JP2000239834A - 成膜装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発に際して溶融する蒸着材料を連続的に補
給すること。 【解決手段】 プラズマガン１３の陰極１４と真空容器
１１内のハース３１との間で放電が生じ、これによりプ
ラズマビームＰＢが生成される。このプラズマビームＰ
Ｂは、ステアリングコイル２４と補助陽極３２内の永久
磁石３５により決定される磁界に案内されてハース３１
に到達する。ハース本体３３に収納された蒸発物質は、
プラズマビームにより加熱されて蒸発する。この蒸発粒
子は、プラズマビームによりイオン化され、負電圧が印
加された基板Ｗの表面に付着し被膜が形成される。この
際、ガイドパイプ６０を介してフィードボックス７０が
蒸発物質をワイヤ状態で供給するので、真空容器１１を
開放することなく、安定した条件のもとで成膜装置を長
期間連続動作させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、プラズマを用い
てイオンプレーティングを行う成膜装置及び方法に関
し、特にハース直上の磁界を制御しつつハースにプラズ
マを導くタイプの成膜装置及び方法においてハース中で
溶融される成膜材料を成膜室外から連続的に供給できる
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の成膜装置として、圧力勾配型のプ
ラズマガンからのプラズマビームをハースに導き、ハー
ス上の蒸着物質を蒸発・イオン化し、蒸発・イオン化し
た蒸着物質をハースと対向して配置された基板の表面に
付着させるイオンプレーティング装置が知られている。

【０００３】特開平７−１３８７４３号公報には、この
種のイオンプレーティング装置において、ハース内に配
置された棒磁石とハースの周囲に同心に配置された永久
磁石とからなる入射ビーム方向調整手段を組み込むこと
によってハースの入射面上方にカプス磁場を形成するも
のが開示されている。このイオンプレーティング装置で
は、ハース上方のカプス磁場によってハースに入射する
プラズマビームを修正し、プラズマビームをハースの真
上から直線的に入射させるので、基板の表面に形成され
る膜の厚みを均一にすることができる。

【０００４】また、特開平１０−２０４６２４号公報に
は、ハースに設けた上下に延びる貫通孔の下部に接続さ
れる筒状体と、この筒状体に通されるスクリューとから
なる材料供給装置が開示されており、筒状体の一箇所に
設けた供給口から粉状の蒸着材料を供給しつつスクリュ
ーを回転させることにより、粉状の蒸着材料をハース上
部に連続的に供給することとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、イオンプレー
ティング装置によって成膜すべき蒸着材料の種類によっ
ては、かかる蒸着材料がプラズマビームを受けて蒸発す
る際にハース上で一旦溶融する場合がある。このように
蒸着材料が溶融する場合、上記のような材料供給装置で
は、筒状体に溶融した蒸着材料が逆流し、蒸着材料をハ
ースに連続供給することが困難となる。

【０００６】そこで、本発明は、蒸発に際して溶融する
蒸着材料の補充を装置の運転を停止させることなく行う
ことができる成膜装置及び方法を提供することを目的と
する。

【０００７】また、本発明は、蒸発に際して溶融する蒸
着材料をプラズマビームを避けてハース下方より供給で
きる成膜装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するため手段】上記課題を解決するため、
本発明の成膜装置は、プラズマビームを成膜室中に供給
するプラズマ源と、前記成膜室中に配置されて膜材料を
収容可能な材料収容部を備えるとともに、当該材料収容
部に前記プラズマビームを導くハースと、前記材料収容
部の上方の近接した領域の磁界を制御する磁場制御部材
と、前記膜材料を可撓性を有する線状の固体材料として
前記成膜室の外部から前記材料収容部に供給する材料供
給手段とを備える。

