JP2000282223A - 成膜装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な機構で成膜室を大きくすることなく更
に均一な成膜を行うこと。 【解決手段】 プラズマビームＰＢは、ステアリングコ
イル４７と環状陽極５１内の永久磁石５３等とにより決
定される磁界に案内されて環状陽極５１に到達する。環
状陽極５１の環状凹部５１ａ中の蒸発金属は、プラズマ
ビームＰＢにより加熱され、溶融して凹部５１ａに溶融
金属Ｍ1として溜まる。溶融金属Ｍ1の表面からは、溶融
金属Ｍ1の蒸気が出射する。この蒸気は、プラズマビー
ムＰＢによりイオン化され、負電圧が印加された基板Ｗ
Ａの表面に付着して被膜が形成される。この場合、溶融
金属Ｍ1の蒸気が一定の比較的均一な広がりを有する環
状凹部５１ａから基板ＷＡの表面に供給されることにな
り、陽極部材５０から基板ＷＡまでの距離が比較的近い
場合にも基板ＷＡ上には均一な膜厚分布の膜を形成する
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ことができる成膜装置及
び方法に関する。

【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
ス上に配置したルツボ状のハース本体中の蒸着物質を蒸
発・イオン化し、このように蒸発・イオン化した蒸着物
質をハースに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スプ磁場を形成するも
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、ハース上方のカスプ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ことにより、基板の表面に形
成される膜を均一化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記イオンプ
レーティング装置では、材料蒸発源がハース中央のほぼ
点状の領域である。このため、基板上の膜厚分布が単純
にＣＯＳ則に決定されることになるが、この場合に良好
な膜厚分布を得るためには、基板とハースの距離を大き
くとることになり、装置が大型化するとともに成膜速度
の低下が避けられない。この際、ハース上方のカスプ磁
場をさらに微妙に調整することによって、ＣＯＳ則に起
因する膜厚分布を打ち消すような角度分布で蒸発物質を
蒸発させることも考えられるが、制御や調整が必要とな
る。

【０００５】そこで、本発明は、簡易な機構で成膜室を
大きくすることなく更に均一な成膜を行うことを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】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、膜材料を収容する環状凹部から
なる環状材料蒸発源を備えるとともに成膜室中に配置さ
れて材料蒸発源にプラズマビームを導くハースと、成膜
対象である基板を成膜室中で環状材料蒸発源に対向する
ように配置する基板ホルダとを備える。

【０００７】この場合、ハースが膜材料を収容する環状
凹部からなる環状材料蒸発源を備えるので、膜材料が一
定の比較的均一な広がりを有する範囲から基板ホルダ上
の基板に供給されることになり、ハースから基板ホルダ
までの距離が比較的近い場合にも基板上には均一な膜厚
分布の膜を形成することができる。つまり、簡易かつ小
型の成膜装置によって均一な厚さの膜を基板上に形成す
ることができる。ここで、環状材料蒸発源から出射した
膜材料は、ハースに導かれたプラズマ中を通過する際に
活性化され、基板上に結果的に形成される膜を良質なも
のとすることができる。なお、環状材料蒸発源に形成さ
れる環状凹部は、概ね環状になっておれば足り、複数の
凹部をほぼ連続的になるよう環状に配置したものであっ
てもよい。

【０００８】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
ハースが、環状材料蒸発源の中央に膜材料を収容する中
央材料蒸発源をさらに備えることを特徴とする。

【０００９】この場合、ハースが環状材料蒸発源の中央
に膜材料を収容する中央材料蒸発源をさらに備えるの
で、膜材料がさらに広い範囲から供給されることになっ
てさらに均一な膜厚分布の成膜が可能になる。しかも、
中央材料蒸発源を増やした分だけ膜材料供給量も増える
ことになり、成膜速度を増加させることもできる。な
お、中央材料蒸発源に収容する膜材料を環状材料蒸発源
に収容する膜材料と異なるものにすれば、２元の材料か
らなる成膜も可能になる。

【００１０】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
環状材料蒸発源の直下に環状に配置された磁石、又は磁
石及びコイルからなりハースの近接した上方の磁界を制
御する磁場制御部材をさらに備え、プラズマ源が、圧力
勾配型のプラズマガンであることを特徴とする。

