(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器内の上方に配置され、第１のターゲットを保持する第１のターゲット保持部と、
前記真空容器内の下方に配置され、前記第１のターゲットと対向するように第１のワークを載置する第１の載置部と、
前記真空容器の側壁に配置され、アーク放電による第１のプラズマ流を前記真空容器内へ導入する第１のプラズマガンと、
前記真空容器の外側に前記第１のターゲット保持部から離間して前記第１のターゲットと重なるように配置され、前記真空容器内に導入された第１のプラズマ流を前記真空容器の上方に曲げて前記第１のターゲットへ誘導する第１の誘導磁石と、
前記真空容器の外側に前記第１のターゲット保持部から離間して前記第１の誘導磁石を取り囲むように配置され、前記第１のターゲットに照射される第１のプラズマ流の断面積を拡大させる第１の拡大磁石
とを備え、前記第１のプラズマ流により前記第１のターゲットの粒子を弾き出し、前記第１のワーク表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記真空容器内に配置され、第２のターゲットを保持する第２のターゲット保持部と、
前記真空容器の側壁に配置され、アーク放電による第２のプラズマ流を前記真空容器内へ導入する第２のプラズマガンと、
前記真空容器の外側に前記第２のターゲット保持部から離間して前記第２のターゲットと重なるように配置され、前記真空容器内に導入された第２のプラズマ流を前記第２のターゲットへ誘導する第２の誘導磁石と、
前記真空容器の外側に前記第２のターゲット保持部から離間して前記第２の誘導磁石を取り囲むように配置され、前記第２のターゲットに照射される第２のプラズマ流の断面積を拡大させる第２の拡大磁石
とを更に備え、
前記第２のプラズマ流中のイオンにより前記第２のターゲットの粒子を弾き出し、前記第１のワーク表面に付着させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
第２のターゲットを収容する蒸発容器と、
前記真空容器の側壁に配置され、アーク放電による第２のプラズマ流を前記真空容器内へ導入する第２のプラズマガンと、
前記真空容器の外側に配置され、前記真空容器内に導入された第２のプラズマ流を前記蒸発容器へ誘導する第２の誘導磁石とを更に備え、
前記第２のプラズマ流により前記蒸発容器を加熱して前記第２のターゲットを蒸気化し、前記蒸気化した粒子を前記第２のプラズマ流によりイオン化して前記第１のワークに付着させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記真空容器内の下方に配置され、前記第１のターゲットと対向するように第２のワークを保持する第２の載置部を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
真空容器内の上方に配置されたターゲット保持部にターゲットを保持させるステップと、
前記真空容器内の下方に配置された載置部に前記ターゲットと対向するようにワークを載置するステップと、
前記真空容器の側壁に配置されたプラズマガンから、アーク放電によるプラズマ流を前記真空容器内へ導入するステップと、
前記真空容器の外側に前記ターゲット保持部から離間して前記ターゲットと重なるように配置された誘導磁石を用いて前記真空容器内に導入されたプラズマ流を前記真空容器の上方に曲げて前記ターゲットへ誘導するステップと、
前記真空容器の外側に前記ターゲット保持部から離間して前記誘導磁石を取り囲むように配置された拡大磁石を用いて前記ターゲットに照射される前記プラズマ流の断面積を拡大させるステップと、
前記プラズマ流中のイオンにより前記ターゲットの粒子を弾き出し、前記ワーク表面に付着させて薄膜を形成するステップ
とを含むことを特徴とする成膜体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜装置及び成膜体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被成膜対象（ワーク）表面に金属等からなる薄膜を形成する方法として、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、又は化学気相成長（ＣＶＤ）法等が知られている。
【０００３】
これらの方法は、各種の装飾品や電子部品等における薄膜の形成に用いられており、例えばミクロンオーダーから数ｍｍ程度の粒径を持つ粒状体に対しても適用されている。例えば、ガラスからなる粒状体の半面にチタン等からなる薄膜を形成した場合、被覆部分による反射に加えて、ガラス内部で屈折された光によって輝きが増し、非常に装飾性や視認性に優れたものが得られる。
【０００４】
これらの方法のうち、イオンプレーティング装置の一つとして、アーク放電によるプラズマ流を用いてワークの表面に薄膜を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、イオンプレーティング装置では、合金や高融点材料からなる薄膜を形成することが困難である。
