JP3901336B2

JP3901336B2 - Operation method of ion plating apparatus

Info

Publication number: JP3901336B2
Application number: JP08637298A
Authority: JP
Inventors: 本要司岩
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11279751A

Description

【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運転方法の第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１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうちいずれか、例えばるつぼ１７ａ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３２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１７ａ，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１７ａ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１７ａ，１７ｂ，１７ｃは銅製水冷容器４０と、この容器４０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２４によりプラズマガン２０の複合陰極２６と真空容器１１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１７ａ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１７ａ，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２０ａ，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２０ａ，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，１７ｂ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１７ａ，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，２０ｂ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１７ａ，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１７ａ，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，１７ｂ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７×１０^-4Ｔｏｒｒ、プラズマガン２０へのＡｒ導入量は２０sccm、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運転方法の第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運転方法の第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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation method of an ion plating apparatus for forming a thin film made of a ferromagnetic material on a sample surface.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As an ion plating apparatus for forming a thin film on a sample surface, an apparatus including a vacuum container in which a sample is disposed and a crucible that is disposed in the vacuum container and contains a material is known.
[0003]
In such an ion plating apparatus, a discharge plasma beam is irradiated to a crucible from a plasma gun installed in a vacuum vessel by control using a magnetic field. As described above, when the discharge plasma beam is irradiated onto the crucible, the material in the crucible is heated and evaporated to be deposited on the sample surface.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a thin film made of a ferromagnetic material such as iron or cobalt is formed on the sample surface, the ferromagnetic material is stored in a crucible, and the ferromagnetic material is evaporated by a plasma beam. Magnetic material is deposited.
[0005]
As described above, the discharge plasma beam is controlled using a magnetic field. However, if a ferromagnetic material is stored in the crucible, the ferromagnetic material may interfere with the control of the magnetic field.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such points, and when a thin film is formed on a sample using a ferromagnetic material, the thin film can be formed with high accuracy by reliably controlling the discharge plasma beam by a magnetic field. An object of the present invention is to provide a method of operating an ion plating apparatus that can be used.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a vacuum vessel in which a sample is arranged in the upper part, a plasma gun that is provided in the vacuum vessel, generates a discharge plasma beam, and is disposed at a position where the discharge plasma beam is irradiated in the vacuum vessel. A method for operating an ion plating apparatus comprising: a crucible containing a ferromagnetic material in a container; and a preheating device for preheating the material in the crucible. The process of heating and heating the ferromagnetic material to above its Curie point, and generating a discharge plasma beam with a plasma gun, irradiating this discharge plasma beam to the crucible and evaporating the ferromagnetic material to form a thin film on the sample surface And an ion plating apparatus operating method.
[0008]
According to the present invention, the ferromagnetic material in the crucible is preheated to heat the ferromagnetic material to the Curie point or higher, and then the ferromagnetic material is evaporated by the discharge plasma beam. The magnetic susceptibility can be made substantially zero. For this reason, the discharge plasma beam can be reliably controlled by the magnetic field.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a method for operating an ion plating apparatus according to the present invention.
[0011]
As shown in FIG. 1, an ion plating apparatus 10 is provided in a vacuum vessel 11, a plurality of crucibles 17 a, 17 b, and 17 c that are arranged in the vacuum vessel 11 and store different ferromagnetic materials inside, and the vacuum vessel 11. And a plasma gun 20 for generating a discharge plasma beam P.