【０００９】上記成膜装置では、材料供給手段が前記膜
材料を可撓性を有する線状の固体材料として前記成膜室
の外部から前記材料収容部に供給するので、蒸発に際し
て溶融する膜材料であってもこれを線状の固体材料とし
て成膜室に送り込むだけで、成膜室を開放することなく
膜材料を前記材料収容部に連続的に供給することができ
る。つまり、成膜装置の運転を中断することなく長時間
連続的な成膜が可能となる。しかも、前記材料収容部に
供給する膜材料の量を調整することにより、材料収容部
に溜まっている融液の量を制御できるので、均一な膜を
形成することができるようになる。さらに、前記膜材料
を可撓性を有する線状の固体材料として供給するので、
膜材料の供給経路の任意性が高まり、膜材料をプラズマ
ビームを避けて材料収容部に供給することが比較的容易
になる。なお、材料収容部は、一般的には液体状の膜材
料を収容できるように上部に開口を有する窪み状の融液
溜とする。また、可撓性を有する線状の固体材料は、例
えば低融点金属等の蒸着材料のワイヤのことをいう。

【００１０】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
前記磁場制御部材が前記ハースの周囲に環状に配置され
た磁石或いは磁石及びコイルである。

【００１１】このように、前記磁場制御部材が前記ハー
スの周囲に環状に配置された磁石或いは磁石及びコイル
である場合、膜材料の供給を制御できるだけでなく、ハ
ースに入射するプラズマビームをカプス状磁場によって
修正してより均一な厚みの膜を形成することができる。

【００１２】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
前記材料供給手段が前記線状の固体材料を前記材料収容
部の下方から前記材料収容部の上端に導くガイド部材を
備える。

【００１３】このように、前記材料供給手段が前記線状
の固体材料を前記材料収容部の下方から前記材料収容部
の上端に導くガイド部材を備える場合、ハース上方から
ハースに向かって入射するプラズマビームにガイド部材
や線状の固体材料がさらされる可能性を低くすることが
でき、材料収容部に膜材料を簡易に供給することができ
る。なお、ガイド部材は、プラズマビームに耐性を有す
るセラミック材料等で構成するか、もしくはハースと同
電位になるように配置される。また、ガイド部材は、プ
ラズマビームにさらされないようにハース内を通すこと
も可能である。

【００１４】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
前記材料収容部の周囲の近接した上方に前記材料収容部
の近接した上方の電界を制御する補助陽極をさらに備
え、前記材料供給手段は、前記線状の固体材料を前記補
助陽極の下方から前記材料収容部の上端に導くガイド部
材を備える。

【００１５】この場合、補助陽極が前記材料収容部の近
接した上方の電界を制御するので、プラズマビームを例
えば動作状態と準備状態との間で切り換える等の状態制
御が容易となる。さらに、前記材料供給手段が前記線状
の固体材料を前記補助陽極の下方から前記材料収容部の
上端に導くガイド部材を備えるので、前記補助陽極の遮
蔽によってプラズマビームにガイド部材や線状の固体材
料がさらされるのを避けることができる。このため、ガ
イド部材の成分のコンタミなどの汚染を防止することが
できる。

【００１６】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
前記材料供給手段が前記線状の固体材料を前記成膜室外
から前記ガイド部材に送り込む線材給送機構を備える。

【００１７】この場合、線材給送機構によって前記材料
収容部に供給する膜材料の量を調整し、材料収容部に溜
まっている融液の量を一定に保つことができる。

【００１８】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
前記プラズマ源が圧力勾配型のプラズマガンである。

【００１９】本発明の成膜方法は、成膜室中に陽極とし
て配置され液体状の膜材料を収容する材料収容部に向け
てプラズマビームを供給する工程と、前記材料収容部の
上方に近接した領域の磁界を制御することによって前記
プラズマビームを制御する工程と、前記膜材料を可撓性
を有する線状の固体材料として前記成膜室の外部から前
記材料収容部に供給する工程とを備える。