【００１１】この場合、磁場制御部材がハースの近接し
た上方の磁界を制御するので、ハースに入射するプラズ
マビームをカスプ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、本発明の成膜方法は、膜材料を収容
するとともに環状凹部からなる環状材料蒸発源にプラズ
マを導きつつ膜材料を蒸発させ、環状材料蒸発源に対向
して配置された成膜対象である基板の表面に膜材料を付
着させる。

【００１３】この場合、環状材料蒸発源にプラズマを導
きつつ膜材料を蒸発させるので、膜材料が一定の均一な
広がりを有する範囲から対向して配置された基板に供給
されることになり、環状材料蒸発源から基板までの距離
が比較的近い場合にも基板上には均一な膜厚分布の膜を
形成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る成膜装置の
一実施形態であるイオンプレーティング装置の全体構造
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１０と、真空容器１０中にプラズマビー
ムを供給するプラズマ源であるプラズマガン３０と、真
空容器１０内の底部に配置されてプラズマビームの流れ
を制御するとともに材料蒸発源となる陽極部材５０と、
真空容器１０の上部に配置されて基板ＷＡを保持する保
持機構６０とを備える。

【００１５】プラズマガン３０は、プラズマビームを発
生する圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分
は、真空容器１０の側壁から延びる筒状部１２に装着さ
れている。この本体部分は、陰極３１によって一端が閉
塞されたガラス管３２からなる。ガラス管３２内には、
モリブデンＭｏで形成された円筒３３が陰極３１に固定
されて同心状に配置されており、この円筒３３内には、
ＬａＢ₆で形成された円盤３４とタンタルＴａで形成さ
れたパイプ３５とが内蔵されている。ガラス管３２の両
端部のうち陰極３１とは反対側の端部と、真空容器１０
に設けた筒状部１２の端部との間には、第１及び第２中
間電極４１、４２が同心状に直列に配置されている。一
方の第１中間電極４１内には、プラズマビームを収束す
るための環状永久磁石４４が内蔵されている。第２中間
電極４２内にも、プラズマビームを収束するための電磁
石コイル４５が内蔵されている。なお、筒状部１２の周
囲には、陰極３１側で発生して第１及び第２中間電極４
１、４２まで引き出されたプラズマビームを真空容器１
０内に導くステアリングコイル４７が設けられている。

【００１６】なお、プラズマガン３０の最も内心側に配
置されるパイプ３５は、プラズマビームのもととなるＡ
ｒ等のキャリアガスＣＧをプラズマガン３０中に導入す
るためものである。

【００１７】プラズマガン３０の動作は、ガン駆動装置
４８によって制御されている。このガン駆動装置４８
は、陰極３１への給電をオン・オフしたりこれへの供給
電圧等を調整することができ、さらに第１及び第２中間
電極４１、４２、電磁石コイル４５、及びステアリング
コイル４７への給電を調整する。このようなガン駆動装
置４８によって、真空容器１０中に供給されるプラズマ
ビームの状態が制御される。

【００１８】真空容器１０中の下部に配置されたハース
である陽極部材５０は、プラズマビームを下方に導くこ
とができる環状材料蒸発源である環状陽極５１と、その
中央に配置された中央材料蒸発源である中央陽極５２と
からなる。

【００１９】前者の環状陽極５１は、上部に環状凹部５
１ａを備える環状容器から構成されている。この容器
は、熱伝導率の良い導電性材料で形成され、真空容器１
０及び陽極部材５０に対して図示を省略する絶縁物を介
して取り付けられている。陽極電源装置５８は、環状陽
極５１を適当な正電位に制御し、プラズマガン３０から
出射したプラズマビームを必要に応じて下方に吸引す
る。

【００２０】環状陽極５１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５３と、これと同心的
に積層されたコイル５４とが収納されている。これら永
久磁石５３及びコイル５４は、磁場制御部材であり、陽
極部材５０の直上方にカスプ状磁場を形成する。これに
より、環状陽極５１に入射するプラズマビームの向き等
を修正することができる。

【００２１】環状陽極５１内のコイル５４は電磁石を構
成し、陽極電源装置５８から給電される。この場合、励
磁されたコイル５４における中心側の磁界の向きは、永
久磁石５３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。陽極電源装置５８は、コイル５４
に供給する電流を変化させることができ、中央陽極５２
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。

【００２２】後者の中央陽極５２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１
０に図示を省略する絶縁物を介して支持されている。こ
の中央陽極５２も、陽極電源装置５８によって適当な正
電位に制御されており、必要に応じてプラズマガン３０
から出射したプラズマビームを下方に吸引する。なお、
中央陽極５２は、プラズマガン３０からのプラズマビー
ムが入射する中央上部に、ルツボである凹部５２ａを有
している。