[0012]
Among these, the vacuum vessel 11 has a reaction gas supply port 12 to which a reaction gas is supplied and a vacuum exhaust port 13, and a sample 14 is disposed above the inside of the vacuum vessel 11. The sample 14 is connected to an ion integrated power supply 15.
[0013]
The crucibles 17a, 17b, and 17c are respectively held by the transfer device 16. The transfer device 16 transfers the crucibles 17a, 17b, and 17c, and discharges one of the crucibles 17a, 17b, and 17c, for example, the crucible 17a. It is arranged in the beam P. Further, a cover 18 having an opening 18a through which the discharge plasma beam P passes is provided in the vacuum vessel 11, and the cover 18 covers a crucible located outside the discharge plasma beam P, for example, the crucibles 17b and 17c. It has become.
[0014]
Further, a thickness gauge 32 for measuring the thickness of the thin film formed on the surface of the sample 14 is provided near the lower portion of the sample 14.
[0015]
Next, the plasma gun 20 will be described in detail. Purazugan 20 has a pipe 25 made of tantalum _Ta, and L a _{B 6} made of disk-like composite cathode 21. Of these, the pipe 25 introduces a carrier gas made of an inert gas such as argon Ar into the plasma gun 20.
[0016]
An intermediate electrode 22 is provided on the downstream side of the composite cathode 21 in order to converge the plasma beam. A steering coil 23 for guiding the discharge plasma beam P generated from the composite cathode 21 into the vacuum vessel 11 is provided around the intermediate electrode 22. The composite cathode 21 of the plasma gun 20 is connected to the negative side of the discharge electrode 24.
[0017]
The intermediate electrode 22 includes a first intermediate electrode 22a and a second intermediate electrode 22b located on the downstream side of the first intermediate electrode 22a.
[0018]
Further, in the plurality of crucibles 17a, 17b, and 17c in the vacuum vessel 11, different ferromagnetic materials such as iron, cobalt, nickel, chromium, manganese, and alloys, oxides, nitrides and the like containing these elements are used. Contains ferromagnetic material. An anode magnet 19 for drawing the discharge plasma beam P is installed at the bottom of the crucible 17a irradiated with the discharge plasma beam P. The crucible 17a irradiated with the discharge plasma beam P is connected to the positive side of the discharge electrode 24 through a resistor (not shown), and constitutes an anode for absorbing the discharge plasma beam P with respect to the plasma gun 20. ing.
[0019]
Next, the crucibles 17a, 17b, and 17c will be described with reference to FIG. The crucibles 17a, 17b, and 17c have the same configuration. That is, each crucible 17a, 17b, 17c has a copper water-cooled container 40 and a bottomed cylindrical aluminum oxide crucible body 41 disposed in the container 40, and the crucible body 41 has a 1 mmφ for preheating. The tungsten wire (preheating device) is embedded. The crucible body 41 contains the above-described ferromagnetic material. The tungsten wire 42 is provided on the crucible main body 41, but is disposed so as to reciprocate without being wound in a coil shape, so that a magnetic field is not generated by the tungsten wire 42.
[0020]
In addition, the tungsten wire 42 preheats the ferromagnetic materials housed in the crucible bodies 41 of the crucibles 17a, 17b, and 17c by passing an electric current, and heats these materials to the Curie point or higher in advance.
[0021]
Thus, by heating the ferromagnetic material to the Curie point or higher, the magnetic susceptibility of the ferromagnetic material can be made substantially zero. Further, by setting the magnetic susceptibility of the ferromagnetic material to 0 and further suppressing the generation of the magnetic field by the tungsten wire 42, the generation and control of the discharge plasma beam P can be performed accurately without being affected by disturbance.
[0022]
Next, the operation method of the present embodiment having such a configuration will be described. First, the ferromagnetic material housed in the crucible body 41 of the crucible 17a is heated by the tungsten wire 42, reaches the Curie point or higher, and its magnetic susceptibility becomes substantially zero. Thus, by setting the magnetic susceptibility of the ferromagnetic material to approximately 0, the generation and control of the discharge plasma beam P can be performed with high accuracy.
[0023]
Next, a carrier gas containing Ar is introduced from the pipe 25 into the plasma gun 20. Next, a voltage is applied between the composite cathode 26 of the plasma gun 20 and the crucible 17a in the vacuum vessel 11 by the discharge electrode 24, and a discharge is generated between the composite electrode 21 and the crucible 17a. A plasma beam P is generated. After the discharge plasma beam P is converged by the intermediate electrode 22, it is guided to a magnetic field determined by the steering coil 23 and the anode magnet 19 and reaches the crucible 17a irradiated with the discharge plasma beam P. In this case, the ferromagnetic material contained in the crucible 17a is heated by the discharge plasma beam P and evaporated. Next, the evaporated particles are ionized by the discharge plasma beam P and adhere to the surface of the sample 14 to form a thin film.
