JP3826108B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク加熱法を用いて形成した超微粒子を用いた成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の成膜装置として、たとえば、ガスデポジション法を用いたものがある。
【０００３】
ガスデポジション装置は、超微粒子生成室、膜形成室、超微粒子生成室と膜形成室とを連結する搬送管、等で構成される。超微粒子生成室内においては、不活性ガス雰囲気中で、アーク加熱、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザー加熱等で材料を蒸発させ、蒸発した材料を不活性ガスと衝突させることで超微粒子（数ｎｍ〜数μｍの直径を持つ粒子）が生成される。超微粒子生成室内の圧力は膜形成室内の圧力よりも高く設定される。この圧力差により、超微粒子生成室内で生成された超微粒子は、搬送管を通じて膜形成室に導かれる。尚、膜形成室内に位置する、搬送管の端部はノズル形状となっている。このノズルから超微粒子が、膜形成室内に配置された基体に向けて高速噴射され、基体に超微粒子を衝突せることにより直接所望のパターンを形成することができる。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４など参照）。
【０００４】
こうしたガスデポジション法は、電気配線（特許文献５参照）や、バンプ状の形状の電極（特許文献６参照）、接合部材（特許文献７参照）等、多岐にわたる分野に応用が考えられている。
【０００５】
超微粒子の形成方法は、誘導加熱，アーク加熱，抵抗加熱等がある。Ｚｒ（ジルコニウム）やＶ（バナジウム）のような高融点材料の超微粒子は比表面積の大きさから、一例として非蒸発型ゲッターとしての利用が考えられる（特許文献８参照）。このような高融点金属に対してはアーク加熱が有利である。
【０００６】
また、高融点材料ではないＡｇ（銀）やＡｌ（アルミニウム）のような材料を用いて、ガスデポジション法で電気的な配線を形成しようとした場合、蒸発量を稼ぎハイレートで膜を形成する観点から、アーク加熱法が有利である。
【０００７】
このアーク加熱の場合、通常、図５に示すように、超微粒子生成室内に導入した電極アーム先端に、先端を尖らせた棒状電極１０１を取り付ける。そして、棒状電極１０１先端部と、蒸発させる材料８との間で放電を起こすのが一般的である（特許文献９、特許文献１０参照）。
【０００８】
ここで、図５において符号１３は材料８が載置される凹部を有するカーボン製ハースライナーであり、符号１２は材料８の溶融部を示している。
【０００９】
棒状電極１０１の材料８に対する角度は、材料８の安定な蒸発を維持するために、鉛直方向に対して数十度の角度で設定される。
【００１０】
棒状電極１０１の長手方向を材料８の表面に対して垂直にすると、棒状電極１０１に材料８の蒸発物が付着しやすくなる。その結果、棒状電極１０１の先端の変形につながり、材料８の蒸発を不安定にする要因となる。
【００１１】
また、逆に棒状電極１０１の長手方向を材料８に表面に対して平行にすると、生成された超微粒子は棒状電極１０１とは反対側に飛ばされ、超微粒子煙（超微粒子の流れ）は材料８の上部に配置された搬送管に吸入されづらくなる。
【００１２】
図６は、生成された超微粒子煙（超微粒子の流れ）１４の様子を説明するための図である。
【００１３】
図６において、棒状電極１０１を図６に示す状態からねかせていく（棒状電極１０１の長手方向を材料８の表面に対して平行にしていく）と、生成された超微粒子は電極とは反対側である矢印１５で示す方向に飛ばされるようになり、超微粒子煙１４は材料８上部にある搬送管３に吸入されづらくなる。
【００１４】
この傾向は、アーク電圧が高いほど、さらに棒状電極１０１の角度が鉛直方向に対し大きくなる（棒状電極１０１の長手方向を材料８の表面に対して平行になる）ほど顕著に見られる。
【００１５】
こうした現象の一因としては、棒状電極１０１より放出される熱電子の流れが、生成した超微粒子煙１４と衝突することで超微粒子を電極と反対側に飛ばしていることが考えられる。
【００１６】
そこで、従来は、超微粒子煙１４が搬送管吸入部に効率良く導かれるようにするために、棒状電極１０１は図６に示すように鉛直方向に対しおおよそ３０〜４５度程度の角度を持たせると共に、アーク電圧，アーク電流値を調整する方法を採用していた。
【００１７】
【特許文献１】
特許第２５２４６２２号公報
【特許文献２】
特許第１５９５３９８号公報
【特許文献３】
特許第２６３２４０９号公報
【特許文献４】
特許第２５９６４３４号公報
【特許文献５】
特開平５−４７７７１号公報
【特許文献６】
特開平１０−１４０３２５号公報
【特許文献７】
特開平７−３７５１２号公報
【特許文献８】
特開２０００−２０８０３３号公報
【特許文献９】
特開２０００−１７４２７号公報
【特許文献１０】
特許第２５９６４３４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００１９】
図６に示したようにアーク電極（棒状電極）１０１を材料８の表面に対する角度を適度に設定し、材料８との間にアーク放電を生じさせる方法においては、アーク電流値が一定の場合、アーク電圧が大きくなればなるほど棒状電極１０１からの熱電子流のエネルギーが大きくなる。そのため、超微粒子煙１４は、より棒状電極１０１から離れる方向（矢印１５方向）に強く曲げられる。その結果、超微粒子煙１４は、搬送管３に吸い込まれづらくなる。
【００２０】
そこで、超微粒子煙１４を搬送管３に効率良く吸入させる為には、超微粒子煙１４が搬送管３吸入部から外れないよう目視で確認しながら、アーク電圧を低く保つように電極−材料間隔を調整しなければならず、ハイレートで成膜できるというアーク加熱法の特徴を生かせないという問題があった。
【００２１】
また、膜形成室内において、基体を移動することで、ノズルより噴射された超微粒子を基体上にライン状に成膜する場合、超微粒子煙１４が搬送管３の端部で吸い込まれると、生成されるライン上の膜の断面形状において、その端部に膜厚のピークが偏ってしまう場合があった。
【００２２】
この膜厚ピークの偏りは、搬送管３の超微粒子煙１４の吸入位置に依存する。吸入位置が搬送管端部であればあるほど、膜厚ピークも断面の端部に偏る傾向が強い。
【００２３】
さらに、この偏りは電圧に敏感に依存する。若干の電圧のゆらぎに対しても超微粒子煙１４の飛んでいく方向は変わる為、安定した断面形状の膜を得ることが難しいという問題もあった。
【００２４】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アーク加熱を用いて粒子を形成するものであって、生成された粒子をアーク電圧にかかわらず効率良く搬送管に吸入させることができ、安定した形状の膜が得られる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、第１の電極と第２の電極との電位差によって、アーク放電を発生させて、該アーク放電により材料を蒸発させ、該蒸発した材料から粒子を形成し、該粒子を基体に衝突させることにより成膜する成膜装置であって、前記材料が前記第２の電極に電気的に接続して設けられており、前記第１の電極は、複数のサブ電極を有しており、前記複数のサブ電極の各々の先端の、前記材料に対する向きがそれぞれ異なる方向に配設されてなる。
