JPH11172419A - Thin film forming device and thin film formation - Google Patents
Thin film forming device and thin film formationInfo
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- JPH11172419A JPH11172419A JP35417897A JP35417897A JPH11172419A JP H11172419 A JPH11172419 A JP H11172419A JP 35417897 A JP35417897 A JP 35417897A JP 35417897 A JP35417897 A JP 35417897A JP H11172419 A JPH11172419 A JP H11172419A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成装置及び薄
膜形成方法に係り、特に薄膜形成対象物表面に入射する
荷電粒子の入射エネルギーを容易に制御できる薄膜形成
装置及び薄膜形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method, and more particularly to a thin film forming apparatus and a thin film forming method capable of easily controlling the incident energy of charged particles incident on the surface of a thin film forming object.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、薄膜は半導体装置や液晶装置
等の種々の分野に用いられており、金属薄膜の他に、絶
縁性薄膜や磁性薄膜などの種々の薄膜が形成されてい
る。図３の符号１１０に、従来技術の薄膜形成装置を示
す。2. Description of the Related Art Conventionally, thin films have been used in various fields such as semiconductor devices and liquid crystal devices, and various thin films such as insulating thin films and magnetic thin films have been formed in addition to metal thin films. Reference numeral 110 in FIG. 3 shows a conventional thin film forming apparatus.
【０００３】この薄膜形成装置１１０は、チャンバー１
０１を有しており、該チャンバー１０１には、図示しな
い真空排気系が接続されており、チャンバー１０１側面
に設けられた扉１０２を閉じ、真空排気系を起動する
と、チャンバー１０１内部圧力が１０-8Ｐａ以下の高真
空雰囲気まで真空排気できるように構成されている。[0003] The thin film forming apparatus 110 comprises a chamber 1
A vacuum exhaust system (not shown) is connected to the chamber 101. When the door 102 provided on the side of the chamber 101 is closed and the vacuum exhaust system is started, the internal pressure of the chamber 101 becomes 10 −. It is configured to be able to evacuate to a high vacuum atmosphere of 8 Pa or less.
【０００４】チャンバー１０１の底壁側には、同軸型真
空アーク蒸着源(特開平９−１６５６７３)から成る蒸着
源１０３、１０４が固定されており、天井側には、基板
ホルダー１０５が配置されている。基板ホルダー１０５
の裏面には、回転シャフト１０６の一端が取り付けられ
ており、その回転シャフト１０６の他端は、チャンバー
１０１の外部に気密に導出され、先端に、モータ１０７
が接続されている。On the bottom wall side of the chamber 101, vapor deposition sources 103 and 104 composed of a coaxial vacuum arc vapor deposition source (Japanese Patent Laid-Open No. 9-165667) are fixed, and on the ceiling side, a substrate holder 105 is arranged. I have. Substrate holder 105
The other end of the rotating shaft 106 is attached to the back of the chamber 101, and the other end of the rotating shaft 106 is air-tightly drawn out of the chamber 101.
Is connected.
【０００５】上記薄膜形成装置１１０を用い、基板表面
に薄膜を形成する方法について説明する。先ず、扉１０
２を開け、チャンバー１０１内に、薄膜形成対象物であ
る基板１０８を搬入する。次いで、扉１０２を閉じ、チ
ャンバー１０１内を真空排気する。A method for forming a thin film on a substrate surface using the thin film forming apparatus 110 will be described. First, the door 10
2 is opened, and a substrate 108 as a thin film formation target is carried into the chamber 101. Next, the door 102 is closed, and the inside of the chamber 101 is evacuated.
【０００６】内部の圧力が１０-6Ｐａに達したら、モー
タ１０７を起動し、基板１０８を水平回転させながら、
蒸着源１０３、１０４内のトリガ電極によってトリガ放
電を発生させる。トリガ放電により、カソード部材の先
端部分に装填された蒸着材料を構成する物質(金属材料)
が溶融し、金属蒸気が放出される。When the internal pressure reaches 10 -6 Pa, the motor 107 is started, and the substrate 108 is rotated horizontally.
Trigger discharge is generated by trigger electrodes in the evaporation sources 103 and 104. Substance (metal material) that constitutes the vapor deposition material loaded at the tip of the cathode member by trigger discharge
Is melted and metal vapor is released.
【０００７】このとき、アーク電極とカソード部材との
間に予め電圧を印加しておき、アーク電極と蒸着材料と
の間にアーク放電を誘起させ、瞬間的に、非常に大きな
アーク電流を流す。そのアーク電流により、蒸着材料を
構成する物質が多量に蒸発し、金属蒸気(クラスター等
の微小粒子)が放出される。At this time, a voltage is applied between the arc electrode and the cathode member in advance, an arc discharge is induced between the arc electrode and the deposition material, and a very large arc current is instantaneously passed. Due to the arc current, a large amount of substances constituting the evaporation material evaporate, and metal vapor (fine particles such as clusters) is released.
【０００８】放出された金属蒸気には正電荷が付与され
ており、荷電粒子となっている。蒸着源１０３、１０４
内では、カソード部材は基板１０８に向けられており、
アーク電流が流れる際に形成される磁場は、正電荷を基
板方向に押しやる。[0008] The released metal vapor is given a positive charge and becomes charged particles. Evaporation sources 103 and 104
Within, the cathode member is directed to the substrate 108,
The magnetic field formed when the arc current flows pushes positive charges toward the substrate.
