JP2014231619A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜材料の材料利用効率を向上できる成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜装置１は、蒸発源２からの成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅を調整する拡散幅調整部５０を備えている。この拡散幅調整部５０は、短手方向Ｄ１における拡散幅に比して、短手方向Ｄ１に直交する長手方向Ｄ２における拡散幅を大きくできる。すなわち、拡散幅調整部５０は、長手方向Ｄ２における拡散幅に比して、短手方向Ｄ１における拡散幅を小さくできる。従って、短手方向Ｄ１に対向する真空チャンバー１０の側壁１０ｉ及び側壁１０ｈに付着することを抑制するように、短手方向Ｄ１における拡散幅を小さくすることができる。これによって、真空チャンバー１０の壁面に付着する成膜材料粒子Ｍｂを減少させることができ、成膜材料Ｍａの材料利用効率を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置に関する。

成膜対象物の表面に膜を形成する成膜装置として、例えばイオンプレーティング法を用いたものがある。例えば特許文献１には、蒸発させた成膜材料の粒子を真空チャンバー内に拡散させて、成膜対象物の表面に成膜材料の粒子を付着させるイオンプレーティング法による成膜装置が記載されている。この成膜装置では、成膜対象物を所定の搬送方向に搬送する搬送機構が設けられている。

特開平９−２５６１４７号公報

ここで、上述の特許文献１に記載の成膜装置では、蒸発源で蒸発した成膜材料の粒子が、当該蒸発源から広がるように成膜対象物へ向かって拡散する。一方、真空チャンバーは、成膜対象物の搬送方向に沿った方向において対向する壁面を有しており、当該壁面に拡散した成膜材料の粒子が付着する場合がある。このように、真空チャンバーに成膜材料の粒子が付着する場合、成膜対象物に付着する成膜材料の粒子が減少するため、材料利用効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、成膜材料の材料利用効率を向上できる成膜装置を提供することを目的とする。

本発明に係る成膜装置は、イオンプレーティング法によって、真空チャンバー内で成膜材料の粒子を成膜対象物に付着させる成膜装置であって、成膜材料を蒸発させて成膜材料の粒子を拡散させる蒸発源と、真空チャンバー内で成膜対象物を所定の搬送方向へ搬送する搬送機構と、蒸発源からの成膜材料の粒子の拡散幅を調整する拡散幅調整部と、を備え、拡散幅調整部は、搬送方向と平行な第１の方向における拡散幅に比して、第１の方向に直交する第２の方向における拡散幅を大きくする。

本発明に係る成膜装置は、蒸発源からの成膜材料の粒子の拡散幅を調整する拡散幅調整部を備えている。この拡散幅調整部は、第１の方向における拡散幅に比して、第１の方向に直交する第２の方向における拡散幅を大きくできる。すなわち、拡散幅調整部は、第２の方向における拡散幅に比して、第１の方向における拡散幅を小さくできる。従って、成膜対象物に成膜材料の粒子を付着させる場合、拡散幅調整部は、真空チャンバー内で広いスペースが確保されている第２の方向においては拡散幅を大きくする一方で、第１の方向に対向する真空チャンバーの壁面に成膜材料の粒子が付着することを抑制するように、第１の方向における拡散幅を小さくすることができる。これによって、真空チャンバーの壁面に付着する成膜材料の粒子を減少させることができ、成膜材料の材料利用効率を向上できる。

また、本発明に係る成膜装置において、蒸発源は、成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを成膜材料へ導く、またはプラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、主ハースの周囲に配置されると共に、永久磁石部及びコイルを有し、プラズマビームを誘導する補助陽極である輪ハースと、を有し、拡散幅調整部は、輪ハースの磁場を調整する補助コイルによって構成されてよい。補助コイルによって輪ハースの磁場のバランスを調整することで、第１の方向と第２の方向とで磁場のバランスを変え、拡散幅を調整することが可能となる。

また、本発明に係る成膜装置において、補助コイルは、第１の方向に対向して一対設けられてよい。第１の方向に対向する位置で、補助コイルによって輪ハースの磁場のバランスを調整することにより、第１の方向における拡散幅を小さくすることができる。

また、本発明に係る成膜装置において、補助コイルは、第２の方向に対向して一対設けられてよい。第２の方向に対向する位置で、補助コイルによって輪ハースの磁場のバランスを調整することにより、第２の方向における拡散幅を大きくすることができる。

また、本発明に係る成膜装置において、補助コイルは、第１の方向に対向して一対設けられ、且つ、第２の方向に対向して一対設けられてよい。第１の方向に対向する位置、及び第２の方向に対向する位置の両方で輪ハースの磁場のバランスを調整することにより、第１の方向及び第２の方向における拡散幅を確実に調整することができる。

