JP2022156767A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜質を向上できる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１において、ガス供給部４０は、膜を構成する元素を含むガスを、主ハース１７側から、当該主ハース１７へ導かれるプラズマＰへ向かって供給する。この場合、ガス供給部４０は、プラズマ密度が高い領域に対して、ガスを供給することができる。当該領域に供給されたガスは、活性度が向上するため、基板１１における膜の元素の欠陥を抑制することができる。以上より、膜質を向上することができる。【選択図】図１
Description
本発明は、成膜装置に関する。
対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この成膜装置は、プラズマガンを用いてチャンバー内でプラズマを生成し、チャンバー内で成膜材料を蒸発させている。基板に成膜材料が付着することにより、当該基板上に膜が形成される。
ここで、上述の成膜装置は、膜を構成する元素を含むガスとして、酸素のガスをチャンバ内に供給するガス供給部を有している。上述の成膜装置において、ガス供給部は、ガスをチャンバ内のうち、基板を搬送する搬送部付近へ供給している。このような成膜装置において、膜質を更に向上させる事が求められていた。
そこで本発明は、膜質を向上できる成膜装置を提供することを課題とする。
本発明に係る成膜装置は、対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置であって、プラズマを生成するプラズマ生成部と、成膜材料を保持可能であると共にプラズマを成膜材料に導く電極と、膜を構成する元素を含むガスを、電極側から、電極へ導かれるプラズマへ向かって供給するガス供給部と、を備える。
例えば、ガス供給部が、膜を構成する元素を含むガスをチャンバ内に均一になるように供給した場合、チャンバ全体にガスが拡散し、プラズマと反応して乖離・イオン化が行われるものの、元素の活性度が不十分、または効率的でない場合がある。この場合、対象物の膜において、元素の欠陥が生じる場合がある。これに対し、本発明に係る成膜装置において、ガス供給部は、膜を構成する元素を含むガスを、電極側から、電極へ導かれるプラズマへ向かって供給する。この場合、ガス供給部は、プラズマ密度が高い領域に対して、ガスを供給することができる。当該領域に供給されたガスは、活性度が向上するため、対象物における膜の元素の欠陥を抑制することができる。以上より、膜質を向上することができる。
ガス供給部は、プラズマを受ける電極側の位置において、当該電極に受けられるプラズマの進行方向に対する反対側から、ガスを供給してよい。この場合、ガス供給部は、プラズマ密度が高い領域にガスを供給し易くなる。
電極は、ガスを通過させる流路を有し、当該流路の流出口からガスを供給可能であってよい。この場合、電極の位置からガスを供給することができるため、電極付近のプラズマ密度が高い領域にガスを供給することが可能となる。
ガス供給部は、電極の直径の１．５倍以下の距離だけ、径方向において電極より離れた位置からガスを供給してよい。これにより、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。
ガス供給部は、７０ｍｍ以下の距離だけ、径方向において電極より離れた位置から前記ガスを供給する、請求項１～４の何れか一項に記載の成膜装置。これにより、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。
電極には、当該電極の周りを覆う筒部材が設けられ、ガス供給部は、電極と筒部材との間からガスを供給してよい。この場合、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。また、筒部材を用いて、ガスの流路を容易に形成することができる。
プラズマ生成部は、圧力勾配型のプラズマガンであってよい。この場合、電極の付近でプラズマ密度が高い領域を作ることができる。
電極を取り囲む補助電極を更に備え、ガス供給部は、補助電極の内周側からガスを供給してよい。補助電極の内部側は、電極に近い位置である。従って、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。
ガス供給部は、第１の供給部と、第１の供給部より電極に近い位置でガスを供給する第２の供給部と、を備え、前記第２の供給部のガス供給量は第１の供給部のガス供給量よりも多い。このように、プラズマ密度の高い箇所に多くのガスを供給することできる。
本発明によれば、膜質を向上できる成膜装置を提供する。