【００２６】
前記材料の表面の鉛直方向に対する、前記複数のサブ電極の各々の先端の前記材料に対する向きは、互いに異なることが好適である。
【００２７】
前記複数のサブ電極は、前記材料の実質的に同一部を加熱するように配設されることが好適である。
【００２８】
前記複数のサブ電極は、前記材料の同一部に対して略放射状に設けられていることが好適である。
【００２９】
前記複数のサブ電極は、棒状の電極であり、該棒状の電極の長手方向がそれぞれ異なるように配設されていることが好適である。
【００３０】
前記サブ電極は、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃのいずれかの材料を含むことが好適である。
【００３１】
前記成膜装置はさらに、前記第１の電極と前記材料とが配置される第１のチャンバーと、前記基体と前記基体を固定するステージとが配置される第２のチャンバーと、前記第１チャンバーと第２チャンバーとを連通する搬送管と、を備えることが好適である。
【００３２】
また、本発明は、成膜方法であって、
（A）複数のサブ電極を有する第１電極と、第２電極と、前記第２電極に電気的に接続すると共に、アーク放電により蒸発する材料と、を用意する工程と、
（B）前記材料と、前記複数のサブ電極の各々との間にアーク放電を同時に生じせしめることにより、前記材料を蒸発させる工程と、
（C）前記蒸発した材料から、多数の粒子を形成する工程と、
（D）前記多数の粒子を、基体に衝突させる工程と、を有しており、
前記複数のサブ電極の各々と、前記材料とが向かい合う方向が、互いに異なることを特徴とする成膜方法である。
【００３３】
前記材料の表面の鉛直方向に対する、前記複数のサブ電極の各々の先端の、前記材料に対する向きは、互いに異なることが好適である。
【００３４】
前記複数のサブ電極のそれぞれは、前記材料の実質的に同一部を加熱することが好適である。
【００３５】
記複数のサブ電極は、前記材料の同一部に対して略放射状に設けられることが好適である。
【００３６】
前記複数のサブ電極は、棒状の電極であり、該棒状の電極の長手方向がそれぞれ異なるように配設されることが好適である。
【００３７】
前記サブ電極は、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃのいずれかの材料を含むことが好適である。
【００３８】
前記成膜方法はさらに、
搬送管を介して連通する、前記第１の電極と前記材料とが配置される第１のチャンバーと、前記基体と前記基体を固定するステージとを配置する第２のチャンバーと、を用意する工程と、
前記第２のチャンバー内の圧力を前記第１のチャンバー内の圧力よりも低く設定する工程と、
を有することが好適である
このように、本発明においては、前記複数のサブ電極の、前記材料に対する方向をそれぞれ異なる方向を向くように配設する。例えば、前記材料を取り囲むように該複数のサブ電極を設け、各サブ電極の先端（放電部）からの熱電子流のベクトルの和が該材料の同一部を向く（材料の表面の鉛直方向を向くと好ましい）ように構成する。このようにすることで、アーク投入電圧にかかわらず、アーク放電により生成した超微粒子煙（粒子の流れ）は、偏った方向に飛んでいくことなく、蒸発源の下方より導入されるキャリアガスの流れに乗り、効率よく搬送管に吸入される。また、搬送管の吸入部中央に吸入されやすくなる為、生成された膜も安定して中央部に膜厚ピークを持つ断面形状となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００４０】
図１は、本発明の実施の形態に係る成膜装置の概略構成図である。本実施の形態に係る成膜装置は、ガスデポジション法を用いることを特徴としている。
【００４１】
図１は、本実施の形態に係る成膜装置である。
【００４２】
図１において、符号１は第１のチャンバー（「微粒子生成室」と呼ぶ場合もある）、符号２は第２のチャンバー（「微粒子膜形成室」と呼ぶ場合もある）、符号３は搬送管であり、符号４は搬送管３の第２のチャンバー内に位置する先端に取付けられたノズルである。尚、ノズル４は、搬送管と別の部材であっても良いし、また、搬送管の先端をノズル状に形成することで代用しても良い。符号５はアーク放電用の第１の電極であり、先端には、複数の棒状のサブ電極を有する。符号６は第１のチャンバ１内の圧力を制御する第１の圧力制御手段、符号７は不活性ガスなどのキャリアガスが保存されたキャリアガスボンベである。符号８はアーク放電によって蒸発する材料であり、「蒸発材」と呼ばれる場合もある。符号１３はハースライナー（材料８を載置する容器であり、特には温度制御できるものであることが好ましい）不図示の第２の電極に電気的に接続されている。このため、材料８も、不図示の第２電極に電気的に接続されることになる。符号９は基体１０を固定するステージである。符号１１は第２のチャンバー２内の圧力を制御する第２の圧力制御手段である。尚、第１のチャンバー１内の圧力は、第２のチャンバー２内の圧力よりも高い状態に維持される。第１の電極と第２の電極間に所望の電圧を印加することで、サブ電極の先端と蒸発材８との間にアーク放電を生じさせ、蒸発材の一部を連続的に蒸発させる。そして、材料８の蒸発原子がキャリアガスと衝突することで超微粒子化し、この超微粒子を第１のチャンバーと第２のチャンバーとの圧力差を使って、搬送管３の一方の先端から吸引し、第２のチャンバー内に搬送する。そして、第２のチャンバー内に位置する搬送管３の他方の先端のノズルを通して、微粒子が基体１０に向けて噴射され、基体１０上に膜を形成される。
【００４３】
図１においては、微粒子生成室１内において、第２の電極に接続されたカーボン製ハースライナー１３に材料（蒸発材）８は載置されている例を示した。
【００４４】
微粒子生成室１内で生成される材料８の蒸気は、アーク加熱電極（第１の電極）５と、材料８を載置した容器１３に接続した第２の電極との間に印加される電圧で形成されたアーク放電により材料８が加熱されることで生成される。
【００４５】
さらに、このように微粒子生成室１内で生成された微粒子は微粒子搬送管３を介してキャリアガスと共に微粒子膜形成室２に導かれる。尚、本発明における「微粒子」あるいは「粒子」は、好ましくは数ｎｍ〜数μｍ（好ましくは１nm以上１０μm未満）の直径を持つ粒子である。そして、微粒子膜形成室２内で搬送管３の先端に取り付けられたノズル４から、微粒子はキャリアガス（ヘリウムガス７）と共に高速で噴射される。この結果、ステージ９に取り付けられた膜形成対象物である基板１０に微粒子膜が形成される。
【００４６】
ステージ９は、ノズル４の方向（ｚ方向）、及び、ノズル４の方向に略直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）に移動可能に制御することができる。
【００４７】
成膜時には、基板１０を加熱しておくと膜の密着性が向上するので好ましい。また、成膜中または成膜後に膜を加熱し溶融させることによっても、膜の密着性を向上させることができるので好ましい。
【００４８】
本実施の形態の特徴的な構成である電極５は、先端領域に、放電部を有する複数の電極として、複数の棒状のロッドを備えている。各ロッドの先端と材料８とが対向する方向がそれぞれ異なる方向となるように設定されることが好ましい。本発明においては各ロッドの長手方向が材料８に対してそれぞれ異なる方向を向くように配設されていることが好ましい。
