(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内を実質的に蒸発室とイオン衝撃室とに区分し、蒸発室内には蒸発源を、イオン衝撃室内には被処理体と回転駆動するその保持体、および該保持体に高周波電力を印加するための補助電極を配置し、雰囲気ガスを真空槽外部より上記イオン衝撃室内に導入する手段を備えたことを特徴とする高周波イオン衝撃装置。
【請求項２】
上記真空槽内を実質的に蒸発室とイオン衝撃室とに区分する手段は、上記蒸発源と被処理体との間に配置された放電遮蔽板であることを特徴とする請求項１に記載の高周波イオン衝撃装置。
【請求項３】
上記放電遮蔽板は開口を備え、被処理体に入射する蒸発蒸気の入射角を限定することによって蒸着補正マスクとして作用することを特徴とする請求項２に記載の高周波イオン衝撃装置。
【請求項４】
真空槽内に、それぞれ自転する複数の被処理体のための保持体が、公転する支持台に保持されており、該支持台内部に配設された放電遮蔽板兼蒸着補正マスクにより、上記真空槽の内部が蒸発室として、外部のイオン衝撃室がプラズマ室として分離機能することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高周波イオン衝撃装置。
【請求項５】
上記プラズマ室に、雰囲気ガス導入調整バルブ、回動する被処理体に高周波電力を印加するための補助電極が上記支持台に接触されていることを特徴とする請求項４に記載の高周波イオン衝撃装置。
【請求項６】
上記公転する支持台に放電遮蔽板兼蒸着補正マスクが固定され、支持台と共に回動することを特徴とする請求項４に記載の高周波イオン衝撃装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空中におけるイオン発生衝撃装置、特に、高周波電力を印加するイオンプレーティング装置として好適なイオン発生衝撃装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、活性気体あるいは不活性気体、またはそれらの混合気体を導入した真空容器を用いたイオンプレーティング装置などにおいては、同一真空容器内に蒸着物質の蒸発源と被処理体を共に配置するのが一般である。
しかし、このような構成では、容器内の真空度を高めれば、蒸着物質の蒸発速度を高く保つことができるが、高周波放電によるイオン発生数の低下によって十分なイオン衝撃効果を得ることが出来ない。また、蒸発物質と雰囲気ガスの化学反応が不十分となり、例えば、酸素雰囲気によって金属酸化膜を形成するようなことが難しくなる。
逆に、真空容器内のガス圧を高めれば、プラズマ密度が高まり、イオン衝撃効果は大となっても、蒸着物質の蒸発速度を低下させ、生産性を低くする。
【０００３】
また、有効面積の大きい基板に均一な加工をするための回転を加えた場合、回転に伴う接触不良などによって電力の供給が難しくなり、安定したプラズマの維持が困難となっていた。これに対して、基板支持台を兼ねる放電電極に回転等の運動をさせても、途切れることなく安定した高周波電力の供給と基板に対して効果的なイオン衝撃作用を与えることが出来るように、同一真空容器内に高周波電力を供給するための補助電極を設置することが提案されている（特公平５−２０８５７号）。
しかしこの場合は、平板基板もしくは凸面、凹面のレンズや曲面状の各種リフレクタを水平面軌道上で公転もしくは自公転する場合を対象として開発されたものである。そして、この発明においても、同一真空容器内に蒸発源と被蒸着基板とが配置されており、容器内の真空度による利害得失の点では上記と同じである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、蒸着物質の蒸発速度を常に大きく保ちながら、被蒸着面に対しては十分なイオン衝撃作用を与えることが出来る高周波イオン衝撃装置を得ようとするものである。
さらには、円筒形、球形、回転楕円体等の複雑な形状をした被処理体に対しても、安定した高周波電力を供給し、緻密な蒸着膜を形成出来るなど、従来に例を見ない高周波イオン衝撃装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波イオン衝撃装置は、真空槽内を実質的に蒸発室とイオン衝撃室とに区分し、蒸発室内には蒸発源を、イオン衝撃室内には被処理体と回転駆動するその保持体、および該保持体に高周波電力を印加するための補助電極を配置し、雰囲気ガスを真空槽外部より上記イオン衝撃室内に導入する手段を備えたものとした。
