JP2018073594A - イオン源及び蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンの照射領域を拡大し、照射領域におけるイオンの分布を均一化する。【解決手段】イオン源１０５は、放電室２０１と、放電室２０１からイオンを引き出す、平板状の電極２１１，２１２と、を備えている。電極２１１は、複数の貫通孔２２１を有し、電極２１２は、複数の貫通孔２２１を有する。複数の貫通孔２２２は、電極２１１の面に垂直なＺ方向から見て貫通孔２２１と一部が重なり、かつ貫通孔２２１に対して中心軸がずれて配置された貫通孔を複数含む。【選択図】図２

Description

本発明は、イオンを照射するイオン源、およびイオン源を備えた蒸着装置に関する。

放電室にガスを導入し、放電室内においてガスを励起してイオン化させ、そのイオンを複数の引出し電極間に電圧を印加することによってイオンビームとして引き出すイオン源が知られている。

イオン源は、光学薄膜を光学素子表面に形成する蒸着装置に用いられる。イオン源は、イオンをワークに照射することにより、ワークに蒸着させる薄膜の緻密性及び密着性を高める効果がある。また、半導体分野においては、イオン源は、薄膜をエッチングする用途にも用いられる。

近年、蒸着装置において、１サイクルで複数のワークに薄膜を形成する要望が高まっている。それを実現するためにイオンの照射面積の拡大化と照射エネルギー分布の均一化が求められている。

特許文献１には、イオンを引き出す電極を湾曲した形状にすることで、イオンの照射面積を拡大し、照射領域におけるイオンの分布を均一化するイオン源が開示されている。特許文献２には、イオンを引き出す電極の貫通孔の割合を電極の中心からの距離に応じて変化させるイオン源が開示されている。

特開平２−２７８６３３号公報 特開平８−１２９９８２号公報

しかしながら、電極に用いられる材料はモリブデンなど耐腐食性に優れたものを用いるのが一般的であるため、特許文献１に記載のように、電極を湾曲するように加工するのは難しく、加工費が高くなるという問題があった。また電極は通常２〜３枚で構成されるのが一般的であるが、湾曲状の電極と平板状の電極とを用いると相対する貫通孔の中心軸を正確に一致させることは困難であり、ワークに照射されるイオンの分布が部分的に不均一となる問題があった。

また、特許文献２においては、電極の貫通孔の割合を中心からの距離に応じて変化させることでイオンの分布を均一化しようとしている。しかし、電極の貫通孔を通過するイオンの大部分は、偏向せずに直進するため、イオンの照射領域が狭いという問題があった。

そこで、本発明は、イオンの照射領域を拡大し、照射領域におけるイオンの分布を均一化することを目的とする。

本発明のイオン源は、放電室と、前記放電室からイオンを引き出す、平板状の第１の電極、及び前記第１の電極よりも前記放電室から遠い位置に配置された平板状の第２の電極と、を備え、前記第１の電極は、複数の第１の貫通孔を有し、前記第２の電極は、複数の第２の貫通孔を有し、前記複数の第２の貫通孔は、前記第１の電極の平板面に垂直な方向から見て前記第１の貫通孔と一部が重なり、かつ前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔を複数含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１の電極及び第２の電極を平板状としたため、加工が容易となり、安価に電極を製作することが可能となる。また、第１の貫通孔と第２の貫通孔との中心軸がずれていることで、電界レンズの効果によるイオンの偏向が可能となり、広範囲かつ均一にイオンを照射することが可能となる。

第１実施形態に係るイオン源を備えた蒸着装置を示す模式図である。 第１実施形態に係るイオン源の断面模式図である。 第１実施形態に係るイオン源の第２の電極を示す平面図である。 第１実施形態に係るイオン源の第１〜第３の電極の一部の断面模式図である。 第２実施形態に係るイオン源の第１〜第３の電極の一部の断面模式図である。 実施例及び比較例のイオン源を評価する評価装置を示す模式図である。 実施例及び比較例のイオン源について、計測した電流密度分布を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るイオン源を備えた蒸着装置を示す模式図である。第１実施形態では蒸着対象物としてのワークＷはレンズ基板である。蒸着装置１００により、レンズ基板であるワークＷの表面に反射防止膜等の薄膜を形成する。この結果、レンズ又はレンズの中間品が製造される。