また、本発明に係る成膜装置において、補助コイルは、輪ハースの永久磁石部よりも搬送機構側に配置されていてよい。これによって、補助コイルは、輪ハースの磁場のバランスの調整を行い易くなる。

また、本発明に係る成膜装置において、蒸発源は、成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを成膜材料へ導く、またはプラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、主ハースの周囲に配置されると共に、永久磁石部及びコイルを有し、プラズマビームを誘導する補助陽極である輪ハースと、を有し、拡散幅調整部は、輪ハースの永久磁石部における第１の方向側に形成され、第２の方向側の部分に比して磁力が弱い弱磁力部によって構成されてよい。このように、永久磁石部の第２の方向側に弱磁力部を形成することによって、第２の方向における拡散幅を大きくすることができる。

また、本発明に係る成膜装置において、永久磁石部は、磁石収容体に磁石片を埋め込むことによって構成され、弱磁力部は、第２の方向側に埋め込まれる磁石片に比して、第１の方向側に埋め込まれる磁石片を少なくすることによって構成されてよい。これによって、容易に弱磁力部を形成することが可能となる。

また、本発明に係る成膜装置において、弱磁力部は、永久磁石部における第１の方向側の端部を切り欠くことによって構成されてよい。これによって、容易に弱磁力部を形成することが可能となる。

また、本発明に係る成膜装置において、蒸発源は、成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを成膜材料へ導く、またはプラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、主ハースの周囲に配置されると共に、永久磁石部及びコイルを有し、プラズマビームを誘導する補助陽極である輪ハースと、を有し、拡散幅調整部は、輪ハースに設けられたヨークによって構成されてよい。ヨークに輪ハースの磁力線が吸い込まれるため、輪ハースの中央付近における磁力線の拡がり方向が変化し、拡散幅を調整することが可能となる。

本発明によれば、成膜材料の材料利用効率を向上できる。

本発明の成膜装置の一実施形態の構成を示す断面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 永久磁石部の構成を示す断面図である。 成膜材料粒子の拡散幅を説明するための模式図である。 輪ハースのコイルの磁力と永久磁石部の磁力との関係を説明するための模式図である。 実施形態に係る拡散幅調整部の構成を示す図である。 変形例に係る拡散幅調整部の構成を示す図である。 変形例に係る拡散幅調整部の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による成膜装置の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の成膜装置の一実施形態の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。本実施形態の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図１には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｙ軸方向は、後述する成膜対象物が搬送される方向である。Ｘ軸方向は、成膜対象物と後述する蒸発源２とが対向する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ方向とＺ方向とに直交する方向である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の成膜装置１は、成膜対象物の厚さ方向が水平方向となるように、成膜対象物を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、成膜対象物が真空チャンバー内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の成膜装置である。この場合には、Ｘ軸方向は水平方向且つ成膜対象物の厚さ方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向となる。一方、本発明による成膜装置の一実施形態では、成膜対象物の厚さ方向が略鉛直方向となるように成膜対象物が真空チャンバー内に配置されて搬送されるいわゆる横型の成膜装置であってもよい。この場合には、Ｚ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｘ軸方向は鉛直方向且つ厚さ方向となる。なお、以下の実施形態では、縦型の場合を例に、本発明の成膜装置の一実施形態を説明する。

本実施形態の成膜装置１は、蒸発源２、プラズマ源７、搬送機構３、及び真空チャンバー１０、を備えている。本実施形態では、Ｚ軸方向に複数（図２に示す例では２つであるが、３つ以上でもよい）の蒸発源２及びプラズマ源７が設けられている。

真空チャンバー１０は、成膜材料の膜が形成される成膜対象物１１を搬送するための搬送室（成膜対象物配置部）１０ａと、成膜材料Ｍａの粒子を拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマ源７から照射されるプラズマビームＰを真空チャンバー１０に受け入れるプラズマ口１０ｃとを有している。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、及びプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に沿って設定されている。また、真空チャンバー１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。真空チャンバー１０には、圧力調整装置（不図示）が接続され、真空チャンバー１０内の圧力を調整する。圧力調整装置は、例えば、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の減圧部と、真空チャンバー１０内の圧力を測定する圧力測定部とを有している。