【００４９】
また、それぞれの放電部が材料８の実質的に同一部を加熱するように配設されると好適である。換言すると、複数のロッドの各々の長手方向が、材料８の同一部（溶融部１２）に向けて配設されると好ましい。
【００５０】
また、放電部は、材料８の同一部に対して略放射状に設けられていると好適である。換言すると、複数のロッドの各々の長手方向が、材料８の同一部（溶融部１２）に向かっており、且つ、複数のロッドが該同一部を中心にして略放射状に設けられていると好ましい。
【００５１】
以下に、本実施の形態の特徴的な構成であるアーク加熱電極５について実施例を挙げて説明する。なお、従来の技術の項及び本実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
【実施例】
（実施例１）
図２(ａ)および（ｂ）は、本実施例で用いたアーク加熱電極５を示す模式図である。本実施例のアーク加熱電極５は、４つのサブ電極（ロッド状電極）１７で構成した。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は上視図である。また、成膜装置全体の構成は、図１に模式的に示したものと同等である。
【００５３】
図２に示すように、本実施例では、アーク加熱電極（第１の電極）５として、円形のタングステン製リング１６にφ１ｍｍのタングステン製ロッド（サブ電極）１７を４本固定した。各タングステン製ロッド１７の先端の向き（各ロッドの長手方向）が、材料８の表面の鉛直方向に対し、約４５度の角度になるように配置した。また、各ロッド１７は、その先端が、材料８の溶融部１２に向くように、ネジで円形のタングステン製リング１６に固定した。このアーク電極５を用いて、本実施例では、Ａｇ超微粒子からなる電気配線を成膜した。比較の為、図５に示すような従来の１本の丸い棒状であって、その先端を尖らせた電極１０１を用い同様の成膜を行った。
【００５４】
成膜は、電流値を固定し、電極５の先端（ロッド状電極の先端）と材料の距離を変えることで電圧をパラメーターにした。
【００５５】
生成された超微粒子が搬送管３を通じてノズル４より吐出されていることを確認する為に、基板１０を定速で移動させることでライン状の膜を形成し、成膜した膜の膜厚及び断面形状を触針式膜厚計で測定した。
【００５６】
成膜条件は以下に示す通りである。
使用ノズル：開口部φ１ｍｍ円形
超微粒子生成室圧力：５３０Ｔｏｒｒ（７０４９０Ｐａ）
膜形成室圧力：１．２Ｔｏｒｒ（１５９．６Ｐａ）
アーク電流値：５０Ａ
基板移動速度：０．１ｍｍ／ｓｅｃ
本実施例の４ロッドからなる電極で成膜したライン状電極膜厚の電圧依存結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１より、従来型の電極を用いた超微粒子の生成では２８Ｖ以上の電圧では、成膜されていないことがわかる。
【００５９】
これは、材料８から蒸発し形成された超微粒子煙（微粒子の流れ）が、第１の電極１０１と逆方向に飛ばされ、搬送管３にこの超微粒子煙が入っていない為であり、この現象は目視でも確認できた。
【００６０】
一方、本実施例による第１の電極５を用いた超微粒子の生成では、超微粒子煙（微粒子の流れ）のほとんどが材料８の直上に上がり、搬送管３に吸入されていく様子を目視で確認できた。
【００６１】
これらより、本実施例による電極５では、効率的に、生成された超微粒子を搬送管３に吸入できることを確認できた。
【００６２】
また、本実施例の電極を用いることで生成した配線は高電圧で形成したものほど膜厚が厚く、生成時のアーク電圧を高くしていくことで高い成膜レートで配線を形成できることがわかる。
【００６３】
また、従来型電極で成膜した２０Ｖ，２４Ｖで形成した配線は中央より端部に膜厚ピークが偏っていたが、２０Ｖより２４Ｖの条件で成膜したライン断面形状のほうがよりピークが偏った形状であった。
【００６４】
これに対し、本実施例の電極により成膜したラインの断面形状は電圧に関係なく安定して中央部にピークを持つ形状であった。
【００６５】
（実施例２）
図３は、本実施例において用いた第１の電極（アーク放電電極）５を示す模式図である。第１の電極５を、８つのサブ電極１９で構成した例を示す概略構成図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は上視図である。また、成膜装置全体の構成は、図１に模式的に示したものと同等である。
【００６６】
図３に示すように、本実施例では、八角形状のモリブデン製ジグ１８に、φ１ｍｍのロッド状電極（サブ電極）１９を通すための穴を均等間隔に８箇所設けてある。ロッド状電極１９としては、φ１ｍｍのイットリウム酸化物（Ｙ2Ｏ3 ）がドープされたタングステン製ロッド１９を８本用いた。尚、各ロッド状電極１９の先端の向き（各ロッドの長手方向）が、材料８の表面の鉛直方向に対し、約４５度の角度になるよう配置した。また、各ロッド状電極１９は、その先端が、材料８の溶融部１２に向くように、ネジで八角形状のモリブデン製リング１８に固定した。このアーク放電用電極１５およびＡｇを主成分とする材料８を用いて、Ａｇ超微粒子からなるミラーの製作を行った。
【００６７】
基板１０にはＢＫ７基板を用い、ミラーはガラス基板の裏面を利用して用いるものである。
【００６８】
ノズル４においては開口部がスリット形状のノズルを使用し、開口部の長辺に垂直な方向に基板をスキャンした。
【００６９】
比較の為、材質はイットリウム酸化物（Ｙ2Ｏ3 ）をドープしたタングステンからなり、図５に示すような、従来用いられてきた、丸い棒状であって、その先端を尖らせたアーク放電用電極１０１を用い同様の成膜を行った。
【００７０】
成膜条件は以下に示すとおりである。成膜後の膜評価にライン状膜幅５ｍｍの平均膜厚、可視域での反射率および目視による裏面の外観検査を行った。
使用ノズル：開口部３００μｍ×５ｍｍスリットタイプ
超微粒子生成室圧力：５３０Ｔｏｒｒ（７０４９０Ｐａ）
膜形成室圧力：１．０Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）
アーク電流値：２５Ａ
基板移動速度：１．２５ｍｍ／ｓｅｃ
基板温度：３００℃
【００７１】
【表２】
【００７２】
【表３】
【００７３】
表２は本実施例のアーク放電用電極５（図３参照）、表３は比較用のアーク放電用電極１０１（図５参照）でミラーを形成し、膜厚，５００ｎｍの波長における反射率，外観検査の結果である。
【００７４】
表２に示した反射率より、本実施例の電極により成膜した膜は電圧にかかわらずミラー面となっていることがわかる。また、電圧にかかわらず外観検査でも可視域でムラのない反射面となっていた。電圧を上げると平均膜厚が増加するのは、アークパワーが増したことで蒸発量が増えた為である。また、電圧にかかわらず材料より蒸発，生成された超微粒子煙が搬送管３中央部への吸入を目視で確認した。
【００７５】
一方、表３に示す従来型電極による成膜では、電圧が２６Ｖで発生した超微粒子煙が電極と反対方向に飛ばされ搬送管に入っていないことが目視より確認できた。膜厚評価、反射率評価でも電圧２６Ｖ以上では、膜として基板に付着していないことがわかる。また、２６Ｖ以上で反射率が８．２％なのは、基板自身の表面及び裏面反射を表しているものである。
【００７６】