【０００５】
一方、スパッタ装置の一つであるマグネトロンスパッタ装置では、高融点材料からなる薄膜を形成することはできるものの、イオンプレーティング装置等と比較して成膜速度が遅いという問題がある。成膜速度を向上させるためにターゲットを大型化したり、ターゲットの数を増やしたりすると、ターゲットの使用効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明の目的は、合金や高融点材料からなる薄膜を成膜可能であるとともに、成膜速度を向上させることができる成膜装置及び成膜体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、真空容器と、真空容器内に配置され、第１のターゲットを保持する第１のターゲット保持部と、真空容器内に配置され、第１のターゲットと対向するように第１のワークを載置する第１の載置部と、真空容器の側壁に配置され、アーク放電による第１のプラズマ流を真空容器内へ導入する第１のプラズマガンと、真空容器内に導入された第１のプラズマ流を第１のターゲットへ誘導する第１の誘導磁石と、第１のターゲットに照射される第１のプラズマ流の断面積を拡大させる第１の拡大磁石とを備え、第１のプラズマ流中のイオンにより第１のターゲットの粒子を弾き出し、第１のワーク表面に付着させて薄膜を形成する成膜装置が提供される。
【０００９】
本発明の一態様において、第１のターゲットが真空容器の上方に配置され、第１の載置部が真空容器の下方に配置され、第１のプラズマガンからの第１のプラズマ流が誘導磁石により真空容器の上方に曲げられて第１のターゲットに照射されても良い。
【００１０】
本発明の一態様において、真空容器内に配置され、第２のターゲットを保持する第２のターゲット保持部と、真空容器の側壁に配置され、アーク放電による第２のプラズマ流を真空容器内へ導入する第２のプラズマガンと、真空容器内に導入された第２のプラズマ流を第２のターゲットへ誘導する第２の誘導磁石と、第２のターゲットに照射される第２のプラズマ流の断面積を拡大させる第２の拡大磁石とを更に備え、第２のプラズマ流に中のイオンより第２のターゲットの粒子を弾き出し、第１のワーク表面に付着させても良い。
【００１１】
本発明の一態様において、第２のターゲットを収容する蒸発容器と、真空容器の側壁に配置され、アーク放電による第２のプラズマ流を真空容器内へ導入する第２のプラズマガンと、真空容器内に導入された第２のプラズマ流を蒸発容器へ誘導する第２の誘導磁石とを更に備え、第２のプラズマ流により蒸発容器を加熱して第２のターゲットを蒸気化し、蒸気化した粒子を第２のプラズマ流によりイオン化して第１のワークに付着させても良い。
【００１２】
本発明の一態様において、真空容器内に配置され、第１のターゲットと対向するように第２のワークを保持する第２の載置部を更に備えていても良い。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、真空容器内に配置されたターゲット保持部にターゲットを保持させるステップと、真空容器内に配置された載置部にターゲットと対向するようにワークを載置するステップと、真空容器の側壁に配置されたプラズマガンから、アーク放電によるプラズマ流を真空容器内へ導入するステップと、誘導磁石を用いて真空容器内に導入されたプラズマ流をターゲットへ誘導するステップと、拡大磁石を用いてターゲットに照射されるプラズマ流の断面積を拡大させるステップと、プラズマ流中のイオンによりターゲットの粒子を弾き出し、ワーク表面に付着させて薄膜を形成するステップとを含む成膜体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、合金や高融点材料からなる薄膜を成膜可能であるとともに、成膜速度を向上させることができる成膜装置及び成膜体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る成膜体の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る成膜装置の他の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る成膜装置の更に他の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第５の変形例に係る成膜装置の更に他の一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１７】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る成膜装置（スパッタ装置）は、図１に示すように、真空容器１と、真空容器１内に配置され、ターゲット３０を保持するターゲット保持部（陽極）３と、真空容器１内に配置され、ターゲット３０と対向するようにワーク（被成膜対象）２１を載置する載置部２と、真空容器１の側壁に配置され、アーク放電によるプラズマ流Ｆ１を真空容器１内へ導入するプラズマガン１０と、真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１をターゲット３０へ誘導する誘導磁石４と、ターゲット３０に照射されるプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１を拡大させる拡大磁石５とを備え、第１のプラズマ流Ｆ１中のイオンによりターゲット３０の粒子を弾き出し、ワーク２１表面に付着させて薄膜２２を形成するスパッタリングを行う。
