JP2010126749A - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内におけるプラズマ濃度の偏りを小さくし、ワークに抵抗値のばらつきの小さな被膜を成膜することができるイオンプレーティング装置を提供すること。
【解決手段】真空チャンバ３と、真空チャンバ３内にプラズマビームＰを発生するプラズマガン４と、真空チャンバ３内においてプラズマビームＰが照射されるハース５と、ハース５に収容されたタブレット２１を真空チャンバ３内に露出するように支持するタブレット支持棒２５と、真空チャンバ３内にプラズマガン４に対向する位置に設けられた電極部７と、真空チャンバ３内にプラズマガン４と電極部７との対向空間を挟んで、ハース５に対向する位置にワークＷを支持する搬送部６とを備え、電極部７は、ハース５に照射されるプラズマビームＰの一部を分流し、分流したプラズマビームＰが照射される構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンプレーティング装置に関し、特に、プラズマビームを利用したイオンプレーティング装置に関する。

従来、プラズマビームを利用したイオンプレーティング装置として、チャンバの一側面側にプラズマビーム発生源が設けられたイオンプレーティング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このイオンプレーティング装置においては、チャンバの底面側に設けられたハースに膜材としてのタブレットが収容され、タブレットの上方に位置するようにチャンバの上面側にワークとしての基板が設けられている。そして、チャンバ内に発生したプラズマビームがステアリングコイル等によりハースに向かって誘導され、タブレットの上面を照射することにより、照射により発生した気体がプラズマビームを通過してイオン化し、基板の表面に付着して成膜している。
特開２００２−３０４２２号公報

しかしながら、上記したイオンプレーティング装置においては、チャンバの一側面側のプラズマビーム発生源から発生したプラズマビームがハースの位置する底面側に曲げられてるため、チャンバ内に発生したプラズマがプラズマビーム発生源から離間するにつれてプラズマ濃度が薄くなり、チャンバ内におけるプラズマ濃度を一様にすることができなかった。この場合、プラズマビーム発生源の近傍のプラズマ濃度が高い部分においては、酸素の活性化が強く、その上方において抵抗値の高い膜が成膜され、プラズマビーム発生源から離間するにつれて、その上方において抵抗値の低い膜が成膜されるため、基板に成膜された被膜の抵抗分布が不均一になるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、チャンバ内におけるプラズマ濃度の偏りを小さくし、ワークに抵抗値のばらつきの小さな被膜を成膜することができるイオンプレーティング装置を提供することを目的とする。

本発明のイオンプレーティング装置は、チャンバと、陰極として機能し、前記チャンバ内にプラズマビームを発生するプラズマビーム発生源と、陽極として機能し、前記チャンバ内においてプラズマビームが照射されるハースと、前記ハースに近接配置された成膜用の膜材を前記チャンバ内に露出するように支持する膜材支持部と、前記チャンバ内に前記プラズマビーム発生源に対向する位置に設けられた電極部と、前記チャンバ内に前記プラズマビーム発生源と前記電極部との対向空間を挟んで、前記ハースに対向する位置にワークを支持するワーク支持部とを備え、前記プラズマビーム発生源から前記ハースに照射されるプラズマビームの一部を前記電極部に分流し、分流したプラズマビームが前記電極部に照射されている状態で成膜することを特徴とする。

この構成によれば、電極部がプラズマビーム発生源に対向する位置に設けられ、プラズマビーム発生源からハースに照射されるプラズマビームの一部が分流されて電極部が照射されるため、チャンバ内のプラズマ濃度の偏りを小さくすることができる。また、ハースにプラズマビームが照射されることにより気化した膜材が、プラズマ濃度の偏りが小さくなったプラズマ雰囲気中を通過してイオン化し、ワークに付着するので、ワークに抵抗値のばらつきの小さな被膜を成膜することができる。

また本発明は、上記イオンプレーティング装置において、前記膜材支持部は、導電性であり、前記ハースは、前記チャンバ内において前記膜材と絶縁され、前記チャンバ外において第１の抵抗を介して前記膜材支持部に電気的に接続され、前記電極部は、第２の抵抗を介して前記ハースと前記膜材支持部との接続点に電気的に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、ハースが膜材と絶縁されているため、ハースおよび膜材に別々に電流を流すことができると共に、チャンバ内においてハースと膜材との異常放電を抑制することができる。また、ハースが第１の抵抗を介して膜材支持部に電気的に接続され、電極部が第２の抵抗を介してハースと膜材支持部との接続点に電気的に接続されているため、第１、第２の抵抗の抵抗値に応じて、プラズマビームの分流量を適切に調整することができる。よって、チャンバ内のプラズマ濃度が一様となるようにプラズマビームの分流量を調整すれば、ワークに成膜された被膜の抵抗分布を均一にすることができる。