蒸着装置１００は、チャンバとしての金属製の真空容器１０１と、ワークＷを保持するホルダ１０２と、ヒータ１０３と、蒸発源１０４と、イオン源１０５と、電子発生装置１０６と、を備えている。ホルダ１０２、ヒータ１０３、蒸発源１０４、イオン源１０５及び電子発生装置１０６は、真空容器１０１内に配置されている。

ホルダ１０２は、傘状の部材であり、ワークＷを複数保持するよう構成され、不図示のモータによって回転駆動される。ホルダ１０２の中心部には、モニタ基板１０７が配置され、モニタ基板１０７の表面には、ワークＷと同様に薄膜が形成される。真空容器１０１に設けられた光学式膜厚計１０９は、モニタ基板１０７に形成された薄膜に光を照射し、その反射光を検出することでモニタ基板１０７に形成される薄膜の膜厚を計測する。

ヒータ１０３は、ホルダ１０２の近傍に配置され、ホルダ１０２に保持されたワークＷを加熱する。蒸発源１０４は、ホルダ１０２に対向して配置されている。蒸発源１０４は、蒸着材料Ｍを保持する坩堝１０４Ａと、坩堝１０４Ａ内の蒸着材料Ｍを加熱して蒸発させる電子銃１０４Ｂとを有している。蒸発源１０４の近傍には、成膜時間を制御するためのシャッタ１１０と、蒸着材料Ｍの蒸発量を計測する水晶式膜厚計１１１と、が設けられている。

イオン源１０５は、ホルダ１０２に対向して配置されている。イオン源１０５には、放電用ガス、即ちイオン化するガス、例えば酸素（Ｏ_２）ガスを供給するガス供給ライン１２０が接続されている。ガス供給ライン１２０には、ガスボンベ１２１及び流量制御装置１２２が設けられており、ガスボンベ１２１からイオン源１０５に供給する酸素ガスの流量を流量制御装置１２２により制御する。また、イオン源１０５には、高周波電源であるＲＦ電源１３１と整合器１３２が接続されている。

電子発生装置１０６は、電子を発生し、発生した電子を放出する装置であり、イオン源１０５にてプラズマＰを生成する際の着火源である。電子発生装置１０６には、ガス、例えば酸素（Ｏ_２）ガスを供給するガス供給ライン１４０が接続されている。ガス供給ライン１４０には、ガスボンベ１４１及び流量制御装置１４２が設けられており、ガスボンベ１４１から電子発生装置１０６に供給する酸素ガスの流量を流量制御装置１４２により制御する。また、電子発生装置１０６には、高周波電源であるＲＦ電源１５１と整合器１５２が接続されている。

真空容器１０１には、主排気系１６１及び補助排気系１６２が接続されており、真空容器１０１内を、真空圧、例えば６．６×１０^−４［Ｐａ］以下に減圧することができる。

図２は、第１実施形態に係るイオン源１０５の断面模式図である。イオン源１０５は、ガス供給ライン１２０が接続された放電室２０１と、放電室２０１の周囲に配置された高周波コイルであるＲＦコイル２０２と、を備えている。

放電室２０１は、石英やセラミックなどの誘電体で構成された円筒形状の容器であり、円筒の一対の端面のうち一方が開口部であり、他方にはガス供給ライン１２０が接続されている。これにより、放電室２０１内には、ガス供給ライン１２０を通じて放電用ガスである酸素ガスが供給される。

ＲＦコイル２０２は、放電室２０１の他方の端面側に設けられた、スパイラル状のコイルであり、ＲＦ電源１３１及び整合器１３２により、高周波の電力が印加される。これにより、放電室２０１内のガスがプラズマＰとなる。プラズマＰは、イオンと電子に電離した状態である。プラズマＰに含まれるイオンは、陽イオン、例えばＯ_２ ^＋である。なお、ＲＦコイル２０２は、放電室２０１の側面側に設けられた、ヘリカル状のコイルであってもよい。また、ＲＦコイル２０２は、高周波電力の印加時に流れる電流により発熱するのを低減するため、ＲＦコイル２０２内に冷却水を流すようにしてもよい。