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成膜装置について説明する。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。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る成膜装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る成膜装置１の構成を示す概略断面図である。成膜装置１は、対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する装置である。図１に示すように、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、後述する基板が搬送される方向である。Ｚ軸方向は、基板と後述するハース機構とが対向する位置である。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向とＺ軸方向とに直交する方向である。
成膜装置１は、基板１１の板厚方向が略鉛直方向となるように基板１１が真空チャンバ１０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る。この場合には、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向且つ板厚方向となる。なお、成膜装置１は、基板１１の板厚方向が水平方向（図１及び図２ではＺ軸方向）となるように、基板１１を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、基板１１が真空チャンバ１０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ってもよい。この場合には、Ｚ軸方向は水平方向且つ基板１１の板厚方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であり、Ｘ軸方向は鉛直方向となる。
成膜装置１は、成膜材料Ｍａの粒子Ｍｂを基板１１へ供給することで基板１１の表面に膜を形成する。成膜装置１は、真空チャンバ１０（チャンバ）、搬送機構３、成膜機構１４、不活性ガス供給部３０、反応性ガス供給部４０（ガス供給部）、及び電流供給部８０を備えている。
真空チャンバ１０は、基板１１を収納し成膜処理を行うための部材である。真空チャンバ１０は、成膜材料Ｍａの膜が形成される基板１１を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマガン７からビーム状に照射されるプラズマＰを真空チャンバ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Ｙ軸に沿って設定されている。搬送室１０ａは、Ｚ軸方向に対向する長尺の壁部１０ｄ，１０ｅと、Ｘ軸方向に対向する壁部を有する。また、真空チャンバ１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。
成膜室１０ｂは、壁部１０Ｗとして、搬送方向（矢印Ａ）に沿った一対の側壁と、搬送方向（矢印Ａ）と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ，１０ｉと、Ｘ軸方向の沿って配置された底面壁１０ｊと、を有する。
搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で基板１１を保持する基板保持部材１６を搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。例えば基板保持部材１６は、基板１１の外周縁を保持する枠体である。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（矢印Ａ）に沿って等間隔に配置され、基板保持部材１６を支持しつつ搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。なお、基板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。
続いて、成膜機構１４の構成について詳細に説明する。成膜機構１４は、イオンプレーティング法により成膜材料Ｍａの粒子を基板１１に付着させる。成膜機構１４は、プラズマ生成部１８と、ステアリングコイル５と、ハース機構２と、輪ハース６とを有している。
