CN118241170A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种成膜装置，能够减少升华部的更换频度。升华部(50)使包含选自钨、钼及钽中的至少一种的母材(70)含有选自氧化镧、氧化铈、氧化钇及氧化钍中的至少一种的物质(71)。在升华部(50)中，对于母材(70)含有作为氧化物的物质(71)，因此该物质(71)作为氧化被膜发挥作用。因此，能够抑制母材(70)氧化而升华。并且，如图3中的(b)所示，升华部(50)随着消耗而不断出现新的物质(71)的被膜，因此氧化抑制效果持续。在图3中的(b)中，升华部(50)的“E1”所示的区域被消耗，但在新的表面上也存在物质(71)。因此，通过抑制升华部(50)的消耗，能够减少升华部(50)的更换频度。
Description
技术领域
本申请主张基于2022年12月22日申请的日本专利申请第2022-205270号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种成膜装置。
背景技术
作为成膜装置，如专利文献1中所记载的那样，已知一种通过离子镀法使成膜材料形成在对象物上的成膜装置。该成膜装置使用等离子枪在腔室内生成等离子体，并在腔室内使成膜材料升华。通过成膜材料附着在基板上并持续堆积，由此在该基板上生长并形成膜。
专利文献1：日本特开平11-279751号公报
在此，上述成膜装置具备使成膜材料升华的升华部。在对绝缘性材料进行成膜的情况下，这种升华部由钨等高熔点金属形成。然而，虽然通过在氧气氛下的高温加热来产生氧化钨(WO3)，但由于该氧化钨具有升华性，因此随着成膜而升华部被消耗。在以往的成膜装置中，存在由于升华部提前被消耗而导致更换频度增加这样的问题。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种能够减少升华部的更换频度的成膜装置。
本发明所涉及的成膜装置为，通过离子镀法使成膜材料形成在对象物上，所述成膜装置具备使成膜材料升华的升华部，升华部为，对于包含选自钨、钼及钽中的至少一种的母材含有选自氧化镧、氧化铈、氧化钇及氧化钍中的至少一种的物质。
在本发明所涉及的成膜装置中，升华部为，对于包含选自钨、钼及钽中的至少一种的母材含有选自氧化镧、氧化铈及氧化钇中的至少一种的物质。在升华部中，由于对于母材含有是氧化物的物质，因此该物质作为氧化被膜发挥作用。因此，能够抑制母材氧化而升华。并且，在升华部中，随着消耗而不断出现新的物质的被膜，因此氧化抑制效果持续。因此，通过抑制升华部的消耗能够减少升华部的更换频度。
升华部可以含有1wt％以上的上述物质。此时，能够充分得到上述母材的氧化抑制效果。
升华部可以为存储成膜材料的容器。由于成膜材料被等离子体加热，因此作为容器的升华部也被加热，但由于在该容器中含有物质，因此能够抑制氧化。
升华部可以为引导等离子体的电极。虽然作为电极的升华部也被等离子体加热，但由于在该电极中含有物质，因此能够抑制氧化。
成膜装置具备生成等离子体的压力梯度型等离子枪，升华部具有引导等离子体的电极功能，并且由存储成膜材料的容器构成。在压力梯度型等离子枪中稳定地生成的等离子体被引导至具有电极功能的升华部。由于升华部由存储成膜材料的容器构成，因此能够随着基于等离子体的加热而对所存储的成膜材料进行加热。并且，由于在作为电极及容器的升华部中含有物质，因此能够抑制氧化。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够减少升华部的更换频度的成膜装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的成膜装置的示意截面图。
图2是主炉缸的放大图。
图3是主炉缸的材料的放大示意图。
图4是表示比较例及实施例所涉及的主炉缸的实验结果的图。
符号的说明
1-成膜装置，11-基板(对象物)，50-升华部，70-母材，71-物质。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的一个实施方式所涉及的成膜方法及成膜装置进行说明。另外，在附图的说明中，对相同的要件标注相同的符号，并省略重复说明。
