JP2579540Y2 - イオンプレーティング装置 - Google Patents

イオンプレーティング装置

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JP2579540Y2
JP2579540Y2 JP1992070553U JP7055392U JP2579540Y2 JP 2579540 Y2 JP2579540 Y2 JP 2579540Y2 JP 1992070553 U JP1992070553 U JP 1992070553U JP 7055392 U JP7055392 U JP 7055392U JP 2579540 Y2 JP2579540 Y2 JP 2579540Y2
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俊之 酒見
二三雄 坂上
利幸 山西
達朗 荒木
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、真空容器内にて金属蒸
気をイオン化し、基板の表面に付着させて金属膜や金属
化合物膜を成膜するイオンプレーティング装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のイオンプレーティング装
置には、イオンプレーティングを行うために、プラズマ
源としてアーク放電型プラズマ銃を用いたものがある。
このイオンプレーティングにおいては、真空容器内で金
属蒸気をプラズマによりイオン化し、真空容器内に設け
られた基板の表面に付着させ、金属膜や合金膜を成膜す
る。
【0003】この為、イオンプレーティング装置は、金
属材を溶解蒸発させるための加熱電力源とプラズマを生
成するためのプラズマ生成手段とを備える。例えば、単
一の金属材を用いれば、基板の表面には金属膜が成膜さ
れる。又、反応ガスプラズマを用いた反応性イオンプレ
ーティング方法によって、基板の表面に金属の化合物膜
が成膜される。イオンプレーティングにより成膜された
膜は、通常の真空蒸着によって成膜された膜と比べ、緻
密で密着性に優れた膜質を容易に得られるという利点が
ある。
【0004】ところで、一般に金属を加熱させる手段と
しては、抵抗加熱,誘導加熱,電子銃(EB)による加
熱,アーク放電[例えばホローカソード銃による放電,
圧力勾配型プラズマ銃による放電,マルチアーク放電]
等が挙げられる。又、プラズマを生成する手段として
は、DCグロー放電,RF放電,マイクロ波放電,EC
R放電,DCアーク放電等が挙げられる。
【0005】そこで、イオンプレーティングには、この
ような各加熱手段や各プラズマ生成手段を組み合わせた
種々の方法が提案されている。ここでは工業的利用上の
理由により、EB+RF方式,EB+DCアーク放式,
ホローカソード(HCD)方式,及び圧力勾配型プラズ
マ銃方式を説明する。
【0006】EB+RF方式とEB+DCアーク方式と
は、EBを用いて金属材を蒸発させ、更にプラズマ発生
源として、それぞれRF放電やDCアーク放電と組み合
わせたものである。HCD方式は、金属パイプを陰極と
し、蒸発化させる金属材を装填したルツボ又はハースを
陽極としてアーク放電を行わせ、このときに生じる熱と
プラズマとにより金属材の蒸発化,イオン化を同時に行
わせるものである。圧力勾配型プラズマ銃方式は、基本
的にHCD方式と同様であり、陰極の圧力勾配型プラズ
マ銃から陽極のルツボ又はハース(以下、ルツボのみを
用いた場合として説明する)までの間でアーク放電を行
わせ、金属材の蒸発化,イオン化を同時に行わせるもの
である。
【0007】このうち、圧力勾配型プラズマ銃方式は、
他のイオンプレーティング方法に比べ、陰極が長寿命と
なる上、プラズマの形状を磁場により調整制御できる長
所がある。又、圧力勾配型プラズマ銃方式は、酸素ガス
プラズマを使用しても陰極が損傷せず、しかもイオン化
を図るためのプラズマ発生手段として他のイオンプレー
ティング方法で別途に要する電極を必要としない。
【0008】このような理由により、圧力勾配型プラズ
マ銃方式によるイオンプレーティングは、装置を構成す
るに際し、他の方法によるイオンプレーティング装置よ
りも生産性や設備設定の都合等で有利になっている。
【0009】図3は、圧力勾配型プラズマ銃方式による
反応性イオンプレーティングを採用したイオンプレーテ