【００２３】真空容器１０中の上部に配置される保持機
構６０は、陽極部材５０に対向してその上方に配置され
るとともに成膜面を下側にして基板ＷＡを保持するため
の基板ホルダ６１と、この基板ホルダ６１を成膜中に水
平面内で回転させる回転装置６２とを備える。基板ホル
ダ６１は、真空容器１０に対して絶縁された状態で基板
電源装置６８から給電されており、ゼロ電位の真空容器
１０に対して負電位にバイアスされている。

【００２４】図２は、図１のイオンプレーティング装置
のハースを構成する陽極部材５０の構造を説明する斜視
図である。円柱状の中央陽極５２の周囲に配置された円
筒状の環状陽極５１の上部に同心状に形成された環状凹
部５１ａには、成膜時に溶融したＣｕ等の金属Ｍ1が収
容される。環状陽極５１の中心に配置された中央陽極５
２の上部に形成された凹部５２ａにも、成膜時に溶融し
たＣｕ等の金属Ｍ2が収容される。

【００２５】図３は、図１のイオンプレーティング装置
の電気回路の構成例を説明する概念図である。陰極３１
と第１及び第２中間電極４１、４２との間には、それぞ
れ垂下抵抗器２１、２２を介して可変の主電源２３が接
続されている。また、第２中間電極４２の電磁石コイル
４５は電源２４から給電され、ステアリングコイル４７
は電源２５から給電されている。

【００２６】陽極部材５０を構成する環状陽極５１と中
央陽極５２は、それぞれ切り替えスイッチ７１、７２を
介して主電源２３の正側に接続されており、それぞれプ
ラズマガン３０から出射したプラズマビームＰＢを個別
に吸引することができるようになっている。つまり、切
り替えスイッチ７１、７２の組み合わせを適宜設定する
ことにより、プラズマビームＰＢを環状陽極５１に主に
入射させる第１の動作状態と、プラズマビームＰＢを環
状陽極５１及び中央陽極５２に主に入射させる第１の動
作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。

【００２７】環状陽極５１の容器に収容されたコイル５
４は電磁石を構成し、コイル電源７３から給電される。
この場合、励磁されたコイル５４における中心側の磁界
の向きは、永久磁石５３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７３は可
変電源であり、電圧を変化させることにより、コイル５
４に供給する電流を変化させることができる。

【００２８】なお、可変の主電源２３には、これと並列
に垂下抵抗器２７と補助放電電源２８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や切り替え
スイッチ７１、７２の状態、さらに主電源２３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。

【００２９】以下、図１〜図３に示すイオンプレーティ
ング装置の動作について説明する。この成膜装置におい
ては、プラズマガン３０の陰極３１と、真空容器１０内
の環状陽極５１及び／又は中央陽極５２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４７と環
状陽極５１内の永久磁石５３等とにより決定される磁界
に案内されて環状陽極５１及び／又は中央陽極５２に到
達する。環状陽極５１の環状凹部５１ａや中央陽極５２
の凹部５２ａ中の蒸発金属は、プラズマビームＰＢによ
り加熱され、溶融して両凹部５１ａ、５２ａに溶融金属
Ｍ1、Ｍ2として溜まる。溶融金属Ｍ1、Ｍ2の表面から
は、溶融金属Ｍ1、Ｍ2が蒸発する。この蒸気は、プラズ
マビームＰＢによりイオン化され、負電圧が印加された
基板ＷＡの表面に付着して被膜が形成される。ここで、
環状陽極５１の環状凹部５１ａから溶融金属Ｍ1を蒸発
させる場合、膜材料が一定の比較的均一な広がりを有す
る連続的な領域から基板ＷＡの表面に供給されることに
なり、陽極部材５０から基板ＷＡまでの距離が比較的近
い場合にも基板ＷＡ上には均一な膜厚分布の膜を形成す
ることができる。このような環状凹部５１ａを利用した
成膜は、複数の点状材料蒸発源を設ける場合に比較して
構造が簡単で、しかも膜厚の均一性が増す。