【００１９】
真空容器１は例えば内径１４００ｍｍ程度の筒状の側壁を有し、接地されている。真空容器１の下部には排気口６が設けられ、排気口６には真空容器１内を減圧可能な真空ポンプ７が接続されている。真空ポンプ７としては、ターボ分子ポンプ等が使用可能であり、制御部１００により制御される。制御部１００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、表示装置及び入力装置等で構成される。真空容器１の上部には反応ガス導入口８が設けられている。反応ガス導入口８からは酸素ガス、窒素ガス又はアセチレンガス等の反応ガスが適宜導入可能である。
【００２０】
ワーク２１の材料としては、金属、ガラス、セラミック、雲母又はカーボン等の種々の材料が使用可能である。ワーク２１は、基板、フィルム又は粒状体等の種々の形状が採用可能である。更に、粒状体としては、球体、楕円体、直方体又は不規則な形状であっても良い。ワーク２１を載置する載置部２は、ワーク２１を回転させることが可能な図示を省略したモータ等を有していても良い。
【００２１】
ターゲット３０の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はカーボン（Ｃ）等の単一の金属又はこれらのうち２つ以上を含む合金であっても良い。更には、ターゲット３０の材料として酸化物や窒化物も使用可能である。ターゲット３０は、例えば直径１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度の円板形状を有する。ターゲット保持部３は、放電電源Ｅ１の正極側に接続されており、プラズマ生成のための陽極として機能する。なお、ターゲット保持部３の代わりにターゲット３０自身が放電電源Ｅ１の正極側に接続され、ターゲット３０自身が陽極として機能しても良い。
【００２２】
プラズマガン１０としては、圧力勾配型プラズマガンが使用可能である。プラズマガン１０は、キャリアガス導入口１８と、Ｔａ−ＬａＢ６複合電極等からなる陰極１１と、筒状の第１及び第２の中間電極１２，１３と、補助陽極筒１４と、補助陽極リング１５と、補助陽極筒１４及び補助陽極リング１５の外側に配置された空芯の電磁コイル１６と、偏向磁石１７を備える。
【００２３】
陰極１１は可変抵抗Ｒ０を介して放電電源Ｅ１の負極側に接続されている。第１及び第２の中間電極１２，１３、補助陽極筒１４並びに補助陽極リング１５は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を介して放電電源Ｅ１の正極側にそれぞれ接続されている。放電電源Ｅ１は、制御部１００により制御される。放電電源Ｅ１は、第１及び第２の中間電極１２，１３、補助陽極筒１４、補助陽極リング１５並びにターゲット保持部３と陰極１１との電位差を段階的に増大させる。
【００２４】
キャリアガス導入口１８は、プラズマ流Ｆ１を生成するためのアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）又は水素（Ｈ）等のキャリアガスを導入する。放電電源Ｅ１によりプラズマガン１０の陰極１１とターゲット保持部３との間に直流電圧が印加されると、プラズマガン１０の陰極１１とターゲット保持部３との間でアーク放電によるプラズマ流Ｆ１が生成される。プラズマ流Ｆ１は、陰極１１から第１及び第２の中間電極１２，１３、補助陽極筒１４、並びに補助陽極リング１５を順次通過して、真空容器１内に導入される。電磁コイル１６は、補助陽極筒１４及び補助陽極リング１５内を抜けるプラズマ流Ｆ１を収束させる。
【００２５】
補助陽極リング１５を抜ける位置におけるプラズマ流Ｆ１の断面積は例えば２ｃｍ程度である。補助陽極筒１４及び補助陽極リング１５からなる補助陽極領域には、そのプラズマ流Ｆ１に平行な強磁場（例えば０．０３Ｔ〜０．０５Ｔ）が発生しており、電子は多数回のマグネトロン運動と中性子との多数回の衝突の後に補助陽極としての補助陽極リング１５の中央まで到達する。この領域では二重圧力勾配型直交磁場放電（Double-Pressure-Gradient-Type PIG Discharge）となる。
【００２６】
偏向磁石１７は、補助陽極リング１５を抜けたプラズマ流Ｆ１が上方へ偏向するように磁場を発生させる。偏向磁石１７としては、例えばネオジム磁石等の永久磁石が使用可能である。
【００２７】
誘導磁石４は、真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１をターゲット３０へ誘導するように磁場を発生させる。誘導磁石４としては、例えばネオジム磁石等の永久磁石を使用する場合を説明するが、電磁石も使用可能である。誘導磁石４の磁束密度、サイズ、形状等は、ターゲット３０の種類等に応じて適宜調整可能である。誘導磁石４は、真空容器１の上部の外側において、ターゲット３０と重なるように配置されている。