【０００９】従って、放出された荷電粒子は、基板方向
に曲げられ、蒸着源１０３、１０４内から基板１０８方
向に向けて放出されると、接地電位に置かれた基板ホル
ダー１０５と正電位に置かれたアノード電極との間の電
位差によって加速され、基板１０８に入射する。Therefore, the discharged charged particles are bent in the direction of the substrate, and are discharged from the inside of the evaporation sources 103 and 104 toward the substrate 108, and are placed at the positive potential with the substrate holder 105 placed at the ground potential. The light is accelerated by the potential difference between the anode electrode and the light, and enters the substrate 108.
【００１０】このように、上述の薄膜形成装置１１０で
は、基板１０８を高真空雰囲気に置いた状態で、蒸着材
料を構成する物質の荷電粒子を到達させることができる
ので、基板１０８の表面には、不純物の少ない高品質の
薄膜を形成することができるようになっている。As described above, in the above-described thin film forming apparatus 110, the charged particles of the substance constituting the deposition material can reach while the substrate 108 is in a high vacuum atmosphere. Thus, a high-quality thin film with few impurities can be formed.
【００１１】ところで、一般に、特性の良い磁性薄膜を
形成するためには、基板等の薄膜形成対象物表面に入射
する荷電粒子のエネルギーは小さい方が望ましいと言わ
れている。It is generally said that in order to form a magnetic thin film having good characteristics, it is desirable that the energy of charged particles incident on the surface of a thin film forming object such as a substrate be small.
【００１２】上記従来技術の薄膜形成装置１１０では、
基板１０８に入射する蒸着材料物質のエネルギーは、ア
ーク放電が生じるときのエネルギー、すなわち、主放電
の電圧や、カソード部材とアノード電極間の静電容量
や、放電時のアーク電流の大きさに依存しており、飛散
粒子のエネルギーを制御するためには、アーク放電を発
生させる際のアーク電極の電圧を制御することが必要に
なる。In the conventional thin film forming apparatus 110,
The energy of the vapor deposition material incident on the substrate 108 depends on the energy when an arc discharge occurs, that is, the voltage of the main discharge, the capacitance between the cathode member and the anode electrode, and the magnitude of the arc current during the discharge. In order to control the energy of the scattered particles, it is necessary to control the voltage of the arc electrode when generating arc discharge.
【００１３】しかしながら、アーク放電を安定に維持す
るためには、アーク電極の電圧やアーク電流の大きさを
任意に設定できないため、上記従来の薄膜形成装置１１
０の実際の成膜データでは、基板に入射する荷電粒子の
エネルギーは、２０ｅＶ〜３０ｅＶ程度(主放電の電圧
が９０Ｖのとき。)が下限であることが確認されてお
り、その値ではエネルギーが大きすぎ、特性の良い磁性
膜を安定して形成することは困難である。However, in order to maintain the arc discharge stably, the voltage of the arc electrode and the magnitude of the arc current cannot be set arbitrarily.
In the actual film formation data of 0, it is confirmed that the lower limit of the energy of the charged particles incident on the substrate is about 20 eV to 30 eV (when the voltage of the main discharge is 90 V). It is too large and it is difficult to stably form a magnetic film having good characteristics.
【００１４】他方、磁性薄膜と異なり、白金や金等の貴
金属薄膜を装飾品表面に成膜する場合には、表面に光沢
があり、且つ付着強度の強い薄膜を形成する技術が求め
られる。上述の薄膜形成装置１１０では、基板に到達す
る荷電粒子は微小な粒子であり、従って、光沢に優れて
いるという利点がある反面、入射する荷電粒子のエネル
ギーを制御することができないため、付着強度が弱く、
剥離しやすいという欠点がある。On the other hand, unlike a magnetic thin film, when a thin film of a noble metal such as platinum or gold is formed on the surface of a decorative article, a technique for forming a thin film having a glossy surface and high adhesion strength is required. In the above-described thin film forming apparatus 110, the charged particles reaching the substrate are fine particles, and thus have an advantage of excellent gloss. However, since the energy of the incident charged particles cannot be controlled, the adhesion strength is low. Is weak,
There is a disadvantage that it is easily peeled.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、薄膜形成対象物に到達する荷電粒子のエネルギ
ーを容易に制御できる技術を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and has as its object to provide a technique capable of easily controlling the energy of charged particles reaching a thin film forming object. Is to provide.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明装置は、トリガ電極とアノード
電極とカソード部材とを備え、前記カソード部材には導
電性の蒸着材料が設けられ、前記蒸着材料と前記アノー
ド電極の間には比較的低い電圧が印加され、前記蒸着材
料と前記トリガ電極との間には比較的高い電圧が印加さ
れるように構成された蒸着源を有し、薄膜形成対象物を
保持するためのホルダーと、前記蒸着源とがチャンバー
内に配置された薄膜形成装置であって、前記ホルダーに
は電圧可変電源が接続され、所望電圧を印加できるよう
に構成されたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus comprising a trigger electrode, an anode electrode, and a cathode member, wherein the cathode member is provided with a conductive deposition material. A deposition source configured to apply a relatively low voltage between the deposition material and the anode electrode and to apply a relatively high voltage between the deposition material and the trigger electrode. A holder for holding a thin film forming object, and a thin film forming apparatus in which the evaporation source is disposed in a chamber, wherein a voltage variable power supply is connected to the holder so that a desired voltage can be applied. It is characterized by comprising.