成膜室１０ｂは、搬送方向Ａに沿った一対の側壁１０ｊ及び１０ｋ（図２参照）と、搬送方向Ａと直交する方向（Ｘ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ及び１０ｉ（図１参照）と、搬送室１０ａと対向する側壁ｍと、を有する。側壁１０ｋ及び側壁１０ｊは、搬送方向Ａと直交するＺ軸に対向するように配置されている。側壁１０ｈ及び側壁１０ｉは、搬送方向Ａに対向するように配置されている。側壁１０ｈは、成膜室１０ｂにおける搬送方向Ａの上流側（すなわちＹ軸負方向側）に配置されている。側壁１０ｉは、成膜室１０ｂにおける搬送方向Ａの下流側（すなわちＹ軸正方向側）に配置されている。本実施形態では、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂは、搬送方向Ａ（Ｙ軸方向）及び成膜対象物１１の厚さ方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に延びるような直方体状の形状をなしている。以下の説明では、搬送方向Ａに平行な方向を「短手方向Ｄ１（第１の方向）」とし、短手方向Ｄ１と直交して、成膜室１０ｂが延びる方向を「長手方向Ｄ２（第２の方向）」と称する。長手方向Ｄ２（第２の方向）は、成膜材料の蒸発方向と直交する方向であり、成膜対象物１１の厚さ方向と直交する方向である。なお、成膜対象物１１の長手方向は、成膜室１０ｂの長手方向Ｄ２と一致するように配置される。従って、短手方向Ｄ１に対向する側壁１０ｉと側壁１０ｈとの間の離間距離に比して、長手方向Ｄ２に対向する側壁１０ｋと側壁１０ｊとの間の離間距離が大きく、成膜室１０ｂ内では、短手方向Ｄ１に比して長手方向Ｄ２に大きなスペースが確保される構成となる。

搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で成膜対象物１１を保持する成膜対象物保持部材１６を搬送方向Ａに搬送する。搬送機構３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ１５によって構成されている。搬送ローラ１５は、搬送方向Ａに沿って等間隔に配置され、成膜対象物保持部材１６を支持しつつ搬送方向Ａに搬送する。なお、成膜対象物１１は、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が用いられる。また、成膜対象物保持部材１６は、例えば成膜対象物１１の被成膜面を露出させた状態で成膜対象物１１を保持する搬送トレイなどが用いられる。

プラズマ源７は、圧力勾配型であり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁１０ｈに設けられたプラズマ口１０ｃを介して成膜室１０ｂに接続されている。プラズマ源７は、真空チャンバー１０内でプラズマビームＰを生成する。プラズマ源７において生成されたプラズマビームＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へ出射される。プラズマビームＰは、プラズマ口１０ｃに設けられたステアリングコイル（不図示）によって出射方向が制御される。

１つの成膜室１０ｂに対して複数（本実施形態では２つ）のプラズマ源７が設けられている。複数のプラズマ源７は、長手方向Ｄ２（Ｚ軸方向）に並べて配置されている。複数のプラズマ源７は同一の側壁１０ｈに配置されている。なお、複数のプラズマ源７は、対向する一対の側壁１０ｈ，１０ｉにおいて交互に配置されていてもよい。複数のプラズマ源７は、成膜対象物１１の厚さ方向（Ｘ軸方向）に並べて配置されていてもよい。また、複数のプラズマ源７は、Ｚ軸方向に並べられ、且つ、Ｘ軸方向に並べられている構成でもよい。

成膜装置１には、複数（本実施形態では２つ）の蒸発源２が設けられている。一の蒸発源２は、一の主ハース１７、及び一の輪ハース６によって構成されている。従って、成膜装置１には、複数（本実施形態では２つ）の主ハース１７、及び複数（本実施形態では２つ）の輪ハース６が設けられている。複数の蒸発源２は、複数のプラズマ源７に対応して側壁１０ｍに配置されている。複数の蒸発源２は、長手方向Ｄ２（Ｚ軸方向）に並べて配置されている。なお、複数の蒸発源２は、短手方向Ｄ１（Ｙ軸方向）に並べて配置されていてもよい。また、複数の蒸発源２は、短手方向Ｄ１及び長手方向Ｄ２の双方に並べられている構成でもよい。

蒸発源２は、成膜材料Ｍａを保持するための機構を有している。蒸発源２は、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＸ軸方向の負方向に配置されている。蒸発源２は、プラズマ源７から出射されたプラズマビームＰを成膜材料Ｍａに導く主陽極又はプラズマ源７から出射されたプラズマビームＰが導かれる主陽極である主ハース１７を有している。

主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されたＸ軸方向の正方向に延びた筒状の充填部１７ａと、充填部１７ａから突出したフランジ部１７ｂとを有している。主ハース１７は、真空チャンバー１０が有する接地電位に対して正電位に保たれているため、プラズマビームＰを吸引する。このプラズマビームＰが入射する主ハース１７の充填部１７ａには、成膜材料Ｍａを充填するための貫通孔１７ｃが形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔１７ｃの一端において成膜室１０ｂに露出している。