【００２８】
拡大磁石５は、真空容器１の上部の外側において、誘導磁石４を取り囲むように配置されている。拡大磁石５としては、空芯の電磁石を一例として説明するが、永久磁石であっても良い。拡大磁石５の材料、コイルの巻き数、コイルの内径及び外径等は、ターゲット３０の種類等に応じて適宜調整可能である。拡大磁石５は制御部１００に接続され、制御部１００によりコイルに流れる電流が制御される。
【００２９】
拡大磁石５は、ターゲット３０に照射されるプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１を例えば１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度（補助陽極リング１５を抜けて真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１の断面積に対して例えば５倍〜１０倍程度）に拡大させる。プラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１は、ターゲット３０の融点、ターゲット３０の直径及びプラズマ流Ｆ１のプラズマ密度等により適宜調整される。プラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１が拡大することにより、プラズマ流Ｆ１の照射によるターゲット３０の加熱温度が抑制されるとともに、ターゲット３０表面の広い面積に第１のプラズマ流Ｆ１が照射され、第１のプラズマ流Ｆ１中のＡｒ＋イオンによりターゲット３０表面の原子や分子がスパッタ粒子Ｐ１として弾き出される。
【００３０】
また、拡大磁石５は、ターゲット３０が溶融し液滴となって落下するのを防止するため、プラズマ流Ｆ１の照射によるターゲット３０の加熱温度がターゲット３０の融点未満に抑制されるように、ターゲット３０の種類を考慮してターゲット３０に照射されるプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１を拡大させることが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置を用いた成膜体２０の製造方法（成膜方法）の一例を、図１を用いて説明する。
【００３２】
（イ）まず、ターゲット保持部３にターゲット３０を保持するとともに、ワーク２１を載置部２に載置する。真空ポンプ７により、真空容器１内を０．０１Ｐａ〜１Ｐａ程度に真空引きする。一方、陰極１１周辺の領域は図示を省略した真空ポンプにより、１０Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
【００３３】
（ロ）放電電源Ｅ１によりプラズマガン１０の陰極１１とターゲット保持部３との間に直流電圧が印加されると、プラズマガン１０の陰極１１とターゲット保持部３との間でアーク放電によるプラズマ流Ｆ１が生成される。プラズマ流Ｆ１は偏向磁石１７が発生させる磁場により真空容器１内の上方に偏向され、真空容器１内に導入される。そして、ターゲット保持部３の電場及び誘導磁石４が発生させる磁場によりプラズマ流Ｆ１は略９０°進路を曲げられてターゲット３０へ誘導され、ターゲット３０に照射される。
【００３４】
（ハ）ここで、拡大磁石５が発生させる磁場により、ターゲット３０に照射されるプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１が拡大する。これにより、プラズマ流Ｆ１の照射によるターゲット３０の加熱温度が抑制されるとともに、ターゲット３０表面の広い面積に第１のプラズマ流Ｆ１が照射され、第１のプラズマ流Ｆ１中のＡｒ＋イオンによりターゲット３０表面の原子や分子がスパッタ粒子Ｐ１として弾き出される。
【００３５】
（ニ）スパッタ粒子Ｐ１の一部は真空容器１の下方へ向かって飛散し、ワーク２１の表面に付着し、薄膜２２が形成される。この結果、薄膜２２が形成されたワーク２１からなる成膜体２０が製造される。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置及び成膜体２０の製造方法によれば、アーク放電によるプラズマ流Ｆ１を用いてスパッタリングを行うことにより、ターゲット３０の材料が低融点金属であるＡｌやＣｕの場合には電解めっきと同等の３μｍ／ｍｉｎ程度、高融点材料であるＭｏ、Ｔａ、Ｗでは０．３μｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で成膜することができ、従来のマグネトロンスパッタ装置（３０ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度）に比べて１０倍〜１００倍程度の成膜速度で成膜することができる。
【００３７】