首先，参考图1对本发明的实施方式所涉及的成膜装置的结构进行说明。图1是表示成膜装置1的结构的示意截面图。如图1所示，本实施方式的成膜装置1为在所谓的离子镀法的一种即RPD(Reactive Plasma Deposition：反应等离子体沉积)中使用的RPD成膜装置。RPD的特征在于，通过利用炉缸机构2将使用压力梯度型等离子枪7高密度地生成的等离子体导入到成膜材料Ma，由此通过同一机构进行材料的升华以及升华后的材料粒子的离子化。由于在RPD中使用高密度等离子体，因此材料粒子的离子化率较高，与通常的离子镀法相比，能够对更致密且对基板的密合性较强的薄膜进行成膜。另外，为了便于说明，图1中示出XYZ坐标系。Y轴方向为后述的基板被输送的方向。Z轴方向为基板与后述的炉缸机构相对置的方向。X轴方向为与Y轴方向和Z轴方向正交的方向。
成膜装置1可以为所谓卧式的成膜装置，以基板11(对象物)的板厚方向成为大致铅垂方向的方式，将基板11配置在真空腔室10内并进行输送。此时，X轴方向及Y轴方向为水平方向，Z轴方向成为铅垂方向且是板厚方向。另外，成膜装置1也可以为所谓立式的成膜装置，以基板11的板厚方向成为水平方向(在图1中为Z轴方向)的方式，在使基板11直立或从直立状态倾斜的状态下，将基板11配置在真空腔室10内并进行输送。此时，Z轴方向为水平方向且是基板11的板厚方向，Y轴方向为水平方向，X轴方向成为铅垂方向。以下，以卧式的成膜装置为例对本发明的一个实施方式所涉及的成膜装置进行说明。
成膜装置1具备真空腔室10、输送机构3及成膜机构14。
真空腔室10为用于容纳基板11并进行成膜处理的部件。真空腔室10具有：输送室10a，用于输送形成有成膜材料Ma的膜的基板11；成膜室10b，使成膜材料Ma扩散；及等离子口10c，将从等离子枪7以束状照射的等离子体P接收到真空腔室10中。输送室10a、成膜室10b及等离子口10c相互连通。输送室10a沿着规定的输送方向(图中的箭头A)(Y轴)设定。并且，真空腔室10由导电性材料构成且与接接地电位连接。
成膜室10b作为壁部10W而具有：沿着输送方向(箭头A)的一对侧壁；沿着与输送方向(箭头A)相交的方向(Z轴方向)的一对侧壁10h、10i；及与X轴方向交叉配置的底面壁10j。
输送机构3将以与成膜材料Ma相对置的状态保持基板11的基板保持部件16沿输送方向(箭头A)进行输送。例如，基板保持部件16为保持基板11的外周缘的框体。输送机构3由设置在输送室10a内的多个输送辊15构成。输送辊15沿输送方向(箭头A)等间隔地配置，在支承基板保持部件16的同时沿输送方向(箭头A)进行输送。另外，基板11例如使用玻璃基板、塑料基板等板状部件。
接着，对成膜机构14的结构进行详细说明。成膜机构14通过离子镀法使成膜材料Ma升华的结果而产生的粒子附着于基板11。成膜机构14具有等离子枪7、转向线圈5、炉缸机构2及环炉缸6。
等离子枪7例如为压力梯度型的等离子枪，其主体部分经由设置于成膜室10b的侧壁的等离子体口10c与成膜室10b连接。等离子枪7在真空腔室10内生成等离子体P。在等离子枪7中生成的等离子体P从等离子体口10c向成膜室10b内以束状射出。由此，在成膜室10b内产生等离子体P。
等离子枪7通过阴极60对所导入的氩气放电来产生等离子体。在阴极60与等离子口10c之间同心地配置有第1中间电极(栅极)61和第2中间电极(栅极)62。在第1中间电极61内内置有用于使等离子体P收束的环状永久磁铁61a。在第2中间电极62内也内置有用于使等离子体P收束的电磁线圈62a。
转向线圈5设置在安装有等离子枪的等离子口10c的周围。转向线圈5将等离子体P引导至成膜室10b内。转向线圈5通过转向线圈用的电源(未图示)流动电流而被励磁。
炉缸机构2保持成膜材料Ma。炉缸机构2设置在真空腔室10的成膜室10b内，从输送机构3观察时配置在Z轴方向的负方向。炉缸机构2具有主炉缸17，该主炉缸17作为将从等离子枪7射出的等离子体P引导至成膜材料Ma的主阳极或从等离子枪7射出的等离子体P被引导到的主阳极。关于主炉缸的结构将在后面进行叙述。
环炉缸6为具有用于引导等离子体P的电磁铁的辅助阳极。环炉缸6配置在保持成膜材料Ma的主炉缸17的容器17a的周围。环炉缸6具有环状的线圈9、环状的永久磁铁部20及环状的容器12，线圈9及永久磁铁部20容纳于容器12。在本实施方式中，在从输送机构3观察时向Z轴负方向依次设置有线圈9及永久磁铁部20，但也可以向Z轴负方向依次设置有永久磁铁部20及线圈9。环炉缸6根据流过线圈9的电流大小来控制入射到成膜材料Ma的等离子体P的方向、或者入射到主炉缸17的等离子体P的方向。
