irradiated and the irradiation m can be easily controlled by controlling the amount of electricity supplied to the high-energy ion source. It is easy to control, and the energy of high-energy ions is two to three orders of magnitude larger than the energy of the particles deposited in ion plating, making it possible to form new material films, such as diamond films, that were previously impossible to form. I can do it.
（実施例）
本発明の実施例を別紙図面に基づき説明すると、第３図
に於て符号（１）は真空ポンプにより真空排気された真
空室、（２）は該真空室（１）内のホルダー（３）に取
付けした工具鋼等の基体、（４）は該基体（２）の下方
に間隔を存して設置したホローカソード型の蒸発源を示
し、該蒸発源（４）内には蒸発するＴｉその他の蒸発材
料（５）が収容される。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be explained based on the attached drawings. In FIG. A base made of tool steel or the like is attached to the holder (3), and (4) indicates a hollow cathode type evaporation source installed at a distance below the base (2). Ti and other evaporative materials (5) to be evaporated are accommodated.
（６）は必要に応じてＣ２１１２等の原料ガスを真空室
（１）内に導入するガス導入管、（７）はホルダ（３）
に必要に応じて負電位を与える電源である。(6) is a gas introduction pipe that introduces raw material gas such as C2112 into the vacuum chamber (1) as needed, and (7) is a holder (3).
This is a power supply that provides a negative potential as necessary.
該真空室（１）内には、例えば２０〜１００にｅＶのイ
オンを基体（２）に照射する高エネルギーイオン源（８
）を設け、これを前記蒸発源（４）と前後して或は同時
に作動させて基体（２）にイオンプレーティングを行な
うようにした。Inside the vacuum chamber (1), there is a high-energy ion source (8) that irradiates the substrate (2) with ions of, for example, 20 to 100 eV.
) was provided and operated before or at the same time as the evaporation source (4) to perform ion plating on the substrate (2).
その作動を説明すると、洗浄した基体（２）をホルダー
（３）に接触良く取付け、真空室（１）内が高真空状態
になると、高エネルギーイオン源（８）を作動させて基
体（２）の表面へ例えばＡｒ” 、Ｎ＋等の高エネルギ
ーイオンの照射し、これと同時に又は前後して従来と同
じイオンプレーティング処理を蒸発源（４）により行な
う。これによって第３図に見られるように、該基体（２
）の数百〜数千人の表面層に高エネルギーイオンの原子
と基体（７′）の原子との混合層（９）、或は高エネル
ギーイオンの原子と蒸発源（４）から飛来する蒸発材料
（５）の原子及び基体（２）の原子との混合層（ＩＧ、
或は該蒸発材料（５）の原子と基体（２）の原子との混
合層ａｔが形成される。To explain its operation, the cleaned substrate (2) is attached to the holder (3) with good contact, and when the inside of the vacuum chamber (1) reaches a high vacuum state, the high energy ion source (8) is activated to remove the substrate (2). The surface of the substrate is irradiated with high-energy ions such as Ar'', N+, etc., and at the same time or before or after this, the same ion plating process as the conventional one is performed using an evaporation source (4). , the substrate (2
) is a mixed layer (9) of high-energy ion atoms and atoms of the substrate (7') on the surface layer of hundreds to thousands of atoms, or high-energy ion atoms and evaporation coming from the evaporation source (4). A mixed layer (IG,
Alternatively, a mixed layer at of atoms of the evaporation material (5) and atoms of the substrate (2) is formed.
そしてこの混合層の上に、蒸発源（４）を作動させ、或
は更に高エネルギーイオン源（８）を作動させることに
より、従来と同様のイオンプレーティング処理による付
着膜ａ２１又は該付着膜（′ｌｚの原子と高エネルギー
イオンの原子とが混合した付着膜（Ｉｅを形成する。Then, on this mixed layer, by operating the evaporation source (4) or further operating the high-energy ion source (8), the deposited film a21 or the deposited film ( 'lz atoms and high-energy ion atoms form an attached film (Ie).
こうしたプロセスによれば、基体（２）の表面層に於て
混合層が形成されるために基体（２）と付着幕ａツ又は
ａ３が従来のイオンプレーティングの場合よりも密着性
が向上し、基体（２）の加熱や放電洗浄が不要であるの
で基体（２）の変形がなく処理時間を短縮出来る。According to this process, since a mixed layer is formed on the surface layer of the substrate (2), the adhesion between the substrate (2) and the adhesion film A or A3 is improved compared to the case of conventional ion plating. Since the substrate (2) does not require heating or discharge cleaning, the substrate (2) is not deformed and the processing time can be shortened.