更に、ターゲット３０として合金材料を用いてスパッタリングを行うことにより、合金からなる薄膜２２を形成することができる。また、ターゲット３０としてＴａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ等の高融点材料を用いてスパッタリングを行うことにより、高融点材料からなる薄膜２２を形成することができる。
【００３８】
更に、拡大磁石５が発生させる磁場によりターゲット３０に照射されるプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１を拡大させるので、大口径のターゲット３０を使用することができ、ターゲット３０の使用効率も向上させることができる。更に、ターゲット３０として安価なものを使用でき、ターゲット３０をターゲット保持部３に容易に着脱することができる。
【００３９】
更に、従来のイオンプレーティング法と比較して、ターゲット３０を冷却しなくてすむため、水冷パイプ等の冷却装置が不要であるとともに、放電電力効率を向上させることができる。例えば、放電電源効率を従来のスパッタ装置（８０ｋＷ程度）の１０倍以上の６ｋＷ程度とすることが可能である。
【００４０】
更に、ターゲット３０を真空容器１の上方に配置し、ワーク２１を下方に配置して、プラズマ流Ｆ１を上方に曲げてスパッタリングを行うことにより、スパッタ粒子Ｐ１が上方から下方へ向かう一方、真空容器１内に存在する不純物及び不純ガスは上方に向かう。このため、スパッタ粒子Ｐ１は不純物及び不純ガスに妨げられることなくワーク２１の表面に付着する。この結果、密着強度が高く、均質な薄膜２２を形成することができる。
【００４１】
更に、プラズマガン１０は真空容器１の側壁に取り付けられているため、汚れにくく、長期にわたってメンテナンスをする必要がなく、生産効率を高めることができる。
【００４２】
（第１の変形例）
本発明の第１の実施の形態の第１の変形例として、多数の粒状体をワークとして成膜を行う場合を説明する。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る成膜装置は、図２に示すように、供給部４７及び搬送部４０を備える点が、図１に示した成膜装置と異なる。
【００４４】
供給部４７は、多数の粒状体２３を収容し、粒状体２３を搬送部４０に供給する。搬送部４０は、粒状体２３を吸着可能な搬送帯４３と、搬送帯４３が多重に巻かれ、搬送帯４３を導入する供給リール４２と、搬送帯４３が巻かれた供給リール４２を収容するケース４１と、搬送帯４３を巻き取る巻き取りリール４６と、供給リール４２及び巻き取りリール４６の間に配置され、搬送帯４３を懸架する中間リール４４，４５を備える。搬送帯４３は、粒状体２３を静電吸着若しくは磁気吸着しても良く、又は搬送帯４３の表面に設けた粘着層により吸着させても良い。搬送帯４３の材料としては、例えば粒状体２３を静電吸着するポリエチレンフィルム等が使用可能である。
【００４５】
図２に示した成膜装置の他の構成は、図１に示した成膜装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４６】
図２に示した成膜装置を用いて成膜体２０を製造する際には、供給リール４２から搬送帯４３が繰り出され、中間リール４４，４５を介して巻き取りリール４６に巻き取られる。この搬送帯４３上に供給部４７から多数の粒状体２３が連続して供給される。粒状体２３は搬送帯４３に吸着され、一定の姿勢に保持された状態で順次搬送される。ターゲット３０から弾き出されたスパッタ粒子Ｐ１は、粒状体２３の上面（半面）に付着する。この結果、図３（ａ）に示すように、粒状体２３の半面が薄膜２４で被覆された成膜体（半面被覆粒状体）を製造することができる。
【００４７】
また、粒状体２３を図示を省略したトレイに載せ、超音波等により粒状体２３を振動させながらスパッタリングを行うこと等により、図３（ｂ）に示すように粒状体２３の全面が薄膜２４で被覆された成膜体（全面被覆粒状体）を製造することもできる。
【００４８】
（第２の変形例）
本発明の第１の実施の形態の第２の変形例として、スパッタリングの代わりにイオンプレーティングによる成膜を行う場合を説明する。
【００４９】
本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る成膜装置は、図４に示すように、固体又は液体のターゲット（蒸発源）３０ｘを収容（保持）する蒸発容器（ターゲット保持部）３１を備える点が、図１に示した成膜装置と異なる。蒸発容器３１は、例えばＭｏ、Ｗ、Ｃ又はセラミック等の耐熱材からなり、プラズマ生成時の陽極となる。蒸発容器３１の底面には、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の微小な蒸発孔３２が形成されている。蒸発容器３１及びターゲット３０ｘは、真空容器１の上部の外側に配置される図示を省略した水冷パイプ等により温度が調節される。
【００５０】
図４に示した成膜装置の他の構成は、図１に示した成膜装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００５１】