また本発明は、上記イオンプレーティング装置において、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗のうち少なくとも一方が可変抵抗であることを特徴とする。

この構成によれば、第１の抵抗および第２の抵抗の抵抗値を可変させることにより、プラズマビームの分流量を調整できるため、第１の抵抗および第２の抵抗の付け替え作業を減らして、簡易な調整作業とすることができる。

また本発明は、上記イオンプレーティング装置において、前記ハースに対するプラズマビームの照射量よりも前記電極部に対するプラズマビームの照射量の方が多いことを特徴とする。

この構成によれば、チャンバ内のプラズマ濃度の偏りをより小さくすることができる。

また本発明は、上記イオンプレーティング装置において、前記ワークは基板であり、前記電極部に前記基板の表面と平行な平面が交わることで形成される交線の線方向における前記電極部の幅寸法が、前記プラズマビーム発生源と前記電極部とが対向する方向における前記基板の幅寸法以上であることを特徴とする。

この構成によれば、チャンバ内のプラズマ濃度の偏りの改善が基板全面に及ぶようにすることができる。

本発明によれば、チャンバ内におけるプラズマ濃度の偏りを小さくし、ワークに抵抗値のばらつきの小さな被膜を成膜することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置は、真空チャンバ内においてプラズマビームを分流させてプラズマ濃度の隔たりを抑制し、ワークに均一な抵抗分布で成膜することができるようにしたものである。

図１を参照して、イオンプレーティング装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図をそれぞれ示している。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、イオンプレーティング装置１は、気密性の真空チャンバ３を備えており、真空チャンバ３の一の側壁３ａには陰極として機能するプラズマビーム発生源としてのプラズマガン４が設けられ、真空チャンバ３の底壁３ｂには陽極として機能するハース５が設けられている。真空チャンバ３の上壁３ｃには成膜対象のワークＷを搬送する搬送部６が設けられ、真空チャンバ３内に、前記プラズマビーム発生源としてのプラズマガン４に対向する位置に電極部７が設けられている。また、側壁３ｄには電極部７の下方に位置し、酸素ガスおよびアルゴンガス等のキャリアガスを導入するガス導入口８が形成されている。

プラズマガン４は、ハース５に対してプラズマビームＰを照射するものであり、プラズマビームＰを発生させるプラズマガン本体１１と、プラズマガン本体１１の真空チャンバ３側においてプラズマガン本体１１と同軸上に配置された第１の中間電極１２および第２の中間電極１３とを有して構成されている。プラズマガン本体１１は、導体板１４を介して直流電源１６のマイナス端子に接続されており、導体板１４とハース５との間、導体板１４と電極部７との間で放電を生じさせることによりプラズマビームＰを発生させている。第１の中間電極１２および第２の中間電極１３には、それぞれ永久磁石が内蔵されており、この永久磁石によりプラズマガン４により発生されたプラズマビームＰが収束される。

また、プラズマガン４の真空チャンバ３の外部に突出した部分には、周囲を取り囲むように第１のコイル１５が設けられており、この第１のコイル１５により第１の中間電極１２および第２の中間電極１３まで引き出されたプラズマビームＰが真空チャンバ３の内部に誘導される。

ハース５は、プラズマガン４から出射されたプラズマビームＰを下方に吸引するものであり、導電材料で形成され、第１の抵抗１７を介して直流電源１６のプラス端子に接続されている。また、ハース５には、プラズマビームＰが入射される中央部分に貫通孔５ａが形成されており、この貫通孔５ａに円柱状のタブレット２１が充填されている。貫通孔５ａの周囲には絶縁パイプ２３が設けられており、ハース５とタブレット２１とが真空チャンバ３の内部において絶縁されている。これにより、真空チャンバ３内においてハース５とタブレット２１の異常放電が防止される。なお、本実施の形態における真空チャンバ３の内部とは、絶縁パイプ２３とタブレット２１との対向空間等のように図示しないパッキン等により真空雰囲気が保たれている部分を含むものである。