【００２０】上記成膜方法では、前記膜材料を可撓性を
有する線状の固体材料として前記成膜室の外部から前記
材料収容部に供給するので、成膜室を開放することなく
膜材料を簡易に前記材料収容部に連続的に供給すること
ができる。つまり、成膜装置の運転を中断することなく
長時間連続的な成膜が可能となる。しかも、前記材料収
容部に供給する膜材料の量を制御することにより、より
均一な膜の形成が可能となる。さらに、前記膜材料を可
撓性を有する線状の固体材料として供給するので、プラ
ズマビームを避けた経路で材料収容部に膜材料を供給す
ることが容易になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するのに適し
た成膜装置について説明する。

【００２２】図１は、実施形態の成膜装置の全体構造を
概略的に説明する図である。この成膜装置は、成膜室で
ある真空容器１１からなる装置本体と、その動作を制御
する電源、回路等からなる制御装置とを備える。

【００２３】装置本体を構成する真空容器１１の側壁に
設けられた筒状部１２には、プラズマ源すなわちプラズ
マビーム発生器として、圧力勾配型のプラズマガン（所
謂「浦本ガン」）１３が装着されている。このプラズマ
ガン１３は、陰極１４によって一端が閉塞されたガラス
管１５からなる。ガラス管１５内には、モリブデンＭｏ
で形成された円筒１８が陰極１４に固定されて配置され
ており、この円筒１８内には、ＬａＢ₆で形成された円
盤１６とタンタルＴａで形成されたパイプ１７とが内蔵
されている。最も内心側に配置されるパイプ１７は、Ａ
ｒ等のキャリアガスＣＧをガス供給源（図示を省略）か
らプラズマガン１３内に導入するためのものである。

【００２４】ガラス管１５の陰極１４と反対側の端部と
筒状部１２との間には、第１及び第２中間電極１９、２
０が同心状に配置されている。第１中間電極１９内に
は、プラズマビームＰＢを収束するための環状永久磁石
２１が内蔵されている。第２中間電極２０内にも、プラ
ズマビームＰＢを収束するための電磁石コイル２２が内
蔵されている。この電磁石コイル２２は電源２３から給
電される。

【００２５】プラズマガン１３が装着された筒状部１２
の周囲には、プラズマビームＰＢを真空容器１１内に導
くステアリングコイル２４が設けられている。このステ
アリングコイル２４はステアリングコイル用の電源２５
により励磁される。陰極１４と第１及び第２中間電極１
９、２０との間には、それぞれ垂下抵抗器２６、２７を
介して主電源２８が接続されている。

【００２６】真空容器１１の内側の底部には、ハース３
１とその周囲に配置された環状の補助陽極３２とからな
る陽極部材３０が設置されている。

【００２７】前者のハース３１は、熱伝導率の良い導電
性材料で形成されるとともに接地された真空容器１１に
絶縁物を介して支持されている。このハース３１は、主
電源２８の正側に接続されており、プラズマガン１３か
ら出射したプラズマビームＰＢを吸引する。また、ハー
ス３１は、プラズマガン１３からのプラズマビームＰＢ
が入射する凹部に円柱状のハース本体３３を有してい
る。なお、後に詳しく説明するが、ハース３１には、そ
の下部すなわち真空容器１１の外部から延びるガイドパ
イプ６０が組み込まれている。このガイドパイプ６０
は、蒸発物質をワイヤとして真空容器１１の外部からハ
ース本体３３の上部に導くガイド部材である。ハース３
１下面には、蒸発物質のワイヤコイルを保管するととも
にガイドパイプ６０下端に蒸発物質のワイヤを送り込む
フィードボックス７０が取り付けられている。なお、ガ
イドパイプ６０とフィードボックス７０とは、真空容器
１１外から真空容器１１内に設けたハース本体３３の凹
部にワイヤ状の膜材料を供給する材料供給手段となって
いる。

【００２８】後者の補助陽極３２は、ハース３１の周囲
にこれと同心に配置された環状の容器により構成されて
いる。この環状容器内には、フェライト等で形成された
環状の永久磁石３５と、これと同心的に積層されたコイ
ル３６とが収納されている。これら永久磁石３５及びコ
イル３６は、磁場制御部材であり、ハース３１の直上方
にカプス状磁場を形成する。これにより、ハース３１に
入射するプラズマビームＰＢの向きを修正することがで
きる。