図４に示した成膜装置においてイオンプレーティングを用いて成膜体２０を製造する際には、真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１は、蒸発容器３１の電場及び誘導磁石４が発生させる磁場により蒸発容器３１に向かって誘導され、蒸発容器３１の底面に照射される。
【００５２】
ここで、拡大磁石５に電流を流さないため、プラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１は拡大せずに蒸発容器３１の底面に照射される。なお、拡大磁石５に流す電流の大きさ及び向きを制御し、ターゲット３０ｘが蒸気化する加熱温度となる程度にプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１を拡大又は縮小させても良い。プラズマ流Ｆ１の照射により蒸発容器３１及びターゲット３０ｘが加熱される。この結果、ターゲット３０ｘが溶融し、蒸気化し、蒸発容器３１の蒸発孔３２を介して放出される。蒸気化した粒子はプラズマ流Ｆ１によりイオン化する。イオン化した粒子Ｉ１は、プラズマ流Ｆ１中で加速されて末広がり状に降下し、ワーク２１表面に付着する。
【００５３】
本発明の第１の実施の形態の第２の変形例によれば、必要に応じて、スパッタリングに代えて、イオンプレーティングによる成膜を行うことができる。例えばターゲット３０ｘがＡｌの場合には０．２μｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で成膜を行うことができる。
【００５４】
更に、ターゲット３０ｘを収容する多数の微小な蒸発孔３２を有する蒸発容器３１を備えることにより、ターゲット３０ｘが溶融した液滴の滴下を防止しつつ、蒸発孔３２を介してターゲット３０ｘを蒸気化することができる。
【００５５】
（第３の変形例）
本発明の第１の実施の形態の第３〜第５の変形例として、ターゲット３０及びワーク２１の配置位置が、本発明の第１の実施の形態と異なる場合を順次説明する。
【００５６】
本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る成膜装置は、図５に示すように、ターゲット３０及びターゲット３０を保持するターゲット保持部３が真空容器１内の下方に配置され、ワーク２１及びワーク２１を載置する載置部２が真空容器１内の上方に配置されている点が、図１に示した成膜装置と異なる。
【００５７】
誘導磁石４は、真空容器１の下部の外側において、ターゲット３０と重なるように配置されている。拡大磁石５は、真空容器１の下部の外側において、誘導磁石４を取り囲むように配置されている。
【００５８】
図５に示した成膜装置を用いて成膜体２０を製造する際には、プラズマ流Ｆ１は真空容器１内の下方に偏向され、ターゲット３０に照射される。そして、プラズマ流Ｆ１中のＡｒ＋イオンによりターゲット３０の表面からスパッタ粒子Ｐ１が弾き出される。弾き出されたスパッタ粒子Ｐ１はターゲット３０と対向している上方のワーク２１の下面に付着し、薄膜２２が形成される。この結果、ワーク２１の表面に薄膜２２が形成された成膜体２０が製造可能である。
【００５９】
本発明の第１の実施の形態の第３の変形例によれば、図５に示した成膜装置の構成においても、スパッタリングによる成膜を行うことができる。
【００６０】
（第４の変形例）
本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る成膜装置は、図６に示すように、ターゲット３０及びターゲット保持部３が真空容器１内の側壁のプラズマガン１０と対向する位置に配置され、複数（２つ）のワーク２１，２１ｘ及びワーク２１，２１ｘをそれぞれ載置する複数（２つ）の載置部２，２ｘがターゲット３０に対向した位置に配置されている点が、図１に示した成膜装置と異なる。
【００６１】
誘導磁石４は、真空容器１の側壁の外側において、ターゲット３０と重なるように配置されている。拡大磁石５は、真空容器１の側壁の外側において、誘導磁石４を取り囲むように配置されている。
【００６２】
図６に示した成膜装置を用いて成膜体２０を製造する際には、真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１は、誘導磁石４に誘導されて直線的にターゲット３０に照射される。そして、プラズマ流Ｆ１中のＡｒ＋イオンによりターゲット３０の表面からスパッタ粒子Ｐ１が弾き出される。弾き出されたスパッタ粒子Ｐ１は、ターゲット３０と対向しているワーク２１，２１ｘの表面に付着し、薄膜２２，２２ｘが形成される。この結果、薄膜２２，２２ｘが形成された成膜体２０，２０ｘが製造可能である。
【００６３】
本発明の第１の実施の形態の第４の変形例によれば、図６に示した成膜装置の構成においても、スパッタリングによる成膜を行うことができる。
【００６４】
（第５の変形例）
本発明の第１の実施の形態の第５の変形例に係る成膜装置は、図７に示すように、ターゲット３０及びターゲット保持部３が真空容器１内の側壁のプラズマガン１０を取り付けた位置の上部に配置され、ワーク２１及びワーク２１を載置する載置部２が真空容器１内の側壁のターゲット３０に対向した位置に配置されている点が、図１に示した成膜装置と異なる。
【００６５】