輪ハース６は、プラズマビームＰを誘導するための電磁石を有する補助陽極である。輪ハース６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース１７の充填部１７ａの周囲に配置されている。輪ハース６は、環状のコイル９と環状の永久磁石部１３と環状の容器１２とを有し、コイル９及び永久磁石部１３は容器１２に収容されている。輪ハース６は、コイル９に流れる電流の大きさに応じて、成膜材料Ｍａに入射するプラズマビームＰの向き、または、主ハース１７に入射するプラズマビームＰの向きを制御する。図３に示すように、永久磁石部１３は、一対の磁性板２１，２２と、一対の磁性板２１，２２の間に設けられる非磁性の磁石収容体２３と、磁石収容体２３内に配置される磁石片２４と、を備えている。磁石収容体２３は、複数の貫通孔２５を有している。永久磁石部１３は、磁石収容体２３の各貫通孔２５に磁石片２４を埋め込み、磁性板２１，２２で挟むことによって、全体として一つの永久磁石として機能する。

成膜材料Ｍａには、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰからの電流によって主ハース１７が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発し、プラズマビームＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発し、プラズマビームＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＸ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において成膜対象物１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Ｍａが蒸発源２の主ハース１７に充填される。そして、最先端側の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース１７の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａが蒸発源２の主ハース１７のＸ負方向側から順次押し出される。

本実施形態に係る成膜装置１は、蒸発源２からの成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅を調整する拡散幅調整部５０を備えている。拡散幅調整部５０は、短手方向Ｄ１における拡散幅に比して、短手方向Ｄ１及び成膜対象物１１の厚さ方向に直交する方向である長手方向Ｄ２における拡散幅を大きくする機能を有している。具体的には、成膜室１０ｂ内に、蒸発源２と搬送機構３との間に、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に広がる仮想平面ＶＰを設定した場合、図４に示すように、当該仮想平面ＶＰを通過する成膜材料粒子Ｍｂの通過領域ＴＥを描くことができる。このような仮想平面ＶＰ上の通過領域ＴＥのうち、短手方向Ｄ１に沿った大きさが短手方向Ｄ１の拡散幅Ｗ１となり、長手方向Ｄ２に沿った大きさが長手方向Ｄ２の拡散幅Ｗ２となる。本実施形態では、拡散幅調整部５０の拡散幅Ｗ１，Ｗ２を調整することによって、短手方向Ｄ１の拡散幅Ｗ１に比して、長手方向Ｄ２の拡散幅Ｗ２が大きくなり、楕円状の通過領域ＴＥが描かれる。成膜対象物１１に対しても、成膜材料粒子Ｍｂは、略楕円状の照射領域が描かれるように付着する。ただし、通過領域ＴＥの形状は、拡散幅Ｗ１が拡散幅Ｗ２より小さければよく、拡散幅調整部５０の調整態様によっては、長円などの他の形状となってよい。なお、上述の説明における拡散幅Ｗ１，Ｗ２は、仮想平面ＶＰの設定位置によって、変更される。

ここで、イオンプレーティング法に係る成膜装置１では、成膜材料の膜厚分布は外部コイル（不図示）と、輪ハース６によって作られる磁場分布の影響を受ける。輪ハース６は、環状のコイル９及び環状の永久磁石部１３を備えており、永久磁石部１３の磁力及びコイル９の磁力によって膜厚分布、すなわち成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅を調整することができる。具体的には、図５（ａ）に示すように、永久磁石部１３の磁力に対してコイル９の磁力を相対的に弱めると蒸発蒸気は広がる傾向を示し、図５（ｂ）に示すように、永久磁石部１３の磁力に対してコイル９の磁力を相対的に強めると蒸発蒸気は直進方向への指向性が強まる傾向を示す。

本実施形態に係る拡散幅調整部５０は、図５で説明した性質を利用することで、拡散幅の調整を行っている。すなわち、拡散幅調整部５０は、永久磁石部１３とコイル９との間の磁場のバランスを、短手方向Ｄ１と長手方向Ｄ２とで変えることによって、短手方向Ｄ１の拡散幅及び長手方向Ｄ２の拡散幅を調整する。具体的には、拡散幅調整部５０は、短手方向Ｄ１については、図５（ｂ）に示すように蒸発蒸気の直進方向への指向性を高め、長手方向Ｄ２については、図５（ａ）に示すように蒸発蒸気が広がるように、磁場のバランスを調整する。