ィング装置の基本構成を側断面図により示したものであ
る。このイオンプレーティング装置は、内部が真空雰囲
気に保たれ、反応ガスを供給するガス供給Eが設けられ
た真空容器10と、この真空容器10内に設けられ、充
填された金属材を溶解,蒸発させるルツボ2と、真空容
器10内の所定位置に配置され、金属材の蒸発,イオン
化により生成される成膜金属ガスが付着される基板4と
を備えている。
【0010】又、真空容器10には装着口Fが設けら
れ、この装着口Fには真空容器10内のルツボ2との間
にプラズマSを形成する1つのアーク放電型プラズマ銃
(ビーム発生器)1が装着されている。
【0011】更に、ルツボ2とアーク放電型プラズマ銃
1との間には、電源部を備え、これらルツボ2及びアー
ク放電型プラズマ銃1に電力を供給する放電調整回路2
00が接続されている。放電調整回路200は、アーク
放電型プラズマ銃1及び接地の間に直列接続された可変
抵抗器5及び電源部6を含み、アーク放電型プラズマ銃
1の要部の2箇所に別個に接続された2つの抵抗器と電
源部6とがそれぞれルツボ2及び接地の間に対して並列
接続されて成っている。尚、真空容器10には、排気口
Hが設けられている。
【0012】このうち、ルツボ2は、磁石2aを備える
と共に陽極を形成している。又、基板4には適切なバイ
アス電圧を印加できるようにしている。
【0013】このような構成によるイオンプレーティン
グ装置は、放電調整回路200によりルツボ2及びアー
ク放電型プラズマ銃1に電力を供給すると、真空容器1
0内にビーム状のプラズマSが生成され、金属蒸気がこ
のプラズマS中にてイオン化され、基板4の表面に付着
し、金属膜として成膜される。
【0014】
【考案が解決しようとする課題】上述したイオンプレー
ティング装置において、圧力勾配型プラズマ銃やHCD
銃等のアーク放電型プラズマ銃を用いたものは、その銃
がルツボの数に対応して設けられている。この為、複数
のルツボを用いて合金膜を成膜するイオンプレーティン
グ装置は、ルツボの数に対応した複数のアーク放電型プ
ラズマ銃が備えられる。
【0015】ところが、複数のルツボ及びアーク放電型
プラズマ銃を備えたイオンプレーティング装置は、真空
容器内でキャリアガスの量が増加する為、真空容器の排
気系に負担がかかり易いという難点がある。
【0016】殊に合金膜用の成膜金属ガスを生成すべ
く、融点やその融点の確保に相関する蒸気圧等の互いに
物性が異なる金属材を用いると、各ルツボ別に温度を可
変させて蒸気の蒸発量を調整する必要がある。この為、
排気系の負担ばかりでなく、放電回路の電力供給にも複
雑な制御が必要になってしまう。
【0017】例えば、EB+RF方式やEB+DCアー
ク方式の如く、EBを用いたイオンプレーティング装置
の場合、複数のルツボ間をスキャンしながら各種金属材
を蒸発させており、スキャニング制御回路によりビーム
の各ルツボの滞留時間をそれぞれルツボ別に変えること
で各ルツボに適当な温度を与えている。
【0018】ところが、HCD方式や圧力勾配型プラズ
マ銃方式を用いたイオンプレーティング装置の場合、ア
ーク放電型プラズマ銃はビームの方向を微調整すること
ができず、単一のプラズマ銃を用いる場合、各ルツボに
適当な温度を得難くなっている。即ち、このイオンプレ
ーティング装置は合金膜の成膜には適応を図り難いとい
う弱点がある。
【0019】本考案は、かかる問題点を解決すべくなさ
れたもので、その技術的課題は、イオンプレーティング
により合金膜を容易に成膜し得ると共に、各部の負担を
最小限に抑制し得るアーク放電型プラズマ銃を用いたイ
オンプレーティング装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】本考案によれば、真空容
器内に設けられ、充填された特性の異なる金属材を溶
解,蒸発させる複数のルツボ又は複数のハースと、真空
容器の装着口に装着され、複数のルツボ又は複数のハー
ス上にビームを分散照射し、真空容器内で複数のルツボ
又は複数のハースとの間にプラズマを形成する1つのア
ーク放電型プラズマ銃と、真空容器内に設けられた基板
と、金属蒸気をプラズマ中にてイオン化させ、基板の表
面に付着させてイオンプレーティングを行わせるべく、
複数のルツボ又は複数のハースと1つのアーク放電型プ
ラズマ銃とに電力を供給する放電調整回路とを備え、更
に、放電調整回路は、一つの電源部と、複数のルツボ又