以上より、本実施例による電極を用いた放電では、電圧にかかわらず安定して超微粒子膜が形成できることがわかる。
【００７７】
（実施例３）
図４(ａ)〜（ｄ）は、本実施例で用いたアーク加熱用電極（第１の電極）５の模式図である。本実施例では、タングステン製リング２０に固定されたサブ電極として３つのロッド状電極２１を用いた。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は上視図、図４（ｃ）はロッド状電極２１の斜視図、図４（ｄ）はロッド状電極２１の上視図、である。また、成膜装置全体の構成は、図１に模式的に示したものと同等である。
【００７８】
本実施例では、図４に示した、３本のカーボンロッド２１からなるサブ電極を用いて、Ａｌ超微粒子からなるミラーを形成した。
【００７９】
カーボンロッド２１は、太さφ１ｍｍである。図４（ｃ）に示すように、３本のロッド状電極２１のうち２本は、材料８の表面の鉛直方向に対し、３０°の角度で固定してある。また、残る１本は材料８の表面の鉛直方向に対し、４５°の角度で固定してある。また、各ロッド間の角度は均一ではなく、図４（ｂ），（ｄ）に示すように上部から見た場合９０度，１３５度，１３５度となっている。
【００８０】
実施例２と同様に、ＢＫ７基板に開口部がスリット形状のノズル４を使用し、開口部の長辺に垂直な方向にスキャンして成膜を行い、成膜面の裏面を可視域のミラーとして評価した。
【００８１】
比較のため、図５に示した形態のアーク放電用の電極であって、カーボンよりなり、太さφ５ｍｍで先端を尖らせた形状の電極１０１を用いたミラーの形成も行った。
【００８２】
成膜条件は、以下に示すとおりである。
使用ノズル：開口部３００μｍ×５ｍｍスリットタイプ
超微粒子生成室圧力：８００Ｔｏｒｒ（１０６４００Ｐａ）
膜形成室圧力：２．２Ｔｏｒｒ（２９２．６Ｐａ）
アーク電流値：２０Ａ
基板移動速度：１．２５ｍｍ／ｓｅｃ
基板温度：３００℃
【００８３】
以上の条件で、超微粒子をノズル４から噴射させ基板１０を移動させることでライン状の薄膜を形成し、実施例２と同様に、膜厚，可視域の反射特性，目視による外観検査を行った。
【００８４】
表４は図４に示した本実施例の電極による結果であり、表５は比較用電極による結果である。
【００８５】
なお、表４，５に示した反射率は波長５００ｎｍにおける値である。
【００８６】
【表４】
【００８７】
【表５】
【００８８】
表４より、本実施例の電極５により成膜した膜は電圧にかかわらずミラー面となっていることがわかる。また、電圧にかかわらず、発生した超微粒子煙（粒子の流れ）の搬送管３中央部への吸引が確認され、また裏面の外観検査でも可視域でムラのない反射面となっていた。
【００８９】
一方、表５に示す比較用の従来型電極による成膜では、実施例２と同様に、電圧が２６Ｖ以上では発生した超微粒子煙（粒子の流れ）が電極１０１と反対方向に飛ばされ搬送管に入っていないことが目視より確認できた。
【００９０】
膜厚評価、反射率評価でも電圧２６Ｖ以上では、膜として基板に付着していないことがわかる。また、２６Ｖ以上で反射率が８．２％あるのは、基板自身の表面及び裏面反射を表しているものである。
【００９１】
以上より、本実施例による電極を用いた放電では、電圧にかかわらず安定して超微粒子膜が形成できることがわかる。
【００９２】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、アーク加熱法で金属材料を蒸発させ粒子化（超微粒子化）し、生成された粒子（超微粒子）を用いて成膜し、配線や電極，光学膜等を形成するガスデポジション法において、粒子生成時のアーク電圧にかかわらず、生成した粒子を効率よく搬送管へ吸入させることが可能となる。
【００９３】
さらに、多少の電圧のゆらぎに対しても安定して搬送管中央部へ吸入させることができるので、基板を移動させライン状の膜を形成したとき、その断面形状を安定したものとすることが可能になる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粒子生成時のアーク電圧にかかわらず、生成した粒子を効率よく搬送管へ吸入させることが可能となる。
【００９５】
さらに、基板を移動させライン状の膜を形成したとき、その膜の断面形状を安定したものとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超微粒子膜製造装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】実施例１において４つの放電部を持つ電極を示す模式図である。
【図３】実施例２において８つの放電部を持つ電極を示す模式図である。
【図４】実施例３において３つの放電部を持つ電極を示す模式図である。
【図５】従来技術に係る先端を尖らせた電極を示す模式図である。
【図６】従来技術において、材料から生成された超微粒子煙がアークパワーを上げると電極と逆側に流れる様子を示した模式図である。
【符号の説明】
１ 微粒子生成室（第１のチャンバー）
２ 微粒子膜形成室（第２のチャンバー）
３ 搬送管
４ ノズル
５ アーク加熱電極
６ ポンプ
７ ヘリウムガス
８ 蒸発材料
９ ステージ
１０ 基板
１２ 材料溶融部
１３ カーボン製ハースライナー
１６ タングステンリング
１７ タングステンロッド
１８ ８角形のモリブデン製ジグ
１９ Ｙ2Ｏ3がドープされたタングステンロッド
２０ カーボンリング
２１ カーボンロッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク加熱法を用いて形成した超微粒子を用いた成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の成膜装置として、たとえば、ガスデポジション法を用いたものがある。
【０００３】
ガスデポジション装置は、超微粒子生成室、膜形成室、超微粒子生成室と膜形成室とを連結する搬送管、等で構成される。超微粒子生成室内においては、不活性ガス雰囲気中で、アーク加熱、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザー加熱等で材料を蒸発させ、蒸発した材料を不活性ガスと衝突させることで超微粒子（数ｎｍ〜数μｍの直径を持つ粒子）が生成される。超微粒子生成室内の圧力は膜形成室内の圧力よりも高く設定される。この圧力差により、超微粒子生成室内で生成された超微粒子は、搬送管を通じて膜形成室に導かれる。尚、膜形成室内に位置する、搬送管の端部はノズル形状となっている。このノズルから超微粒子が、膜形成室内に配置された基体に向けて高速噴射され、基体に超微粒子を衝突せることにより直接所望のパターンを形成することができる。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４など参照）。
【０００４】
こうしたガスデポジション法は、電気配線（特許文献５参照）や、バンプ状の形状の電極（特許文献６参照）、接合部材（特許文献７参照）等、多岐にわたる分野に応用が考えられている。
【０００５】
超微粒子の形成方法は、誘導加熱，アーク加熱，抵抗加熱等がある。Ｚｒ（ジルコニウム）やＶ（バナジウム）のような高融点材料の超微粒子は比表面積の大きさから、一例として非蒸発型ゲッターとしての利用が考えられる（特許文献８参照）。このような高融点金属に対してはアーク加熱が有利である。
