(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【発明の詳細な説明】
【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、ＬａＢ６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
【図１】
0003901336.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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