また、イオン源１０５は、放電室２０１の開口部側に設けられた、放電室２０１からイオンを引き出す複数（３つ）の電極２１１，２１２，２１３を備えている。放電室２０１から遠ざかる方向に向かって第１の電極である電極２１１、第２の電極である電極２１２、及び第３の電極である電極２１３が順に配置されている。イオン源１０５は、放電室２０１、ＲＦコイル２０２及び電極２１１〜２１３が収容されるケース２０３を備えている。ケース２０３は、複数の電極２１１〜２１３のうち最外側に配置された電極２１３をケース２０３の外部に露出させる開口部を有する。つまり、複数の電極２１１〜２１３は、放電室２０１の開口部とケース２０３の開口部との間に配置されている。

電極２１１，２１２，２１３は、平板状、具体的には円板状の導体である。電極２１１，２１２，２１３は、モリブデンなどの耐腐食性に優れていた材料を用いるのが好ましい。電極２１１〜２１３を平板状としたことにより、湾曲した形状にするよりも加工が容易となり、電極２１１〜２１３を安価に製作することができ、ひいてはイオン源１０５を安価に製作することができる。

ここで、電極２１１は、放電室２０１に最も近い位置に配置され、電極２１１よりも放電室２０１から遠い位置に電極２１２が配置され、電極２１２よりも放電室２０１から遠い位置に電極２１３が配置されている。電極２１１と電極２１２、電極２１２と電極２１３は所定の間隔をあけて配置されている。

放電室２０１と電極２１１との間、電極２１１と電極２１２との間、電極２１２と電極２１３との間、及び電極２１３とケース２０３との間には、それぞれ円環状の絶縁部材２５１，２５２，２５３，２５４が配置されている。具体的には、絶縁部材２５２は電極２１１の外周部と電極２１２の外周部との間に配置され、絶縁部材２５３は電極２１２の外周部と電極２１３の外周部との間に配置されている。絶縁部材２５１は電極２１１の外周部と放電室２０１の開口部の周囲との間に配置され、絶縁部材２５４は電極２１３の外周部とケース２０３の開口部の周囲との間に配置されている。絶縁部材２５１〜２５４は、例えば石英などの材料で構成されている。

絶縁部材２５１〜２５４により、放電室２０１内の中性ガスがケース２０３内に漏れるのを防止している。よって、ＲＦコイル２０２に中性ガスが流れ込むのを防止することができ、ケース２０３内で放電するのを防止することができる。また、絶縁部材２５２，２５３により電極２１１と電極２１２、電極２１２と電極２１３の絶縁性を高めることができる。

複数の電極２１１〜２１３は、図２に示すように、中心が軸線Ｃ０に一致している。つまり、電極２１１〜２１３の中心は軸線Ｃ０である。図２中、電極２１１〜２１３の平板面に垂直な方向、つまり平板面の法線方向は、Ｚ方向である。電極２１１〜２１３は、平板面同士が互いに平行となるようにＺ方向に並設されている。

電極２１１は、第１の貫通孔である貫通孔２２１を複数有する。電極２１２は、第２の貫通孔である貫通孔２２２を複数有する。電極２１３は、第３の貫通孔である貫通孔２２３を複数有する。貫通孔２２２および貫通孔２２３は、貫通孔２２１と同じ数存在する。

複数の貫通孔２２２の各々は、Ｚ方向から見て、複数の貫通孔２２１の各々に一部又は全部が重なっている。つまり、貫通孔２２１と、この貫通孔２２１に相対する貫通孔２２２とは、Ｚ方向から見て、一部又は全部が重なっている。また、貫通孔２２２と、この貫通孔２２２に相対する貫通孔２２３とは、Ｚ方向から見て、一部又は全部が重なっている。これにより相対する貫通孔２２１，２２２，２２３は、イオンが通過するようにＺ方向に連通している。放電室２０１内のイオンは、貫通孔２２１，２２２，２２３を通過することにより、イオンビームとなってホルダ１０２に保持されたワークＷに照射される。貫通孔２２１〜２２３は、いかなる形状であってもよいが、Ｚ方向から見て丸形状、つまり丸孔であるのが好ましい。各貫通孔２２１は、同一の大きさである。また、各貫通孔２２２は、同一の大きさである。また、各貫通孔２２３は、同一の大きさである。貫通孔２２１〜２２３同士も同一の大きさである。