【００１７】請求項２記載の発明装置は、請求項１記載
の薄膜形成装置であって、前記チャンバーと前記ホルダ
ーとは電気的に絶縁され、前記チャンバーは接地電位に
置けるように構成されたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the thin film forming apparatus according to the first aspect, the chamber and the holder are electrically insulated, and the chamber is configured to be set at a ground potential. It is characterized by.
【００１８】請求項３記載の発明装置は、請求項１又は
請求項２のいずれか１項記載の薄膜形成装置であって、
前記電圧可変電源は、前記アノード電極と前記ホルダと
の間に電圧を印加できるように構成されたことを特徴と
する。According to a third aspect of the present invention, there is provided the thin film forming apparatus according to the first or second aspect, wherein:
The voltage variable power supply is configured to apply a voltage between the anode electrode and the holder.
【００１９】他方、請求項４記載の発明方法は、薄膜形
成方法であって、トリガ電極とアノード電極とカソード
部材とを備えた蒸着源の、前記カソード部材に導電性の
蒸着材料を設けてチャンバー内に配置し、前記チャンバ
ー内に薄膜対象物を搬入し、真空雰囲気下で前記薄膜形
成対象物に所望電圧を印加し、前記蒸着材料と前記アノ
ード電極の間に、比較的低い電圧を印加した状態で、前
記蒸着材料と前記トリガ電極との間に比較的高い電圧を
印加し、前記トリガ電極と前記蒸着材料との間に発生し
たトリガ放電によって前記蒸着材料と前記アノード電極
との間にアーク放電を誘起させ、前記蒸着源から放出さ
れた前記蒸着材料の荷電粒子を前記薄膜形成対象物表面
に到達させ、薄膜を形成することを特徴とする。On the other hand, an invention method according to claim 4 is a method for forming a thin film, wherein a chamber of a deposition source comprising a trigger electrode, an anode electrode and a cathode member is provided by providing a conductive deposition material on the cathode member. Placed in the chamber, a thin film object is carried into the chamber, a desired voltage is applied to the thin film formation object under a vacuum atmosphere, and a relatively low voltage is applied between the deposition material and the anode electrode. In this state, a relatively high voltage is applied between the deposition material and the trigger electrode, and an arc is generated between the deposition material and the anode electrode by a trigger discharge generated between the trigger electrode and the deposition material. A discharge is induced to cause charged particles of the deposition material released from the deposition source to reach the surface of the thin film formation target, thereby forming a thin film.
【００２０】請求項５記載の発明方法は、請求項４記載
の薄膜形成方法であって、前記薄膜が磁性薄膜であり、
前記アノード電極に正電圧が印加される場合は、前記薄
膜形成対象物に、前記アノード電極よりも低い正電圧を
印加することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the thin film forming method according to the fourth aspect, wherein the thin film is a magnetic thin film,
When a positive voltage is applied to the anode electrode, a positive voltage lower than the anode electrode is applied to the thin film formation target.
【００２１】上述の発明の構成によれば、薄膜形成対象
物と同電位となるホルダーに、所望の電圧を印加するこ
とにより、蒸着源(特にアノード電極)と薄膜形成対象物
との電位差を、容易に調整することができるようになっ
ている。According to the configuration of the invention described above, by applying a desired voltage to the holder having the same potential as the thin film forming object, the potential difference between the deposition source (particularly the anode electrode) and the thin film forming object is reduced. It can be easily adjusted.
【００２２】この電位差は、アーク放電によって蒸着材
料から飛び出し、薄膜形成対象物に入射する荷電粒子の
入射エネルギーに大きく影響を及ぼすので、この電位差
を制御することで、蒸着材料の荷電粒子のエネルギーを
容易に制御することが可能になる。Since this potential difference has a large effect on the incident energy of charged particles which fly out of the deposition material due to arc discharge and enter the thin film forming object, controlling the potential difference reduces the energy of the charged particles of the deposition material. Control becomes easy.
【００２３】特に、アーク電極に印加される電圧が正電
圧であり、アーク電極とホルダとの間に、ホルダに向か
う正の荷電粒子が加速される電界が形成されている場合
には、ホルダーにアーク電極よりも低い正電圧を印加
し、アーク電極と基板ホルダとの間の電位差を小さくし
た状態で、荷電粒子を薄膜形成対象物に到達させると、
薄膜形成対象物に入射する荷電粒子のエネルギーを容易
に低くすることができるので、ダメージの少ない薄膜が
得られる。In particular, when the voltage applied to the arc electrode is a positive voltage, and an electric field is formed between the arc electrode and the holder for accelerating the positively charged particles toward the holder, the holder has When a positive voltage lower than that of the arc electrode is applied and the charged particles reach the thin film formation target in a state where the potential difference between the arc electrode and the substrate holder is reduced,
Since the energy of the charged particles incident on the thin film forming object can be easily reduced, a thin film with less damage can be obtained.