また、上記真空槽内を実質的に蒸発室とイオン衝撃室とに区分する手段は、上記蒸発源と被処理体との間に配置された放電遮蔽板であるものとした。
さらに、上記放電遮蔽板は開口を備え、被処理体に入射する蒸発蒸気の入射角を限定することによって蒸着補正マスクとして作用するものとした。
本発明の高周波イオン衝撃装置は、真空槽内に、それぞれ自転する複数の被処理体のための保持体が、公転する支持台に保持されており、該支持台内部に配設された放電遮蔽板兼蒸着補正マスクにより、上記真空槽の内部が蒸発室として、外部のイオン衝撃室がプラズマ室として分離機能するものとした。
更に、上記プラズマ室に、雰囲気ガス導入調整バルブ、回動する被処理体に高周波電力を印加するための補助電極が上記支持台に接触されるものとした。
また、上記公転する支持台に放電遮蔽板兼蒸着補正マスクが固定され、支持台と共に回動する構成を採用した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波イオン衝撃装置の基本的な構成を図２に示す。
真空槽２１内には、蒸発源２６と被処理体２９が配置され、図示の例では被処理体２９は円筒形であり、軸３０を中心として回動する。高周波電力は高周波電源２３から整合回路２４を経て、真空槽２１内のコイル状補助電極２５を介し、回動軸３０に印加される。
本発明においては、真空槽２１内は接地された放電遮蔽板３２によって実質的に蒸発室３４とイオン衝撃室３５とに区分され、コイル状補助電極２５によるプラズマは、イオン衝撃室３５内一杯に広がるものの、蒸発室３４には広がらない。
例えば酸素などの活性ガス、アルゴンなどの不活性ガス、あるいはこれらの混合ガスのような雰囲気ガスは、調整バルブ２２を通してイオン衝撃室３５に導入される。３６は遮蔽板３２の開口３７の開口幅の調整部材、３８は排気口である。
【０００７】
このような構成の高周波イオン衝撃装置において、排気口３８から排気しながら調整バルブ２２を通して雰囲気ガスを導入すると、イオン衝撃室３５内の雰囲気ガス圧力は、放電遮蔽板３２の開口３７が小さいことにより、蒸発室３４内の圧力よりも高く保たれる。
被処理体２９を回転させながら蒸発源２６を加熱すると、蒸発物質は放電遮蔽板３２の開口３７を通じて被処理体２９の表面に蒸着されるが、該開口に面した位置にのみ蒸着され、斜めに進行する蒸気は遮蔽板でカットされるので、遮蔽板３２は同時に蒸着補正板として作用する。
ここで被処理体２９の軸３０にコイル状補助電極２５を介して高周波電力を印加すると、プラズマはイオン衝撃室３５内に広がり、被処理体２９はマイナスに帯電し、その全面がイオンによる衝撃を受ける。被処理体２９の表面は、開口３７に面したときに蒸着が行われるが、回転により開口位置から外れると、次ぎに再び開口位置に戻る間は、イオンによる衝撃を受け、例えば酸素雰囲気中では、蒸着された膜はその間に酸化が進み、同時により緻密になる。
そして、雰囲気ガス圧力が低い蒸発室により、蒸発源からの蒸発を容易にするだけでなく、蒸発蒸気のエネルギー損失を少なくし、その結果、膜の硬度や密度の低下を防ぐことが出来る。一方、イオン衝撃室３５内では、比較的高い雰囲気ガス圧によりプラズマ密度を高め、イオン衝撃効果を高めることが出来る。
【０００８】
上記の基本的な構成を有する高周波イオン衝撃装置は、種々の形態で実施することが出来る。すなわち、被処理体２９は、放電遮蔽板３２と平行に伸びる平面の被処理面を持ち、開口３７に対して相対的に平行移動するものでもよい。
また、実施例に示すように、公転する支持台に、自転する円筒形その他の回転させることで膜付けが有効に行われる形状の被処理体を、放電遮蔽板と共に配設してもよく、あるいは、固定の放電遮蔽板の外側を支持台の円周方向に伸びる被処理面を有する平板を回動するようにするなど、各種の実施形態を取ることが出来る。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例として、従来は困難であった円筒形、球形、回転楕円体等の複雑な形状をした、材質が石英やガラス、セラミックス、金属などの被処理体に対しても、複数の被処理体に安定した処理を行うことを可能にした高周波イオン衝撃装置を示す。