气体供给部40向真空腔室10内供给载气及氧气。作为载气中所含有的物质，例如采用氩气、氦气等稀有气体。气体供给部40配置在真空腔室10的外部，通过设置在成膜室10b的侧壁(例如，侧壁10h)的气体供给口向真空腔室10内供给原料气体。气体供给部40供给基于来自控制部的控制信号的流量的载气及氧气。
电流供给部80向等离子枪7供给电流。由此，等离子枪7以规定值的放电电流进行放电。电流供给部80供给基于来自控制部的控制信号的电流值的电流。
接着，参考图2对主炉缸17的结构进行详细说明。主炉缸17作为使成膜材料Ma升华的升华部50发挥作用。主炉缸17具有向成膜材料Ma被填充的Z轴方向的正方向延伸的筒状的容器17a和从容器17a突出的凸缘部17b。主炉缸17相对于真空腔室10所具有的接地电位被保持为正电位，因此主炉缸17成为放电中的电极(阳极)而能够吸引等离子体P。在该等离子体P所入射的主炉缸17的容器17a中，形成有用于填充成膜材料Ma的贯穿孔17c。并且，成膜材料Ma的前端部分在该贯穿孔17c的一端露出于成膜室10b。
作为成膜材料Ma，例如使用ITO(氧化铟掺锡)、IWO(氧化铟掺钨)等导电材料。如图2中的(a)所示，由于成膜材料Ma由导电性物质构成，因此当对主炉缸17照射等离子体P时，等离子体P直接入射于成膜材料Ma，成膜材料Ma的前端部分被加热而升华，由于等离子体P而被离子化的成膜材料粒子Mb向成膜室10b内扩散。向成膜室10b内扩散的成膜材料粒子Mb由于等离子体P而被离子化，向成膜室10b的Z轴正方向移动，并在输送室10a内附着于基板11的表面(参考图1)。另外，成膜材料Ma为成型为规定长度的圆柱形状的固体物，且多个成膜材料Ma被一次性填充到炉缸机构2中。并且，根据成膜材料Ma的升华而成膜材料Ma被从炉缸机构2的Z轴负方向侧依次顶出，以使膜厚方向的原子组成成为恒定，且使最前端侧的成膜材料Ma的前端部分与主炉缸17的上端之间保持规定的位置关系。
成膜材料Ma例如可以为氧化硅、氧化锡等绝缘性物质。如图2中的(b)所示，由于成膜材料Ma由绝缘性物质构成，因此等离子体P入射于主炉缸17。由此，通过主炉缸17被加热来使成膜材料Ma被加热而升华。
如图3中的(a)所示，作为升华部50的主炉缸17为，对于选自钨、钼及钽中的至少一种的母材70含有选自氧化镧、氧化铈(CeO2)、氧化钇(Y2O3)及氧化钍(ThO2)中的至少一种的物质71。另外，图3中示意性地记载了在母材70中含有物质71的状况。并且，在图3中示出了将主炉缸17的一部分放大的状况，但该状态遍及主炉缸17的整个区域都成立。
升华部50可以含有1wt％以上的氧化镧，更优选可以含有2wt％左右的氧化镧。另外，氧化镧的含量的上限值并没有特别限定，可以含有3wt％以下的氧化镧，更优选可以含有2wt％以下的氧化镧。另外，表示氧化镧等添加物质的含量的“wt％”是指，将构成主炉缸17的物质整体的重量设为100％时的添加物质的重量比例。另外，对于氧化铈、氧化钇及氧化钍的含量也可以设为相同的数值范围。
接着，对本实施方式所涉及的成膜装置1的作用效果进行说明。
在本实施方式所涉及的成膜装置1中，升华部50为，对于包含选自钨、钼及钽中的至少一种的母材70含有选自氧化镧、氧化铈、氧化钇及氧化钍中的至少一种的物质71。如图3中的(a)所示，在升华部50中，由于对于母材70含有是氧化物的物质71，因此该物质71作为氧化被膜发挥作用。因此，能够抑制母材70氧化而升华。
并且，如图3中的(b)所示，在升华部50中，随着消耗而不断出现新的物质71的被膜，因此氧化抑制效果持续。在图3中的(b)中，升华部50的“E1”所示的区域消耗，但在新的表面上也存在物质71。因此，通过抑制升华部50的消耗，能够减少升华部50的更换频度。
在此，准备了由钨的母材构成但不含有氧化镧的比较例所涉及的主炉缸以及在钨的母材中含有1wt％氧化镧的实施例所涉及的主炉缸。图4中的(a)为使用前的主炉缸。比较例所涉及的主炉缸以及实施例所涉及的主炉缸在使用前的形状都相同。将这些主炉缸设置于成膜装置而进行了35小时运行。图4中的(b)表示运行后的比较例所涉及的主炉缸。图4中的(c)表示运行后的实施例所涉及的主炉缸。如图4中的(b)、(c)所示，能够确认通过使母材中含有氧化镧而消耗量在减少。由此，确认能够减少更换频度。