【００２４】他方、装飾品の基体を薄膜形成対象物と
し、その表面に貴金属薄膜を成膜する場合には、貴金属
薄膜の付着強度を強くする必要があるので、ホルダーに
負電圧を印加し、アーク電極とホルダとの間の電位差を
大きくし、成膜対象物に入射する荷電粒子の入射エネル
ギーを大きくするとよい。On the other hand, when the substrate of the decorative article is a thin film forming object and a noble metal thin film is formed on the surface thereof, it is necessary to increase the adhesion strength of the noble metal thin film. It is preferable that the potential difference between the arc electrode and the holder be increased to increase the incident energy of charged particles incident on the film formation target.
【００２５】なお、真空チャンバーの内部にホルダー及
び蒸着源を設置する場合には、チャンバーを接地電位に
置くため、絶縁部材を介してホルダーをチャンバーに取
り付けるとよい。この場合、チャンバーを接地電位に置
きながら、ホルダーに任意の電圧を印加しつつ成膜する
ことが可能になる。When the holder and the evaporation source are installed inside the vacuum chamber, the holder is preferably attached to the chamber via an insulating member in order to place the chamber at the ground potential. In this case, it is possible to form a film while applying an arbitrary voltage to the holder while keeping the chamber at the ground potential.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実
施形態に係る薄膜形成装置１０の断面図を示す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional view of a thin film forming apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
【００２７】この薄膜形成装置１０は、チャンバー１を
有しており、チャンバー１の天井の大気側には、絶縁フ
ランジ１４が設けられている。チャンバー１の天壁と絶
縁部材１４には、連通した状態で孔が設けられており、
それら孔内には、チャンバー１内の真空気密構造を維持
した状態で、且つ回転可能に回転シャフト６が挿通され
ている。This thin film forming apparatus 10 has a chamber 1, and an insulating flange 14 is provided on the ceiling side of the chamber 1 on the atmosphere side. A hole is provided in the top wall of the chamber 1 and the insulating member 14 so as to communicate with each other.
A rotary shaft 6 is rotatably inserted into these holes while maintaining a vacuum-tight structure in the chamber 1.
【００２８】回転シャフト６の端部のうち、チャンバー
１内部に位置する一端には、ホルダー５が取り付けられ
ており、チャンバー１の外部に位置する他端には、絶縁
性のカップリング部材１３を介して、モータ７が取り付
けられている。従って、ホルダー５と回転シャフト６と
は同電位にあるが、ホルダー５及び回転シャフト６と、
チャンバー１やモータ７とは電気的に絶縁された状態に
なっている。A holder 5 is attached to one end of the rotary shaft 6 located inside the chamber 1, and an insulating coupling member 13 is attached to the other end located outside the chamber 1. The motor 7 is mounted via the motor. Therefore, although the holder 5 and the rotating shaft 6 are at the same potential, the holder 5 and the rotating shaft 6
The chamber 1 and the motor 7 are electrically insulated.
【００２９】回転シャフト６には電圧可変電源１１が接
続されており、チャンバー１を接地電位に置いた状態
で、回転シャフト６を介して、ホルダー５に所望の電圧
を印加できるように構成されている。A variable voltage power supply 11 is connected to the rotating shaft 6 so that a desired voltage can be applied to the holder 5 via the rotating shaft 6 while the chamber 1 is at the ground potential. I have.
【００３０】そして、チャンバー１の底壁側には、上記
蒸着源１０３、１０４と同じ構造の蒸着源３、４が、ホ
ルダー５に向けられた状態で取り付けられている。各蒸
着源３、４の構造を図２(ａ)に示す。On the bottom wall side of the chamber 1, vapor deposition sources 3 and 4 having the same structure as the vapor deposition sources 103 and 104 are mounted so as to face the holder 5. FIG. 2A shows the structure of each of the evaporation sources 3 and 4.
【００３１】各蒸着源３、４は、アノード電極３０と、
カソード部材４０と、トリガ電極４２とを有している。Each of the evaporation sources 3 and 4 includes an anode electrode 30 and
It has a cathode member 40 and a trigger electrode 42.
【００３２】アノード電極３０は、円筒形形状の金属材
料から成り、カソード部材４０と、トリガ電極４２と
は、アノード電極３０とは非接触の状態で、アノード電
極３０の内部に配置されている。The anode electrode 30 is formed of a cylindrical metal material, and the cathode member 40 and the trigger electrode 42 are arranged inside the anode electrode 30 in a state where the anode member 30 is not in contact with the anode member 30.
【００３３】カソード部材４０は、絶縁性材料が円筒形
状に成形されて成る絶縁管４１を有しており、絶縁管４
１内部には、導電体４５が設けられている。導電体４５
先端は、絶縁管４１の内部位置に存しており、Ｔａから
成る蒸着材料４３の底部が固定されている。The cathode member 40 has an insulating tube 41 formed by molding an insulating material into a cylindrical shape.
A conductor 45 is provided inside 1. Conductor 45
The tip is located inside the insulating tube 41, and the bottom of the vapor deposition material 43 made of Ta is fixed.
【００３４】蒸着材料４３の先端部分は、絶縁管４１の
開放端部から突き出されており、アノード電極３０と面
するように構成されている。また、該絶縁管４１外周の
先端位置には、リング状のトリガ電極４２が、蒸着材料
４３とは非接触の状態で、密着固定されている。The tip of the vapor deposition material 43 projects from the open end of the insulating tube 41 and is configured to face the anode 30. In addition, a ring-shaped trigger electrode 42 is tightly fixed to the distal end position of the outer periphery of the insulating tube 41 in a state of not being in contact with the deposition material 43.