プラズマ生成部１８は、真空チャンバ１０内でプラズマを生成する。プラズマ生成部１８は、例えば圧力勾配型のプラズマガン７を有する。プラズマガン７は、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁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。プラズマガン７は、真空チャンバ１０内でプラズマＰを生成する。プラズマガン７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へビーム状に出射される。これにより、成膜室１０ｂ内にプラズマＰが生成される。
プラズマガン７は、陰極６０により一端が閉塞されている。陰極６０とプラズマ口１０ｃとの間には、第１の中間電極（グリッド）６１と、第２の中間電極（グリッド）６２とが同心的に配置されている。第１の中間電極６１内にはプラズマＰを収束するための環状永久磁石６１ａが内蔵されている。第２の中間電極６２内にもプラズマＰを収束するため電磁石コイル６２ａが内蔵されている。
ステアリングコイル５は、プラズマガンが装着されたプラズマ口１０ｃの周囲に設けられている。ステアリングコイル５は、プラズマＰを成膜室１０ｂ内に導く。ステアリングコイル５は、ステアリングコイル用の電源（不図示）により励磁される。
ハース機構２は、成膜材料Ｍａを保持する。ハース機構２は、真空チャンバ１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＺ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２は、プラズマガン７から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａに導く主陽極又はプラズマガン７から出射されたプラズマＰが導かれる主陽極である主ハース１７（電極）を有している。
主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されたＺ軸方向の正方向に延びた筒状の部材である。主ハース１７は、真空チャンバ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、主ハース１７は放電における陽極となりプラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射する主ハース１７には、成膜材料Ｍａを充填するための貫通孔１７ａ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１７ａの一端部において成膜室１０ｂに露出している。このように、主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されることによって、当該成膜材料Ｍａを保持することができる。また、貫通孔１７ａの一端部は、成膜材料Ｍａを昇華させるために成膜材料Ｍａを保持するための保持位置となる。
成膜材料Ｍａは、特に限定されることなく、所望の膜に応じて適宜選択可能であるが、例えば、酸化物半導体のＩｎ２Ｏ３系の材料（ＳｎドープしたＩＴＯ(酸化インジウムスズ)、ＷドープしたＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム））や、ＺｎＯなどの導電材料や、金属材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。なお、成膜材料Ｍａとして、他にＧａ２Ｏ３、ＧａＮ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等が採用されるが、特に限定されるものではない。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Ｐのビームが照射されると、プラズマＰのビーム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Ｐのビームによりイオン化された粒子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Ｐのビームが照射されると、プラズマＰのビームが成膜材料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Ｐのビームによりイオン化された粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＺ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において基板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がハース機構２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がハース機構２のＺ負方向側から順次押し出される。