次に、図６を参照して、拡散幅調整部５０の具体的な構成について説明する。図６（ａ）に示すように、拡散幅調整部５０は、輪ハース６の永久磁石部１３及びコイル９による磁場のバランスを調整する補助コイル６０Ａ，６０Ｂによって構成される。補助コイル６０Ａは、短手方向Ｄ１に対向して一対設けられ、補助コイル６０Ｂは、長手方向Ｄ２に対向して一対設けられる。補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、成膜対象物１１の厚さ方向（Ｚ軸方向）から見て、環状の永久磁石部１３と重なるような扇形状をなしている。補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、扇形状の外形に沿って巻き線を巻回することによって環状に構成される。補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、輪ハース６を周方向に四つの領域に均等に分割した場合のそれぞれの領域に対して一つの補助コイル６０Ａ，６０Ｂが配置されている。補助コイル６０Ａは、輪ハース６の長手方向Ｄ２に対する中心線ＣＬ１を基準として、周方向における両側へ所定角度（本実施形態では約４５°であるが、特に角度は限定されない）延びている。補助コイル６０Ｂは、輪ハース６の短手方向Ｄ１に対する中心線ＣＬ２を基準として、周方向における両側へ所定角度（本実施形態では約４５°であるが、特に角度は限定されない）延びている。

図６（ｂ）に示す例に係る輪ハース６では、搬送機構３側（すなわち、Ｘ軸正方向側）から、補助コイル６０Ａ（６０Ｂ）、永久磁石部１３、及びコイル９の順で配置されている。また、永久磁石部１３は、搬送機構３側がＮ極である。このような配置の場合、短手方向Ｄ１に対向して配置される補助コイル６０Ａは、搬送機構３側がＳ極となる。すなわち、補助コイル６０Ａは、コイル内側（永久磁石部１３と対向する部分）で、搬送機構３の反対側へ向かうような磁力線ＭＡを発生させる。これにより、輪ハース６のうち、短手方向Ｄ１に対向する補助コイル６０Ａが配置される部分ではコイル９に対して、永久磁石部１３の磁力が弱められることにより、短手方向Ｄ１の成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅が狭められる。一方、長手方向Ｄ２に対向して配置される補助コイル６０Ｂは、搬送機構３側がＮ極となる。すなわち、補助コイル６０Ｂは、コイル内側（永久磁石部１３と対向する部分）で、搬送機構３側へ向かうような磁力線ＭＢ（図において破線の矢印で示す）を発生させる。これにより、輪ハース６のうち、長手方向Ｄ２に対向する補助コイル６０Ｂが配置される部分ではコイル９に対して、永久磁石部１３の磁力が強められることにより、長手方向Ｄ２の成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅が広められる。

また、輪ハース６内における補助コイル６０Ａ，６０Ｂ、永久磁石部１３、及びコイル９の順序は限定されず、補助コイル６０Ａ，６０Ｂが永久磁石部１３とコイル９との間に配置されてもよく、コイル９が永久磁石部１３よりも搬送機構３側に配置されてもよい。例えば、搬送機構３側から順に、永久磁石１３、補助コイル６０Ａ，６０Ｂ、コイル９という配置であってもよく、コイル９、永久磁石部１３、補助コイル６０Ａ，６０Ｂという配置であってもよく、コイル９、補助コイル６０Ａ，６０Ｂ、永久磁石１３という配置であってもよい。その場合、各々の位置関係に応じて、長手方向Ｄ２の拡散幅が大きくなるように、補助コイル６０Ａ，６０Ｂの磁力線の向きを調整する。ただし、補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、磁場の調整のし易さのため、永久磁石部１３の搬送機構３側に配置されることが好ましい。例えば、コイル９が永久磁石部１３よりも搬送機構３側に配置されている場合、補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、コイル９と永久磁石部１３との間に配置されることが好ましい。

次に、本実施形態に係る成膜装置１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る成膜装置１は、蒸発源２からの成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅を調整する拡散幅調整部５０を備えている。この拡散幅調整部５０は、短手方向Ｄ１における拡散幅に比して、搬送方向Ａと平行な短手方向Ｄ１に直交する長手方向Ｄ２における拡散幅を大きくできる。すなわち、拡散幅調整部５０は、長手方向Ｄ２における拡散幅に比して、短手方向Ｄ１における拡散幅を小さくできる。従って、成膜対象物１１に成膜材料粒子Ｍｂを付着させる場合、拡散幅調整部５０は、真空チャンバー１０内のスペースが大きい長手方向Ｄ２においては大きい拡散幅を確保する一方で、短手方向Ｄ１に対向する真空チャンバー１０の側壁１０ｉ及び側壁１０ｈに付着することを抑制するように、短手方向Ｄ１における拡散幅を小さくすることができる。これによって、真空チャンバー１０の壁面に付着する成膜材料粒子Ｍｂを減少させることができ、成膜材料Ｍａの材料利用効率を向上できる。