【００３５】チャンバー１の外部には、トリガ電源４６
とアーク電源４７とが配置されており、トリガ電源４６
の正電位側の端子は、トリガ電極４２に接続され、負電
位側の端子は、導電体４５を介して、蒸着材料４３に接
続されている。また、アーク電源４７の正電位側の端子
は、蒸着源３、４内のアノード電極３０に接続されてお
り、負電位側の端子は、導電体４５を介して蒸着材料４
３に電気的に接続されている。A trigger power supply 46 is provided outside the chamber 1.
And an arc power supply 47 are provided.
The terminal on the positive potential side is connected to the trigger electrode 42, and the terminal on the negative potential side is connected to the vapor deposition material 43 via the conductor 45. The terminal on the positive potential side of the arc power supply 47 is connected to the anode electrode 30 in the deposition sources 3 and 4, and the terminal on the negative potential side is connected to the deposition material 4 via the conductor 45.
3 is electrically connected.
【００３６】上記薄膜形成装置１０を用い、Ｔａ磁性薄
膜を形成する工程について説明する。チャンバー１の側
面には扉２が設けられており、先ず、チャンバー１内の
真空雰囲気を維持しながら、基板８をチャンバー１内に
搬入する。A process for forming a Ta magnetic thin film using the thin film forming apparatus 10 will be described. A door 2 is provided on a side surface of the chamber 1. First, the substrate 8 is carried into the chamber 1 while maintaining a vacuum atmosphere in the chamber 1.
【００３７】ホルダー５の蒸着源３、４と対向する面に
は、試料押さえ９が設けられており、搬入した基板８の
成膜面を蒸着源３、４に向け、試料押さえ９に装着した
後、扉２を閉じる。A sample holder 9 is provided on the surface of the holder 5 facing the evaporation sources 3 and 4, and the deposition surface of the loaded substrate 8 faces the evaporation sources 3 and 4 and is mounted on the sample holder 9. Thereafter, the door 2 is closed.
【００３８】チャンバー１内を１０-8Ｐａ程度の高真空
雰囲気まで真空排気し、モータ７を動作させ、ホルダー
５を水平回転させ、基板８を、ホルダー５と一緒に水平
回転させる。次いで、アーク電源４７を起動し、蒸着材
料４３に対してアノード電極３０に正電圧を印加する。
その状態で、トリガ電源４６を起動し、蒸着材料４３に
対してトリガ電極４２に正のパルス電圧を印加すると、
図２(ｂ)に示すように、絶縁管４１の端部表面でトリガ
放電(沿面放電)が発生し、トリガ電極４２から蒸着材料
４３に向けて、トリガ電流ｉ1が流れる。The inside of the chamber 1 is evacuated to a high vacuum atmosphere of about 10 −8 Pa, the motor 7 is operated, the holder 5 is horizontally rotated, and the substrate 8 is horizontally rotated together with the holder 5. Next, the arc power supply 47 is activated, and a positive voltage is applied to the anode electrode 30 with respect to the deposition material 43.
In this state, when the trigger power supply 46 is activated and a positive pulse voltage is applied to the trigger electrode 42 with respect to the deposition material 43,
As shown in FIG. 2B, a trigger discharge (creep discharge) occurs on the end surface of the insulating tube 41, and a trigger current i 1 flows from the trigger electrode 42 toward the deposition material 43.
【００３９】そのトリガ電流ｉ1によって蒸着材料４３
が蒸発し、表面からＴａの荷電粒子５１が放出される
と、アノード電極３０と蒸着材料４３との間の絶縁耐圧
が低下し、アノード電極３０と蒸着材料４３との間にア
ーク放電が誘起される。The trigger current i 1 causes the deposition material 43
Is evaporated and the charged particles 51 of Ta are released from the surface, the withstand voltage between the anode electrode 30 and the deposition material 43 decreases, and an arc discharge is induced between the anode electrode 30 and the deposition material 43. You.
【００４０】誘起されたアーク放電により流れるアーク
電流ｉ2は大電流であるため、蒸着材料４３が瞬間的に
多量に蒸発し、Ｔａの微小な荷電粒子５１が様々な方向
に放出される。Since the arc current i 2 flowing due to the induced arc discharge is a large current, the vapor deposition material 43 evaporates in a large amount instantaneously, and the minute charged particles 51 of Ta are emitted in various directions.
【００４１】各蒸着源３、４の蒸着材料４３と、絶縁管
４２内部に設けられた導電体４５とは円柱形状に成形さ
れているため、アーク電流ｉ2は、カソード部材４０内
を直線的に流れる。その場合、アーク電流ｉ2によって
カソード部材４０周囲に形成される磁界は、正電荷を帯
びた荷電粒子に対し、アーク電流ｉ2が流れる向きとは
逆向きの力、即ち、カソード部材４０の中心軸線方向に
沿って、蒸着材料４３から遠ざける方向の力Ｆを及ぼ
す。Since the vapor deposition material 43 of each of the vapor deposition sources 3 and 4 and the conductor 45 provided inside the insulating tube 42 are formed in a columnar shape, the arc current i 2 flows linearly in the cathode member 40. Flows to In that case, the magnetic field formed around the cathode member 40 by the arc current i 2 is to charged particles positively charged, arc current i opposite force two flows orientation, i.e., the cathode member 40 around A force F is applied in a direction away from the deposition material 43 along the axial direction.