貫通孔５ａの同軸上には、タブレット２１を下方から支持するタブレット支持棒２５が上下動可能に設けられており、このタブレット支持棒２５によりタブレット２１が突き上げられてハース５に対してタブレット２１が供給される。タブレット支持棒２５は、上下方向に延在し、上端においてタブレット２１を弾性挟持し、下端において図示しない駆動機構に接続されている。そして、タブレット支持棒２５は、タブレット２１を弾性挟持した状態で駆動機構によりタブレット２１の消費速度に合わせて上方に移動される。また、タブレット支持棒２５は、導電材料で形成され、タブレット２１を支持する支持面においてタブレット２１と導通し、真空チャンバ３の外部において直流電源１６のプラス端子に接続されている。

ハース５の真空チャンバ３の外部に突出した部分には、周囲を取り囲むように第２のコイル２９が設けられており、この第２のコイル２９によりハース５に入射されるプラズマビームＰの向き等が修正される。

搬送部６は、真空チャンバ３内においてハース５の上方にワークＷを支持している。ワークＷは、矩形状の基板であり、真空チャンバ３内に水平に支持されている。なお、ワークＷは、基板に限定されるものではなく、被膜対象となるものであればよい。

電極部７は、成膜前にプラズマビームＰによる放電を安定させる他、成膜時にハース５と共にプラズマビームＰを分流させるものである。電極部７は、矩形の平板状電極で構成されており、この場合、電極部７の横方向の幅寸法Ｌ１は、ワークＷのプラズマガン４と電極部７とが対向する方向の幅寸法Ｌ２以上であることが好ましい。これにより、成膜時における真空チャンバ３内のプラズマ濃度の偏りをより小さくすることが可能となる。また、電極部７は、第２の抵抗１８を介して直流電源１６のプラス端子に接続されている。

タブレット２１は、成膜用の膜材であり、酸化亜鉛および酸化ガリウムの粉末により円柱状に焼結成形されている。タブレット２１の上面にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰにより加熱されて昇華し、タブレット２１の上方に位置するワークＷの表面にＺｎＯ膜が成膜される。

また、本実施の形態で使用されるタブレット２１は、６０［ｍｍ］以上のロングサイズのタブレット２１であり、２０［ｍｍ］程度のスモールサイズのタブレットを縦一列に重ねた状態と異なり、タブレット間の合わせ目を少なくしている。これにより、タブレット間の合わせ目で生じる異常放電を抑制している。また、タブレットが消費されて細かい破片だけが、残った場合には、破片が真空チャンバ３の内部に飛び散って汚染の原因となるが、タブレット間の合わせ目が少ないため、真空チャンバ３の内部の汚染を抑制することも可能となる。

直流電源１６は、可変直流電源であり、直流電源１６のマイナス端子に接続された電源ラインはプラズマガン４に直接接続され、直流電源１６のプラス端子に接続された電源ラインは分岐点ｄにおいて３股に分岐し、１つめの分岐ラインは第１の抵抗１７を介してハース５に接続され、２つめの分岐ラインはタブレット支持棒２５に直接接続され、３つめの分岐ラインは第２の抵抗１８を介して電極部７に接続されている。

第１、第２の抵抗１７、１８は、可変抵抗であり、第１、第２の抵抗１７、１８の抵抗値を可変させることにより、電極部７に対するプラズマビームＰの照射量、ハース５に対するプラズマビームＰの照射量、タブレット２１に対するプラズマビームＰの照射量が調整される。なお、本実施の形態においては、第１、第２の抵抗１７、１８を可変抵抗としたが、固定抵抗でもよい。また、本実施の形態においては、第１、第２の抵抗１７、１８を両方とも可変抵抗としたが、いずれか片方だけを可変抵抗としてもよい。

このように構成されたイオンプレーティング装置１において、直流電源１６が電極部７とプラズマガン４との間、およびハース５とプラズマガン４との間に直流電圧を印加すると、真空チャンバ３内に発生したプラズマビームＰが分流されて、真空チャンバ３内のプラズマ濃度を一様にした状態でワークＷに成膜処理が行われる。なお、プラズマビームＰの強度は、直流電源１６の印加電圧に左右される。

次に、図２を参照して、イオンプレーティング装置によるワークの成膜処理について説明する。図２は、本発明の実施の形態におけるイオンプレーティング装置のワークの成膜処理の遷移図である。