輪ハース６（補助電極）は、プラズマ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、主ハース１７を囲むように設けられる。輪ハース６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース１７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２０と環状の容器１２とを有し、コイル９及び永久磁石部２０は容器１２に収容されている。本実施形態では、搬送機構３から見てＺ負方向にコイル９、永久磁石部２０の順に設置されているが、Ｚ負方向に永久磁石部２０、コイル９の順に設置されていてもよい。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Ｐの向き、または、主ハース１７に入射するプラズマＰの向きを制御する。なお、主ハース１７及び輪ハース６の電位は図示されない制御部からの制御信号に基づいて制御される。
本実施形態では、プラズマガン７は、側壁１０ｈからＹ軸方向の正側へ向けてプラズマＰを出射する。一方、主ハース１７は底面壁１０ｊ側において、先端がＺ軸方向の正側を向くように設けられている。プラズマガン７と主ハース１７との間では、プラズマガン７を陰極とし、主ハース１７（及び成膜材料Ｍａ）を陽極としてプラズマ放電が行われる。プラズマＰはプラズマガン７からＹ軸方向の正側へ進行してから、Ｚ軸方向の負側へ曲がり、Ｚ軸方向の負側へ進行して主ハース１７に導かれる。これにより、成膜室１０ｂには、主ハース１７と搬送機構３との間にプラズマ放電が行われるプラズマ放電領域が形成される。
主ハース１７及び輪ハース６は、隔壁２５上に配置されている。隔壁２５は、プラズマＰによる反応が行われる空間と、不活性ガスを流通させる空間とを仕切る壁部である。隔壁２５は、底面壁１０ｊから上側へ離間した位置に設けられる。隔壁２５は、側壁１０ｈ，１０ｉとの間に隙間を形成するように配置される。
不活性ガス供給部３０は、真空チャンバ１０内に不活性ガスを供給する。不活性ガスに含まれる物質として、例えば、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスが採用される。反応性ガス供給部４０は、真空チャンバ１０内に反応性ガスを供給する。反応性ガスは、プラズマと反応するガスであり、膜を構成する元素を含むガスである。ＩＴＯやＩＷＯなどの膜を成膜する場合、反応性ガスとして酸素のガスが採用される。ガス供給部３０，４０は、図示されない制御部からの制御信号に基づいた流量の不活性ガス及び酸素ガスを供給する。制御部は、良好な膜質を得るために、反応性ガスの流量比を制御することができる。反応性ガスの流量比とは、不活性ガス及び反応性ガス全体の流量に対する反応性ガスの比率である。
不活性ガス供給部３０は、不活性ガス供給源３１と、供給流路３２と、を備える。供給流路３２は、不活性ガス供給源３１からの不活性ガスを底面壁１０ｊと隔壁２５との間の空間に供給する。これにより、不活性ガスが、隔壁２５と真空チャンバ１０の側壁との間の隙間から、成膜室１０ｂに供給される（図１におけるＧ１を参照）。
反応性ガス供給部４０は、反応性ガス供給源４１と、第１の供給部４２と、第２の供給部４３と、を備える。第１の供給部４２及び第２の供給部４３は、反応性ガス供給源４１からの反応性ガスを成膜室１０ｂに出射（供給）する（図１におけるＧ２を参照）。第２の供給部４３は、主ハース１７の位置、または主ハース１７に隣接する位置で反応性ガスを供給する（詳細は後述）。これに対し、第１の供給部４２は、輪ハース６よりも外周側で反応性ガスを供給する。従って、第２の供給部４３は、第１の供給部４２より主ハース１７に近い位置で反応性ガスを出射する。第２の供給部４３のガス供給量は第１の供給部４２のガス供給量よりも多いことが好ましい。
なお、本実施形態では、膜を構成する元素を含むガスとして酸素のガスを挙げている。ただし、当該ガスに含まれる元素は膜の組成に応じて適宜変更されてよい。例えば、ＳｉＯＮやＡｌＮなど膜を形成する際には、反応性ガスとして窒素のガスが採用されてよい。
電流供給部８０は、成膜材料のイオン化を行うための電流をプラズマガン７に供給する。電流供給部８０は、プラズマガン７の陰極６０に電流を供給する。これにより、プラズマガン７は、所定の値の放電電流にて放電を行う。電流供給部８０は、図示されない制御部からの制御信号に基づいた電流値の電流を供給する。
次に、図２を参照して、反応性ガス供給部４０による反応性ガスの供給態様の概要について説明する。図２は、主ハース１７の拡大断面、及びそれに対する反応性ガスの流路の概要を示す概略図である。