【０００６】
また、高融点材料ではないＡｇ（銀）やＡｌ（アルミニウム）のような材料を用いて、ガスデポジション法で電気的な配線を形成しようとした場合、蒸発量を稼ぎハイレートで膜を形成する観点から、アーク加熱法が有利である。
【０００７】
このアーク加熱の場合、通常、図５に示すように、超微粒子生成室内に導入した電極アーム先端に、先端を尖らせた棒状電極１０１を取り付ける。そして、棒状電極１０１先端部と、蒸発させる材料８との間で放電を起こすのが一般的である（特許文献９、特許文献１０参照）。
【０００８】
ここで、図５において符号１３は材料８が載置される凹部を有するカーボン製ハースライナーであり、符号１２は材料８の溶融部を示している。
【０００９】
棒状電極１０１の材料８に対する角度は、材料８の安定な蒸発を維持するために、鉛直方向に対して数十度の角度で設定される。
【００１０】
棒状電極１０１の長手方向を材料８の表面に対して垂直にすると、棒状電極１０１に材料８の蒸発物が付着しやすくなる。その結果、棒状電極１０１の先端の変形につながり、材料８の蒸発を不安定にする要因となる。
【００１１】
また、逆に棒状電極１０１の長手方向を材料８に表面に対して平行にすると、生成された超微粒子は棒状電極１０１とは反対側に飛ばされ、超微粒子煙（超微粒子の流れ）は材料８の上部に配置された搬送管に吸入されづらくなる。
【００１２】
図６は、生成された超微粒子煙（超微粒子の流れ）１４の様子を説明するための図である。
【００１３】
図６において、棒状電極１０１を図６に示す状態からねかせていく（棒状電極１０１の長手方向を材料８の表面に対して平行にしていく）と、生成された超微粒子は電極とは反対側である矢印１５で示す方向に飛ばされるようになり、超微粒子煙１４は材料８上部にある搬送管３に吸入されづらくなる。
【００１４】
この傾向は、アーク電圧が高いほど、さらに棒状電極１０１の角度が鉛直方向に対し大きくなる（棒状電極１０１の長手方向を材料８の表面に対して平行になる）ほど顕著に見られる。
【００１５】
こうした現象の一因としては、棒状電極１０１より放出される熱電子の流れが、生成した超微粒子煙１４と衝突することで超微粒子を電極と反対側に飛ばしていることが考えられる。
【００１６】
そこで、従来は、超微粒子煙１４が搬送管吸入部に効率良く導かれるようにするために、棒状電極１０１は図６に示すように鉛直方向に対しおおよそ３０〜４５度程度の角度を持たせると共に、アーク電圧，アーク電流値を調整する方法を採用していた。
【００１７】
【特許文献１】
特許第２５２４６２２号公報
【特許文献２】
特許第１５９５３９８号公報
【特許文献３】
特許第２６３２４０９号公報
【特許文献４】
特許第２５９６４３４号公報
【特許文献５】
特開平５−４７７７１号公報
【特許文献６】
特開平１０−１４０３２５号公報
【特許文献７】
特開平７−３７５１２号公報
【特許文献８】
特開２０００−２０８０３３号公報
【特許文献９】
特開２０００−１７４２７号公報
【特許文献１０】
特許第２５９６４３４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００１９】
図６に示したようにアーク電極（棒状電極）１０１を材料８の表面に対する角度を適度に設定し、材料８との間にアーク放電を生じさせる方法においては、アーク電流値が一定の場合、アーク電圧が大きくなればなるほど棒状電極１０１からの熱電子流のエネルギーが大きくなる。そのため、超微粒子煙１４は、より棒状電極１０１から離れる方向（矢印１５方向）に強く曲げられる。その結果、超微粒子煙１４は、搬送管３に吸い込まれづらくなる。
【００２０】
そこで、超微粒子煙１４を搬送管３に効率良く吸入させる為には、超微粒子煙１４が搬送管３吸入部から外れないよう目視で確認しながら、アーク電圧を低く保つように電極−材料間隔を調整しなければならず、ハイレートで成膜できるというアーク加熱法の特徴を生かせないという問題があった。
【００２１】
また、膜形成室内において、基体を移動することで、ノズルより噴射された超微粒子を基体上にライン状に成膜する場合、超微粒子煙１４が搬送管３の端部で吸い込まれると、生成されるライン上の膜の断面形状において、その端部に膜厚のピークが偏ってしまう場合があった。
【００２２】
この膜厚ピークの偏りは、搬送管３の超微粒子煙１４の吸入位置に依存する。吸入位置が搬送管端部であればあるほど、膜厚ピークも断面の端部に偏る傾向が強い。
【００２３】
さらに、この偏りは電圧に敏感に依存する。若干の電圧のゆらぎに対しても超微粒子煙１４の飛んでいく方向は変わる為、安定した断面形状の膜を得ることが難しいという問題もあった。
【００２４】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アーク加熱を用いて粒子を形成するものであって、生成された粒子をアーク電圧にかかわらず効率良く搬送管に吸入させることができ、安定した形状の膜が得られる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、第１の電極と第２の電極との電位差によって、アーク放電を発生させて、該アーク放電により材料を蒸発させ、該蒸発した材料から粒子を形成し、該粒子を基体に衝突させることにより成膜する成膜装置であって、前記材料が前記第２の電極に電気的に接続して設けられており、前記第１の電極は、複数のサブ電極を有しており、前記複数のサブ電極の各々の先端の、前記材料に対する向きがそれぞれ異なる方向に配設されてなる。
【００２６】
前記材料の表面の鉛直方向に対する、前記複数のサブ電極の各々の先端の前記材料に対する向きは、互いに異なることが好適である。
【００２７】
前記複数のサブ電極は、前記材料の実質的に同一部を加熱するように配設されることが好適である。
【００２８】
前記複数のサブ電極は、前記材料の同一部に対して略放射状に設けられていることが好適である。
【００２９】
前記複数のサブ電極は、棒状の電極であり、該棒状の電極の長手方向がそれぞれ異なるように配設されていることが好適である。
【００３０】
前記サブ電極は、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃのいずれかの材料を含むことが好適である。
【００３１】
前記成膜装置はさらに、前記第１の電極と前記材料とが配置される第１のチャンバーと、前記基体と前記基体を固定するステージとが配置される第２のチャンバーと、前記第１チャンバーと第２チャンバーとを連通する搬送管と、を備えることが好適である。
【００３２】
また、本発明は、成膜方法であって、
（A）複数のサブ電極を有する第１電極と、第２電極と、前記第２電極に電気的に接続すると共に、アーク放電により蒸発する材料と、を用意する工程と、
（B）前記材料と、前記複数のサブ電極の各々との間にアーク放電を同時に生じせしめることにより、前記材料を蒸発させる工程と、
（C）前記蒸発した材料から、多数の粒子を形成する工程と、
（D）前記多数の粒子を、基体に衝突させる工程と、を有しており、
前記複数のサブ電極の各々と、前記材料とが向かい合う方向が、互いに異なることを特徴とする成膜方法である。
【００３３】
前記材料の表面の鉛直方向に対する、前記複数のサブ電極の各々の先端の、前記材料に対する向きは、互いに異なることが好適である。
【００３４】
前記複数のサブ電極のそれぞれは、前記材料の実質的に同一部を加熱することが好適である。