【００２９】補助陽極３２内のコイル３６は電磁石を構
成し、コイル電源３８から給電される。この場合、励磁
されたコイル３６における中心側の磁界の向きは、永久
磁石３５により発生する中心側の磁界と同じ向きになる
ように構成される。コイル電源３８は可変電源であり、
電圧を変化させることにより、コイル３６に供給する電
流を変化させることができる。これにより、ハース３１
に入射するプラズマビームＰＢの向きの微調整が可能に
なる。

【００３０】補助陽極３２の容器も、ハース３１と同様
に熱伝導率の良い導電性材料で形成される。補助陽極３
２は、ハース３１に対して絶縁物を介して取り付けられ
ている。また、ハース３１と補助陽極３２とは、抵抗４
８を介して接続されている。さらに、補助陽極３２は、
ハース切り替えスイッチ４６を介して主電源２８の正側
に接続されており、ハース本体３３の上方の電界を制御
できるようになっている。これにより、例えばプラズマ
ビームＰＢをハース本体３３に主に入射させる動作状態
と、プラズマビームＰＢを補助陽極３２に主に入射させ
る準備状態との間で切り換えるといった状態制御が可能
となる。

【００３１】真空容器１１内の上部には、ハース３１の
上方に基板Ｗを保持するための基板ホルダ４２が設けら
れている。基板ホルダ４２にはヒータ４３が設けられて
いる。このヒータ４３はヒータ電源４４から給電されて
いる。基板ホルダ４２は、真空容器１１に対しては電気
的に絶縁支持されている。真空容器１１と基板ホルダ４
２との間には、バイアス電源４５が接続されている。こ
のことにより、基板ホルダ４２はゼロ電位に接続された
真空容器１１に対して負電位にバイアスされている。

【００３２】なお、可変の主電源２８には、これと並列
に垂下抵抗器２９と補助放電電源４７とがスイッチＳ１
を介して接続されている。このスイッチＳ１やハース切
り替えスイッチ４６の状態、さらに主電源２８の出力等
は、図示を省略する制御回路によって制御されている。

【００３３】以下、図１に示す成膜装置の概要について
説明する。この成膜装置においては、プラズマガン１３
の陰極１４と真空容器１１内のハース３１との間で放電
が生じ、これによりプラズマビームＰＢが生成される。
このプラズマビームＰＢは、ステアリングコイル２４と
補助陽極３２内の永久磁石３５とにより決定される磁界
に案内されてハース３１に到達する。ハース本体３３に
収納された蒸発物質は、プラズマビームＰＢにより加熱
されて蒸発する。この蒸発粒子は、プラズマビームによ
りイオン化され、負電圧が印加された基板Ｗの表面に付
着し被膜が形成される。この際、フィードボックス７０
からガイドパイプ６０を介して蒸発物質がワイヤ状態で
連続供給されるので、真空容器１１を開放することな
く、安定した条件のもとで成膜装置を長期間連続動作さ
せることができる。

【００３４】図２及び図３は、ハース３１とこれに膜材
料を供給するガイドパイプ６０及びフィードボックス７
０との構造を説明する断面図である。なお、図３は、図
２のＡＡ矢視の部分断面を示す図となっている。

【００３５】ハース３１は、凹部３１ａにプラズマガン
１３からのプラズマビームＰＢが入射する円柱状のハー
ス本体３３を有している。このハース本体３３は、材料
収納部であるすり鉢状の凹部３３ａを上部に有してお
り、この凹部３３ａには、蒸発物質すなわち液体状の膜
材料である銅その他の金属材料が溶融状態で溜まる。