【００３０】なお、以上の説明では、環状陽極５１の環
状凹部５１ａから溶融金属Ｍ1を蒸発させる場合につい
て説明したが、環状凹部５１ａからだけでなく中央陽極
５２の凹部５２ａからも溶融金属Ｍ2を蒸発させること
ができる。この場合、さらに均一な膜厚分布の成膜が可
能になり、成膜速度を増加させることにもなる。さら
に、溶融金属Ｍ1と溶融金属Ｍ2とを異なるものにすれ
ば、２元素系の成膜も可能になる。

【００３１】図４は、図３に示す陽極部材５０の変形例
を説明する斜視図である。円柱状の中央陽極５２の周囲
に配置された円筒状の環状陽極１５１の上部には、４つ
の円弧状凹部１５１ａ〜１５１ｄが環状に形成されてお
り、これらには溶融したＣｕ等の金属Ｍ1が収容され
る。この場合も上記と同様に、４つの円弧状凹部１５１
ａ〜１５１ｄから溶融金属Ｍ1を蒸発させることによ
り、環状陽極１５１から基板ＷＡまでの距離が比較的近
い場合にも基板ＷＡ上には均一な膜厚分布の膜を形成す
ることができる。

【００３２】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、環状陽極５１と中央陽極５２を直結して単
一の切替スイッチでプラズマの流入を調節することがで
きる。この際、補助の中央陽極５２と切替スイッチとの
間に安定化抵抗を挿入したカップリングを行うこともで
きる。さらに、中央陽極５２を省略することもできる。

【００３３】

【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、ハースが膜材料を収容する環状凹
部からなる環状材料蒸発源を備えるので、膜材料が一定
の比較的均一な広がりを有する範囲から基板ホルダ上の
基板に供給されることになり、ハースから基板ホルダま
での距離が比較的近い場合にも基板上には均一な膜厚分
布の膜を形成することができる。つまり、簡易かつ小型
の成膜装置によって均一な厚さの膜を基板上に形成する
ことができる。ここで、環状材料蒸発源から出射した膜
材料は、ハースに導かれたプラズマ中を通過する際に活
性化され、基板上に結果的に形成される膜を良質なもの
とすることができる。なお、環状材料蒸発源に形成され
る環状凹部は、概ね環状になっておれば足り、複数の凹
部をほぼ連続的になるよう環状に配置したものであって
もよい。

【００３４】また、本発明の成膜方法によれば、環状材
料蒸発源にプラズマを導きつつ膜材料を蒸発させるの
で、膜材料が一定の均一な広がりを有する範囲から対向
して配置された基板に供給されることになり、環状材料
蒸発源から基板までの距離が比較的近い場合にも基板上
には均一な膜厚分布の膜を形成することができる。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【００３６】

【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の構造を説
明する図である。

【００３７】

【図２】第１実施形態に係る成膜装置の陽極部材の斜視
図である。

【００３８】

【図３】図１の成膜装置を構成する一部の電気回路の概
念図である。

【００３９】

【図４】図３の陽極部材の変形例の斜視図である。

【００４０】

【符号の説明】

１０ 真空容器 ３０ プラズマガン ４４ 環状永久磁石 ４５ 電磁石コイル ４７ ステアリングコイル ４８ ガン駆動装置 ５０ 陽極部材 ５１ 環状陽極 ５１ａ 環状凹部 ５２ 中央陽極 ５３ 永久磁石 ５４ コイル ５８ 陽極電源装置 ６０ 保持機構 ６１ 基板ホルダ ６２ 回転装置 １５１ 環状陽極 １５１ａ〜１５１ｄ 円弧状凹部 ＷＡ 基板

Claims (4)

【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、 膜材料を収容する環状凹部からなる環状材料蒸発源を備
   えるとともに、前記成膜室中に配置されて前記材料蒸発
   源に前記プラズマビームを導くハースと、 成膜対象である基板を前記成膜室中で前記環状材料蒸発
   源に対向するように配置する基板ホルダとを備える成膜
   装置。
2. 【請求項２】 前記ハースは、前記環状材料蒸発源の中
   央に膜材料を収容する中央材料蒸発源をさらに備えるこ
   とを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 【請求項３】 前記環状材料蒸発源の直下に環状に配置
   された磁石、又は磁石及びコイルからなり前記ハースの
   近接した上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備
   え、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及び２のいずれか記載の成
   膜装置。
4. 【請求項４】 膜材料を収容するとともに環状凹部から
   なる環状材料蒸発源にプラズマを導きつつ前記膜材料を
   蒸発させ、前記環状材料蒸発源に対向して配置された成
   膜対象である基板の表面に前記膜材料を付着させる成膜
   方法。