[0024]
Next, the crucibles 17a, 17b, and 17c are transported by the transport device 16, and for example, the crucible 17b is disposed in the discharge plasma beam P. Thereafter, the ferromagnetic material in the crucible 17b adheres to the surface of the sample 14 in the same manner as described above, and the thin film made of the ferromagnetic material in the crucible 17b is laminated on the thin film made of the ferromagnetic material in the crucible 17a. The In this way, a thin film laminated on the surface of the sample 14 can be formed.
[0025]
During this time, the crucibles 17a, 17b, 17c arranged outside the discharge plasma beam P are covered by the cover 18, so that no other ferromagnetic material is mixed into the crucibles 17a, 17b, 17c.
[0026]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0027]
In the second embodiment shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of crucibles 17 a and 17 b each containing a different ferromagnetic material are fixedly arranged in the vacuum vessel 11, and each crucible 17 a is placed in the vacuum vessel 11. , 17b, plasma guns 20a, 20b for generating a discharge plasma beam P are provided. 2 to 4, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG.
[0028]
2 to 4, the plasma guns 20a and 20b have the same configuration as the plasma gun 20 of the first embodiment. Magnets 31a and 31b are provided in the vicinity of the crucibles 17a and 17b, respectively, and a shielding plate 30 that divides the vacuum vessel 11 into the crucibles 17a and 17b is provided in the vacuum vessel 11 in the vertical direction. It has been. Further, a magnet 33 is connected to the shielding plate 30.
[0029]
Further, a cover 18 having an opening 18a through which the discharge plasma beam P from the plasma guns 20a and 20b passes is provided above the crucibles 17a and 17b to prevent impurities from entering the crucibles 17a and 17b. Yes.
[0030]
Further, on both sides of the upper end portion of the shielding plate 30, openable and closable shutters 36, 36 for preventing the evaporation material from scattering from the crucibles 17a, 17b are respectively provided in the horizontal direction.
[0031]
In addition, crucibles 17a and 17b are provided in regions partitioned by the shielding plate 30 in the vacuum vessel 11, and plasma guns 20a and 20b are installed for the crucibles 17a and 17b. The plasma guns 20a and 20b are arranged side by side on the vacuum vessel 11 (see FIG. 3). However, the plasma guns 20a and 20b are not arranged side by side on the vacuum vessel 11 and the vacuum vessel 11 is arranged. May be arranged opposite to each other (see FIG. 4). When the plasma guns 20a and 20b are arranged as shown in FIG. 4, it is possible to form a large area by forming the discharge plasma beam P in a sheet shape.
[0032]
As shown in FIG. 2, a sample 14 supported by a holder 34 is disposed on the upper portion of the vacuum vessel 11, and a heater 35 for heating the sample 14 is attached to the holder 34. Furthermore, a film thickness meter 32 is provided in the vicinity of the lower part of the sample 14 so as to correspond to the crucibles 17a and 17b.
[0033]
Next, the operation method of the embodiment having such a configuration will be described with reference to FIGS. First, the ferromagnetic material housed in the crucible body 41 of the crucibles 17a and 17b is heated by the tungsten wire 42, reaches the Curie point or higher, and its magnetic susceptibility becomes substantially zero.
[0034]
Thereafter, when a thin film of an alloy or a compound is formed on the surface of the sample 14, the discharge plasma beam P is generated simultaneously from the two plasma guns 20a and 20b with the two shutters 16 and 16 closed, and the two crucibles 17a and The ferromagnetic material in 17b is evaporated.
[0035]
At this time, the shielding material 30 causes the particles of the evaporation material of one crucible 17a to reach the sample 14, but does not enter the other crucible 17b.
[0036]
Further, the evaporation material in the other crucible 17b does not enter the film thickness meter 32 on the one crucible 17a side. As described above, the evaporating material from the two crucibles 17a and 17b reaches the sample 14 as described above, but the film thickness meter 32 is placed in the crucibles 17a and 17b corresponding thereto. The position is adjusted so that only the evaporation material reaches. This makes it possible to independently control the evaporation rate of the ferromagnetic material in each crucible 17a, 17b.