【００３６】ハース３１の凹部３１ａの下方には、ハー
ス３１を冷却する冷却媒体が流れる空洞部３１ｃが形成
されている。

【００３７】ハース３１の凹部３１ａを囲む円筒状の側
壁３１ｄには、ガイドパイプ６０を通す溝と開口が形成
されている。この開口から凹部３１ａ内に突き出したガ
イドパイプ６０の先端は、ハース本体３３の上端よりも
高い位置まで延び下方に湾曲して凹部３３ａに対向す
る。このガイドパイプ６０には、Ｃｕ等の蒸発物質から
なる金属ワイヤＭＷが通されている。ガイドパイプ６０
の根本側は、ハース３１の基部に形成した孔に埋め込ま
れて周囲に対して気密に固定されている。

【００３８】ハース３１下面には、フィードボックス７
０を取り付けるためのアダプタ３４が気密に固定されて
いる。このアダプタ３４の下部は、フィードボックス７
０の開口に気密にはめ込まれて固定されている。アダプ
タ３４には、芯孔３４ａが形成されており、ガイドパイ
プ６０の下端から延びる金属ワイヤＭＷが通される。

【００３９】フィードボックス７０内には、金属ワイヤ
ＭＷを巻き付けたドラム７２が収納されており、このド
ラム７２は、回転軸７１に回転可能に支持されている。
ドラム７２から引出された金属ワイヤＭＷは、テンショ
ナ７３を経てフィーダ７４に供給される。テンショナ７
３は、金属ワイヤＭＷの弛みを取り除き、フィーダ７４
は、線材給送機構として、フィードボックス７０の外側
に取り付けたモータ７７に駆動されて金属ワイヤＭＷを
フィードボックス７０外に送り出す。つまり、モータ７
７の回転速度に応じて金属ワイヤＭＷをアダプタ３４の
芯孔３４ａとその先のガイドパイプ６０中にモータ７７
の回転速度に応じた所望の速度で供給することができ
る。

【００４０】なお、フィードボックス７０は、ハース３
１を除き、周囲から絶縁されている。そして、金属ワイ
ヤＭＷ（ガイドパイプ６０を導電性の材料で形成すると
きは、金属ワイヤＭＷ及びガイドパイプ６０）は、ハー
ス３１と同電位になっている。また、フィードボックス
７０内は気密に保たれており、真空容器１１とともに真
空引きされているので、ガイドパイプ６０を介して真空
容器１１内に外気が流入することはない。

【００４１】上記のようなフィードボックス７０を用い
れば、真空容器１１内の気密を保ったままで蒸着物質で
ある金属ワイヤＭＷをハース本体３３下方から凹部３３
ａ上端に回り込むように供給することができるので、溶
融する蒸着物質であってもハース３１への連続供給が可
能になる。しかも、金属ワイヤＭＷの供給速度を蒸発速
度に簡単に合わせることができ、より精密な膜厚制御・
膜質制御が可能になる。

【００４２】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、ガイドパイプ６０の配置は、プラズマにさ
らされる補助陽極３２より上方でなければよく、上記実
施形態のように、ハース３１下方からハース３１を貫通
させる配置とする必要はない。

【００４３】図４は、ガイドパイプ６０の配置の変形例
を説明する図である。ガイドパイプ６０は、真空容器１
１おいてハース３１上端よりも下方位置で外部に引出さ
れる。真空容器１１中を水平に延びるガイドパイプ６０
は、補助陽極３２と絶縁性を保ちつつ、その上部の極板
とコイル３６との間を通ってハース３１の側壁３１ｄを
貫通してハース本体３３上部に導かれる。この場合も、
溶融する蒸着物質をハース３１へ連続供給することがで
きる。

【００４４】また、上記実施形態では、真空引きされた
フィードボックス７０を用いて金属ワイヤＭＷを供給し
ているが、アダプタ３４の芯孔３４ａと金属ワイヤＭＷ
との間で機密が保たれていれば、フィードボックス７０
自体を真空にする必要は必ずしもない。この場合、フィ
ードボックス７０は開閉・着脱可能となる。また、金属
ワイヤＭＷを大気側からダイナミックゲートにより導入
することとしてもよい。