【００３５】
記複数のサブ電極は、前記材料の同一部に対して略放射状に設けられることが好適である。
【００３６】
前記複数のサブ電極は、棒状の電極であり、該棒状の電極の長手方向がそれぞれ異なるように配設されることが好適である。
【００３７】
前記サブ電極は、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃのいずれかの材料を含むことが好適である。
【００３８】
前記成膜方法はさらに、
搬送管を介して連通する、前記第１の電極と前記材料とが配置される第１のチャンバーと、前記基体と前記基体を固定するステージとを配置する第２のチャンバーと、を用意する工程と、
前記第２のチャンバー内の圧力を前記第１のチャンバー内の圧力よりも低く設定する工程と、
を有することが好適である
このように、本発明においては、前記複数のサブ電極の、前記材料に対する方向をそれぞれ異なる方向を向くように配設する。例えば、前記材料を取り囲むように該複数のサブ電極を設け、各サブ電極の先端（放電部）からの熱電子流のベクトルの和が該材料の同一部を向く（材料の表面の鉛直方向を向くと好ましい）ように構成する。このようにすることで、アーク投入電圧にかかわらず、アーク放電により生成した超微粒子煙（粒子の流れ）は、偏った方向に飛んでいくことなく、蒸発源の下方より導入されるキャリアガスの流れに乗り、効率よく搬送管に吸入される。また、搬送管の吸入部中央に吸入されやすくなる為、生成された膜も安定して中央部に膜厚ピークを持つ断面形状となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００４０】
図１は、本発明の実施の形態に係る成膜装置の概略構成図である。本実施の形態に係る成膜装置は、ガスデポジション法を用いることを特徴としている。
【００４１】
図１は、本実施の形態に係る成膜装置である。
【００４２】
図１において、符号１は第１のチャンバー（「微粒子生成室」と呼ぶ場合もある）、符号２は第２のチャンバー（「微粒子膜形成室」と呼ぶ場合もある）、符号３は搬送管であり、符号４は搬送管３の第２のチャンバー内に位置する先端に取付けられたノズルである。尚、ノズル４は、搬送管と別の部材であっても良いし、また、搬送管の先端をノズル状に形成することで代用しても良い。符号５はアーク放電用の第１の電極であり、先端には、複数の棒状のサブ電極を有する。符号６は第１のチャンバ１内の圧力を制御する第１の圧力制御手段、符号７は不活性ガスなどのキャリアガスが保存されたキャリアガスボンベである。符号８はアーク放電によって蒸発する材料であり、「蒸発材」と呼ばれる場合もある。符号１３はハースライナー（材料８を載置する容器であり、特には温度制御できるものであることが好ましい）不図示の第２の電極に電気的に接続されている。このため、材料８も、不図示の第２電極に電気的に接続されることになる。符号９は基体１０を固定するステージである。符号１１は第２のチャンバー２内の圧力を制御する第２の圧力制御手段である。尚、第１のチャンバー１内の圧力は、第２のチャンバー２内の圧力よりも高い状態に維持される。第１の電極と第２の電極間に所望の電圧を印加することで、サブ電極の先端と蒸発材８との間にアーク放電を生じさせ、蒸発材の一部を連続的に蒸発させる。そして、材料８の蒸発原子がキャリアガスと衝突することで超微粒子化し、この超微粒子を第１のチャンバーと第２のチャンバーとの圧力差を使って、搬送管３の一方の先端から吸引し、第２のチャンバー内に搬送する。そして、第２のチャンバー内に位置する搬送管３の他方の先端のノズルを通して、微粒子が基体１０に向けて噴射され、基体１０上に膜を形成される。
【００４３】
図１においては、微粒子生成室１内において、第２の電極に接続されたカーボン製ハースライナー１３に材料（蒸発材）８は載置されている例を示した。
【００４４】
微粒子生成室１内で生成される材料８の蒸気は、アーク加熱電極（第１の電極）５と、材料８を載置した容器１３に接続した第２の電極との間に印加される電圧で形成されたアーク放電により材料８が加熱されることで生成される。
【００４５】
さらに、このように微粒子生成室１内で生成された微粒子は微粒子搬送管３を介してキャリアガスと共に微粒子膜形成室２に導かれる。尚、本発明における「微粒子」あるいは「粒子」は、好ましくは数ｎｍ〜数μｍ（好ましくは１nm以上１０μm未満）の直径を持つ粒子である。そして、微粒子膜形成室２内で搬送管３の先端に取り付けられたノズル４から、微粒子はキャリアガス（ヘリウムガス７）と共に高速で噴射される。この結果、ステージ９に取り付けられた膜形成対象物である基板１０に微粒子膜が形成される。
【００４６】
ステージ９は、ノズル４の方向（ｚ方向）、及び、ノズル４の方向に略直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）に移動可能に制御することができる。
【００４７】
成膜時には、基板１０を加熱しておくと膜の密着性が向上するので好ましい。また、成膜中または成膜後に膜を加熱し溶融させることによっても、膜の密着性を向上させることができるので好ましい。
【００４８】
本実施の形態の特徴的な構成である電極５は、先端領域に、放電部を有する複数の電極として、複数の棒状のロッドを備えている。各ロッドの先端と材料８とが対向する方向がそれぞれ異なる方向となるように設定されることが好ましい。本発明においては各ロッドの長手方向が材料８に対してそれぞれ異なる方向を向くように配設されていることが好ましい。
【００４９】
また、それぞれの放電部が材料８の実質的に同一部を加熱するように配設されると好適である。換言すると、複数のロッドの各々の長手方向が、材料８の同一部（溶融部１２）に向けて配設されると好ましい。
【００５０】
また、放電部は、材料８の同一部に対して略放射状に設けられていると好適である。換言すると、複数のロッドの各々の長手方向が、材料８の同一部（溶融部１２）に向かっており、且つ、複数のロッドが該同一部を中心にして略放射状に設けられていると好ましい。
【００５１】
以下に、本実施の形態の特徴的な構成であるアーク加熱電極５について実施例を挙げて説明する。なお、従来の技術の項及び本実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
【実施例】
（実施例１）
図２(ａ)および（ｂ）は、本実施例で用いたアーク加熱電極５を示す模式図である。本実施例のアーク加熱電極５は、４つのサブ電極（ロッド状電極）１７で構成した。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は上視図である。また、成膜装置全体の構成は、図１に模式的に示したものと同等である。
【００５３】
図２に示すように、本実施例では、アーク加熱電極（第１の電極）５として、円形のタングステン製リング１６にφ１ｍｍのタングステン製ロッド（サブ電極）１７を４本固定した。各タングステン製ロッド１７の先端の向き（各ロッドの長手方向）が、材料８の表面の鉛直方向に対し、約４５度の角度になるように配置した。また、各ロッド１７は、その先端が、材料８の溶融部１２に向くように、ネジで円形のタングステン製リング１６に固定した。このアーク電極５を用いて、本実施例では、Ａｇ超微粒子からなる電気配線を成膜した。比較の為、図５に示すような従来の１本の丸い棒状であって、その先端を尖らせた電極１０１を用い同様の成膜を行った。