また基体（２）に照射する高エネルギーイオンのエネル
ギーと照射口は高エネルギーイオン源（８）への電気量
を制御することにより容易に調節出来るので、付着膜１
’ｌＺ又は（１３の膜質をイオンのエネルギーや蒸発口
等の制御の難しい従来のイオンプレーティング装置より
も正確に制御することが出来、更に高エネルギーイオン
のエネルギーがイオンプレーティングによる蒸着粒子の
エネルギーに比べて２〜３桁も大きいので、従来は形成
不可能であった新しい物質例えばダイヤモンドの付着膜
を基体（２）に形成することが出来る。In addition, the energy of the high-energy ions irradiated onto the substrate (2) and the irradiation port can be easily adjusted by controlling the amount of electricity supplied to the high-energy ion source (8).
The film quality of 'lZ or Since it is two to three orders of magnitude larger than , it is possible to form a deposited film of a new material, such as diamond, on the substrate (2), which was previously impossible to form.
具体的には工具鋼の基体（２）を設け、ホロカソード型
蒸発源（４）に蒸発物質としてＴｉを用意し、゛ガス導
入管（６）からＮ２の原料ガスを導入するようにし、更
に高エネルギーイオン源（８）から５０にｅＶでＮ＋イ
オンを照射する。これによりまず基体（２）の表面層に
鋼、Ｔｉ、 Ｎの混合層を形成し、次でＴｉ、 Ｎの付
着膜を形成することが出来、該付着膜の基体（２）に対
する密着性が従来のものより良いものが得られた。また
基体の加熱及び放電洗浄には、従来約２０分間必要であ
ったが、本発明による混合層の形成に要する時間は約５
分間であり、イオンプレーティングの処理時間も大幅に
短縮出来た。Specifically, a tool steel base (2) is provided, Ti is prepared as an evaporation substance in a hollow cathode type evaporation source (4), and a raw material gas of N2 is introduced from a gas introduction pipe (6). N+ ions are irradiated at 50 eV from an energetic ion source (8). As a result, it is possible to first form a mixed layer of steel, Ti, and N on the surface layer of the substrate (2), and then to form a deposited film of Ti and N, which improves the adhesion of the deposited film to the substrate (2). I got something better than the conventional one. In addition, heating and discharge cleaning of the substrate conventionally required about 20 minutes, but the time required to form the mixed layer according to the present invention is about 5 minutes.
The processing time for ion plating was also significantly reduced.
第３図示のホロカソード型蒸発源（４）は、蒸発口の側
方にホロカソードを設け、これよりのビームを磁場によ
り変更して蒸発口へと導くようにしたものを示したが、
蒸発源（４）の上方にホロカソードを設けるようにして
もよい。第３図に於て符号０＠゛はホルダ（３）への冷
却水の循環回路を示す。The hollow cathode type evaporation source (4) shown in Figure 3 is one in which a hollow cathode is provided on the side of the evaporation port, and the beam from this is modified by a magnetic field and guided to the evaporation port.
A hollow cathode may be provided above the evaporation source (4). In FIG. 3, the symbol 0@'' indicates a cooling water circulation circuit to the holder (3).
ガス導入管（６）から必要に応じて各種の原料ガスを導
入すれば各種の原子組成の付着膜を形成出来、ホルダ（
３）に電源（７＞から負電位を与えれば基体（２）に対
してより密着性の良−い付着膜を形成出来る。By introducing various raw material gases as necessary from the gas introduction pipe (6), deposited films with various atomic compositions can be formed, and the holder (
If a negative potential is applied to 3) from the power source (7>), a film with better adhesion to the substrate (2) can be formed.
また高エネルギーイオン源（８）として、フリーマン型
イオン源、ホローカソード型イオン源、パケット型イオ
ン源或は近時開発されたアークチャンバーに電気的に絶
縁された別室からプラズマビームを導入する型式のブラ
スマフィラメント型イオン源等が使用される。そして第
５図示のように真空室（１）に複数の高エネルギーイオ
ン源（８ａ）（８ｂ）を設け、例えば一方のイオン源（
８ａ）を高電圧小電流型のフリーマン型或はホローカソ
ード型のものとし、他方のイオン源（８ｂ）を低電圧大
電流のパケット型とすることも可能であり、これらのイ
オン源を任意に作動させることにより例えば複雑な組成
の混合層（ＩＯや付着層（１３を形成出来る。In addition, as a high-energy ion source (8), a Freeman type ion source, a hollow cathode type ion source, a packet type ion source, or a recently developed type in which a plasma beam is introduced into an arc chamber from an electrically insulated separate chamber. A plasma filament type ion source or the like is used. As shown in Figure 5, a plurality of high-energy ion sources (8a) (8b) are provided in the vacuum chamber (1), for example, one
It is also possible to use ion source 8a) as a high-voltage, small-current Freeman type or hollow cathode type, and the other ion source (8b) as a low-voltage, large-current packet type. By operating, for example, a mixed layer (IO or adhesion layer 13) with a complicated composition can be formed.