第１実施形態では、電極２１１と電極２１３は貫通孔の配置が同じであり、電極２１１，２１３と電極２１２は貫通孔の配置が異なる。Ｚ方向から見て複数の貫通孔２２３の各々は、複数の貫通孔２２１の各々と中心軸が一致して配置されている。これにより、複数の貫通孔２２３の各々は、相対する貫通孔２２１と全部が重なっている。なお、複数の貫通孔２２３の各々は、Ｚ方向から見て相対する貫通孔２２２と一部又は全部と重なっている。

電極２１１には、電源装置２６１により、イオンの電荷と同じ極性の第１の電位である正電位が印加され、電極２１２には、電源装置２６２により、イオンの電荷と逆の極性の第２の電位である負電位が印加される。電極２１３は、接地されることにより、グラウンド電位となっている。

電極２１１は、正電位が印加されることにより、放電室２０１から引き出されるイオンにエネルギーを与える。電極２１２は、負電位が印加されることにより、イオンを引き寄せて加速させる。電極２１３は、接地されることにより、真空容器１０１との電位差をなくす。

図３は、第１実施形態に係るイオン源１０５の第２の電極である電極２１２を示す平面図である。図４は、第１実施形態に係るイオン源１０５の電極２１１〜２１３の一部の断面模式図である。

電極２１２の複数の貫通孔２２２は、Ｚ方向から見て電極２１１の貫通孔２２１と一部が重なり、かつ電極２１１の貫通孔２２１に対して中心軸がずれて配置された貫通孔２２２Ａを複数含んでいる。また、電極２１２の複数の貫通孔２２２は、電極２１１の貫通孔２２１と中心軸が一致して配置された貫通孔２２２Ｂを含んでいる。貫通孔２２２Ｂは、相対する貫通孔２２１と全部が重なっている。具体的に説明すると、貫通孔２２１の中心軸Ｃ１と貫通孔２２２Ａの中心軸Ｃ２１とがずれており、貫通孔２２１の中心軸Ｃ１と貫通孔２２２Ｂの中心軸Ｃ２２とが一致している。なお、貫通孔２２１の中心軸Ｃ１と貫通孔２２３の中心軸Ｃ３とは一致している。貫通孔２２２Ｂは１つでもよいが、第１実施形態では複数存在する。即ち、複数の貫通孔２２２は、複数の貫通孔２２２Ａと複数の貫通孔２２２Ｂとからなる。なお、複数の貫通孔２２２のうち、過半数が貫通孔２２２Ａである。また、貫通孔２２２Ａは、Ｚ方向から見て相対する貫通孔２２３と一部が重なり、貫通孔２２２Ｂは、Ｚ方向から見て相対する貫通孔２２３と全部が重なる。換言すると、複数の貫通孔２２３の各々は、Ｚ方向から見て、相対する貫通孔２２２と一部又は全部が重なる。

貫通孔２２２Ａが貫通孔２２１に対してずれて配置されることにより、電界レンズの効果で、貫通孔２２１，２２２Ａを通過するイオンを偏向することができる。これにより、広範囲かつ均一にイオンを照射することが可能となる。即ち、イオンの照射領域を拡大し、照射領域におけるイオンの分布を均一化することが可能となる。

貫通孔２２１に対する貫通孔２２２Ａのずれ量及びずれ方向は、各電極における貫通孔の数及び位置に応じて設定すればよい。即ち、貫通孔２２２Ａのずれ量及びずれ方向は、ホルダ１０２に保持された複数のワークＷの全てにイオンが照射される照射領域となり、かつ照射領域内の各ワークＷに均一にイオンが照射されるように設定すればよい。

第１実施形態では、電界レンズを効果的に発現させるため、貫通孔２２１に対する貫通孔２２２Ａのずれ量は、貫通孔２２１の半径以下としている。即ち、貫通孔２２１の中心軸Ｃ１に対する貫通孔２２２Ａの中心軸Ｃ２１のずれ量ΔＤは、貫通孔２２１の半径以下である。第１実施形態では、各貫通孔２２２Ａのずれ量ΔＤは一定としている。

貫通孔２２２Ｂは、貫通孔２２２Ａよりも電極２１２の中心Ｃ０の近くに配置されている。換言すると、貫通孔２２２Ａは、貫通孔２２２Ｂよりも電極２１２の外周の近くに配置されている。中心Ｃ０に近い貫通孔２２２Ｂを通過するイオンは、ほとんど偏向せずＺ方向に直進し、中心Ｃ０から遠い貫通孔２２２Ａを通過するイオンは、Ｚ方向に交差する方向に偏向する。電極２１２の外周側の貫通孔２２２Ｂを通過するイオンが偏向されるため、効果的にイオンの照射領域を拡大することができる。