【００４２】カソード部材４０の中心軸線方向には基板
８が配置されているため、この力Ｆにより、蒸着材料４
３から種々の方向に飛び出したＴａの荷電粒子は、基板
８方向に曲げられ、蒸着源３、４の開口部から、アノー
ド電極３０の中心軸線に沿って放出される。Since the substrate 8 is disposed in the central axis direction of the cathode member 40, the force F causes the deposition material 4
The charged particles of Ta that have protruded in various directions from 3 are bent in the direction of the substrate 8 and are emitted from the openings of the evaporation sources 3 and 4 along the central axis of the anode electrode 30.
【００４３】荷電粒子を放出させる際(具体的には、ト
リガ放電及びアーク放電を発生させる際)、予め電圧可
変電源１１を動作させ、ホルダー５及び基板８に、グラ
ンド電位に対して正の電圧Ｖbを印加しておく。When discharging charged particles (specifically, when trigger discharge and arc discharge are generated), the voltage variable power supply 11 is operated in advance, and a positive voltage with respect to the ground potential is applied to the holder 5 and the substrate 8. Vb is applied.
【００４４】アーク電源と接地電位との間の電位差をＶ
pで表すと、蒸着源３、４から放出された荷電粒子５１
がグラウンド電位に置かれた物質に入射する場合、その
入射エネルギーは、荷電粒子の価数が１価である場合に
は、ｅＶpとなる(ｅは電気素量)。The potential difference between the arc power supply and the ground potential is represented by V
Expressed by p, charged particles 51 emitted from the evaporation sources 3 and 4
Is incident on a substance placed at the ground potential, the incident energy becomes eVp when the valence of the charged particle is monovalent (e is the elementary charge).
【００４５】従って、従来技術のように基板８をグラウ
ンド電位に置いた場合、荷電粒子の基板８への入射エネ
ルギーはｅＶpとなる。それに対し本発明の薄膜形成装
置１０では、ホルダー５に、グラウンド電位に対して正
の電圧Ｖbを印加しているので、ホルダー５に装着され
た基板８への荷電粒子５１の入射エネルギーは、ｅ(Ｖp
−Ｖb)となっている。Ｖp＞Ｖbであれば、入射エネルギ
ーは正であり、荷電粒子５１は基板８へ向けて加速され
るが、電圧を印加しない場合の入射エネルギーｅＶpよ
りも小さくなる。Therefore, when the substrate 8 is set at the ground potential as in the prior art, the energy of the charged particles incident on the substrate 8 is eVp. On the other hand, in the thin film forming apparatus 10 of the present invention, since the positive voltage Vb with respect to the ground potential is applied to the holder 5, the incident energy of the charged particles 51 to the substrate 8 mounted on the holder 5 is e. (Vp
−Vb). If Vp> Vb, the incident energy is positive, and the charged particles 51 are accelerated toward the substrate 8, but are smaller than the incident energy eVp when no voltage is applied.
【００４６】このように、基板８表面への荷電粒子の入
射エネルギーは、従来技術の場合に比べて小さくなって
いるので、形成されるＴａ磁性薄膜のダメージが少なく
なり、結晶性の優れたＴａ磁性薄膜を形成することが可
能になる。As described above, since the incident energy of the charged particles on the surface of the substrate 8 is smaller than that of the prior art, the damage of the formed Ta magnetic thin film is reduced, and the Ta crystal thin film is excellent in crystallinity. It becomes possible to form a magnetic thin film.
【００４７】以上のような荷電粒子の放出は、アーク電
流ｉ2が流れている間、継続して行われるが、アーク電
流ｉ2は大電流であるため、アーク電流ｉ2が流れること
によってアーク電源４７の電圧が低下し、アーク放電を
維持できない電圧になると、アーク電流ｉ2は自動的に
停止する。The discharge of the charged particles as described above is continuously performed while the arc current i 2 is flowing. However, since the arc current i 2 is a large current, the arc current i 2 causes the arc to flow. decreases the voltage of the power source 47 is equal to or a voltage can not be maintained arc discharge, the arc current i 2 is automatically stopped.
【００４８】従って、１回のトリガ放電によって放出さ
れるＴａ微小粒子の量は、アーク電源４７の電源能力に
よって決まるので、電源４７が回復する時間間隔を置い
て、所望回数だけトリガ放電を発生させ、アーク放電を
誘起させることで、所望膜厚のＴａ磁性薄膜を得ること
ができる。Therefore, the amount of the Ta fine particles released by one trigger discharge is determined by the power supply capability of the arc power supply 47. Therefore, the trigger discharge is generated a desired number of times at a time interval at which the power supply 47 recovers. By inducing arc discharge, a Ta magnetic thin film having a desired film thickness can be obtained.
【００４９】基板８表面への磁性薄膜の形成が終了した
ら、扉２を開け、基板８をチャンバー１外に取り出す。
そして、未処理の基板をチャンバー１内に搬入し、ホル
ダー５に装着し、上記のようにホルダー５に正電圧Ｖb
を印加した状態で、Ｔａ磁性薄膜の形成を続行する。When the formation of the magnetic thin film on the surface of the substrate 8 is completed, the door 2 is opened and the substrate 8 is taken out of the chamber 1.