図２に示される主ハース１７は、筒部５１と、底側のフランジ部５２と、を備える。筒部５１は、先端面５３と、外周面５４と、傾斜面５６と、を有する。先端面５３は、筒部５１の中心線ＣＬ１と直交するような環状の平面をなしている。外周面５４は、中心線ＣＬ１と平行に延びる円筒状の面である。傾斜面５６は、先端面５３と外周面５４との間に形成され、先端面５３へ向かうに従って先細りとなる円錐台状の面である。
プラズマガンからのプラズマＰは、中心線ＣＬ１が延びる方向における主ハース１７側（図１のＺ軸方向における負側）へ向かう方向を進行方向Ｄ１として、主ハース１７の先端面５３（及び成膜材料Ｍａの先端面）に受けられる。これにより、主ハース１７の直上の領域はプラズマ密度が高い領域となる。
これに対し、反応性ガス供給部４０は、主ハース１７側から、当該主ハース１７へ導かれるプラズマＰへ向かって反応性ガスを出射する。ガス供給部４０は、プラズマＰを受ける主ハース１７側の位置において、当該主ハース１７に受けられるプラズマＰの進行方向Ｄ１に対する反対側から、反応性ガスを出射する。ガス供給部４０は、中心線ＣＬ１が延びる方向における搬送機構３（図１参照）へ向かう方向へ反応性ガスを出射する。主ハース１７の直上の領域では、プラズマＰと反応性ガスとが互いに対向して、互いに反対方向に進行するような状態となる。これにより、反応性ガスが、主ハース１７の直上のプラズマ密度が高い領域に供給される。反応性ガスの分子は、当該プラズマ密度の高い領域において、高い活性度にて乖離・イオン化が行われる。
反応性ガス供給部４０は、主ハース１７の位置から、または主ハース１７に隣接する位置から反応性ガスを出射する。例えば、主ハース１７は、反応性ガスを通過させる流路６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを有する。反応性ガス供給部４０は、流路６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃの流出口６０ａから反応性ガスを出射可能である。流路６０Ａは、主ハース１７の筒部５１を構成する壁部の肉厚の内部に形成される流路である。流路６０Ｂは、主ハース１７と成膜材料Ｍａとの間の境界部、すなわち貫通孔１７ａの内周面に形成される流路である。流路６０Ｃは、貫通孔１７ａの内部空間に形成される流路である。
反応性ガス供給部４０は、主ハース１７に隣接する位置に設けられた流路６０Ｄを有し、当該流路６０Ｄの流出口６０ａから反応性ガスを出射可能である。ここで、主ハース１７に隣接する位置とは、主ハース隣接領域を規定する境界線ＢＬよりも内周側の位置である。流路６０Ｄの流出口６０ａが、境界線ＢＬよりも内周側に配置されていればよく、途中の流路６０Ｄは、境界線ＢＬより外周側に存在していてもよい。境界線ＢＬは、例えば、径方向において、主ハース１７から所定の距離ＰＤだけ離れた位置に設定されてよい。なお、所定の距離ＰＤは、主ハース１７のうち、プラズマＰを受ける面である先端面５３の外周縁部からの径方向における距離である。
所定の距離ＰＤは、主ハース１７の直径の１．５倍の距離であってよい。これにより、ガス供給部４０は、主ハース１７の直径の１．５倍以下の距離だけ、径方向において主ハース１７より離れた位置から反応性ガスを出射する。なお、主ハース１７の直径とは、プラズマＰを受ける面である先端面５３の外周縁部の直径である。なお、成膜材料Ｍａの直径は、２０～４０ｍｍ程度に設定されてよく、状況に応じて、主ハース１７の貫通孔１７ａの直径を変えることができる。後述の平均自由行程が、概ね、貫通孔１７ａの直径の１．５倍程度であるため、ガス供給部４０は、主ハース１７の直径の１．５倍以下の距離だけ、径方向において主ハース１７より離れた位置から反応性ガスを出射する。
あるいは、境界線ＢＬの所定の距離ＰＤは、具体的な数値としては、７０ｍｍに設定されてよい。当該数値は、導入した反応性ガスが真空チャンバ１０内の他のガスとぶつからずに進むことができる平均自由工程で定義されてよい。平均自由工程は、以下の式（１）で示される。原子、分子直径は種類によって異なるが、使用されるガスはアルゴン、酸素、窒素などであるため、室温を約２７℃とすると、真空チャンバ１０の圧力が０．１Ｐａのときに約７０ｍｍとなり、０．６Ｐａのときに約１０ｍｍとなる。すなわち、圧力範囲が０．１～０．６Ｐａの範囲であるとすると、所定の距離ＰＤは１０ｍｍ～７０ｍｍ程度に設定することができる。従って、流路６０Ｄの流出口６０ａは、主ハース１７から７０ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましく、１０ｍｍ以下の位置に配置されることがより好ましい。なお、真空チャンバ１０の圧力に応じて、所定の距離ＰＤを調整してよい。以上より、ガス供給部４０は、７０ｍｍ以下の距離だけ、より好ましくは１０ｍｍ以下の距離だけ、径方向において主ハース１７より離れた位置から反応性ガスを出射する。
λ＝１／（√２×π×σ×ｎ） …（１）
σ：ガス種の原子、又は分子の直径