【００５４】
成膜は、電流値を固定し、電極５の先端（ロッド状電極の先端）と材料の距離を変えることで電圧をパラメーターにした。
【００５５】
生成された超微粒子が搬送管３を通じてノズル４より吐出されていることを確認する為に、基板１０を定速で移動させることでライン状の膜を形成し、成膜した膜の膜厚及び断面形状を触針式膜厚計で測定した。
【００５６】
成膜条件は以下に示す通りである。
使用ノズル：開口部φ１ｍｍ円形
超微粒子生成室圧力：５３０Ｔｏｒｒ（７０４９０Ｐａ）
膜形成室圧力：１．２Ｔｏｒｒ（１５９．６Ｐａ）
アーク電流値：５０Ａ
基板移動速度：０．１ｍｍ／ｓｅｃ
本実施例の４ロッドからなる電極で成膜したライン状電極膜厚の電圧依存結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
表１より、従来型の電極を用いた超微粒子の生成では２８Ｖ以上の電圧では、成膜されていないことがわかる。
【００５９】
これは、材料８から蒸発し形成された超微粒子煙（微粒子の流れ）が、第１の電極１０１と逆方向に飛ばされ、搬送管３にこの超微粒子煙が入っていない為であり、この現象は目視でも確認できた。
【００６０】
一方、本実施例による第１の電極５を用いた超微粒子の生成では、超微粒子煙（微粒子の流れ）のほとんどが材料８の直上に上がり、搬送管３に吸入されていく様子を目視で確認できた。
【００６１】
これらより、本実施例による電極５では、効率的に、生成された超微粒子を搬送管３に吸入できることを確認できた。
【００６２】
また、本実施例の電極を用いることで生成した配線は高電圧で形成したものほど膜厚が厚く、生成時のアーク電圧を高くしていくことで高い成膜レートで配線を形成できることがわかる。
【００６３】
また、従来型電極で成膜した２０Ｖ，２４Ｖで形成した配線は中央より端部に膜厚ピークが偏っていたが、２０Ｖより２４Ｖの条件で成膜したライン断面形状のほうがよりピークが偏った形状であった。
【００６４】
これに対し、本実施例の電極により成膜したラインの断面形状は電圧に関係なく安定して中央部にピークを持つ形状であった。
【００６５】
（実施例２）
図３は、本実施例において用いた第１の電極（アーク放電電極）５を示す模式図である。第１の電極５を、８つのサブ電極１９で構成した例を示す概略構成図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は上視図である。また、成膜装置全体の構成は、図１に模式的に示したものと同等である。
【００６６】
図３に示すように、本実施例では、八角形状のモリブデン製ジグ１８に、φ１ｍｍのロッド状電極（サブ電極）１９を通すための穴を均等間隔に８箇所設けてある。ロッド状電極１９としては、φ１ｍｍのイットリウム酸化物（Ｙ2Ｏ3 ）がドープされたタングステン製ロッド１９を８本用いた。尚、各ロッド状電極１９の先端の向き（各ロッドの長手方向）が、材料８の表面の鉛直方向に対し、約４５度の角度になるよう配置した。また、各ロッド状電極１９は、その先端が、材料８の溶融部１２に向くように、ネジで八角形状のモリブデン製リング１８に固定した。このアーク放電用電極１５およびＡｇを主成分とする材料８を用いて、Ａｇ超微粒子からなるミラーの製作を行った。
【００６７】
基板１０にはＢＫ７基板を用い、ミラーはガラス基板の裏面を利用して用いるものである。
【００６８】
ノズル４においては開口部がスリット形状のノズルを使用し、開口部の長辺に垂直な方向に基板をスキャンした。
【００６９】
比較の為、材質はイットリウム酸化物（Ｙ2Ｏ3 ）をドープしたタングステンからなり、図５に示すような、従来用いられてきた、丸い棒状であって、その先端を尖らせたアーク放電用電極１０１を用い同様の成膜を行った。
【００７０】
成膜条件は以下に示すとおりである。成膜後の膜評価にライン状膜幅５ｍｍの平均膜厚、可視域での反射率および目視による裏面の外観検査を行った。
使用ノズル：開口部３００μｍ×５ｍｍスリットタイプ
超微粒子生成室圧力：５３０Ｔｏｒｒ（７０４９０Ｐａ）
膜形成室圧力：１．０Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）
アーク電流値：２５Ａ
基板移動速度：１．２５ｍｍ／ｓｅｃ
基板温度：３００℃
【００７１】
【表２】
【表３】
表２は本実施例のアーク放電用電極５（図３参照）、表３は比較用のアーク放電用電極１０１（図５参照）でミラーを形成し、膜厚，５００ｎｍの波長における反射率，外観検査の結果である。
【００７４】
表２に示した反射率より、本実施例の電極により成膜した膜は電圧にかかわらずミラー面となっていることがわかる。また、電圧にかかわらず外観検査でも可視域でムラのない反射面となっていた。電圧を上げると平均膜厚が増加するのは、アークパワーが増したことで蒸発量が増えた為である。また、電圧にかかわらず材料より蒸発，生成された超微粒子煙が搬送管３中央部への吸入を目視で確認した。
【００７５】
一方、表３に示す従来型電極による成膜では、電圧が２６Ｖで発生した超微粒子煙が電極と反対方向に飛ばされ搬送管に入っていないことが目視より確認できた。膜厚評価、反射率評価でも電圧２６Ｖ以上では、膜として基板に付着していないことがわかる。また、２６Ｖ以上で反射率が８．２％なのは、基板自身の表面及び裏面反射を表しているものである。
【００７６】
以上より、本実施例による電極を用いた放電では、電圧にかかわらず安定して超微粒子膜が形成できることがわかる。
【００７７】
（実施例３）
図４(ａ)〜（ｄ）は、本実施例で用いたアーク加熱用電極（第１の電極）５の模式図である。本実施例では、タングステン製リング２０に固定されたサブ電極として３つのロッド状電極２１を用いた。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は上視図、図４（ｃ）はロッド状電極２１の斜視図、図４（ｄ）はロッド状電極２１の上視図、である。また、成膜装置全体の構成は、図１に模式的に示したものと同等である。
【００７８】
本実施例では、図４に示した、３本のカーボンロッド２１からなるサブ電極を用いて、Ａｌ超微粒子からなるミラーを形成した。
【００７９】
カーボンロッド２１は、太さφ１ｍｍである。図４（ｃ）に示すように、３本のロッド状電極２１のうち２本は、材料８の表面の鉛直方向に対し、３０°の角度で固定してある。また、残る１本は材料８の表面の鉛直方向に対し、４５°の角度で固定してある。また、各ロッド間の角度は均一ではなく、図４（ｂ），（ｄ）に示すように上部から見た場合９０度，１３５度，１３５度となっている。
【００８０】
実施例２と同様に、ＢＫ７基板に開口部がスリット形状のノズル４を使用し、開口部の長辺に垂直な方向にスキャンして成膜を行い、成膜面の裏面を可視域のミラーとして評価した。
【００８１】
比較のため、図５に示した形態のアーク放電用の電極であって、カーボンよりなり、太さφ５ｍｍで先端を尖らせた形状の電極１０１を用いたミラーの形成も行った。
【００８２】
成膜条件は、以下に示すとおりである。
使用ノズル：開口部３００μｍ×５ｍｍスリットタイプ
超微粒子生成室圧力：８００Ｔｏｒｒ（１０６４００Ｐａ）
膜形成室圧力：２．２Ｔｏｒｒ（２９２．６Ｐａ）
アーク電流値：２０Ａ
基板移動速度：１．２５ｍｍ／ｓｅｃ
基板温度：３００℃
【００８３】