Then, the unprocessed substrate is carried into the chamber 1, mounted on the holder 5, and the positive voltage Vb is applied to the holder 5 as described above.
Is applied, the formation of the Ta magnetic thin film is continued.
【００５０】以上説明したように、本発明ではチャンバ
ー１とホルダー５とを、絶縁フランジ１４、カップリン
グ部材１３等を用いて完全に絶縁しているので、チャン
バー１を接地した状態で、ホルダー５に所望の電圧Ｖb
を印加することが可能であり、従って、形成したい薄膜
の種類に応じ、電圧Ｖbを変えることができるので、最
適な入射エネルギーで基板８表面に薄膜を形成すること
が可能となる。As described above, in the present invention, the chamber 1 and the holder 5 are completely insulated by using the insulating flange 14, the coupling member 13, and the like. To the desired voltage Vb
Can be applied, and the voltage Vb can be changed according to the type of the thin film to be formed. Therefore, the thin film can be formed on the surface of the substrate 8 with the optimum incident energy.
【００５１】なお、本実施形態では薄膜形成対象物とし
て基板８を用い、Ｔａ磁性薄膜を形成しているが本発明
はこれに限定されるものではない。特に、上記蒸着源
３、４では、アーク放電により、蒸着材料４３から微小
な荷電粒子５１が放出される際には、同時に蒸着材料の
巨大粒子５２も放出されるが、その巨大粒子５２は、無
電荷の中性粒子であるか、有電荷であっても質量に比べ
て電荷量が小さいので、力Ｆによる曲げ量は小さい。従
って、放出された巨大粒子５２はアノード電極３０に衝
突し、そこに付着してしまうので、蒸着源３、４外部に
は放出されず、基板８表面には入射しないので、微小な
荷電粒子のみで薄膜を形成することが可能となってい
る。In this embodiment, the Ta magnetic thin film is formed using the substrate 8 as a thin film forming object, but the present invention is not limited to this. In particular, in the evaporation sources 3 and 4, when the minute charged particles 51 are emitted from the evaporation material 43 by the arc discharge, the huge particles 52 of the evaporation material are also emitted at the same time. Even if the particles are uncharged neutral particles or charged, the amount of charge due to the force F is small because the amount of charge is small compared to the mass. Accordingly, the released giant particles 52 collide with and adhere to the anode electrode 30 and are not emitted to the outside of the evaporation sources 3 and 4 and do not enter the surface of the substrate 8. Can form a thin film.
【００５２】そのような薄膜は光沢性が高く、指輪など
の装飾品の基体を薄膜形成対象物とし、プラチナなどの
貴金属薄膜を形成した場合に有用性が高い。その場合、
貴金属薄膜の付着強度を高める必要があるので、ホルダ
ー５に負電圧を印加し、アーク電極との間の電位差を大
きくし、薄膜形成対象物表面への荷電粒子の入射エネル
ギーを増大させるとよい。Such a thin film has high gloss, and is highly useful when a base material of a decorative article such as a ring is a thin film forming object and a noble metal thin film such as platinum is formed. In that case,
Since it is necessary to increase the adhesion strength of the noble metal thin film, it is preferable to apply a negative voltage to the holder 5, increase the potential difference between the holder 5 and the arc electrode, and increase the incident energy of the charged particles on the surface of the thin film forming object.
【００５３】このように、本発明は、薄膜形成対象物の
電位をアーク電極やチャンバーとは独立して制御するこ
とで、荷電粒子の入射エネルギーを制御する薄膜形成装
置及び薄膜形成方法を広く含むものである。As described above, the present invention broadly includes a thin film forming apparatus and a thin film forming method for controlling the incident energy of charged particles by controlling the potential of a thin film forming object independently of the arc electrode and the chamber. It is a thing.
【００５４】[0054]
【発明の効果】本発明によれば、同軸型真空アーク蒸着
源より飛散される蒸着材料のイオンやクラスタなどの荷
電粒子の薄膜形成対象物への入射電圧を容易に調整する
ことができるようになる。According to the present invention, it is possible to easily adjust the incident voltage of charged particles, such as ions and clusters, of a vapor deposition material scattered from a coaxial vacuum arc vapor deposition source to a thin film forming object. Become.
【００５５】特に、ホルダーに正電圧を印加した場合に
は、荷電粒子の基板表面への入射エネルギーが小さくな
るので、ダメージの少ない、良好な膜質の薄膜を形成す
ることが可能になる。In particular, when a positive voltage is applied to the holder, the energy of the charged particles incident on the substrate surface is reduced, so that a thin film with less damage and good quality can be formed.
【００５６】他方、ホルダーに負電圧を印加した場合に
は、荷電粒子の基板表面への入射エネルギーが大きくな
るので、貴金属などの薄膜を装飾品上に形成する場合
に、薄膜の付着力を強めることが可能になる。On the other hand, when a negative voltage is applied to the holder, the energy of the charged particles incident on the substrate surface increases, so that when a thin film such as a noble metal is formed on a decorative article, the adhesion of the thin film is increased. It becomes possible.
【図１】本発明の一例の薄膜形成装置FIG. 1 shows an example of a thin film forming apparatus of the present invention.
【図２】(ａ)：蒸着源の構造を説明するための模式的断
面図 (ｂ)：放電の発生機構を説明するための模式図FIG. 2A is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a deposition source. FIG. 2B is a schematic view for explaining a discharge generation mechanism.