は複数のハースのうちの所定のものに接続されると共
に、該所定のものに対する電源部による電力供給に際し
ての供給電流を調整可能な電流制御回路とを有するイオ
ンプレーティング装置が得られる。
【0021】
【実施例】以下に実施例を挙げ、本考案のイオンプレー
ティング装置について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、圧力勾配型プラズマ銃方式による反応性イオン
プレーティングを採用した本考案の一実施例であるイオ
ンプレーティング装置の基本構成を側断面図により示し
たものである。
【0022】このイオンプレーティング装置は、内部が
真空雰囲気に保たれ、反応ガスを供給するガス供給口E
が設けられた真空容器10と、この真空容器10内に設
けられ、それぞれ別個に充填された金属材を溶解,蒸発
させるルツボ2A,2Bと、この真空容器10内の所定
位置に配置された基板4とを備えている。
【0023】又、真空容器10に設けられた装着口Fに
は、真空容器10内の各ルツボ2A,2Bとの間にビー
ム状のプラズマSを生成する1つのアーク放電型プラズ
マ銃(ビーム発生器)1が装着されている。
【0024】更に、ルツボ2A,2Bとアーク放電型プ
ラズマ銃1との間には、可変抵抗器5及び電源部6を含
むと共に、ルツボ2A,2B及びアーク放電型プラズマ
銃1に供給する電力を調整可能な放電調整回路100が
接続されている。この放電調整回路100は、アーク放
電型プラズマ銃1を駆動させるための駆動回路と、この
駆動回路を制御するための制御回路とから構成されてい
る。具体的に云えば、この放電調整回路100は、アー
ク放電型プラズマ銃1及び接地の間に直列接続された駆
動回路としての可変抵抗器5及び電源部6の他、ルツボ
2B及び接地の間に直列接続されると共に、ルツボ2B
に対する電源部6による電力供給に際しての供給電流を
調整可能な制御回路としての電流制御回路3を含み、ア
ーク放電型プラズマ銃1の要部の2箇所に別個に接続さ
れた2つの抵抗器,可変抵抗器5及び電源部6,並びに
電流制御回路3がそれぞれルツボ2A及び接地の間に対
して並列接続されて成っている。尚、ルツボ2A,2B
は、それぞれ磁石2a,2bを備えると共に、陽極接続
されている。真空容器10には排気口Hが設けられてい
る。
【0025】このような構成によるイオンプレーティン
グ装置は、ルツボ2A,2Bにそれぞれ特性の異なる金
属材を充填し、放電調整回路100によりルツボ2A,
2B及びアーク放電型プラズマ銃1に電力を供給する
と、真空容器10内でビーム状のプラズマSが生成さ
れ、各金属材の蒸気がこのプラズマS中にてイオン化さ
れ、基板4の表面には合金膜が成膜される。
【0026】このとき、ルツボ2Aは放電調整回路10
0による供給電流の調整を受けないが、ルツボ2Bは放
電調整回路100に備えられた電流制御回路3によって
供給電流が調整されるので、これらルツボ2A,2Bに
充填された特性の異なる金属材に対して温度を適度に可
変させ、各金属材の蒸気化に際しての蒸発量を所望に調
整することができる。例えば、ここでルツボ2Bの供給
電流を抑制するものとすると、ルツボ2Aは主ルツボと
なり、ルツボ2Bは補助ルツボとなる。
【0027】このような条件下においては、融点とその
融点の確保に相関する蒸気圧とが互いに異なる金属材を
用いるものとして、融点及び蒸気圧が低い方の金属材を
ルツボ2Bに充填して反応性イオンプレーティングを行
う場合、基板4の表面に成膜される合金膜は各金属ガス
が均一に混合されたものが得られ、成膜される膜の膜質
は緻密で密着性に優れたものになる。又、放電調整回路
100は、ルツボ2A及びアーク放電型プラズマ銃1と
ルツボ2Bとに供給する電力と、ルツボ2Bに供給する
電流とを予め適当な値に設定すれば、ルツボ2A,2B
に対して供給電力を相違させて供給することができるた
め、成膜金属ガスを生成する際にキャリアガスによって
真空容器10内の排気系に負担がかかることはない。
【0028】図2は、図1に示すイオンプレーティング
装置の一部に関する他の例を拡大図により示したもので
ある。ここでは、放電調整回路100において、ルツボ
2A,2Bのうち、ルツボ2Aの方に供給電流を制御で
きるように電流制御回路3を介挿させて制御回路を構成
している。この場合、ルツボ2Aが補助ルツボとなり、