以上の条件で、超微粒子をノズル４から噴射させ基板１０を移動させることでライン状の薄膜を形成し、実施例２と同様に、膜厚，可視域の反射特性，目視による外観検査を行った。
【００８４】
表４は図４に示した本実施例の電極による結果であり、表５は比較用電極による結果である。
【００８５】
なお、表４，５に示した反射率は波長５００ｎｍにおける値である。
【００８６】
【表４】
【表５】
表４より、本実施例の電極５により成膜した膜は電圧にかかわらずミラー面となっていることがわかる。また、電圧にかかわらず、発生した超微粒子煙（粒子の流れ）の搬送管３中央部への吸引が確認され、また裏面の外観検査でも可視域でムラのない反射面となっていた。
【００８９】
一方、表５に示す比較用の従来型電極による成膜では、実施例２と同様に、電圧が２６Ｖ以上では発生した超微粒子煙（粒子の流れ）が電極１０１と反対方向に飛ばされ搬送管に入っていないことが目視より確認できた。
【００９０】
膜厚評価、反射率評価でも電圧２６Ｖ以上では、膜として基板に付着していないことがわかる。また、２６Ｖ以上で反射率が８．２％あるのは、基板自身の表面及び裏面反射を表しているものである。
【００９１】
以上より、本実施例による電極を用いた放電では、電圧にかかわらず安定して超微粒子膜が形成できることがわかる。
【００９２】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、アーク加熱法で金属材料を蒸発させ粒子化（超微粒子化）し、生成された粒子（超微粒子）を用いて成膜し、配線や電極，光学膜等を形成するガスデポジション法において、粒子生成時のアーク電圧にかかわらず、生成した粒子を効率よく搬送管へ吸入させることが可能となる。
【００９３】
さらに、多少の電圧のゆらぎに対しても安定して搬送管中央部へ吸入させることができるので、基板を移動させライン状の膜を形成したとき、その断面形状を安定したものとすることが可能になる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粒子生成時のアーク電圧にかかわらず、生成した粒子を効率よく搬送管へ吸入させることが可能となる。
【００９５】
さらに、基板を移動させライン状の膜を形成したとき、その膜の断面形状を安定したものとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超微粒子膜製造装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】実施例１において４つの放電部を持つ電極を示す模式図である。
【図３】実施例２において８つの放電部を持つ電極を示す模式図である。
【図４】実施例３において３つの放電部を持つ電極を示す模式図である。
【図５】従来技術に係る先端を尖らせた電極を示す模式図である。
【図６】従来技術において、材料から生成された超微粒子煙がアークパワーを上げると電極と逆側に流れる様子を示した模式図である。
【符号の説明】
１ 微粒子生成室（第１のチャンバー）
２ 微粒子膜形成室（第２のチャンバー）
３ 搬送管
４ ノズル
５ アーク加熱電極
６ ポンプ
７ ヘリウムガス
８ 蒸発材料
９ ステージ
１０ 基板
１２ 材料溶融部
１３ カーボン製ハースライナー
１６ タングステンリング
１７ タングステンロッド
１８ ８角形のモリブデン製ジグ
１９ Ｙ2Ｏ3がドープされたタングステンロッド
２０ カーボンリング
２１ カーボンロッド
Claims (12)
- 第１の電極と第２の電極との電位差によって、アーク放電を発生させて、該アーク放電により材料を蒸発させ、該蒸発した材料から粒子を形成し、該粒子を基体に衝突させることにより成膜する成膜装置であって、
前記材料が前記第２の電極に電気的に接続して設けられており、
前記第１の電極は、複数のサブ電極を有しており、
前記複数のサブ電極の先端は、前記材料に対して互いに異なる方向を向くと共に、前記材料の実質的に同一部を加熱するように配設されてなる成膜装置。 - 前記材料の表面の鉛直方向に対する、前記複数のサブ電極の各々の先端の前記材料に対する向きは、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
- 前記複数のサブ電極は、前記材料の同一部に対して略放射状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
- 前記複数のサブ電極は、棒状の電極であり、該棒状の電極の長手方向がそれぞれ異なるように配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記サブ電極は、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃのいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記成膜装置はさらに、
前記第１の電極と前記材料とが配置される第１のチャンバーと、
前記基体と前記基体を固定するステージとが配置される第２のチャンバーと、
前記第１チャンバーと第２チャンバーとを連通する搬送管と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜装置。 - 成膜方法であって、
（Ａ）複数のサブ電極を有する第１電極と、第２電極と、前記第２電極に電気的に接続すると共に、アーク放電により蒸発する材料と、を用意する工程と、
（Ｂ）前記材料と、前記複数のサブ電極の各々との間にアーク放電を同時に生じせしめることにより、前記材料を蒸発させる工程と、
（Ｃ）前記蒸発した材料から、多数の粒子を形成する工程と、
（Ｄ）前記多数の粒子を、基体に衝突させる工程と、を有しており、
前記複数のサブ電極の先端は、前記材料に対して互いに異なる方向を向くと共に、前記材料の実質的に同一部を加熱するように配設されてなることを特徴とする成膜方法。 - 前記材料の表面の鉛直方向に対する、前記複数のサブ電極の各々の先端の、前記材料に対する向きは、互いに異なることを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
- 前記複数のサブ電極は、前記材料の同一部に対して略放射状に設けられることを特徴とする請求項７又は８に記載の成膜方法。
- 前記複数のサブ電極は、棒状の電極であり、該棒状の電極の長手方向がそれぞれ異なるように配設されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記サブ電極は、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃのいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記成膜方法はさらに、
搬送管を介して連通する、前記第１の電極と前記材料とが配置される第１のチャンバーと、前記基体と前記基体を固定するステージとを配置する第２のチャンバーと、を用意する工程と、
前記第２のチャンバー内の圧力を前記第１のチャンバー内の圧力よりも低く設定する工程と、
を有することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の成膜方法。
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