ｎ：密度
λ＝１／（√２×π×σ×ｎ） …（１）
σ：ガス種の原子、又は分子の直径
ｎ：密度
なお、本実施形態のように輪ハース６が設けられているときは、図３（ａ）に示すように、輪ハース６の内周側の位置が、主ハース１７に隣接する位置として定義されてよい。この場合、流路６０Ｄは、径方向において、輪ハース６と主ハース１７の間の位置に配置される。これにより、ガス供給部４０は、輪ハース６の内周側から反応性ガスを出射する。また、図３（ｂ）に示すように、主ハース１７と輪ハース６との間には、蒸着物７１を付着させる交換式のアウターリム７０が設けられる場合がある。この場合、ガス供給部４０は、主ハース１７とアウターリム７０との間の隙間から反応性ガスを出射してよい。なお、成膜材料Ｍａが導電性材料の場合、蒸着物７１が成長して内周側へ延び過ぎると、主ハース１７と輪ハース６とが短絡する原因となってしまう。また、成長した蒸着物７１が蒸発した粒子Ｍｂの拡散を邪魔する場合がある。従って、定期的にアウターリム７０を交換することで、連続運転を行うことが可能となる。
図４は、主ハース１７に形成された流路６０Ｂの一例を示す図である。図４（ｂ）に示すように、流路６０Ｂは、貫通孔１７ａの内周面の一部に対して、軸方向に延びる切欠部を形成することによって設けられる。ここでは、四つの流路６０Ｂが設けられているが、数は特に限定されない。図４（ａ）に示すように、流路６０Ｂは、貫通孔１７ａの下端では、フランジ部５２の下面に回り込み、隔壁２５を介して下方へ延びている。なお、流路６０Ｂのはい回し方は特に限定されない。なお、成膜材料Ｍａが流路６０Ｂ内に付着する場合があるため、主ハース１７の部材内に流路６０Ａ（図２参照）を設ければ当該付着は回避できる。しかし、流路６０Ｂは、流路６０Ａに比して製造が容易である。
図５に示すような二重筒構造によって流路６０Ｄを設けてもよい。図５に示すように、主ハース１７には、当該主ハース１７の周りを覆う筒部材８６が設けられる。筒部材８６は、筒部５１を覆う本体部８１と、フランジ部５２を覆うフランジ部８２と、を有する。本体部８１は、筒部５１との間に隙間８５を形成するように配置される。当該隙間８５は主ハース１７の全周にわたって設けられ、当該隙間８５が流路６０Ｄとして構成される。フランジ部８２は、トルク管理されたボルト８３を介して、フランジ部５２に固定される。これにより、ガス供給部４０は、主ハース１７と筒部材８６との間から反応性ガスを出射する。この場合、流路６０Ｄを主ハース１７全周を取り囲むように形成できるので、反応性ガスを均等に供給できる。なお、筒部材８６の材質は特に限定されず、主ハース１７と同じ材質でも異なる材質でもよい。筒部材８６を導電性の材質で形成した場合、筒部材８６も主ハースの一部として機能することができる。この場合、隙間８５は、主ハース１７の肉厚の内部に形成された流路６０Ａと見なすこともできる。
図６に示すように、主ハース１７に隣接する位置に設けられる流路６０Ｄは、パイプ９０によって構成されてよい。図６（ａ）に示すように、パイプ９０は、主ハース１７にロウ付け、または溶接によって取り付けられてよい。この場合、流路６０Ｄの流出口６０ａの、先端面５３の外周縁部からの距離は、パイプ９０の厚み分となる。なお、パイプ９０は主ハース１７に対して複数設けられてもよい。パイプ９０は主ハース１７に取り付けられているため冷却の観点において問題は生じない。図６（ｂ）に示すように、主ハース１７から径方向に離間した位置にパイプ９０を設けてもよい。この場合、プラズマＰによって過熱されないように、配置を調整すればよい。なお、図６に示すように、流路６０Ｄは、軸方向と平行となるように反応ガスを出射する必要はなく、軸方向に対して傾斜した状態で反応性ガスを出射してよい。
次に、本実施形態に係る成膜装置１の効果を確認する実験結果について図７を参照して説明する。図７はＩＴＯ成膜を行ったときの実験結果を示す。透明導電膜であるＩＴＯの膜質を示す指標として、抵抗率、移動度、キャリア密度が示されている。各パラメータの最適値はアプリケーションによって異なるが、導電膜として使用する場合は、抵抗率が低いほど望ましい、また、キャリア密度は従来のものから変動させずに、移動度を高くすることが望ましい。ここでは、比較例として、図１において不活性ガスと同様に真空チャンバ１０全体に酸素を供給した成膜装置を採用した。図７では実線のグラフが比較例を示す。実施例として、主ハース１７とアウターリム７０（図３（ｂ）参照）との間から酸素を供給した成膜装置を採用した。図７では破線のグラフが実施例を示す。図７のグラフの横軸は、真空チャンバ１０に導入している総ガス流量（アルゴン＋酸素）に対する酸素ガス流量比を示す。「Ｏ２流量比 ＝Ｏ２ガス流量／（Ａｒガス流量＋Ｏ２ガス流量)）で示される。図７（ａ）～（ｃ）に示されるように、実施例のキャリア密度は比較例のものから大きく変わらず、実施例の抵抗率及び移動度が比較例よりも向上している。そのため、実施例の成膜装置で成膜された膜内の結晶性が向上していることが示される。従って、真空チャンバ１０全体に酸素を導入するより、主ハース１７近傍から酸素を入れるほうが、酸素の使用効率が高くなっていることが示される。
