JP2006045632A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した成膜プロセスを実現することによって、高い効率で薄膜を形成することができる蒸着装置を提供する。
【解決手段】 基体保持手段（１３）と、基体保持手段（１３）に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源（２０）と、を備える蒸着装置１である。
蒸着源（２０）に対峙した基体保持手段（１３）の最大幅（ｄ）に対して、蒸着源（２０）のと基体保持手段（１３）の距離（ｈ）の比率が１未満である。
【選択図】 図１

Description

本発明は蒸着装置に係り、特に真空槽内で原料を加熱して生じた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置に関する。

薄膜、例えば光学薄膜を形成する技術として、イオンビームアシスト蒸着法（以下、「ＩＡＤ」という）や、イオンプレーティング法（以下、「ＩＰ」という）が知られている。

ＩＡＤは、イオン銃を用いてイオンを基体へ向けて照射しながら、真空槽の底面に配置された蒸着源から薄膜の原料物質を蒸発させ、この蒸発物を基板へ堆積させる蒸着方法である（例えば、特許文献１）。ＩＡＤでは、比較的高い圧力の真空状態でイオンを発生させて、このイオンを比較的低い圧力の成膜室に導き出しているため、成膜室を低い圧力に維持した状態で蒸着を行うことができる。

ＩＰは、例えば蒸着源と基板との間にプラズマを発生させる励起手段（高周波コイル）を設けて、この励起手段によってプラズマを発生させながら蒸着を行う（例えば、特許文献２）。ＩＰでは、低いエネルギーで高密度のイオンを利用して蒸着を行うことができる。

また、図９に示すように、ＩＡＤ，ＩＰいずれの場合でも、従来の蒸着装置では、成膜の効率化のために、蒸着源１２０から離れた位置に設置された円盤状（あるいはドーム状）の基体ホルダ１１３に、多数の基板Ｓを保持させて、これらの多数の基板Ｓに対して同時に膜形成を行うようにしているのが一般的である。このとき、蒸着源１２０から発生する蒸発物を、各基板Ｓに対して満遍なく堆積させる必要があるために、基体ホルダ１１３を回転させながら蒸着を行うとともに、基体ホルダ１１３と蒸着源１２０との距離をある程度離間させた状態で蒸着を行っていた。すなわち、従来の蒸着装置では、基体ホルダ１１３と蒸着源１２０との距離をｈ、基体ホルダ１１３の直径をｄとすると、ｈ／ｄの値が１以上となるような位置関係で、基体ホルダ１１３と蒸着源１２０が設けられていた。また、同じく蒸着源１２０から発生する蒸発物を各基板Ｓに対して満遍なく堆積させるために、基体ホルダ１１３を１０〜１００ｒｐｍの回転速度で回転させて、基板を公転させながら蒸着を行っていた。

特開２００３−１９７１１５号公報（第３−５頁、図２） 特開平１１−１０６８９９号公報（第３頁、図１）

しかしながら、上記従来のＩＡＤでは、照射するイオンのエネルギーが高く、またイオン密度を向上するために、複雑な構造をもつイオン銃に高い電力を投入しなくてはならず、さらに装置が故障しないようにメンテナンスを頻繁に行わなければならず、成膜の効率が低下する原因となるという問題があった。また、イオン銃と基体との距離が長いため、基体に対して高密度のイオンを照射して効率的な成膜を行うことが困難であるという問題があった。

また、上記従来のＩＰでは、プラズマを発生させる励起手段や真空槽の壁などに蒸発物が堆積し、励起手段でのプラズマ発生が不安定となって、再現性が悪くなるという問題があった。特に、蒸着源と基体が従来のように離れていると、真空槽に付着する蒸発物も多くなり、それだけ、真空槽内の環境が変化しやすくなり、プラズマが不安定になりやすいという問題があった。

また、蒸着源と基体が従来のように離れていると、真空槽内の環境が変化し易くなるばかりではなく、成膜の効率が減少するという問題があった。すなわち、蒸着源と基体の距離の２乗に逆比例して成膜の効率が低下してしまう。特に、プラズマを真空槽内で発生させるためには、ある程度高い圧力（例えば１０^−１Ｐａ〜１０Ｐａ程度）で蒸着を行う必要がある。しかし、真空槽内の圧力を高くすると、真空槽内の圧力増加に伴って、蒸発物質の平均自由行程が減少し、成膜の効率を必要なレベルに維持するのが困難であった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、安定した成膜プロセスを実現することによって、再現性よく、高い効率で薄膜を形成することができる蒸着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の蒸着装置は、真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、を備え、前記蒸着源に対峙した前記基体保持手段の最大幅（ｄ）に対して、前記蒸着源と前記基体保持手段の距離（ｈ）の比率が１未満であることを特徴とする。
また、請求項２に記載の蒸着装置は、真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、を備え、前記蒸着源に対峙した前記基体保持手段の最大幅（ｄ）に対して、前記蒸着源と前記基体保持手段の距離（ｈ）の比率が０．４以上０．６以下の範囲にあることを特徴とする。

このように、蒸着源に対峙した基体保持手段の最大幅（ｄ）に対して、蒸着源と基体保持手段の距離（ｈ）の比率が１未満、又は０．４以上０．６以下の範囲にある構成とすることで、膜厚の分布を良好にしながら、蒸着源と基体保持手段との距離を短くすることが可能となる。これにより、蒸発物質の平均自由行程が短い場合でも効率よく成膜を行うことが可能となる。

請求項３に記載の蒸着装置は、請求項１または請求項２に記載の蒸着装置において、前記基体保持手段は、回転可能に構成され、前記蒸着源に対峙した前記基体保持手段の最大幅（ｄ）に対して、前記基体保持手段の回転軸線から前記蒸着源までの距離（Ｒ）の比率が０．４以上０．５以下の範囲にあることを特徴とする。

このように、蒸着源に対峙した基体保持手段の最大幅（ｄ）に対して、基体保持手段の回転軸線から蒸着源までの距離（Ｒ）の比率が０．４以上０．５以下の範囲にある構成とすることで、膜厚分布をさらに良好に保ちながら、蒸着源と基体保持手段との距離を短くすることが可能となる。これにより、蒸発物質の平均自由行程が短い場合でも効率よく成膜を行うことが可能となる。

請求項４に記載の蒸着装置は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１つに記載の蒸着装置において、前記基体保持手段と前記蒸着源の間の領域でプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段をさらに備えたことを特徴とする。

このように、プラズマ発生手段をさらに備える構成とすることで、プラズマによる成膜の補助を効率的に行いながら蒸着を行なうことが可能となる。

請求項５に記載の蒸着装置は、請求項４に記載の蒸着装置において、前記プラズマ発生手段は、前記蒸着源よりも前記基体保持手段に近い位置に設けられていることを特徴とする。

このように、プラズマ発生手段が、蒸着源よりも基体保持手段に近い位置に設けられていることで、基板の近傍にプラズマを発生させることを可能にして、高い密度のプラズマによって蒸発物質の反応を促進する等の成膜の補助を効率的に行うことが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項６に記載の蒸着装置は、真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、前記基体保持手段と前記蒸着源の間の領域でプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、を備え、前記プラズマ発生手段は、前記蒸着源よりも前記基体保持手段に近い位置に設けられていることを特徴とする。

このように、プラズマ発生手段が、蒸着源よりも基体保持手段に近い位置に設けられていることで、基板の近傍にプラズマを発生させることを可能にして、高い密度のプラズマによって蒸発物質の反応を促進する等の成膜の補助を効率的に行うことが可能となる。

請求項７に記載の蒸着装置は、請求項６に記載の蒸着装置において、前記プラズマ発生手段は、前記真空槽内で蒸着による成膜を行う空間である膜形成室に誘導電界を発生させるための高周波アンテナを有し、該高周波アンテナは、前記膜形成室の外側に設けられていることを特徴とする。

このように、高周波アンテナが膜形成室の外側に設けられている構成とすることで、高周波アンテナに原料蒸発物が堆積してプラズマ発生が不安定となることを抑制することが可能となる。

請求項８に記載の蒸着装置は、請求項６又は請求項７に記載の蒸着装置において、前記プラズマ発生手段が複数設けられていることを特徴とする。

このように、プラズマ発生手段が複数設けられている構成とすることで、膜形成室に発生させるプラズマの分布を容易に調整することが可能となる。

請求項９に記載の蒸着装置は、請求項６又は請求項７に記載の蒸着装置において、前記基体保持手段は、回転可能に構成され、
前記プラズマ発生手段が前記基体保持手段の回転方向に沿って複数設けられていることを特徴とする。

このように、プラズマ発生手段が基体保持手段の回転方向に沿って複数設けられている構成とすることで、公転する基板に対するプラズマの分布を容易に調整することが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項１０に記載の蒸着装置は、真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、前記基体に向けてイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、を備え、前記イオンビーム照射手段は、前記蒸着源よりも前記基体保持手段に近い位置に設けられていることを特徴とする。

このように、イオンビーム照射手段が、蒸着源よりも基体保持手段に近い位置に設けられているため、低電力で高い密度のイオンを基板に向けて照射することが可能となり、これにより効率的な成膜が可能となる。

請求項１１に記載の蒸着装置は、請求項１０に記載の蒸着装置において、前記イオンビーム照射手段が複数設けられていることを特徴とする。

このように、イオンビーム照射手段が複数設けられている構成とすることで、基板に対して照射するイオンの分布を容易に調整することが可能となる。

請求項１２に記載の蒸着装置は、請求項１０に記載の蒸着装置において、前記基体保持手段は、回転可能に構成され、前記イオンビーム照射手段が前記基体保持手段の回転方向に沿って複数設けられていることを特徴とする。

このように、プラズマ発生手段が基体保持手段の回転方向に沿って複数設けられている構成とすることで、公転する基板に照射するイオンの分布を容易に調整することが可能となる。

以上のように、本発明の蒸着装置によれば、蒸着源と基体保持手段の相対位置を最適化することで、膜厚の分布を良好にしながら、蒸発物質の平均自由行程が短い場合でも効率よく成膜を行うことが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，部材の配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

図１，図２は、本実施形態の蒸着装置の概略構成を示す説明図である。図３は、本実施形態のプラズマ発生手段を説明する説明図である。図４，図５は、基体ホルダと蒸着源の相対位置と膜厚分布の関係を示すグラフである。

図１は、理解の容易のために一部断面をとった蒸着装置１の側面の説明図である。図２は、図１の線Ａ−Ａ線に沿って断面をとった蒸着装置１の説明図である。
図１，図２に示した本実施形態の蒸着装置１は、真空槽１１と、基板（不図示）を保持するための基体ホルダ１３と、膜厚補正板１５と、蒸着源２０と、高周波プラズマ発生手段３０Ａ,３０Ｂ,３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆとを有して構成されている。

なお、高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆは、本発明のプラズマ発生手段に相当する。基体ホルダ１３は、本発明の基体保持手段に相当する。基板は、本発明の基体に相当するものである。本発明の基体に相当するものは、本実施形態のように板状の基板に限らず、円柱状，円管状等の部材であってもよい。

真空槽１１は、公知の蒸着装置で通常用いられるようなステンレススチール製の容器であり、概ね中空の多角柱の形状をしている。真空槽１１はアースされている。真空槽１１の内部の空間は、蒸着による成膜を行う空間である膜形成室１１Ａとなっている。

真空槽１１には排気用の排気口１１ｇが設けられ、該排気口１１ｇを介して真空ポンプ（不図示）が接続されている。真空ポンプを作動させることで、膜形成室１１Ａを真空状態にすることができる。また、真空槽１１には、膜形成室１１Ａにガスを導入するためのガス導入管１２ｂが接続されている。

ガス導入管１２ｂには、ガスボンベ１２が接続され、ガスボンベ１２に収容されたガスを、ガスボンベ１２から膜形成室１１Ａに供給できるようになっている。ガスボンベ１２に収容するガスは特に限定されないが、形成する薄膜の構成元素等に応じて適宜都合のよいものを選ぶ。例えば、酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等の反応性ガスやアルゴンガスがガスボンベ１２に収容される。

ガスボンベを複数設置して、複数種類のガス（例えば酸素ガスとアルゴンガス）をガスボンベ１２から膜形成室１１Ａに供給できるようにすることもできる。ガスボンベ１２からのガスの流量はマスフローコントローラ１２ａで調整される。

また、真空槽１１には、後述の高周波プラズマ発生手段３０Ａ,３０Ｂ,３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆが設置される位置に開口が形成されている。本実施形態では、真空槽１１の側壁に、後述の回転軸線Ｚ（図１参照）を中心に等角度間隔で６つの開口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆが形成されている。

また、開口１１ａ〜１１ｆは、蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に形成されている。これらの開口１１ａ〜１１ｆは、石英ガラス等で形成された誘電体壁３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆで塞がれている。この誘電体壁３２Ａ〜３２Ｆによって真空槽１１の内外の空間（膜形成室１１Ａとその外部）を隔てて、真空槽１１内外の気密が保たれている。

基体ホルダ１３は、薄膜を形成させる基板を保持するためのものであり、本実施形態の基体ホルダ１３は、ほぼ円板の形状を有している。基体ホルダ１３は、膜形成室１１Ａ内の上方位置に設けられている。基体ホルダ１３には複数の開口が設けられている。そして、該開口から真空槽１１の底面を臨むように、基板が基体ホルダに載置され、真空槽１１の底面に配置された蒸着源２０と、基板とが対向するようになっている。なお、基板は、ボルトや固定フランジ、板バネ等の固定具を用いて基体ホルダ１３に固定される。

また、基体ホルダ１３は、回転支持枠１７ａによって、真空槽１１内で回転可能に支持される。回転支持枠１７ａにはモーター１７が接続されている。モーター１７の回転駆動力は、回転支持枠１７ａを介して基体ホルダ１３に伝達され、基体ホルダ１３が回転する。基体ホルダ１３がモーター１７で回転させられることで、基体ホルダ１３に保持された基板が、蒸着源２０に対向した状態で回転軸線Ｚを中心に回転する。

膜厚補正板１５は、真空槽１１の内壁面に立設されている。膜厚補正板１５は、板状の部材である。この膜厚補正板１５は、後述の蒸着源２０から発生する原料蒸発物が、基体ホルダ１３に配置される基板に均一に、又は所望の分布で到達するようにするためのものであり、基体ホルダ１３と蒸着源２０との間に位置するように設置されている。膜厚補正板１５の形状は、基板の配置や、蒸着源２０と基体ホルダ１３との相対的な位置や、形成させようとする薄膜の膜厚分布等に応じて種々の形状が採用される。

蒸着源２０は、真空槽１１の底面に設けられている。本実施形態の蒸着源２０は、電子ビーム蒸着源であり、薄膜の原料を保持する坩堝２１と、坩堝２１に充填された原料に照射する電子ビームを発生させるための電子銃２２とを備えている。坩堝２１には、水冷可能に配管が施されている。坩堝２１に充填された蒸着原料に電子ビームを照射することにより、蒸着原料を蒸発させるように構成されている。

電子銃２２には電子銃電源２３が接続されている。電子銃電源２３によって電子銃２２に電力を供給することで、電子銃２２から電子ビームを発生させて、この電子ビームによって、坩堝２１内の蒸着原料が加熱される。加熱された蒸着原料の蒸発物である原料蒸発物は、膜形成室１１Ａに拡散し、その一部が基体ホルダ１３に保持された基板に付着して薄膜を形成する。

なお、蒸着源として、抵抗過熱蒸発源や、高周波加熱蒸発源を用いたり、レーザービームを用いた蒸着源を用いたりすることもできる。抵抗過熱蒸発源は、蒸着原料が充填されたヒータやボードに通電することで発生する電熱を利用して蒸着原料の蒸発を行う蒸着源である。高周波加熱蒸発源は、アルミナ等の坩堝に充填した蒸着原料を高周波コイルによる高周波誘導で加熱して蒸着原料の蒸発を行う蒸着源である。

高周波プラズマ発生手段３０Ａ,３０Ｂ,３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆは、膜形成室１１Ａにプラズマを発生させるために設けられるものであり、開口１１ａ〜１１ｆに対応して、基体ホルダ１３の回転方向に沿って、蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に設けられている。
本実施形態の高周波プラズマ発生手段３０Ａは、高周波アンテナ３１Ａと、誘電体壁３２Ａと、固定枠３３Ａと、アンテナ支持具３４Ａを有して構成されている。

誘電体壁３２Ａは、真空槽１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備えている。誘電体壁３２Ａは、板状の誘電体で形成されているものであり、本実施形態では石英で形成されている。なお、誘電体壁３２Ａは、石英ではなくＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックス材料で形成されたものでもよい。

固定枠３３Ａを真空槽１１にボルト止めすることによって、誘電体壁３２Ａは、固定枠３３Ａと真空槽１１に挟持されている。これにより誘電体壁３２Ａは、真空槽１１の開口１１ａを塞いだ状態で固定されている。すなわち、誘電体壁３２Ａは、開口１１ａを介して膜形成室１１Ａに臨んで設けられている。

図３に示すように、高周波アンテナ３１Ａは、環状に形成されたものである。本実施形態では、高周波アンテナ３１Ａは一重の環状に形成されているが、平面状で渦をなすように多重の環状に形成してもよい。高周波アンテナ３１Ａは、アンテナ支持具３４Ａによって固定枠３３Ａに支持されている。本実施形態のアンテナ支持具３４Ａは、高周波アンテナ３１Ａを嵌合する形状を備える。高周波アンテナ３１Ａは、このアンテナ支持具３４Ａに嵌合されて支持されている。

この高周波アンテナ３１Ａが嵌合されたアンテナ支持具３４Ａを、ボルトで固定枠３３Ａに取り付けることで、高周波アンテナ３１Ａが固定枠３３Ａに支持されている。なお、高周波アンテナ３１Ａとアンテナ支持具３４Ａとを絶縁するために、少なくとも、高周波アンテナ３１Ａとアンテナ支持具３４Ａとの接触面が絶縁材で形成されている。このようにして、高周波アンテナ３１Ａは、膜形成室１１Ａの外側に設けられている。

高周波アンテナ３１Ａは、マッチング回路３６Ａを介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源３５Ａに接続されている。マッチング回路３６Ａは、可変コンデンサ３６Ａ−ａ，３６Ａ−ｂと、マッチング用コイル３６Ａ−ｃとを備えている。高周波アンテナ３１Ａは、高周波電源３５Ａから電力の供給を受けて、膜形成室１１Ａに誘導電界を発生させ、プラズマを発生させるためのものである。

本実施形態の高周波アンテナ３１Ａは、銅で形成された管状の本体部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。高周波アンテナ３１Ａのインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料で高周波アンテナ３１Ａを形成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性を利用して、高周波アンテナ３１Ａの本体部を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で管状に形成し、高周波アンテナ３１Ａの表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆している。このように構成することで、高周波アンテナ３１Ａのインピーダンスを低減して、高周波アンテナ３１Ａに電流を効率よく流して、プラズマを発生させる効率を高めている。

高周波プラズマ発生手段３０Ｂ,３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆも、高周波プラズマ発生手段３０Ａと同様の構成を備え、膜形成室１１Ａにプラズマを発生させる。すなわち、高周波プラズマ発生手段３０Ｂ,３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆは、それぞれ高周波アンテナ３１Ｂ,３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆと、誘電体壁３２Ｂ,３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆと、固定枠（図示せず）と、アンテナ支持具３４Ｂ,３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆを有して構成されている。そして、高周波アンテナ３１Ｂ〜３１Ｆは、膜形成室１１Ａの外側に設けられ、マッチング回路３６Ｂ,３６Ｃ，３６Ｄ，３６Ｅ，３６Ｆを介して高周波電源３５Ｂ,３５Ｃ，３５Ｄ，３５Ｅ，３５Ｆと接続されている。

以上のように、本実施形態では、回転軸線Ｚを中心にして等角度間隔で６つの開口１１ａ〜１１ｆを形成し、これらに対応して複数の高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆが、基体ホルダ１３の回転方向に沿って設けられている。そして、高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆに高周波電源３５Ａ〜３５Ｆが接続されている。このため、高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆに供給する電力を独立に制御して、膜形成室１１Ａに発生させるプラズマの分布を調整し易くしている。

また、本実施形態では、各高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆの形状を調整することでも、発生させるプラズマの分布を調整することが可能である。特に、本実施形態では、基体ホルダ１３の回転方向に沿って高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆが設けられているため、公転する各基板に対するプラズマの分布を容易に調整することができる。

また、プラズマを発生させるために高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆを膜形成室１１Ａの外側に設けてしているため、高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆに原料蒸発物が堆積してプラズマ発生が不安定となることを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、開口１１ａ〜１１ｆが蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に形成され、高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆ（高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆ、誘電体壁３２Ａ〜３２Ｆ）を、蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に設けることで、蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い領域にプラズマを発生させる構成にしている。これにより、基体ホルダ１３、すなわち基板の近傍にプラズマを発生させることを可能にして、高い密度のプラズマ（電子，イオン，ラジカル等）によって成膜の補助を効率的に行うことができる。

ところで、一般に、原料蒸発物の平均自由行程を考慮すると、膜形成室１１Ａの圧力はできるだけ低い方が好ましい。一方で、本実施形態のように、基板の近傍に高い密度のプラズマ（電子，イオン，ラジカル等）を発生させるためには、基板近傍の圧力をプラズマが発生可能な圧力（例えば１０^−１Ｐａ〜１０Ｐａ程度）に維持することが求められる。

そこで、このように基板近傍の圧力を高くしたことによって原料蒸発物の平均自由行程が減少しても、効率よく成膜できるように、本実施形態では、基体ホルダ１３と蒸着源２０との相対位置を定めている。すなわち、基体ホルダ１３と蒸着源２０との距離を短くすることで、原料蒸発物の平均自由行程が減少しても、成膜の効率が低下し過ぎないようにしている。

本実施形態では、蒸着源２０に対峙した基体ホルダ１３の最大幅ｄ（基体ホルダ１３の直径ｄ）に対して、蒸着源２０と基体ホルダ１３の距離ｈの比率が１未満となるように、基体ホルダ１３と蒸着源２０との距離を短くしている。このとき、形成する薄膜の膜厚分布を考慮して、基体ホルダ１３と蒸着源２０の相対位置を、以下のように定めている。これを、図１，図４，図５を用いて説明する。

図１に示したように、（ａ）原料蒸発物が蒸着源２０の点Ｐから発生すると仮定し、（ｂ）蒸着源２０の原料蒸発物が蒸発する点から距離ｈにある回転面内で、蒸着源２０の原料蒸発物が蒸発する点から距離Ｒにある回転軸線Ｚを中心に基体ホルダ１３が回転する場合を考える。このとき、基体ホルダ１３の回転面内で回転軸線Ｚから距離ｘの位置に形成される薄膜の膜厚は、次の（式１）で近似される。

上記（式１）において、ｈ，Ｒ，ｘ，ｔ_ｘ，ｔ_０は、次のように定義づけられている。
ｈ：基体ホルダ１３の回転面と蒸着源２０（蒸着原料の上表面（点Ｐ））までの距離
Ｒ：回転軸線Ｚから蒸着源２０（坩堝２１の中心（点Ｐ））までの距離
ｘ：基体ホルダ１３上（回転面内）で、回転軸線Ｚを基準とした薄膜が形成される位置
ｔ_ｘ：基体ホルダ１３上（回転面内）で、回転軸線Ｚを基準とした位置ｘにおいて形成される薄膜の膜厚
ｔ_０：基体ホルダ１３上（回転面内）で、回転軸線Ｚを基準とした位置０において形成される薄膜の膜厚

本実施形態では、上記（式１）に基づいて、基体ホルダ１３と蒸着源２０の相対位置を決定している。

図４，５は、上記（式１）に基づく計算により、基体ホルダ１３と蒸着源２０の相対位置と、膜厚分布の関係を示したグラフである。図４，５の縦軸は、ｔ_０に対するｔ_ｘの比率（相対膜厚ｔ_ｘ／ｔ_０）である。図４，５の横軸は、ｈに対するｘの比率（ｘ／ｈ）である。

図４は、Ｒ＝０．４ｄとした場合における上記（式１）に基づく計算結果である。なお、ｄは基体ホルダ１３の直径、すなわち、蒸着源２０に対峙した基体ホルダ１３の最大幅である。図４では、参考のために、Ｒ＝０．２５ｄ、ｈ＝１ｄとした場合の値も示している。

図４では、膜厚分布のｈ依存性を示している。本例では、ｈ＝０．３ｄ、ｈ＝０．４ｄ、ｈ＝０．４５ｄ、ｈ＝０．５ｄ、ｈ＝０．６ｄ、ｈ＝１ｄとした場合の計算結果を示している。

図４の結果から、ｈの値を０．４以上０．６以下の範囲に設定することで、さらに好ましくはｈの値を０．４５以上０．５以下の範囲に設定することで、基体ホルダ１３と蒸着源２０との距離ｈを短くしても、比較的良好な（相対膜厚が０．８程度〜１．２程度の範囲に収まる）膜厚分布を得ることが可能であると判る。

図５は、ｈ＝０．５とした場合における上記（式１）に基づく計算結果である。図５では、膜厚分布のＲ依存性を示している。本例では、Ｒ＝０．０５ｄ、Ｒ＝０．１ｄ、Ｒ＝０．２５ｄ、Ｒ＝０．３ｄ、Ｒ＝０．３７５ｄ、Ｒ＝０．４ｄ、Ｒ＝０．４５ｄ、Ｒ＝０．４７５ｄ、Ｒ＝０．５ｄとした場合の計算結果を示している。

図５の結果から、ｈの値を０．５に設定することで、基体ホルダ１３と蒸着源２０との距離を短くしても、Ｒの値を０．４以上０．５以下の範囲に設定することで、より好ましくはＲの値を０．４以上０．４５以下の範囲に設定することで、比較的良好な（相対膜厚が０．８程度〜１．２程度の範囲に収まる）膜厚分布を得ることが可能であると判る。なお、Ｒの値を０．５に近づけすぎると、蒸着源２０が真空槽１１内で端により過ぎるため、蒸着装置１への実際の配置を考えると、０．４とするのが好ましい。

以上、図４，図５の結果から、ｈの値を０．４以上０．６以下の範囲に設定することで、膜厚分布を良好に保ちながら、効率よく成膜することが可能であるといえる。このとき、Ｒの値を０．４以上０．５以下の範囲に設定すると好適である。さらに好ましくは、ｈの値を０．４５以上０．５以下の範囲に設定し、Ｒの値を０．４以上０．４５以下の範囲に設定するとよい。

以下に、上述の本実施形態の蒸着装置１を用いて、蒸着により薄膜を形成する方法について説明する。

まず、坩堝２１に蒸着原料を充填する。次いで、基体ホルダ１３に基板を保持させて、真空槽１１内に配置する。この状態で、真空槽１１内を所定の圧力まで減圧する。例えば、約１×１０^−３Ｐａ以下に調整する。基体ホルダ１３を、モーターによって、所定の回転速度で回転させ、基板を公転させる。基体ホルダ１３の回転速度は、基体ホルダ１３に保持された各基板に満遍無く薄膜を形成するように、設定される。例えば、５０ｒｐｍ以上の回転速度で基体ホルダ１３を回転させる。

膜形成室１１Ａが所定の圧力で安定したら、マスフローコントローラ１２ａを制御して、ガスボンベ１２から、所定流量で必要なガスを膜形成室１１Ａに導入する。例えば、約５０ｃｍ^３/ｍｉｎで、酸素ガスを膜形成室１１Ａに導入する。勿論、必要なければ、ガスボンベ１２からのガス導入を行わなくてもよいし、他のガスを導入するようにすることもできる。

続いて、高周波電源３５Ａ〜３５Ｆから高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆに電力を供給して、膜形成室１１Ａにプラズマを発生させる。このとき、高周波電源３５Ａ〜３５Ｆから供給する電力を調整することで、膜形成室１１Ａに発生させるプラズマの分布を調整し、所望の分布でプラズマを発生させる。また、電子銃電源２３によって電子銃２２に対する電力供給を開始して、蒸着を行う。

本実施形態では、蒸着原料の蒸発物である原料蒸発物は、膜形成室１１Ａに拡散し、その一部が高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆで発生させたプラズマ状態の領域を通過し、基板に付着する。基板に付着した原料蒸発物に対しては、プラズマから供給される電子，イオン，ラジカル等が接触し、膜形成が促進される。本実施形態では、基板の近傍に高い密度のプラズマを発生させることが可能であるため、プラズマによる成膜の補助を効率的に行いながら蒸着を行うことができる。

また、本実施形態では、ｈ/ｄを１よりも小さい範囲に設定すること、さらに好ましくはｈ/ｄを０．４以上０．６以下の範囲に設定することで、膜厚分布を良好に保ちながら、効率よく成膜することが可能となっている。すなわち、本実施形態の蒸着装置１によれば、基板近傍にプラズマを発生させるために基板近傍の圧力が高くなっていても、成膜の効率が低下し過ぎないようにするとともに、蒸着源２０から発生する蒸発物を各基板に対して満遍なく成膜を行うことができる。

また、Ｒ/ｄを０．４以上０．５以下の範囲に設定すること、さらに好ましくはＲ/ｄを０．４以上０．４５以下の範囲に設定することで、蒸着源２０から発生する蒸発物を各基板に対して満遍なく成膜を行うことができる。さらに、基体ホルダ１３を、従来よりも速い５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させることで、蒸着源２０から発生する蒸発物を各基板に対して満遍なく堆積させることも可能である。

以上に説明した実施形態は、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）のように、改変することもできる。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一部材は同一の符号を用いて示しており、その説明は上記と同様であるので省略する。

（ａ） 上記の実施形態では、高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆは一重の環状に形成されていたが、高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆの何れか、または総てを図６に示すように改変することもできる。
図６は、他の実施形態のプラズマ発生手段を説明する説明図である。本実施形態では、上記の実施形態における高周波アンテナ３１Ａの代わりに、高周波アンテナ１３１を用いている。

高周波アンテナ１３１は、アンテナ１３１ａとアンテナ１３１ｂを備えて構成されている。アンテナ１３１ａ及びアンテナ１３１ｂは、それぞれ環状に形成されている。なお、アンテナ１３１ａ及びアンテナ１３１ｂは、平面上で渦を成した形状とすることもできる。アンテナ１３１ａとアンテナ１３１ｂは、環状を形成する面が膜形成室１１Ａを向いた状態で誘電体壁３２Ａに隣接して設置される。言い換えれば、アンテナ１３１ａ及びアンテナ１３１ｂは、アンテナ１３１ａ及びアンテナ１３１ｂの環状を形成する面が板状の誘電体壁３２Ａの壁面に対向した状態で、アンテナ１３１ａ及びアンテナ１３１ｂが隣り合って設置されている。

アンテナ１３１ａとアンテナ１３１ｂは、高周波電源３５Ａに対して並列に接続されている。アンテナ１３１ａ，１３１ｂは、マッチング回路１３６を介して高周波電源３５Ａに接続されている。マッチング回路１３６には、図４に示すように、可変コンデンサ１３６ａ，１３６ｂが設けられている。

本実施形態では、アンテナ１３１ａに対してアンテナ１３１ｂが並列に接続されているため、上記の実施形態におけるマッチング回路３６Ａで、マッチング用コイル３６Ａ−ｃが果たす役目の全部又は一部を、アンテナ１３１ｂが果たす。したがって、マッチングボックス内での電力損失を軽減し、高周波電源３５Ａから供給される電力をアンテナ１３１ａ，１３１ｂでプラズマの発生に有効に活用することができる。また、インピーダンスマッチングもとりやすくなる。

また、本実施形態では、アンテナ１３１ａをアンテナ支持具１３４ａで、アンテナ１３１ｂをアンテナ支持具１３４ｂで支持する構成としている。アンテナ支持具１３４ａ，１３４ｂは、それぞれ上記の実施形態におけるアンテナ支持具３４Ａに相当するもので、アンテナ支持具１３４ａはアンテナ１３１ｂを嵌合する形状を備え、アンテナ支持具１３４ｂはアンテナ支持具１３４ｂを嵌合する形状を備え、アンテナ支持具１３４ａ，１３４ｂには、アンテナ１３１ａ，１３１ｂが嵌合されている。

そして、固定枠３３Ａに対するアンテナ支持具１３４ａ，１３４ｂそれぞれの固定位置を上下にずらすことで、アンテナ１３１ａとアンテナ１３１ｂとの間隔Ｄを調整できるようになっている。本実施形態では、このように、アンテナ１３１ａとアンテナ１３１ｂとの間隔Ｄを調整することで、膜形成室１１Ａに発生させるプラズマの分布を調整可能にしている。

（ｂ） 上記の実施形態では、複数の高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆによってプラズマを発生させていたが、複数の高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆの一部、または総ての代わりに、イオンビーム照射手段を設け、イオンビーム照射手段からイオンビームを基体へ向けて照射しながら成膜を行うこともできる。

イオンビームを照射するイオンビーム照射手段としては、直流型，高周波型，マイクロ波型といった各種のイオン源を用いることができる。このようにイオンビーム照射手段を用いて成膜を行うことで、上述の高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆを用いた成膜に比べて、高いエネルギーをもつイオンの補助を行いながら蒸着を行うことができる。

図７は、イオンビーム照射手段を用いた蒸着装置１の説明図である。図８は、イオンビーム照射手段の一例を説明する説明図である。

図７に示すように、本実施形態では、上述の実施形態における高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆの代わりに、複数のイオンビーム照射手段として、イオンビーム発生源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆを設けている（このうち、イオンビーム発生源５０Ａ，５０Ｄのみを図示する）。

上記の実施形態の高周波プラズマ発生手段３０Ａ〜３０Ｆと同様に、イオンビーム発生源５０Ａ〜５０Ｆは、開口１１ａ〜１１ｆに対応して、基体ホルダ１３の回転方向に沿って、蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に設けられている。なお、本実施形態では、イオンビーム照射手段を複数設置している例を示すが、イオンビーム照射手段は１つとすることもできる。

図８に示すように、本例のイオンビーム発生源５０Ａ（イオンビーム発生源５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆも同様の構成である）は、放電を行うための放電手段５１と、イオン照射口５２ａを有し放電によって生成されるプラズマを保持する放電室を形成する有底筒状の放電管５２と、放電管５２のイオン照射口５２ａを覆ってプラズマからイオンビームを引出すための引出電極５３とを備えている。

放電手段５１は、放電管５２の側面の外側に巻回されているコイルアンテナである。また放電管５２は石英で形成されている。放電管５２の側面の外側には、引出電極５３側と、引出電極５３の逆側とのそれぞれに、磁場発生手段５４ａ，５４ｂが一つずつ配置されている。磁場発生手段５４ａ，５４ｂは、電磁コイルである。

放電管５２の底面略中央には、ガス導入口５５が固定されている。このガス導入口５５はガスボンベ１２から放電管５２内にガスを導入するものであり、ガスを噴出させる先端が放電管５２内に位置している。引出電極５３は、第一電極５３ａ，第二電極５３ｂ，第三電極５３ｃから構成されている。

第一電極５３ａには加速電源の正極端子が接続されており、正の電圧が印加される。第二電極５３ｂにはサプレッサ電源の負極端子が接続されており、負の電圧が印加される。第三電極５３ｃは、アースされたステンレス製のイオン源ボディ５６に直接固定されている。放電手段５１は、ＲＦ電源に接続されている。ＲＦ電源から放電手段５１に高周波電流が流れると誘導起電力が生じ、誘導結合方式のＲＦ放電によって放電管５２内に、ガスボンベ１２から導入されたガスのプラズマが発生する。

上記構成のイオンビーム発生源５０Ａは、真空槽１１の開口１１ａを塞ぐ位置に、イオン照射口５２ａを基体ホルダ１３に保持された基板へ向けて設けられ、引出電極５３から引き出されたイオンビームを基板へ向けて照射する。

なお、イオンビーム発生源５０Ａに導入するガスは、上記の実施形態と同様に、形成する薄膜の構成元素等に応じて適宜都合のよいものを選ぶ。反応性ガス等のイオンを基板に形成する薄膜に照射することで、イオンビームの運動エネルギーを薄膜に与えて、緻密な薄膜を形成することが可能となる。

本実施形態では、複数のイオンビーム発生源５０Ａ〜５０Ｆが、基体ホルダ１３の回転方向に沿って設けられている。このため、放電手段５１に供給する電力を独立に制御して、基板に対して照射するイオンの分布を調整し易くしている。特に、本実施形態では、基体ホルダ１３の回転方向に沿ってイオンビーム発生源５０Ａ〜５０Ｆが設けられているため、公転する各基板に照射するイオンの分布を調整するのが容易となっている。

さらに、本実施形態では、開口１１ａ〜１１ｆが蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に形成され、イオンビーム発生源５０Ａ〜５０Ｆを、蒸着源２０よりも基体ホルダ１３に近い位置に設けている。これにより、従来よりも低電力で高い密度のイオンを基板に向けて照射することが可能となっている。

（ｃ） 上記実施形態では、真空槽１１の外に高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆを配置していたが、高周波アンテナ３１Ａ〜３１Ｆの代わりに、真空槽１１内に高周波アンテナを設けることもできる。
また、上記の実施形態のプラズマ発生手段は、高周波を用いてプラズマを発生させるものであったが、プラズマ発生手段としては、直流方式によってプラズマを発生させるものを用いることもできる。例えば、プラズマ発生手段として、アーク放電を行うための電極を真空槽１１内に設けて、この電極に直流電源から電圧を印加して、真空槽１１内にプラズマを発生させることもできる。

本実施形態の蒸着装置の概略構成を示す説明図である。 本実施形態の蒸着装置の概略構成を示す説明図である。 本実施形態のプラズマ発生手段を説明する説明図である。 基体ホルダと蒸着源の相対位置と膜厚分布の関係を示すグラフである。 基体ホルダと蒸着源の相対位置と膜厚分布の関係を示すグラフである。 他の実施形態のプラズマ発生手段を説明する説明図である。 イオンビーム照射手段を用いた蒸着装置の説明図である。 イオンビーム照射手段の一例を説明する説明図である。 従来の蒸着装置を説明する説明図である。

符号の説明

１ 蒸着装置
１１ 真空槽
１１Ａ 膜形成室
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ 開口
１１ｇ 排気口
１２ ガスボンベ
１２ｂ ガス導入管
１２ａ マスフローコントローラ
１３ 基体ホルダ
１５ 膜厚補正板
１７ モーター
１７ａ 回転支持枠
２０ 蒸着源
２１ 坩堝
２２ 電子銃
２３ 電子銃電源
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ 高周波プラズマ発生手段
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ 高周波アンテナ
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ 誘電体壁
３３Ａ 固定枠
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆ アンテナ支持具
３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３５Ｅ，３５Ｆ 高周波電源
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ，３６Ｅ，３６Ｆ マッチング回路
３６Ａ−ａ，３６Ａ−ｂ 可変コンデンサ
３６Ａ−ｃ マッチング用コイル
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ イオンビーム発生源
５１ 放電手段
５２ 放電管
５２ａ イオン照射口
５３ 引出電極
５３ａ 第一電極
５３ｂ 第二電極
５３ｃ 第三電極
５４ａ，５４ｂ 磁場発生手段
５５ ガス導入口
５６ イオン源ボディ
１１３ 基体ホルダ
１２０ 蒸着源
１３１ 高周波アンテナ
１３１ａ，１３１ｂ アンテナ
１３４ａ，１３４ｂ アンテナ支持具
１３６ マッチング回路
１３６ａ，１３６ｂ 可変コンデンサ
Ｓ 基板
Ｚ 回転軸線

Claims (12)

1. 真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、
   前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、
   該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、を備え、
   前記蒸着源に対峙した前記基体保持手段の最大幅に対して、前記蒸着源と前記基体保持手段の距離の比率が１未満であることを特徴とする蒸着装置。
2. 真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、
   前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、
   該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、を備え、
   前記蒸着源に対峙した前記基体保持手段の最大幅に対して、前記蒸着源と前記基体保持手段の距離の比率が０．４以上０．６以下の範囲にあることを特徴とする蒸着装置。
3. 前記基体保持手段は、回転可能に構成され、
   前記蒸着源に対峙した前記基体保持手段の最大幅に対して、前記基体保持手段の回転軸線から前記蒸着源までの距離の比率が０．４以上０．５以下の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着装置。
4. 前記基体保持手段と前記蒸着源の間の領域でプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１つに記載の蒸着装置。
5. 前記プラズマ発生手段は、前記蒸着源よりも前記基体保持手段に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の蒸着装置。
6. 真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、
   前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、
   該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、
   前記基体保持手段と前記蒸着源の間の領域でプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、を備え、
   前記プラズマ発生手段は、前記蒸着源よりも前記基体保持手段に近い位置に設けられていることを特徴とする蒸着装置。
7. 前記プラズマ発生手段は、前記真空槽内で蒸着による成膜を行う空間である膜形成室に誘導電界を発生させるための高周波アンテナを有し、
   該高周波アンテナは、前記膜形成室の外側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の蒸着装置。
8. 前記プラズマ発生手段が複数設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蒸着装置。
9. 前記基体保持手段は、回転可能に構成され、
   前記プラズマ発生手段が前記基体保持手段の回転方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蒸着装置。
10. 真空槽内で原料を加熱して発生させた原料蒸発物を基体に付着させて薄膜を形成させる蒸着装置において、
    前記真空槽内に配置されて前記基体を保持するための基体保持手段と、
    該基体保持手段に対向して設けられて原料蒸発物を発生させる蒸着源と、
    前記基体に向けてイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、を備え、
    前記イオンビーム照射手段は、前記蒸着源よりも前記基体保持手段に近い位置に設けられていることを特徴とする蒸着装置。
11. 前記イオンビーム照射手段が複数設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
12. 前記基体保持手段は、回転可能に構成され、
    前記イオンビーム照射手段が前記基体保持手段の回転方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。

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