第１実施形態では、貫通孔２２１に対する貫通孔２２２Ａのずれ方向は、中心Ｃ０から遠ざかる方向、即ち図３及び図４中、Ｒ方向である。これにより、貫通孔２２１，２２２Ａを通過するイオンは、Ｒ方向に偏向され、よりイオンの照射領域を拡大することができる。

また、Ｚ方向から見て、複数の貫通孔２２２Ｂの総面積が、複数の貫通孔２２２Ａの総面積よりも小さい。第１実施形態では、各貫通孔２２２Ａ，２２２Ｂの開口面積が同一であるため、貫通孔２２２Ｂの数が、貫通孔２２２Ａの数よりも少ない。よって、電極２１２の中心Ｃ０に近い貫通孔２２２Ｂを通過してワークＷに到達するイオンの密度である電流密度が、貫通孔２２２Ａを通過してワークＷに到達するイオンの密度である電流密度よりも高くなるのを防止することができる。これにより、より効果的にホルダ１０２に保持された複数のワークＷに均一にイオンを照射することができる。つまり、照射領域内に配置された複数のワークＷに照射するイオンビームの電流密度分布をより均一にすることができる。

なお、貫通孔２２２Ｂの総面積を、貫通孔２２２Ａの総面積よりも小さくする構成として、各貫通孔２２２Ｂの開口面積を、各貫通孔２２２Ａの開口面積よりも小さくしてもよい。この場合、貫通孔２２２Ｂに相対する貫通孔２２１の開口面積も、貫通孔２２２Ａに相対する貫通孔２２１の開口面積よりも小さくすればよい。

また、第１実施形態では、電極２１２に印加する負電位の絶対値が、電極２１１に印加する正電位の絶対値よりも大きい。これにより、電界レンズの効果を大きくすることができ、より広範囲にイオンを偏向させることが可能となる。

また、各電極２１１〜２１３を平板状としたことにより、電極を湾曲させた場合のように電極間に余分な空間ができるのを防止することができ、ＲＦコイル２０２に投入する高周波電力の効率を上げることが可能となる。

以上、第１実施形態によれば、電界レンズ効果によりイオンビームの偏向が可能であり、広範囲にイオンビームを照射することが可能となる。また、イオンビームの電流密度分布を均一化することが可能となり、結果として、均一な膜質の薄膜を各ワークＷに形成することができる。

なお、第１実施形態では、図４に示すように、相対する貫通孔２２１と中心軸が一致する貫通孔２２２Ｂが存在しているが、貫通孔２２２Ｂが存在していなくてもよい。つまり、電極２１２の貫通孔の全てが、貫通孔２２１に対してずれて配置された貫通孔２２２Ａであってもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るイオン源について説明する。図５は、第２実施形態に係るイオン源の第１〜第３の電極の一部の断面模式図である。なお、第２実施形態のイオン源において、第１実施形態のイオン源と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態においても、イオン源は、第１の電極である電極２１１、第２の電極である電極２１２、第３の電極である電極２１３を備えている。

第２実施形態では、図５に示すように、貫通孔２２１に対してずれて配置された貫通孔２２２Ａは、電極２１２の中心Ｃ０に近いほどずれ量が小さい。即ち、中心Ｃ０に近いほどずれ量がΔＤ_１＞ΔＤ_２＞ΔＤ_３と小さくなる。これにより、より効果的に広範囲かつ均一にイオンを照射することが可能となる。

なお、第２実施形態では、図５に示すように、相対する貫通孔２２１と中心軸が一致する貫通孔２２２Ｂが存在しているが、貫通孔２２２Ｂが存在していなくてもよい。つまり、電極２１２の貫通孔の全てが、貫通孔２２１に対してずれて配置された貫通孔２２２Ａであってもよい。