【図３】従来技術の薄膜形成装置FIG. 3 is a conventional thin film forming apparatus.
１……チャンバー ３、４……(同軸形真空アーク)蒸
着源 ５……ホルダー １１……電圧可変電源 ３
０……アノード電極 ４０……カソード部材 ４３……蒸着材料DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber 3, 4 ... (coaxial vacuum arc) evaporation source 5 ... Holder 11 ... Variable voltage power supply 3
0: anode electrode 40: cathode member 43: evaporation material
Claims (5)
とを備え、 前記カソード部材には導電性の蒸着材料が設けられ、 前記蒸着材料と前記アノード電極の間には比較的低い電
圧が印加され、前記蒸着材料と前記トリガ電極との間に
は比較的高い電圧が印加されるように構成された蒸着源
を有し、 薄膜形成対象物を保持するためのホルダーと、前記蒸着
源とがチャンバー内に配置された薄膜形成装置であっ
て、 前記ホルダーには電圧可変電源が接続され、所望電圧を
印加できるように構成されたことを特徴とする薄膜形成
装置。1. A cathode electrode comprising a trigger electrode, an anode electrode, and a cathode member, wherein the cathode member is provided with a conductive deposition material, and a relatively low voltage is applied between the deposition material and the anode electrode. A vapor deposition source configured to apply a relatively high voltage between the vapor deposition material and the trigger electrode; and a holder for holding a thin film formation target, and the vapor deposition source being inside a chamber. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the holder is connected to a variable voltage power supply so that a desired voltage can be applied.
に絶縁され、 前記チャンバーは接地電位に置けるように構成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the chamber and the holder are electrically insulated, and the chamber is configured to be set at a ground potential.
前記ホルダとの間に電圧を印加できるように構成された
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項
記載の薄膜形成装置。3. The thin film according to claim 1, wherein the variable voltage power supply is configured to apply a voltage between the anode electrode and the holder. Forming equipment.
とを備えた蒸着源の、前記カソード部材に導電性の蒸着
材料を設けてチャンバー内に配置し、 前記チャンバー内に薄膜対象物を搬入し、 真空雰囲気下で前記薄膜形成対象物に所望電圧を印加
し、 前記蒸着材料と前記アノード電極の間に、比較的低い電
圧を印加した状態で、前記蒸着材料と前記トリガ電極と
の間に比較的高い電圧を印加し、 前記トリガ電極と前記蒸着材料との間に発生したトリガ
放電によって前記蒸着材料と前記アノード電極との間に
アーク放電を誘起させ、 前記蒸着源から放出された前記蒸着材料の荷電粒子を前
記薄膜形成対象物表面に到達させ、薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。4. An evaporation source comprising a trigger electrode, an anode electrode, and a cathode member, wherein the cathode member is provided with a conductive evaporation material and disposed in a chamber, and a thin film object is carried into the chamber. Applying a desired voltage to the thin film formation target under a vacuum atmosphere, and applying a relatively low voltage between the vapor deposition material and the anode electrode, and applying a relatively low voltage between the vapor deposition material and the trigger electrode. Applying a high voltage, inducing an arc discharge between the vapor deposition material and the anode electrode by a trigger discharge generated between the trigger electrode and the vapor deposition material, of the vapor deposition material released from the vapor deposition source. A method for forming a thin film, wherein charged particles reach the surface of the object on which the thin film is to be formed to form a thin film.
電極に正電圧が印加される場合は、前記薄膜形成対象物
に、前記アノード電極よりも低い正電圧を印加すること
を特徴とする請求項４記載の薄膜形成方法。5. The method according to claim 1, wherein when the thin film is a magnetic thin film and a positive voltage is applied to the anode electrode, a positive voltage lower than the anode electrode is applied to the thin film forming object. Item 5. The method for forming a thin film according to Item 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35417897A JPH11172419A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Thin film forming device and thin film formation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35417897A JPH11172419A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Thin film forming device and thin film formation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11172419A true JPH11172419A (en) | 1999-06-29 |
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ID=18435820
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35417897A Pending JPH11172419A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Thin film forming device and thin film formation |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11172419A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006328490A (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Utsunomiya Univ | Plasma vapor-deposition apparatus |
| JP2007048898A (en) * | 2005-07-15 | 2007-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacturing method of film magnet |
| JP2008266747A (en) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Ulvac Japan Ltd | Method for producing alloy nanoparticle, alloy thin film producing method, and coaxial type vacuum arc vapor deposition apparatus |
| JP2011003917A (en) * | 2005-07-15 | 2011-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing film magnet, and film magnet |
-
1997
- 1997-12-08 JP JP35417897A patent/JPH11172419A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006328490A (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Utsunomiya Univ | Plasma vapor-deposition apparatus |
| JP2007048898A (en) * | 2005-07-15 | 2007-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacturing method of film magnet |
| JP2011003917A (en) * | 2005-07-15 | 2011-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing film magnet, and film magnet |
| JP4609232B2 (en) * | 2005-07-15 | 2011-01-12 | 三菱電機株式会社 | Membrane magnet manufacturing method |
| JP2008266747A (en) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Ulvac Japan Ltd | Method for producing alloy nanoparticle, alloy thin film producing method, and coaxial type vacuum arc vapor deposition apparatus |
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