図１において、１は真空槽、２は雰囲気ガス導入調整バルブ、３は高周波電源、４は整合回路、５は補助電極、６は蒸発源であり、軸１１によって回動する被処理体の支持台８には、それぞれの軸によって自転する保持体１０に多数の被処理体９が固定されている。支持台８には絶縁体７を介して放電遮蔽板兼蒸着補正マスク１２が固定されており、保持体１０とその相対位置を保ったまま、支持体８と共に公転する。１３は水晶式膜厚計である。
【００１０】
真空槽１内は、図示しない真空ポンプによって排気される一方、雰囲気ガス導入調整バルブ２から雰囲気ガスが適宜導入されることによって適切な圧力に保たれる。一方、高周波電力は高周波電源３から整合回路４、補助電極５を介して回転する支持台８上の保持体１０へと機械的な接触により印加されるが、これにより真空槽１内空間には導入気体のプラズマが発生し、保持体１０には誘起負バイアス電圧が発生する。
放電遮蔽板兼蒸着補正マスク１２は、電気的に接地されており、高周波放電によるプラズマを遮蔽板内側に対してシールドする機能を有している。また、導入気体もプラズマ部に導入され、開口量の小さい放電遮蔽板兼蒸着補正マスク１２の内外ではガスの流れも異なり、圧力差が発生する。このため、蒸発源の蒸発速度を低下させることなく、プラズマ空間のプラズマ密度を上げ、イオン衝撃効果を高めることは図２について述べたとおりである。また、放電遮蔽板兼蒸着補正マスク１２の開口は、被処理体９に入射する蒸発蒸気の入射角を限定することによって蒸着補正板として機能している。
【００１１】
被処理体９に蒸着された膜は、被処理体９の回転によって開口部正面から移動し、一回転して再び開口部正面に戻るまで連続してイオン衝撃のみを受けることとなる。このため、被処理面には蒸着−イオン衝撃−蒸着−イオン衝撃−が繰り返し行われることとなるが、開口部の幅で蒸着時間とイオン衝撃時間との比率が決まるため、イオン衝撃時間を蒸着時間の５〜１０倍と大きく取ることは容易である。このため例えば、普通酸化が容易でないほど蒸着速度が早い場合や、膜密度をより高くしたい場合など、酸素ガス雰囲気中で十分なプラズマとそのイオン衝撃を受けることも容易となる。
【００１２】
上記実施例では、被処理体を複雑な回転体形状としたが、これを支持台８の円周方向の被処理面を持つ平面基板としてもよい。その場合は平面基板は自転はせず、蒸着補正マスク兼放電遮蔽板か支持台のどちらか一方が回動すればよく、放電遮蔽板の蔭を移動する間に被処理面はイオン衝撃を受けることとなる。
また、この実施例では、自転軸１０はすべて平行を保ったまま、自公転する場合を示しているが、被処理体形状に応じて、傾きを持つ非平行軸であってよい。さらに、補助電極をコイル形状以外の形状とすること、被処理体保持体に直接接続して高周波電力を印加するのではなくプラズマ放電を維持することなど、各種の設計変更が可能である。
【００１３】
【発明の効果】
この発明の高周波イオン衝撃装置は、上記の構成により、高い蒸発速度と高いプラズマ密度という相反する条件を実現出来、また、円筒、球形、楕円体など、従来は処理が困難であった被処理体に対して真空蒸着を行う場合、プラズマによるイオン衝撃効果が均一にできより高い効率が得られるという、工業的に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波イオン衝撃装置の１実施例の構造を示す概念図である。
【図２】本発明の高周波イオン衝撃装置の原理の説明図である。
【符号の説明】
１  真空槽            ２  ガス導入調整バルブ    ３  高周波電源
４  整合回路          ５  補助電極              ６  蒸発源
７  絶縁体            ８  支持台                ９  被処理体
１０  保持体          １１  回動軸
１２  放電遮蔽板兼蒸着補正マスク                １３  水晶式膜圧計
２１  真空槽          ２２  調整バルブ          ２３  高周波電源
２４  整合回路        ２５  コイル状補助電極    ２６  蒸発源
２９  被処理体        ３０  回動軸              ３２  放電遮蔽板
３４  蒸発室          ３５  イオン衝撃室        ３６  開口幅調整部材
３７  遮蔽板開口      ３８  排気口
【図１】
0004165913.tif 000002
【図２】
0004165913.tif 000003