ルツボ2Bが主ルツボとなるので、融点及び蒸気圧が低
い方の金属材をルツボ2Aに充填すれば、上述した場合
と同等な効果が得られる。
【0029】尚、実施例では2個のルツボ2A,2Bを
備えるイオンプレーティング装置について説明したが、
ルツボを3個以上の複数にしても良い。又、ルツボをハ
ースに置換しても良い。更に、実施例のイオンプレーテ
ィング装置は、圧力勾配型プラズマ銃方式によるものと
したが、これに代えてHCD方式にしても同等なイオン
プレーティング装置が構成される。
【0030】
【考案の効果】以上のように、本考案によれば、真空容
器の排気系や放電回路系における負担を充分に抑制した
条件下で、イオンプレーティングにより高品質な合金膜
を容易に成膜し得るアーク放電型プラズマ銃を用いたイ
オンプレーティング装置が得られる。加えて、本考案の
イオンプレーティング装置の場合も、装置を構成するに
際し、アーク放電型プラズマ銃を用いない他の方法によ
るイオンプレーティング装置よりも、生産性や設備設定
の都合等で有利となる。このように、本考案のイオンプ
レーティング装置は非常に利用価値が高いものになって
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例であるイオンプレーティング
装置の基本構成を示す側断面図である。
【図2】図1に示すイオンプレーティング装置の一部に
関する他の例を示す拡大図である。
【図3】従来のイオンプレーティング装置の基本構成を
示す側断面図である。
【符号の説明】
1 アーク放電型プラズマ銃 2,2A,2B ルツボ 2a,2b 磁石 3 電流制御回路 4 基板 5 可変抵抗器 6 電源部 10 真空容器 100,200 放電調整回路 S プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 荒木 達朗 愛媛県新居浜市惣開町5番2号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (56)参考文献 特開 平2−101160(JP,A) 浦本上進、”イオンプレーティングの ための放電プラズマ流の曲げ方”、真 空、昭和59年2月20日、第27巻、第2 号、第64−71頁 浦本上進、”大面積イオンプレーティ ングのための高性能シートプラズマ”、 真空、昭和57年11月20日、第25巻、第11 号、第719−726頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に設けられ、充填された特性
    の異なる金属材を溶解,蒸発させる複数のルツボ又は複
    数のハースと、前記真空容器の装着口に装着され、前記
    複数のルツボ又は前記複数のハース上にビームを分散照
    射し、真空容器内で前記複数のルツボ又は前記複数のハ
    ースとの間にプラズマを形成する1つのアーク放電型プ
    ラズマ銃と、前記真空容器内に設けられた基板と、金属
    蒸気を前記プラズマ中にてイオン化させ、前記基板の表
    面に付着させてイオンプレーティングを行わせるべく、
    前記複数のルツボ又は前記複数のハースと前記1つのア
    ーク放電型プラズマ銃とに電力を供給する放電調整回路
    とを備え、更に、前記放電調整回路は、一つの電源部
    と、前記複数のルツボ又は前記複数のハースのうちの所
    定のものに接続されると共に、該所定のものに対する前
    記電源部による電力供給に際しての供給電流を調整可能
    な電流制御回路とを有することを特徴とするイオンプレ
    ーティング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2635385B2 (ja) * 1988-10-06 1997-07-30 旭硝子株式会社 イオンプレーティング方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
浦本上進、"イオンプレーティングのための放電プラズマ流の曲げ方"、真空、昭和59年2月20日、第27巻、第2号、第64−71頁
浦本上進、"大面積イオンプレーティングのための高性能シートプラズマ"、真空、昭和57年11月20日、第25巻、第11号、第719−726頁

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