［実施例］
次に、上述したイオン源の実施例について説明する。本実施例のイオン源は、第１実施形態のイオン源の一例である。本実施例のイオン源において、電極２１１、電極２１２及び電極２１３の材料はモリブデンとした。各電極２１１，２１２，２１３の厚みを０．５［ｍｍ］、直径をφ７０〜φ１２０［ｍｍ］とした。各電極２１１，２１２，２１３には、直径φ２［ｍｍ］、ピッチ距離２［ｍｍ］で貫通孔を加工した。

電極２１２には、電極２１１，２１３に対して孔加工位置を０．５［ｍｍ］ずらして形成した。即ち、３つの電極２１１〜２１３を組み付けた際に、電極２１２の貫通孔２２２Ａの中心軸が、電極２１１，２１３の貫通孔２２１，２２３の中心軸に対して０．５［ｍｍ］ずれるように形成した。

電極２１１には、＋３００〜＋６００［Ｖ］の正電位を印加する電源装置２６１を接続した。電極２１２には、−８００〜−１０００［Ｖ］の負電位を印加する電源装置２６２を接続した。電極２１３は接地した。絶縁部材２５１〜２５４は、それぞれ内径φ１２０［ｍｍ］、外径φ１６０［ｍｍ］程度の石英リングとした。

ガス供給ライン１２０から放電用ガスとして酸素を供給する流量制御装置１２２は、１０〜１００［ｓｃｃｍ］で酸素の流量を制御可能なものとした。ＲＦコイル２０２は、３ターンのスパイラル状に線状の導体を巻いて構成した。ＲＦコイル２０２に印加する高周波電力の周波数は１３．５６［ＭＨｚ］とし、高周波電力の出力は２００〜１０００［Ｗ］の範囲とした。ここで、高周波電力の出力は、所望とするプラズマ密度に応じて調整した。

なお、比較例のイオン源も用意した。比較例のイオン源においては、３つの電極の全てを実施例の電極２１１と同じ構成とし、電極間の貫通孔同士の中心軸が一致するように３つの電極を配置した。

図６は、実施例及び比較例のイオン源を評価する評価装置３００を示す模式図である。上記のように構成された実施例又は比較例のイオン源を、図６の評価装置３００に搭載した。評価装置３００は、電流を測定することでイオンビームの電流密度分布を把握可能に構成されている。

評価装置３００は、真空容器１０１と、真空容器１０１の内部に配置された測定用治具３１１とを備えている。測定用治具３１１は、外径φ９００［ｍｍ］の傘状の部材を有する。傘状の部材の中心から半径方向に５０［ｍｍ］、１００［ｍｍ］、１５０［ｍｍ］、２００［ｍ］、２５０［ｍｍ］、３００［ｍｍ］、３５０［ｍｍ］、４００［ｍｍ］の箇所には、電流を測定可能な不図示の測定プローブがそれぞれ設置されている。

以上の構成の評価装置３００を用いて実験を行った。まず、補助排気系１６２により、真空容器１０１内の圧力が大気圧から１００［Ｐａ］程度になるまで排気を行った。次に主排気系１６１により、真空容器１０１内の圧力が２．０×１０^−２［Ｐａ］以下となるまで排気を行った。

次にガス供給ライン１２０から放電室２０１内に５０［ｓｃｃｍ］の酸素を導入し、ＲＦコイル２０２に高周波電力を印加することで、イオン源の放電室２０１内に、プラズマＰを生成した。プラズマＰが生成された後、電極２１１に＋４５０［Ｖ］、電極２１２に−１０００［Ｖ］の電位を印加し、測定用治具３１１にイオンビームを照射した。ＲＦコイル２０２に印加した高周波電力の初期値は４００［Ｗ］とした。プラズマＰを生成後は、所望のイオン電流量となるようにＲＦコイル２０２に印加する電力量を調整した。

図７は、実施例及び比較例のイオン源について、測定用治具３１１を用いて計測した電流密度分布を示すグラフである。電流密度分布の計測では、測定用治具３１１に照射される電流を測定し、断面積から電流密度分布を算出した。図７において、横軸は、測定用治具３１１の傘中心からの距離である。縦軸は、測定用治具３１１における電流密度分布（割合）である。なお、縦軸の基準（０％）は、測定用治具３１１の傘中心から５０［ｍｍ］、１００［ｍｍ］、１５０［ｍｍ］、２００［ｍｍ］、２５０［ｍｍ］、３００［ｍｍ］、３５０［ｍｍ］、４００［ｍｍ］の位置での電流密度の最大値と最小値との中間値とした。図７に示すように、実施例のイオン源が比較例のイオン源に対して電流密度分布の均一性が改善することが確認できた。