尚、該ホルダ（３）は旋回自在に構成し、蒸発源（４）
°との距離を可変すべく昇降自在に構成し、更には蒸発
源（４）とイオン源（８）とへ交互に向くように揺動自
在とすることも出来る。The holder (3) is configured to be able to rotate freely, and the evaporation source (4)
It can be constructed so that it can be raised and lowered to vary the distance from the evaporation source (4) and the ion source (8).
（発明の効果）
以上のように本発明によるときは、イオンプレーティン
グ装置の蒸発源をホローカソード型蒸発源とし、真空室
内に基体の表面へ高エネルギーイオンを照射する高エネ
ルギーイオン源を設けるようにしたので、イオン化手段
としてイオン化電極等を設けることなく蒸発物質のイオ
ン化率を高め得、装置をコンパクト化出来、基体に加熱
や放電洗浄を行なうことなくイオンプレーティング処理
を施せ、基体の変形や損傷を防止出来ると共に処理時間
を短縮出来、基体の表面に形成される付着膜の密着性を
向上させる得、膜質の制御も容易で従来のイオンプレー
ティングでは得られない物質の膜や硬い膜を形成出来て
有用性が広がる等の効果がある。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the evaporation source of the ion plating apparatus is a hollow cathode type evaporation source, and a high-energy ion source for irradiating high-energy ions onto the surface of the substrate is provided in the vacuum chamber. As a result, the ionization rate of the evaporated substance can be increased without providing an ionization electrode as an ionization means, the apparatus can be made more compact, the ion plating process can be performed without heating or discharge cleaning the substrate, and the deformation of the substrate can be avoided. It is possible to prevent damage, reduce processing time, improve the adhesion of the adhered film formed on the surface of the substrate, and easily control the film quality. It has the effect of being able to form and expanding its usefulness.
第１図は従来のイオンプレーティング装置のｒｄｌ！７
ｉ側面図、第２図は従来の基体に形成される膜の説明図
、１δ３図は本発明の実施例の裁断側面図、第４図は本
発明装置により基体に形成された膜の説明図、第５図は
本発明の他の実施例の裁断側面図である。
（１）・・・真空室
（２）・・・４体
（３）・・・ホルダ
（４）・・・蒸発源
（５）・・・蒸発材料
（８）・・・高エネルギーイオン源
第１図
第２図 第４図Figure 1 shows the rdl! of a conventional ion plating device. 7
i side view, FIG. 2 is an explanatory diagram of a film formed on a conventional substrate, FIG. , FIG. 5 is a cutaway side view of another embodiment of the present invention. (1)...Vacuum chamber (2)...Four bodies (3)...Holder (4)...Evaporation source (5)...Evaporation material (8)...High energy ion source No. Figure 1 Figure 2 Figure 4
Claims (1)
から蒸発する蒸発物質をイオン化手段によりイオン化し
て該基体の表面に付着させるようにしたものに於て、該
蒸発源をイオン化手段としての機能を備えたホローカソ
ード型蒸発源とし、更に該真空室に該基体の表面へ高エ
ネルギーのイオンを照射する１個若しくは複数個の高エ
ネルギーイオン源を設けたことを特徴とするイオンプレ
ーティング装置。A substrate and an evaporation source are provided with a gap between them in a vacuum chamber, and the evaporation material evaporated from the evaporation source is ionized by an ionization means and attached to the surface of the substrate, and the evaporation source is ionized. An ion source characterized in that the vacuum chamber is provided with one or more high-energy ion sources for irradiating high-energy ions onto the surface of the substrate. Plating equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27278786A JPS63128169A (en) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | Ion plating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27278786A JPS63128169A (en) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | Ion plating device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63128169A true JPS63128169A (en) | 1988-05-31 |
| JPH0559984B2 JPH0559984B2 (en) | 1993-09-01 |
Family
ID=17518738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27278786A Granted JPS63128169A (en) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | Ion plating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63128169A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58153774A (en) * | 1982-03-05 | 1983-09-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Preparation of hard coating member |
-
1986
- 1986-11-18 JP JP27278786A patent/JPS63128169A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58153774A (en) * | 1982-03-05 | 1983-09-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Preparation of hard coating member |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0559984B2 (en) | 1993-09-01 |
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Legal Events
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