誘導磁石４は、真空容器１の側壁の外側において、ターゲット３０と重なるように配置されている。拡大磁石５は、真空容器１の側壁の外側において、誘導磁石４を取り囲むように配置されている。
【００６６】
図７に示した成膜装置では、真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１は、誘導磁石４に誘導されて逆方向に曲げられ、ターゲット３０に照射される。そして、プラズマ流Ｆ１中のＡｒ＋イオンによりターゲット３０の表面からスパッタ粒子Ｐ１が弾き出される。弾き出されたスパッタ粒子Ｐ１は、ターゲット３０と対向している側方のワーク２１の表面に付着し、薄膜２２，２２ｘが形成される。この結果、ワーク２１の表面に薄膜２２が形成された成膜体２０が製造可能である。
【００６７】
本発明の第１の実施の形態の第５の変形例によれば、図７に示した成膜装置の構成においても、スパッタリングによる成膜を行うことができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、１つのターゲットを使用する場合を説明したのに対して、本発明の第２の実施の形態では、複数のターゲットを使用する場合を説明する。
【００６９】
本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置は、図８に示すように、真空容器１と、真空容器１内に互いに離間して配置され、複数（２つ）のターゲット３０，３０ｘをそれぞれ保持する複数（２つ）のターゲット保持部３，３ｘと、真空容器１内に配置され、ターゲット３０，３０ｘと対向するように複数（２つ）のワーク２１，２１ｘをそれぞれ載置する複数（２つ）の載置部２，２ｘと、真空容器１の側壁に互いに離間して配置され、アーク放電によるプラズマ流Ｆ１，Ｆ２を真空容器１内へそれぞれ導入する複数（２つ）のプラズマガン１０，５０と、真空容器１内に導入されたプラズマ流Ｆ１，Ｆ２をターゲット３０，３０ｘへそれぞれ誘導する複数（２つ）の誘導磁石４，４ｘと、ターゲット３０，３０ｘに照射されるプラズマ流Ｆ１，Ｆ２の断面積Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ拡大させる複数（２つ）の拡大磁石５，５ｘとを備える。
【００７０】
プラズマガン５０の構成は、プラズマガン１０と同様であり、キャリアガス導入口５８と、陰極５１と、筒状の第１及び第２の中間電極５２，５３と、補助陽極筒５４と、補助陽極リング５５と、補助陽極筒５４及び補助陽極リング５５の外側に配置された電磁コイル５６と、偏向磁石５７を備える。
【００７１】
陰極５１は可変抵抗Ｒ９を介して放電電源Ｅ２の負極側に接続されている。第１及び第２の中間電極５２，５３、補助陽極筒５４並びに補助陽極リング５５は、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８を介して放電電源Ｅ２の正極側にそれぞれ接続されている。
【００７２】
載置部２，２ｘは回転部２ｙに取り付けられている。回転部２ｙはターゲット３０，３０ｘ直下を通過するように載置部２，２ｘを回転させることが可能である。回転部２ｙ上に２つの載置部２，２ｘが取り付けられた場合を説明するが、載置部の数は特に限定されず、載置部が３つ以上取り付けられていても良い。
【００７３】
本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置の他の構成は、図１に示した成膜装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００７４】
本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置を用いてスパッタリングによる成膜を行う際には、プラズマガン１０，５０からそれぞれプラズマ流Ｆ１，Ｆ２が真空容器１内に導入され、誘導磁石４，４ｘにより誘導されてターゲット３０，３０ｘに照射する。拡大磁石５，５ｘが発生させる磁場により、ターゲット３０，３０ｘに照射されるプラズマ流Ｆ１，Ｆ２の断面積Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ拡大する。スパッタリングの際には、ワーク２１，２１ｘは、回転部２ｙ及び載置部２，２ｘの回転により移動及び回転する。この結果、ワーク２１，２１ｘの表面に均質な薄膜２２，２２ｘが形成された成膜体２０，２０ｘを製造することができる。
【００７５】
本発明の第２の実施の形態によれば、複数のターゲット３０，３０ｘを使用することができる。よって、複数のターゲット３０，３０ｘにそれぞれ異なる金属を使用することにより、合金からなる薄膜２２，２２ｘを形成することができる。また、複数のターゲット３０，３０ｘに同じ材料を使用することにより、成膜速度をより向上させることができる。
【００７６】
（変形例）
本発明の第２の実施の形態の変形例として、複数のターゲット３０，３０ｘを使用し、スパッタリングとイオンプレーティングとを同時に行い成膜を行う場合を説明する。
【００７７】
本発明の第２の実施の形態の変形例に係る成膜装置は、図９に示すように、一方のターゲット３０ｘを収容する蒸発容器３１を備える点が、図８に示した成膜装置と異なる。