また、本実施形態に係る成膜装置１において、拡散幅調整部５０は、輪ハース６の磁場を調整する補助コイル６０Ａ，６０Ｂによって構成されている。補助コイル６０Ａ，６０Ｂによって輪ハース６の磁場を調整することで、短手方向Ｄ１と長手方向Ｄ２とで磁場のバランスを変え、拡散幅を調整することが可能となる。また、補助コイル６０Ａ，６０Ｂを用いて拡散幅を調整することによって、補助コイル６０Ａ，６０Ｂへ供給する電流を調整することで拡散幅を容易に調整することができるという効果が奏される。

また、本実施形態に係る成膜装置１において、補助コイル６０Ａは、短手方向Ｄ１に対向して一対設けられ、且つ、補助コイル６０Ｂは、長手方向Ｄ２に対向して一対設けられている。短手方向Ｄ１に対向する位置及び長手方向Ｄ２の対向する位置の両方で輪ハースの磁場を調整することによって、短手方向Ｄ１及び長手方向Ｄ２における拡散幅を確実に調整することができる。

また、本実施形態に係る成膜装置１において、補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、輪ハース６の永久磁石部１３よりも搬送機構３側に配置されている。これによって、補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、輪ハース６の磁場の調整を行い易くなる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図６に示す例においては、拡散幅調整部５０は、短手方向Ｄ１に対向する一対の補助コイル６０Ａと、長手方向Ｄ２に対向する一対の補助コイル６０Ｂとを有していたが、短手方向Ｄ１に対向する一対の補助コイル６０Ａのみを有していてもよく、長手方向Ｄ２に対向する一対の補助コイル６０Ｂのみを有していてもよい。これによって、使用する補助コイルの個数を減らすことができ、部品点数を減らすことができる。また、補助コイル６０Ａ，６０Ｂの形状は扇形状に限定されず、円形、長円形、楕円形、四角形であってもよい。

また、上述の実施形態では、拡散幅調整部５０は、補助コイル６０Ａ，６０Ｂによって構成されていたが、成膜材料粒子Ｍｂの拡散幅を調整することができる限り、あらゆる構成を採用してよい。

例えば、図７に示すように、拡散幅調整部５０は、輪ハース６の永久磁石部１３における短手方向Ｄ１側に形成され、長手方向Ｄ２側の部分に比して磁力が弱い弱磁力部７０，８０によって構成されてよい。永久磁石部１３の短手方向Ｄ１側に弱磁力部７０，８０を形成することによって、永久磁石部１３のうち弱磁力部７０，８０に該当する部分では、永久磁石部１３の磁力に対してコイル９の磁力が相対的に強まり、蒸発蒸気は直進方向への指向性が強まることで、短手方向Ｄ１における拡散幅が小さくなる。すなわち、相対的に、長手方向Ｄ２における拡散幅を短手方向Ｄ１における拡散幅よりも大きくすることができる。

具体的には、図７（ａ）に示すように、弱磁力部７０は、長手方向Ｄ２側に埋め込まれる磁石片２４に比して、短手方向Ｄ１側に埋め込まれる磁石片２４を少なくすることによって構成されている。磁石収容体２３の貫通孔２５のうち、短手方向Ｄ１における両端側の領域における貫通孔２５には磁石片２４が埋め込まれておらず、他の領域（長手方向Ｄ２の領域、及び短手方向Ｄ１における内周側の一部の領域）には貫通孔２５に磁石片２４が埋め込まれている。これによって、磁石片２４が埋め込まれていない領域を含む、短手方向Ｄ１に対向する領域が、弱磁力部７０となる。なお、弱磁力部７０において、磁石片２４を埋め込まない貫通孔２５は、任意に選択可能であり、図７（ａ）に示すような態様に限定されない。例えば、外周側の貫通孔２５から磁石片２４を外してもよく、内周側の貫通孔２５と外周側の貫通孔２５とでランダムに磁石片２４を外してもよい。以上のように、磁石収容体２３に埋め込まれる磁石片２４の数を調整して拡散幅調整部５０を構成することにより、補助コイルなどのような別部材を追加することなく、容易に拡散幅調整部５０を形成することが可能となる。