[0037]
Next, when the evaporation speed of the ferromagnetic material in each of the crucibles 17a and 17b reaches a desired speed, the two shutters 36 and 36 are simultaneously opened to form a film on the sample 14. Thereby, a thin film of an alloy or compound having a desired composition can be formed on the surface of the sample 14.
[0038]
That is, different ferromagnetic materials housed in the crucibles 17a and 17b reach the surface of the sample 14, and a thin film made of an alloy or a compound can be formed on the surface of the sample 14 with particles of each ferromagnetic material.
[0039]
On the other hand, when a thin film made of a different material is formed on the surface of the sample 14 in each layer, the two shutters 16 are alternately opened and closed, whereby the thin film made of a ferromagnetic material in one crucible 17a and the other crucible. A thin film made of a ferromagnetic material in 17b can be formed on the surface of the sample 14.
[0040]
By the way, as shown in FIG. 2, the evaporating material from each crucible 17a, 17b evaporates upward through the region M. In this case, the range in which the evaporating material from the crucibles 17a and 17b reaches by the shielding plate 30 is very narrow, so that the shape of the sample 14 falls within this range.
[0041]
However, as shown in FIG. 5, the crucibles 17a and 17b are elongated, and the sample 14 is transported in the vacuum vessel 11 by the holder 34 in a direction perpendicular to the elongated crucibles 17a and 17b. A thin film can be reliably formed even on the large sample 14. Alternatively, the sample 14 may be formed in a sheet shape, and the sheet sample may be continuously supplied into the vacuum vessel 11.
[0042]
Next, the elongated crucibles 17a and 17b shown in FIG. 5 will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the crucibles 17 a and 17 b include a copper water-cooled container 40 and a bottomed elongated cylindrical aluminum crucible body 41 disposed in the container 40, and the crucible body 41 includes a tungsten wire. 42 is arranged while reciprocating.
[0043]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described. In the embodiment shown in FIG. 1, iron is stored as a ferromagnetic material in one crucible, for example, a crucible 17a. In this case, the iron of the ferromagnetic material was heated to 900 ° C., which is equal to or higher than the Curie temperature (770 ° C.), by the tungsten wire 42. After heating the ferromagnetic material, a discharge plasma beam P was generated to deposit iron.
[0044]
At this time, the degree of vacuum in the vacuum vessel 11 was 7 × 10 ⁻⁴ Torr, the amount of Ar introduced into the plasma gun 20 was 20 sccm, the current flowing through the plasma gun 20 was 65 A, and the voltage was 61V. In this way, an iron thin film having a thickness of several nm to several μm could be stably formed on the sample 14.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a film thickness is formed on a sample using a ferromagnetic material, the generation and control of a discharge plasma beam can be reliably performed, and a desired film thickness can be formed with high accuracy. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a first embodiment of a method for operating an ion plating apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a second embodiment of a method of operating an ion plating apparatus according to the present invention.
3 is a plan view showing the ion plating apparatus shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a plan view showing a modification of the ion plating apparatus.
FIG. 5 is a plan view showing a modification of the ion plating apparatus.
FIG. 6 is a detailed view showing a crucible.
FIG. 7 is a detailed view showing a crucible.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ion plating apparatus 11 Vacuum container 14 Sample 16 Conveyance apparatus 17a, 17b, 17c Crucible 18 Cover 20 Plasma gun 30 Shielding plate 40 Container 41 Crucible body 42 Tungsten wire

Claims

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。A vacuum vessel in which a sample is arranged above the interior;
A plasma gun that is provided in a vacuum vessel and generates a discharge plasma beam;
A crucible which is disposed at a position irradiated with a discharge plasma beam in a vacuum vessel, and stores a ferromagnetic material therein;
A preheating device for preheating the material in the crucible;
In the operation method of the ion plating apparatus characterized by comprising:
Preheating the ferromagnetic material in the crucible and heating the ferromagnetic material to above its Curie point;
A step of generating a discharge plasma beam by a plasma gun, irradiating the crucible with the discharge plasma beam to evaporate the ferromagnetic material, and forming a thin film on the sample surface;
A method of operating an ion plating apparatus, comprising: