JP2008202143A

JP2008202143A - 薄膜の成膜装置

Info

Publication number: JP2008202143A
Application number: JP2008011079A
Authority: JP
Inventors: Hodo Suzuki; 奉努鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: JP5119943B2

Abstract

【課題】従来より低コスト、小型で、筒状治具を自転させながら蒸着原料の周りを公転させつつ移動させる装置が必要なく、また試料の一部分に成膜の不要な箇所がある場合にその箇所にマスキング等が不要な、膜厚の均一性が高い薄膜を成膜する薄膜の成膜装置を提供すること。
【解決手段】真空の炉体２内でターゲット８（蒸着原料）をプラズマ化させ、試料４の表面に膜を形成する薄膜の成膜装置１で、試料４の表面に窒素ガス（不活性ガス）を供給するガス供給装置６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明に関する従来技術として、特許文献１に記載の物理蒸着膜装置がある。従来技術では、複数の試料を複数の空隙が形成されているとともに両端が開口している筒状治具の外周部に放射状に取り付けＰＶＤ膜（物理蒸着膜）形成処理を行うものである。この筒状治具を自転させながらターゲット（蒸着原料）の周りを公転させつつ移動させることで、試料の表面に膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜（物理蒸着膜）を形成することができる。
特開平９−１５７８４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、筒状治具を自転させながらターゲットの周りを公転させつつ移動させることが必要であり、装置の大型化及びコスト高を招来する問題がある。また、膜厚の均一なＰＶＤ膜（物理蒸着膜）を形成するには、隣接するターゲットとの間に空隙を形成する必要があり、これも装置の大型化の要因になる。また試料の一部分に成膜の不要な箇所があると、その箇所にマスキングしてＰＶＤ膜（物理蒸着膜）の成膜を妨げる必要があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来の装置より低コスト、小型で、筒状治具を自転させながらターゲット（蒸着原料）の周りを公転させつつ移動させる装置が必要なく、また試料の一部分に成膜の不要な箇所がある場合にその箇所にマスキングが不要な、膜厚の均一性の高い薄膜を形成する薄膜の成膜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、請求項１に記載の発明は、真空中の炉体内で蒸着原料をプラズマ化させて試料の表面に薄膜を成膜する装置で、試料の表面に不活性ガスを供給するガス供給装置を備える構成である。

また、請求項２に記載の発明は、ガス供給装置は、複数のガス供給パイプを備え、ガス供給パイプにより試料の任意の表面に不活性ガスを供給する構成である。

また、請求項３に記載の発明は、ガス供給パイプは、試料に供給するガスの供給量が夫々異なり、試料に供給するガスの供給量は蒸着原料の供給位置側が多い構成である。

また、請求項４に記載の発明は、ガス供給装置は、ガス流路が形成されたフランジを備え、ガス流路が形成されたフランジから試料の任意の位置に不活性ガスを供給する構成である。

また、請求項５に記載の発明は、フランジから試料に供給されるガスの供給量は、蒸着原料の供給位置側が多い構成である。

請求項１に記載の発明では、薄膜の膜厚が厚く形成される部分の試料表面に不活性ガスを供給する。蒸着原料の供給位置側に近い部分ほど膜が厚く形成され、蒸着原料の供給位置側から遠い部分ほど膜が薄く形成され膜厚が不均一になる。この課題を解決する為に蒸着原料の供給位置側に近い部分の試料表面に不活性ガスを供給して、成膜を妨げて、膜厚の均一性が高い薄膜を形成することを可能にする。本発明では、従来の装置のように筒状治具を自転させながら蒸着原料の周りを公転させつつ移動させる装置が必要ないため、従来の装置と比べて低コストである。また、隣接する蒸着原料の間に膜厚を均一にするための空隙を設ける必要がないため、装置の小型化が可能になる。

また、請求項２に記載の発明では、ガス供給装置は複数のガス供給パイプを備え、ガス供給パイプにより試料の任意の位置に不活性ガスが供給可能なため、試料の一部分に成膜の不要な箇所がある場合、その箇所に不活性ガスを供給することでマスキングが不要になる。

また、請求項３に記載の発明では、膜厚が厚く形成される蒸着原料の供給位置側のガスの供給量を多くすることで、膜厚の均一性が高い薄膜を成膜できる。

また、請求項４に記載の発明では、ガス流路を備えたフランジから試料の任意の表面に不活性ガスを供給するため、試料の一部分に成膜の不要な箇所がある場合、その箇所に不活性ガスを供給することでマスキングが不要になる。また、複数のガス供給パイプを備える必要がないため、ガス供給パイプの炉体内の取り回しが容易になる。

また、請求項５に記載の発明では、膜厚が厚く形成される蒸着原料の供給位置側のガスの供給量を多くすることで、膜厚の均一性が高い薄膜を成膜できる。

以下、本発明の薄膜の成膜装置を図１〜１１に基づいて詳述する。

図１は、本発明の第一実施形態である薄膜の成膜装置１の透過図である。薄膜の成膜装置１は物理蒸着膜（ＰＶＤ膜）を成膜するもので、炉体２の内部には軸３に取り付けられた試料４と、試料４の上部に設けたフランジ５と、フランジと接続して試料４の表面に窒素ガス（不活性ガス）を供給するガス供給装置６と、炉の内面に設けたターゲット８（蒸着原料）と、を備える。

薄膜の成膜装置１は、炉体２の内部を真空ポンプ７で真空にし、ターゲット８をプラズマ化させて、離れた位置に置かれた試料４の表面に蒸着させ、ＰＶＤ膜９（物理蒸着膜）（図４）を形成する。ターゲット８は、アルミニウム、亜鉛、金、銀、プラチナ、ニッケルなどの金属類の他、半導体や樹脂も使用可能である。炉体２内を真空にする理由は、蒸着原料を安定してプラズマ化させること、プラズマ化した蒸着原料が試料４に達する前に、炉体２内の残存気体分子に衝突したり、化学反応することを防ぐためである。

図２は、本発明の第一実施形態である薄膜の成膜装置１の部分断面の模式図である。フランジ５は、ガス供給装置６の複数のガス供給パイプ１０と接続する。ガス供給パイプ１０は、フランジ５の円周方向に接続して、試料４の表面に窒素ガスを供給する。試料４の表面への窒素ガスの供給は、ターゲット８を備える炉体２の内面側に多く供給される。

図３は、平均自由行程と炉体２内圧力の関係を示したものである。圧力が高い場合、つまり炉内のプラズマ密度が高い場合は、衝突までの距離は短くなり、平均自由行程は短くなる。通常ＰＶＤ膜を形成するには平均自由行程が１０〜１０００ｍｍになるように炉体内圧力を調整する必要がある。窒素ガスを試料４の表面に供給すると、プラズマ化した蒸着原料が試料４に達する前に、窒素ガスに衝突するため、試料４の表面のＰＶＤ膜９の成膜が妨げられる。大気圧付近の窒素ガスを供給すると、平均自由行程は０．１μｍとなり、ほとんど成膜されない。

図４は、第一実施形態の平板の試料４にＰＶＤ膜９が成膜される模式図である。ターゲット側の窒素ガスの供給量を増やした場合、ＰＶＤ膜９はターゲット８側の成膜が窒素ガスの供給量に応じて阻害されるため、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜９が成膜される。

図５は、第一実施形態の円柱の試料４にＰＶＤ膜９が成膜される模式図である。図４と同様に、ターゲット側の窒素ガスの供給量を増やした場合、ＰＶＤ膜９はターゲット８側の成膜が窒素ガスの供給量に応じて阻害されるため、膜厚が均一なＰＶＤ膜９が成膜される。

図６は、第一実施形態の平板の試料４の一部分を成膜しない場合の模式図で、成膜の不要な箇所に窒素ガスを供給することで、試料４の任意の表面にマスキング無しでＰＶＤ膜９の成膜を防ぐことができる。

図７は、本発明の第二実施形態である薄膜の成膜装置１１の部分断面についての模式図である。第一実施形態の物理蒸着膜形成装置１と同様の部位については、同一の符号を用いて説明する。フランジ１２にはガス流路１３が形成され、１本のガス供給パイプ１０で窒素ガスが供給される。試料４の表面への窒素ガスの供給は、ガス流路１３によりターゲット８が設置される炉体２の内面側に多く供給される。その他の作用については、第一実施形態と同様である。

本発明では、ＰＶＤ膜９の膜厚が厚く成膜される部分の試料４の表面に窒素ガスを供給することで、ＰＶＤ膜９の形成が妨げられ、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜９を形成できる。また、従来の装置のように筒状治具を自転させながらターゲットの周りを公転させつつ移動させる装置は不要であり、従来の装置と比べて低コストである。また、ターゲット８との間に膜厚を均一にするための空隙を設ける必要がないため、薄膜の成膜装置１、１１の小型化が可能になる。

また、ガス供給装置６は複数のガス供給パイプ１０を備え、ガス供給パイプ１０により試料４の任意の表面に窒素ガスの供給が可能なため、試料４の一部分に成膜の不要な箇所がある場合に、その箇所に窒素ガスを供給することでマスキングが不要になる。

また、ＰＶＤ膜９の膜厚が厚く成膜されるターゲット８側のガスの供給量を多くすることで、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜９を形成できる。

また、ガス流路１３が形成されたフランジ１２から試料４の任意の表面に窒素ガスを供給するため、試料４の表面の一部分に成膜の不要な箇所がある場合、その箇所に窒素ガスを供給することでマスキングが不要になる。また、複数のガス供給パイプ１０を備える必要がないため、ガス供給パイプ１０の炉体２内の取り回しが容易になる。

また、ＰＶＤ膜９の膜厚が厚く形成されるターゲット８側のガスの供給量を多くすることで、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜９を形成できる。

本発明は薄膜の成膜装置１、１１は物理蒸着（ＰＶＤ）に限定されるものではなく、化学蒸着（ＣＶＤ）でもよく、同様の効果を奏する。また、本発明の薄膜の成膜装置は実施形態に限定されるものではなく、ＰＶＤならばターゲット（蒸着原料）に近い位置、ＣＶＤならば原料ガス供給装置（蒸着原料）に近い位置（蒸着原料の供給位置側）の試料に不活性ガスを供給して、膜厚全体の均一性が高い薄膜を形成するものであればよい。

（薄膜の成膜試験）
図８〜図１０は、本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置２０で、図８は正面図、図９は側面図、図１０はＡ部拡大図である。

試験装置２０は、薄膜の成膜装置１、１１と同様に、炉体２１と、炉体２１の内部に設けられる基盤セット治具２２に取り付けられた試料２３と、試料２３の表面にＡｒガス（不活性ガス）を供給するガス導入パイプ２４と、ガス導入パイプ２４にＡｒガスを供給するガスボンベ２５と、炉体２１に接続して炉内を真空にする真空ポンプ２６と、炉体２１の内面に設けたターゲット２７と、を備える。

試験装置２０は東芝メカトロニクス社製のスパッタリング装置（ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１ φ３５０ｍｍ×奥２６０ｍｍ）を用い、試料２３には寸法が縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚み２ｍｍのＳＫＨ５１材を用い、ターゲット２７は寸法がφ３ｉｎｃｈ×厚み３ｍｍのアルミ材を用い、ガス導入パイプ２４の内径はφ４ｍｍで、炉体２１の炉内圧力は１Ｐａで、成膜時間は３０分とした。試料２３とターゲット２７の距離は１００ｍｍである。ガス導入パイプ２４からは試料２３の表面と平行にＡｒガスを噴射する。本実施形態でのガス導入量は、一分間あたり１４０ｃｃである。試料２３は、ガス導入パイプ２４の中央から６．９ｍｍの位置でマスキングテープ２９（図１０）によりマスキングされる。

試験装置２０は、炉体２１の内部を真空ポンプ２６で１０^−２Ｐａまで真空排気した後に、Ａｒガスを導入し、１Ｐａまで昇圧させ、ターゲット２７をプラズマ化させて、離れた位置に置かれた試料２３の表面に蒸着させる。このときガスボンベ２５のＡｒガスは炉体２１に設けられたガス導入口２８を介してガス導入パイプ２４に送られる。ガス導入パイプ２４からは、試料２３の表面に沿ってＡｒガスが噴出する。Ａｒガスは、ガス導入パイプ２４の中心線上に多く供給される。

図１１は、試験装置２０による薄膜の成膜試験結果である。膜厚は、ガス導入口２８の噴出口から８ｍｍ下流の位置で、ガス導入パイプ２４の中心線に垂直な方向に計測した。Ａｒガスが多く供給されるガス導入パイプの中心線上から０ｍｍの位置の膜厚が０．９４μｍに対して、ガス導入パイプ２４の中心線上から６．９ｍｍの位置の膜厚は１．２１μｍで、０．２７μｍの膜厚の差ができる。これは中心線の付近にＡｒガスが多く供給されることで、成膜が妨げられるためである。

本発明の第一実施形態である薄膜の成膜装置の透過図である。本発明の第一実施形態である薄膜の成膜装置の部分断面の模式図である。平均自由行程と炉内圧力の関係を示したものである。本発明の第一実施形態の平板の試料に真空蒸着膜が成膜される模式図である。本発明の第一実施形態の円柱の試料に真空蒸着膜が成膜される模式図である。本発明の第一実施形態の平板の試料の一部分に成膜しない場合の模式図である。本発明の第二実施形態である薄膜の成膜装置の部分断面の模式図である。本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置の正面からの説明図である。本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置の側面からの説明図である。本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置のＡ部拡大説明図である。試験装置による薄膜の成膜試験結果である。

符号の説明

１薄膜の成膜装置（第一実施形態）
２炉体
４試料
６ガス供給装置
８ターゲット（蒸着原料）
１０ガス供給パイプ
１３ガス流路

Claims

真空中の炉体内で蒸着原料をプラズマ化させて試料の表面に真空蒸着膜を成膜する薄膜の成膜装置において、
前記試料の表面に不活性ガスを供給するガス供給装置を備えたこと、
を特徴とする薄膜の成膜装置。
前記ガス供給装置は、複数のガス供給パイプを備え、前記ガス供給パイプにより前記試料の任意の表面に不活性ガスを供給すること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜の成膜装置。
前記ガス供給パイプは、前記試料に供給するガスの供給量が夫々異なり、
前記試料に供給するガスの供給量は、前記蒸着原料の供給位置側が多いこと、
を特徴とする請求項２に記載の薄膜の成膜装置。
前記ガス供給装置は、ガス流路が形成されたフランジと接続し、前記ガス流路が形成された前記フランジから前記試料の任意の表面に不活性ガスを供給すること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜の成膜装置。
前記フランジから前記試料に供給されるガスの供給量は、前記蒸着原料の供給位置側が多いこと、
を特徴とする請求項４に記載の薄膜の成膜装置。