また、図７（ｂ）に示すように、弱磁力部８０は、永久磁石部１３における短手方向Ｄ１側の端部を切り欠くことによって構成されている。永久磁石部１３では、短手方向Ｄ１に対向する領域のうち、外周側の一部が切り欠かれている。図７（ｂ）に示す例では、図７（ａ）の構成において、磁石片２４が埋め込まれていない領域に対応する箇所が切り欠かれている。なお、切り口が長手方向Ｄ２と平行をなすように切り欠かれているが、切り口の形状は特に限定されず、湾曲するような形状の切り口であってもよい。弱磁力部８０では、少なくとも磁性板２１，２２が切り欠かれていればよく、磁石収容体２３は切り欠かれてもよく、切り欠かれていなくともよい。磁性板２１，２２を切り欠いて短手方向Ｄ１の外径を小さくすることによって、永久磁石部１３のうち、磁力線を発生する範囲が短手方向Ｄ１で短くなるため、短手方向Ｄ１における拡散幅を大きくすることができる。

また、例えば図８に示すように、拡散幅調整部５０は、輪ハース６に設けられたヨーク９０によって構成されてよい。ヨーク９０に輪ハース６の磁力線が吸い込まれるため、輪ハース６の中央付近における磁力線の拡がり方向が変化し、拡散幅を調整することが可能となる。

具体的には、図８に示すように、ヨーク９０は、永久磁石部１３及びコイル９の外周側に設けられる外周部材９１と、コイル９の裏側（Ｘ軸負方向側）に設けられる環状部材９２と、を有している。外周部材９１は、長手方向Ｄ２に対向するように一対設けられている。図８（ａ）に示すように、外周部材９１は、永久磁石部１３及びコイル９の外周面に沿って湾曲すると共に当該外周面と接する内周面９１ａと、永久磁石部１３及びコイル９の外周面から径方向外側へ突出するように湾曲する外周面９１ｂを有している。これにより、短手方向Ｄ１側の領域から長手方向Ｄ２側の領域へ向かうに従って外周部材９１の厚さが徐々に厚くなり、長手方向Ｄ２の端部において外周部材９１の厚さが最も大きくなる。これにより、長手方向Ｄ２側の拡散幅を徐々に大きくすることができる。なお、外周部材９１の形状は特に限定されず、扇型のような形状であってもよい。なお、ヨーク９０は、永久磁石部１３のみに設けられてもよい。

図８（ｂ）に示すように、長手方向Ｄ２に対向する位置にヨーク９０の外周部材９１が設けられているため、輪ハース６の磁力線が外周部材９１に吸い込まれ、中央付近の磁力線の広がりが大きくなる。これによって成膜材料粒子Ｍｂも広がるように拡散するため、長手方向Ｄ２における拡散幅が大きくなる。一方、図８（ｃ）に示すように、短手方向Ｄ１に対向する位置には外周部材９１は設けられていないため、長手方向Ｄ２に比して磁力線の広がりが小さくなる。これによって、短手方向Ｄ１における拡散幅が、長手方向Ｄ２に比して小さくなる。

１…成膜装置、２…蒸発源、３…搬送機構、６…輪ハース、９…コイル、１０…真空チャンバー、１１…成膜対象物、１３…永久磁石部、２４…磁石片、５０…拡散幅調整部、６０Ａ，６０Ｂ…補助コイル、７０，８０…弱磁力部、９０…ヨーク。

図１は、本発明の成膜装置の一実施形態の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。本実施形態の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図１には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｙ軸方向は、後述する成膜対象物が搬送される方向である。Ｘ軸方向は、成膜対象物と後述する蒸発源２とが対向する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交する方向である。

成膜室１０ｂは、搬送方向Ａに沿った一対の側壁１０ｊ及び１０ｋ（図２参照）と、搬送方向Ａと直交する方向（Ｘ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ及び１０ｉ（図１参照）と、搬送室１０ａと対向する側壁１０ｍと、を有する。側壁１０ｋ及び側壁１０ｊは、搬送方向Ａと直交するＺ軸に対向するように配置されている。側壁１０ｈ及び側壁１０ｉは、搬送方向Ａに対向するように配置されている。側壁１０ｈは、成膜室１０ｂにおける搬送方向Ａの上流側（すなわちＹ軸負方向側）に配置されている。側壁１０ｉは、成膜室１０ｂにおける搬送方向Ａの下流側（すなわちＹ軸正方向側）に配置されている。本実施形態では、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂは、搬送方向Ａ（Ｙ軸方向）及び成膜対象物１１の厚さ方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に延びるような直方体状の形状をなしている。以下の説明では、搬送方向Ａに平行な方向を「短手方向Ｄ１（第１の方向）」とし、短手方向Ｄ１と直交して、成膜室１０ｂが延びる方向を「長手方向Ｄ２（第２の方向）」と称する。長手方向Ｄ２（第２の方向）は、成膜材料の蒸発方向と直交する方向であり、成膜対象物１１の厚さ方向と直交する方向である。なお、成膜対象物１１の長手方向は、成膜室１０ｂの長手方向Ｄ２と一致するように配置される。従って、短手方向Ｄ１に対向する側壁１０ｉと側壁１０ｈとの間の離間距離に比して、長手方向Ｄ２に対向する側壁１０ｋと側壁１０ｊとの間の離間距離が大きく、成膜室１０ｂ内では、短手方向Ｄ１に比して長手方向Ｄ２に大きなスペースが確保される構成となる。