次に、実施例と比較例のイオン源を蒸着装置１００に搭載して成膜実験を行った結果について説明する。

ホルダ１０２は傘状の部材であり、ホルダ１０２の傘中心から５０［ｍｍ］、１００［ｍｍ］、１５０［ｍｍ］、２００［ｍｍ］、２５０［ｍｍ］、３００［ｍｍ］、３５０［ｍｍ］、４００［ｍｍ］の位置にそれぞれワークＷを配置した。

まず、蒸着装置１００（図１参照）において、補助排気系１６２により真空容器１０１内の圧力が大気圧から１００［Ｐａ］程度になるまで荒引き排気を行った。次に主排気系１６１により真空容器１０１内の圧力を６．６×１０^−４［Ｐａ］以下となるまで排気を行った。

次にヒータ１０３を２５０［℃］程度まで昇温させた。次に、電子発生装置１０６を起動し、電子発生装置１０６から電子を放出させ、ＲＦコイル２０２に高周波を印加することで、放電室２０１内にプラズマＰを生成した。放電室２０１内には５０［ｓｃｃｍ］の酸素を導入した。プラズマＰの生成後、電極２１１に＋４５０［Ｖ］、電極２１２に−１０００［Ｖ］を印加した。またＲＦコイル２０２に印加した高周波電力の初期値は４００［Ｗ］とした。プラズマＰを生成後は、所望のイオン電流量となるようにＲＦコイル２０２に印加する電力量を調整した。

次にプロセスガスとして酸素を供給し、真空容器１０１内の圧力を２．０×１０^−２［Ｐａ］に維持した。次に電子銃１０４Ｂにより蒸着材料Ｍを加熱した。蒸着材料Ｍが溶けて気化される状態まで加熱された後、シャッタ１１０を、不図示の機構により蒸着材料Ｍの直上より十分に離れた位置に移動させ、ワークＷ及びモニタ基板１０７に蒸着材料Ｍを堆積させた。ワークＷ及びモニタ基板１０７に蒸着材料Ｍを堆積させているときの蒸着レートは、水晶式膜厚計１１１によって計測され、所望の蒸着レートになるように電子銃１０４Ｂの電力供給量を制御した。

ワークＷに堆積された蒸着材料Ｍの膜厚は光学式膜厚計１０９によって計測され、所望の膜厚に達したとき、シャッタ１１０を不図示の機構により蒸着材料Ｍの直上まで移動させ、電子銃１０４Ｂの電力供給を停止した。

実施例のイオン源を適用した蒸着装置で形成された薄膜と、比較例のイオン源を適用した蒸着装置で形成された薄膜とを評価した。表１は、実施例及び比較例において形成された薄膜が所望の膜質を満たすか否かを示す表である。表１において、「○」は所望の膜質を満たしていることを示し、「×」は所望の膜質を満たしていないことを示す。

表１に示すように、本実施例のイオン源を用いることで、広範囲のワークＷに対して所望の膜質が得られることを確認した。

なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態及び実施例に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態及び実施例に記載されたものに限定されない。

上述した実施形態及び実施例では、イオン源を蒸着装置に適用した場合について説明したが、イオン源を適用する装置を蒸着装置に限定するものではない。イオン源を例えば薄膜をエッチングするエッチング装置に適用してもよい。

また、上述した実施形態及び実施例では、第１の電極の平板面に垂直な方向から見て、複数の第１の貫通孔と複数の第２の貫通孔とが全て重なる場合について説明したが、これに限定するものではない。第１の電極の平板面に垂直な方向から見て、複数の第１の貫通孔のうち、第２の貫通孔と重ならない貫通孔が存在していてもよいし、複数の第２の貫通孔のうち、第１の貫通孔と重ならない貫通孔が存在していてもよい。また、第１の貫通孔と第２の貫通孔とが同数である場合について説明したが、異なる数であってもよい。