升华部50可以含有1wt％以上的氧化镧。此时，能够充分地得到上述母材70的氧化抑制效果。
升华部50可以为存储成膜材料Ma的容器。由于成膜材料Ma被等离子体P加热，因此作为容器的升华部50也被加热，但由于在该容器中含有物质，因此能够抑制氧化。
升华部50可以为引导等离子体P的电极。虽然作为电极的升华部50也被等离子体P加热，但由于在该电极中含有物质，因此能够抑制氧化。
成膜装置1具备生成等离子体P的压力梯度型等离子枪，升华部50具有引导等离子体P的电极功能，并且由存储成膜材料Ma的容器构成。在压力梯度型等离子枪中稳定地生成的等离子体P被引导至具有电极功能的升华部50。由于升华部50由存储成膜材料Ma的容器构成，因此能够随着基于等离子体P的加热而对所存储的成膜材料Ma进行加热。并且，由于在作为电极及容器的升华部50中含有物质，因此能够抑制氧化。
本发明并不限定于上述RPD成膜装置的实施方式，能够应用于所有离子镀法。例如，上述实施方式中的升华部也可以应用于如下的成膜装置：使用电阻加热装置、电子枪使成膜材料升华，使用在RF线圈中生成的等离子体进行成膜。
在上述实施方式中，升华部50同时具备作为电极的功能和作为容器的功能。取而代之，升华部50也可以不具有作为电极的功能而仅具有作为存储成膜材料Ma的容器的功能。此时，作为与容器不同的部件而设置有电极。或者，升华部50也可以不具有作为容器的功能而仅具有作为电极的功能。
[方式1]
一种成膜装置，通过离子镀法使成膜材料形成在对象物上，其中，
所述成膜装置具备使所述成膜材料升华的升华部，
所述升华部为，对于包含选自钨、钼及钽中的至少一种的母材含有选自氧化镧、氧化铈、氧化钇及氧化钍中的至少一种的物质。
[方式2]
根据方式1所述的成膜装置，其中，所述升华部含有1wt％以上的所述物质。
[方式3]
根据方式1或2所述的成膜装置，其中，所述升华部为存储所述成膜材料的容器。
[方式4]
根据方式1至3中任一项所述的成膜装置，其中，所述升华部为引导等离子体的电极。
[方式5]
根据权利要求1至4中任一项所述的成膜装置，其中，
具备生成等离子体的压力梯度型等离子枪，
所述升华部具有引导所述等离子体的电极功能，并且由存储所述成膜材料的容器构成。
Claims (5)
1.一种成膜装置，其通过离子镀法使成膜材料形成在对象物上，其中，
所述成膜装置具备使所述成膜材料升华的升华部，
所述升华部为，对于包含选自钨、钼及钽中的至少一种的母材含有选自氧化镧、氧化铈、氧化钇及氧化钍中的至少一种的物质。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
所述升华部含有1wt％以上的所述物质。
3.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
所述升华部为存储所述成膜材料的容器。
4.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
所述升华部为引导等离子体的电极。
5.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
具备生成等离子体的压力梯度型等离子枪，
所述升华部具有引导所述等离子体的电极功能，并且由存储所述成膜材料的容器构成。
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| CN202311767266.4A Pending CN118241170A (zh) | 2022-12-22 | 2023-12-21 | 成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118241170A (zh) |
-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311767266.4A patent/CN118241170A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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