図２（ａ）に示すように、成膜開始前においては、直流電源１６により電極部７とプラズマガン４との間で電圧が印加され、プラズマビームＰが電極部７に集中して照射される。このとき、電極部７には、プラズマガンがプラズマを発生することが出来る最小の電流が流れており、真空チャンバ３内におけるプラズマビームＰの放電が安定するまで照射される。

プラズマビームＰの放電が安定すると、この状態から直流電源１６の電源電圧が上げられると共に、直流電源１６によりハース５とプラズマガン４との間にも電圧が印加され始める。直流電源１６によりハース５とプラズマガン４との間に電圧が印加されると、図２（ｂ）に示すように、プラズマビームＰがハース５の上方において分流し、分流した一方のプラズマビームＰが電極部７に照射され、分流した他方のプラズマビームＰが第２のコイル２９等により形成される磁界に誘導されてハース５およびタブレット２１に照射される。

図２（ｃ）に示すように、プラズマビームＰが分流されて成膜処理が開始されると、真空チャンバ３内におけるプラズマ濃度が一様となるように第１、第２の抵抗１７、１８が調整され、プラズマビームＰの分流量が制御される。このとき、電極部７に対するプラズマビームＰの照射量がハース５に対するプラズマビームＰの照射量よりも多くなるように第１、第２の抵抗１７、１８が調整される。例えば、直流電源１６から出力される電流を約１５０［Ａ］とした場合に、電極部７に約７０［Ａ］、ハース５に約３０［Ａ］、タブレット２１に約５０［Ａ］の電流が流れるように第１、第２の抵抗１７、１８が調整されている。

そして、タブレット支持棒２５によりハース５に供給されたタブレット２１は、プラズマビームＰの照射により上面が加熱されて昇華される。昇華されたタブレット２１の気体は、プラズマビームＰを通過中にイオン化して、ワークＷの表面に付着して被膜を形成する。このようにして形成された被膜は、ワークＷの表面において均一な抵抗分布となる。具体的には、従来の成膜方法によりプラズマビームＰを分流させずに成膜した場合、ワークＷの被膜の抵抗値の最大値と最小値との比が１．２〜１．５倍程度であるのに対し、本実施の形態にける成膜方法により成膜した場合には、ワークＷの被膜の抵抗値の最大値と最小値との比が１．２倍以下である。

以上のように、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置１によれば、電極部７がプラズマガン４に対向する位置に設けられ、プラズマガン４からハース５に照射されるプラズマビームＰの一部が分流されて電極部７が照射される。このとき、第１、第２の抵抗１７、１８の抵抗値に応じて、プラズマビームＰの分流量を適切に制御されるため、真空チャンバ３内のプラズマ濃度が一様となる。また、ハース５にプラズマビームＰが照射されることにより気化したタブレット２１が、プラズマ濃度が一様なプラズマ雰囲気中を通過してイオン化し、ワークＷに付着するので、ワークＷに成膜された被膜を均一な抵抗分布とすることが可能となる。

なお、上記した実施の形態においては、真空チャンバ３内においてタブレット２１とハース５とを絶縁して別々に電流を流す構成としたが、直流電源１６からハース５を介してタブレット２１に電流が流れる構成としてもよい。このような構成であっても、真空チャンバ３内におけるプラズマ濃度を一様とすることが可能である。

また、上記した実施の形態においては、第１、第２の抵抗１７、１８を動的に調整する構成とすることも可能である。この場合、イオンプレーティング装置１にプラズマガン４、電極部７、ハース５、タブレット２１に流れる電流値をそれぞれ検出する電流計を設けると共に、この電流計に検出された電流値と第１、第２の抵抗１７、１８の抵抗値との真空チャンバ３内のプラズマ濃度が一様になるための関係をデータとして記憶しておく。そして、電流計に検出された電流値に応じて第１、第２の抵抗１７、１８を動的に可変させる。この構成により、より均一な抵抗分布でワークＷに成膜することが可能となる。

また、上記した実施の形態においては、電極部７に対するプラズマビームＰの照射量がハース５に対するプラズマビームＰの照射量よりも多くなる構成としたが、抵抗分布のばらつきをある程度許容できるワークＷであれば、電極部７に対するプラズマビームＰの照射量がハース５に対するプラズマビームＰの照射量よりも小さい構成としてもよい。これにより、タブレット２１に対するプラズマビームＰの照射量が増加し、成膜速度を向上させることが可能となる。