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。
例えば、ガス供給部４０が、膜を構成する元素を含むガスを真空チャンバ１０内に均一になるように供給した場合、真空チャンバ１０全体にガスが拡散し、プラズマと反応して乖離・イオン化が行われるものの、元素の活性度が不十分、または効率的でない場合がある。この場合、基板１１の膜において、元素の欠陥が生じる場合がある。例えば、Ｉｎは正イオン化し易く、酸素の正イオン化は、成膜材料Ｍａを蒸発させたことで得られる酸素だけでは足りない。これに対し、本実施形態に係る成膜装置１において、ガス供給部４０は、膜を構成する元素を含むガスを、主ハース１７側から、当該主ハース１７へ導かれるプラズマＰへ向かって供給する。この場合、ガス供給部４０は、プラズマ密度が高い領域に対して、ガスを供給することができる。当該領域に供給されたガスは、活性度が向上するため、基板１１における膜の元素の欠陥を抑制することができる。以上より、膜質を向上することができる。
ガス供給部４０は、プラズマＰを受ける主ハース１７側の位置において、当該主ハース１７に受けられるプラズマＰの進行方向Ｄ１に対する反対側から、ガスを出射（供給）してよい。この場合、ガス供給部４０は、プラズマ密度が高い領域にガスを供給し易くなる。
主ハース１７は、ガスを通過させる流路６０Ａ、６０Ｂ，６０Ｃを有し、当該流路６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃの流出口６０ａからガスを出射可能であってよい。この場合、主ハース１７の位置からガスを出射することができるため、主ハース１７付近のプラズマ密度が高い領域にガスを出射することが可能となる。
ガス供給部４０は、主ハース１７の直径の１．５倍以下の距離だけ、径方向において主ハース１７より離れた位置からガスを出射してよい。これにより、ガス供給部４０は、主ハース１７に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。
ガス供給部４０は、７０ｍｍ以下の距離だけ、径方向において電極より離れた位置から前記ガスを出射する、請求項１～４の何れか一項に記載の成膜装置。これにより、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。
主ハース１７には、当該主ハース１７の周りを覆う筒部材８６が設けられ、ガス供給部４０は、主ハース１７と筒部材８６との間からガスを出射してよい。この場合、ガス供給部４０は、主ハース１７に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。また、筒部材８６を用いて、ガスの流路を容易に形成することができる。
プラズマ生成部１８は、圧力勾配型のプラズマガン７であってよい。この場合、主ハース１７の付近でプラズマ密度が高い領域を作ることができる。
圧力勾配型のプラズマガン７は、当該プラズマガン７の内部圧力が成膜室の圧力より高い。そのため、ガス供給部４０から導入したガスがプラズマガン７の中には入らない。プラズマガン７の陰極はＬａＢ６、Ｔａで構成されており、主にＬａＢ６が熱電子を供給することでプラズマを生成している。例えば反応性ガスが酸素の場合、ＬａＢ６、Ｔａまで到達すると熱くなっているため、速やかに酸化してしまい、絶縁化されて行き、放電することができなくなる。実質的には、酸素ガスを自由に成膜室に調整しながら、アーク放電を行うことは、他の装置では不可能となる。また、圧力勾配型のプラズマガン７の場合、プラズマ密度が非常に高く（１０１２～１０１３ｃｍ－３）、高い反応性が特長である。加えて、陰極が酸化されないため、長寿命であるというメリットがある。
なお、ＤＣスパッタ装置の場合(正負関係が逆ではある)、ターゲットが金属で反応性ガスを酸素などで行うと、ターゲットが酸化されて放電できなくなる（又はしにくくなる）。つまり、スパッタ成膜ができなくなる（又は非常に遅くなる）その金属酸化物が絶縁でない場合は、放電は継続可能だが、遅くなるという問題がある。いわゆる、金属モード、中間モード、酸化物モードと言われ、成膜速度は、金属、中間、酸化物の順となる。完全に酸化されない範囲で酸素量を調整しながら成膜するため、供給する酸素量には限界があり、形成した膜の酸素抜けが非常に起こりやすくなる。ＲＦスパッタ装置では、絶縁性のターゲットでもスパッタすることが出来るが、ＤＣに比べて成膜速度は遅くなる。これらの成膜装置に対し、圧力勾配型のプラズマガン７を用いた成膜装置１は、上述のような問題を解消することができる。