同様に、上述した実施形態及び実施例では、第１の電極の平板面に垂直な方向から見て、複数の第２の貫通孔と複数の第３の貫通孔とが全て重なる場合について説明したが、これに限定するものではない。第１の電極の平板面に垂直な方向から見て、複数の第２の貫通孔のうち、第３の貫通孔と重ならない貫通孔が存在していてもよいし、複数の第３の貫通孔のうち、第２の貫通孔と重ならない貫通孔が存在していてもよい。また、第２の貫通孔と第３の貫通孔とが同数である場合について説明したが、異なる数であってもよい。

また、上述した実施形態及び実施例では、複数の第３の貫通孔のうち、全てが第１の貫通孔と中心軸が一致する場合について説明したが、これに限定するものではない。複数の第３の貫通孔のうち、第１の貫通孔と中心軸が一致しない貫通孔が一部存在していてもよい。即ち、複数の第１の貫通孔のうち、第３の貫通孔と中心軸が一致しない貫通孔が一部存在していてもよい。また、第１の貫通孔と第３の貫通孔とが同数である場合について説明したが、異なる数であってもよい。

１００…蒸着装置、１０１…真空容器（チャンバ）、１０２…ホルダ、１０４…蒸発源、１０５…イオン源、２０１…放電室、２１１…電極（第１の電極）、２１２…電極（第２の電極）、２１３…電極（第３の電極）、２２１…貫通孔（第１の貫通孔）、２２２…貫通孔（第２の貫通孔）、２２２Ａ…貫通孔（第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔）、２２２Ｂ…貫通孔（第１の貫通孔と中心軸が一致して配置された貫通孔）、２２３…貫通孔（第３の貫通孔）

Claims (13)

1. 放電室と、
   前記放電室からイオンを引き出す、平板状の第１の電極、及び前記第１の電極よりも前記放電室から遠い位置に配置された平板状の第２の電極と、を備え、
   前記第１の電極は、複数の第１の貫通孔を有し、
   前記第２の電極は、複数の第２の貫通孔を有し、
   前記複数の第２の貫通孔は、前記第１の電極の平板面に垂直な方向から見て前記第１の貫通孔と一部が重なり、かつ前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔を複数含むことを特徴とするイオン源。
2. 前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔のずれ量が、前記第１の貫通孔の半径以下であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
3. 前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔が前記第２の電極の中心に近いほど、前記ずれ量が小さいことを特徴とする請求項２に記載のイオン源。
4. 前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔のずれ方向が、前記第２の電極の中心から遠ざかる方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン源。
5. 前記複数の第２の貫通孔は、前記第１の貫通孔と中心軸が一致して配置された貫通孔を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン源。
6. 前記第１の貫通孔と中心軸が一致して配置された貫通孔は、前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔よりも前記第２の電極の中心の近くに配置されていることを特徴とする請求項５に記載のイオン源。
7. 前記平板面に垂直な方向から見て、前記第１の貫通孔と中心軸が一致して配置された貫通孔の総面積が、前記第１の貫通孔に対して中心軸がずれて配置された貫通孔の総面積よりも小さいことを特徴とする請求項５又は６に記載のイオン源。
8. 前記第２の電極よりも前記放電室から遠い位置に配置された平板状の第３の電極を更に備え、
   前記第３の電極は、複数の第３の貫通孔を有し、
   前記複数の第３の貫通孔は、前記第１の電極の平板面に垂直な方向から見て前記第２の貫通孔と一部又は全部が重なり、かつ前記第１の貫通孔と中心軸が一致して配置された貫通孔を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のイオン源。
9. 前記第１の電極には、前記イオンの電荷と同じ極性の第１の電位、前記第２の電極には、前記イオンの電荷と逆の極性の第２の電位を印加し、前記第３の電極を接地して、前記放電室から前記イオンを引き出すことを特徴とする請求項８に記載のイオン源。
10. 前記第２の電位の絶対値が、前記第１の電位の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載のイオン源。
11. 前記イオンが陽イオンであり、
    前記第１の電位が正電位、前記第２の電位が負電位であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のイオン源。
12. 前記第１の電極の外周部と前記第２の電極の外周部との間、及び前記第２の電極の外周部と前記第３の電極の外周部との間にそれぞれ配置された絶縁部材を更に備えたことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のイオン源。
13. チャンバと、
    前記チャンバの内部に配置され、ワークを保持するホルダと、
    前記ホルダに対向して配置された蒸発源と、
    前記ホルダに対向して配置された請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のイオン源と、を備えたことを特徴とする蒸着装置。

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