また、上記した実施の形態においては、ハース５を真空チャンバ３の底壁３ｂに設け、下方からワークＷの表面に成膜する構成としたが、図３に示すように、複数のハース３５を真空チャンバ３３の側壁３３ｄに設け、電極部３７を真空チャンバの上壁３３ｃに設け、側方からワークＷの表面に成膜する構成としてもよい。この構成により、ワークＷを立てた状態でワークＷの表面に成膜することができ、ワークＷを水平した状態のように自重により撓むことがないため、大面積の大型ワークに成膜することが可能となる。

また、上記した実施の形態においては、本発明をロングサイズのタブレット２１に適用した例を挙げて説明したが、本発明をショートサイズのタブレット２１に適用することも可能である。また、膜材として酸化亜鉛および酸化ガリウムの粉末により焼結成形したタブレットを使用したが、ワークＷを成膜するものであればこれに限定されるもではない。

また、上記した実施の形態においては、ハース５の中央にタブレット２１を収容して、ハース５とタブレット２１とを近接配置した例を示して説明したが、タブレット２１がハース５に近接配置されていれば、ハース５の中央にタブレット２１を収容する構成に限定されない。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、チャンバ内におけるプラズマ濃度の偏りを小さくし、ワークに抵抗値のばらつきの小さな被膜を成膜することができるという効果を有し、特にプラズマビームを利用したイオンプレーティング装置に有用である。

本発明に係るイオンプレーティング装置の実施の形態を示す図であり、（ａ）はイオンプレーティング装置の側面模式図、（ｂ）はイオンプレーティング装置の上面模式図をそれぞれ示している。 本発明に係るイオンプレーティング装置の実施の形態を示す図であり、イオンプレーティング装置によるワークの成膜処理の遷移図である。 本発明に係るイオンプレーティング装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ イオンプレーティング装置
３ 真空チャンバ
４ プラズマガン
５ ハース
６ 搬送部（ワーク支持部）
７ 電極部
８ ガス導入口
１１ プラズマガン本体（プラズマビーム発生源）
１２ 第１の中間電極
１３ 第２の中間電極
１４ 導体板
１５ 第１のコイル
１６ 直流電源
１７ 第１の抵抗
１８ 第２の抵抗
２１ タブレット（膜材）
２３ 絶縁パイプ
２５ タブレット支持棒（膜材支持部）
２９ 第２のコイル
Ｗ ワーク
Ｐ プラズマビーム

Claims (5)

1. チャンバと、陰極として機能し、前記チャンバ内にプラズマビームを発生するプラズマビーム発生源と、陽極として機能し、前記チャンバ内においてプラズマビームが照射されるハースと、前記ハースに近接配置された成膜用の膜材を前記チャンバ内に露出するように支持する膜材支持部と、前記チャンバ内に前記プラズマビーム発生源に対向する位置に設けられた電極部と、前記チャンバ内に前記プラズマビーム発生源と前記電極部との対向空間を挟んで、前記ハースに対向する位置にワークを支持するワーク支持部とを備え、
   前記プラズマビーム発生源から前記ハースに照射されるプラズマビームの一部を前記電極部に分流し、分流したプラズマビームが前記電極部に照射されている状態で成膜することを特徴とするイオンプレーティング装置。
2. 前記膜材支持部は、導電性であり、
   前記ハースは、前記チャンバ内において前記膜材と絶縁され、前記チャンバ外において第１の抵抗を介して前記膜材支持部に電気的に接続され、
   前記電極部は、第２の抵抗を介して前記ハースと前記膜材支持部との接続点に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のイオンプレーティング装置。
3. 前記第１の抵抗および前記第２の抵抗のうち少なくとも一方が可変抵抗であることを特徴とする請求項２に記載のイオンプレーティング装置。
4. 前記ハースに対するプラズマビームの照射量よりも前記電極部に対するプラズマビームの照射量の方が多いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のイオンプレーティング装置。
5. 前記ワークは基板であり、
   前記電極部に前記基板の表面と平行な平面が交わることで形成される交線の線方向における前記電極部の幅寸法が、前記プラズマビーム発生源と前記電極部とが対向する方向における前記基板の幅寸法以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のイオンプレーティング装置。

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