主ハース１７を取り囲む輪ハース６を更に備え、ガス供給部４０は、輪ハース６の内周側からガスを出射してよい。輪ハース６の内部側は、主ハース１７に近い位置である。従って、ガス供給部４０は、主ハース１７に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。
ガス供給部４０は、第１の供給部４２と、第１の供給部４２より主ハース１７に近い位置でガスを出射する第２の供給部４３と、を備え、第２の供給部４３のガス供給量は第１の供給部４２のガス供給量よりも多い。このように、プラズマ密度の高い箇所に多くのガスを供給することできる。
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、上述の実施形態では、輪ハース６を有する成形装置について説明を行った。これに変えて、図８に示すように、輪ハース６が設けられていない成膜装置１００が採用されてよい。主ハース１１７は、るつぼ状の形状を有している。また、主ハース１１７の下側に磁石部１０９が設けられる。当該成膜装置１００においても、反応性ガス供給部４０は、主ハース１１７の位置、又は主ハース１１７に隣接する位置で反応性ガスを供給することができる。主ハース１１７の位置、又は主ハース１１７に隣接する位置で反応性ガスを供給することによって、図２に示した流路６０Ａ、６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄと同趣旨の流路を採用することができる。
なお、反応ガス供給源と不活性ガス供給源とが混合される機構が採用されてもよい。一つのガスの供給口に、反応性ガスと不活性ガスとを混合させてもよい。例えば、前述の反応性ガス供給部４０の流出口６０ａに、不活性ガスを混ぜて供給してよい。
１，１００…成膜装置、６…輪ハース（補助電極）７…プラズマガン、１７…主ハース（電極）、１１…基板（対象物）、４０…反応性ガス供給部（ガス供給部）、４２…第１の供給部、４３…第２の供給部、６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ…流路、８０…筒部材、Ｍａ…成膜材料、Ｍｂ…粒子。
Claims (9)
- 対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置であって、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記成膜材料を保持可能であると共に前記プラズマを前記成膜材料に導く電極と、
前記膜を構成する元素を含むガスを、前記電極側から、前記電極へ導かれる前記プラズマへ向かって供給するガス供給部と、を備える、成膜装置。 - 前記ガス供給部は、前記プラズマを受ける前記電極側の位置において、当該電極に受けられる前記プラズマの進行方向に対する反対側から、前記ガスを供給する、請求項１に記載の成膜装置。
- 前記電極は、前記ガスを通過させる流路を有し、当該流路の流出口から前記ガスを供給可能である、請求項１又は２に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、前記電極の直径の１．５倍以下の距離だけ、径方向において前記電極より離れた位置から前記ガスを供給する、請求項１～３の何れか一項に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、７０ｍｍ以下の距離だけ、径方向において前記電極より離れた位置から前記ガスを供給する、請求項１～４の何れか一項に記載の成膜装置。
- 前記電極には、当該電極の周りを覆う筒部材が設けられ、
前記ガス供給部は、前記電極と前記筒部材との間から前記ガスを供給する、請求項１～５の何れか一項に記載の成膜装置。 - 前記プラズマ生成部は、圧力勾配型のプラズマガンである、請求項１～６の何れか一項に記載の成膜装置。
- 前記電極を取り囲む補助電極を更に備え、
前記ガス供給部は、前記補助電極の内周側から前記ガスを供給する、請求項１～７の何れか一項に記載の成膜装置。 - 前記ガス供給部は、第１の供給部と、前記第１の供給部より前記電極に近い位置で前記ガスを供給する第２の供給部と、を備え、前記第２の供給部のガス供給量は前記第１の供給部のガス供給量よりも多い、請求項１～８の何れか一項に記載の成膜装置。
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| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
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