【００４５】また、上記実施形態のガイドパイプ６０
は、プラズマビームＰＢのダメージを受けないように、
耐熱性・絶縁性を有するセラミック乃至セラミックコー
トした材料から形成することが好ましい。

【００４６】また、上記実施形態では、加熱源として圧
力勾配型のプラズマガンを用いた場合を説明したが、こ
れに限るものではなく各種プラズマガンを使用でき、ハ
ースに誘導加熱装置を設けてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の成膜装置によれば、材料供給手段が前記膜材料を可撓
性を有する線状の固体材料として前記成膜室の外部から
前記材料収容部に供給するので、蒸発に際して溶融する
膜材料であってもこれを線状の固体材料として繰り出す
だけで、成膜室を開放することなく膜材料を前記材料収
容部に連続的に供給することができる。つまり、成膜装
置の運転を中断することなく長時間連続的な成膜が可能
となる。

【００４８】また、本発明の成膜方法によれば、前記膜
材料を可撓性を有する線状の固体材料として前記成膜室
の外部から前記材料収容部に供給するので、成膜装置の
運転を中断することなく長時間連続的な成膜が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜装置の構成を概略的に示す断
面図である。

【図２】図１の成膜装置のハース周辺の構造を説明する
断面図である。

【図３】図１の成膜装置のハース周辺の構造を説明する
断面図である。

【図４】図２及び図３の成膜装置の変形例を説明する図
である。

【符号の説明】

１１ 真空容器 １３ プラズマガン １４ 陰極 ３０ 陽極部材 ３１ ハース ３２ 補助陽極 ３３ ハース本体 ３３ａ 凹部 ３４ アダプタ ３４ａ 芯孔 ３５ 永久磁石 ３６ コイル ６０ ガイドパイプ ７０ フィードボックス ７２ ドラム ７３ テンショナ ７４ フィーダ ７７ モータ ＰＢ プラズマビーム Ｗ 基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマビームを成膜室中に供給するプ
   ラズマ源と、 前記成膜室中に配置されて膜材料を収容可能な材料収容
   部を備えるとともに、当該材料収容部に前記プラズマビ
   ームを導くハースと、 前記材料収容部の上方の近接した領域の磁界を制御する
   磁場制御部材と、 前記膜材料を可撓性を有する線状の固体材料として前記
   成膜室の外部から前記材料収容部に供給する材料供給手
   段とを備える成膜装置。
2. 【請求項２】 前記磁場制御部材は、前記ハースの周囲
   に環状に配置された磁石あるいは磁石及びコイルである
   ことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 【請求項３】 前記材料供給手段は、前記線状の固体材
   料を前記材料収容部の下方から前記材料収容部の上端に
   導くガイド部材を備えることを特徴とする請求項１及び
   ２のいずれか記載の成膜装置。
4. 【請求項４】 前記材料収容部の周囲の近接した上方に
   前記材料収容部の近接した上方の電界を制御する補助陽
   極をさらに備え、前記材料供給手段は、前記線状の固体
   材料を前記補助陽極の下方から前記材料収容部の上端に
   導くガイド部材を備えることを特徴とする請求項１及び
   ２のいずれか記載の成膜装置。
5. 【請求項５】 前記材料供給手段は、前記線状の固体材
   料を前記成膜室外から前記ガイド部材に送り込む線材給
   送機構を備えることを特徴とする請求項３及び請求項４
   のいずれか記載の成膜装置。
6. 【請求項６】 前記プラズマ源は、圧力勾配型のプラズ
   マガンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
   か記載の成膜装置。
7. 【請求項７】 成膜室中に陽極として配置され液体状の
   膜材料を収容する材料収容部に向けてプラズマビームを
   供給する工程と、 前記材料収容部の上方に近接した領域の磁界を制御する
   ことによって前記プラズマビームを制御する工程と、 前記膜材料を可撓性を有する線状の固体材料として前記
   成膜室の外部から前記材料収容部に供給する工程とを備
   える成膜方法。