成膜材料Ｍａには、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰからの電流によって主ハース１７が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発し、プラズマビームＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発し、プラズマビームＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＸ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において成膜対象物１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Ｍａが蒸発源２の主ハース１７に充填される。そして、最先端側の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース１７の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａが蒸発源２の主ハース１７のＸ軸負方向側から順次押し出される。

また、輪ハース６内における補助コイル６０Ａ，６０Ｂ、永久磁石部１３、及びコイル９の順序は限定されず、補助コイル６０Ａ，６０Ｂが永久磁石部１３とコイル９との間に配置されてもよく、コイル９が永久磁石部１３よりも搬送機構３側に配置されてもよい。例えば、搬送機構３側から順に、永久磁石部１３、補助コイル６０Ａ，６０Ｂ、コイル９という配置であってもよく、コイル９、永久磁石部１３、補助コイル６０Ａ，６０Ｂという配置であってもよく、コイル９、補助コイル６０Ａ，６０Ｂ、永久磁石部１３という配置であってもよい。その場合、各々の位置関係に応じて、長手方向Ｄ２の拡散幅が大きくなるように、補助コイル６０Ａ，６０Ｂの磁力線の向きを調整する。ただし、補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、磁場の調整のし易さのため、永久磁石部１３の搬送機構３側に配置されることが好ましい。例えば、コイル９が永久磁石部１３よりも搬送機構３側に配置されている場合、補助コイル６０Ａ，６０Ｂは、コイル９と永久磁石部１３との間に配置されることが好ましい。

Claims (10)

1. イオンプレーティング法によって、真空チャンバー内で成膜材料の粒子を成膜対象物に付着させる成膜装置であって、
   前記成膜材料を蒸発させて前記成膜材料の粒子を拡散させる蒸発源と、
   前記真空チャンバー内で前記成膜対象物を所定の搬送方向へ搬送する搬送機構と、
   前記蒸発源からの前記成膜材料の粒子の拡散幅を調整する拡散幅調整部と、を備え、
   前記拡散幅調整部は、前記搬送方向と平行な第１の方向における拡散幅に比して、前記第1の方向に直交する第２の方向における拡散幅を大きくする、成膜装置。
2. 前記蒸発源は、
   前記成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを前記成膜材料へ導く、または前記プラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、
   前記主ハースの周囲に配置されると共に、永久磁石部及びコイルを有し、前記プラズマビームを誘導する補助陽極である輪ハースと、を有し、
   前記拡散幅調整部は、前記輪ハースの磁場を調整する補助コイルによって構成される、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記補助コイルは、前記第１の方向に対向して一対設けられる、請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記補助コイルは、前記第２の方向に対向して一対設けられる、請求項２に記載の成膜装置。
5. 前記補助コイルは、前記第１の方向に対向して一対設けられ、且つ、前記第２の方向に対向して一対設けられる、請求項２に記載の成膜装置。
6. 前記補助コイルは、前記輪ハースの前記永久磁石部よりも前記搬送機構側に配置されている、請求項３〜５の何れか一項記載の成膜装置。
7. 前記蒸発源は、
   前記成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを前記成膜材料へ導く、または前記プラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、
   前記主ハースの周囲に配置されると共に、永久磁石部及びコイルを有し、前記プラズマビームを誘導する補助陽極である輪ハースと、を有し、
   前記拡散幅調整部は、前記輪ハースの前記永久磁石部における前記第1の方向側に形成され、前記第２の方向側の部分に比して磁力が弱い弱磁力部によって構成される、請求項１に記載の成膜装置。
8. 前記永久磁石部は、磁石収容体に磁石片を埋め込むことによって構成され、
   前記弱磁力部は、前記第２の方向側に埋め込まれる前記磁石片に比して、前記第１の方向側に埋め込まれる前記磁石片を少なくすることによって構成される、請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記弱磁力部は、前記永久磁石部における前記第１の方向側の端部を切り欠くことによって構成される、請求項７に記載の成膜装置。
10. 前記蒸発源は、
    前記成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを前記成膜材料へ導く、または前記プラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、
    前記主ハースの周囲に配置されると共に、永久磁石部及びコイルを有し、前記プラズマビームを誘導する補助陽極である輪ハースと、を有し、
    前記拡散幅調整部は、前記輪ハースに設けられたヨークによって構成される、請求項１に記載の成膜装置。

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