【００７８】
図９に示した成膜装置を用いて成膜体２０を製造する際には、プラズマガン１０からプラズマ流Ｆ１が真空容器１内に導入され、誘導磁石４により誘導されてターゲット３０に照射する。拡大磁石５が発生させる磁場により、ターゲット３０に照射されるプラズマ流Ｆ１の断面積Ｄ１がそれぞれ拡大する。そして、プラズマ流Ｆ１中のＡｒ＋イオンによりターゲット３０表面のスパッタ粒子Ｐ１が弾き出され、ワーク２１，２１ｘに付着する。
【００７９】
一方、プラズマガン５０からプラズマ流Ｆ２が真空容器１内に導入され、蒸発容器３１の電場及び誘導磁石４ｘが発生させる磁場により誘導されてターゲット３０ｘに照射する。拡大磁石５ｘのコイルには電流を流さないため、蒸発容器３１に照射されるプラズマ流Ｆ２の断面積Ｄ２は拡大せずにプラズマ流Ｆ２が蒸発容器３１に照射される。プラズマ流Ｆ２の照射による加熱により、ターゲット３０ｘが溶融し、蒸気化する。蒸気化した粒子はプラズマ流Ｆ２によりイオン化する。イオン化した粒子Ｉ２はプラズマ流Ｆ２中で加速され、末広がり状に降下し、ワーク２１，２１ｘに付着する。
【００８０】
本発明の第２の実施の形態の変形例によれば、必要に応じてスパッタリングとイオンプレーティングを同時に行い成膜を行うことができる。
【００８１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００８２】
例えば、本発明の第１の実施の形態において、図１に示した誘導磁石４は、ターゲット３０の中心位置と重なるように配置されても良く、中心から外れた位置と重なるように配置されても良い。また、誘導磁石４は真空容器１内のターゲット３０のワーク２１と対向する側と反対側に配置されていても良く、ターゲット保持部３に埋設されていても良い。また、誘導磁石４は、図示を省略したモータ等により適宜移動可能であっても良い。
【００８３】
また、本発明の第１の実施の形態において、図１に示した拡大磁石５は、真空容器１内のターゲット３０のワーク２１と対向する側と反対側に配置されていても良い。また、拡大磁石５は、ターゲット３０の側面を取り囲むように配置されていても良く、又はターゲット３０とワーク２１の間においてプラズマ流Ｆ１の流路を取り囲むように配置されていても良い。また、拡大磁石５は、図示を省略したモータ等により適宜移動可能であっても良い。
【００８４】
また、本発明の第１の実施の形態において、図１に示すように１つのワーク２１及び載置部２が配置された場合を説明したが、ワークの数及び載置部の数は特に限定されず、本発明の第２の実施の形態と同様に複数のワーク２１，２１ｘ及び複数の載置部２，２ｘが配置されていても良い。
【００８５】
また、本発明の第１の実施の形態において、図１に示すように誘導磁石４はＳ極が下側、Ｎ極が上側となるように配置されているが、誘導磁石４はＳ極が上側、Ｎ極が下側となるように配置されていても良い。
【００８６】
また、本発明の第２の実施の形態において、図８に示すように２つのターゲット３０，３０ｘ及び２つのプラズマガン１０，５０を用いた場合を説明したが、更に複数（３つ、４つ、…）のターゲット及び複数（３つ、４つ、…）のプラズマガンを配置することも可能である。
【００８７】
また、本発明の第２の実施の形態において、図８に示すようにターゲット３０，３０ｘが真空容器１内の上方に配置され、ワーク２１，２１ｘが真空容器１内の下方に配置された場合を説明したが、本発明の第１の実施の形態の第３〜第５の変形例と同様に、ターゲット３０，３０ｘ及びワーク２１，２１ｘの配置位置は特に限定されない。このように、本発明の第１及び第２の実施の形態の構成を適宜組み合わせることも可能である。
【００８８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１…真空容器
２，２ｘ…載置部
２ｙ…回転部
３…ターゲット保持部（陽極）
４…誘導磁石
５…拡大磁石
６…排気口
７…真空ポンプ
８…反応ガス導入口
１０，５０…プラズマガン
１１，５１…陰極
１２，５２…第１の中間電極
１３，５３…第２の中間電極
１４，５４…補助陽極筒
１５，５５…補助陽極リング
１６，５６…電磁コイル
１７，５７…偏向磁石
１８，５８…キャリアガス導入口
２０，２０ｘ…成膜体
２１，２１ｘ…ワーク
２２，２２ｘ…薄膜
２３…粒状体（ワーク）
３０，３０ｘ…ターゲット
３１…蒸発容器
３２…蒸発孔
４０…搬送部
４１…ケース
４２…供給リール
４３…搬送帯
４４，４５…中間リール
４６…巻き取りリール
４７…供給部
１００…制御部
【図１】
0005645806.tif 000002
【図２】
0005645806.tif 000003
【図３】
0005645806.tif 000004
【図４】
0005645806.tif 000005
【図５】
0005645806.tif 000006
【図６】
0005645806.tif 000007
【図７】
0005645806.tif 000008
【図８】
0005645806.tif 000009
【図９】
0005645806.tif 000010