JP4845416B2 - 蒸着装置 - Google Patents
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Description
真空チャンバー12内には開放型の蒸発源(るつぼないしボート)11があり、蒸発材料14が置かれている。また、真空チャンバー12内にプラズマ状態を生成するために、プラズマ生成ガスを供給するためのガス供給部122、電離作用を起こさせるための高周波コイル131が配置されている。真空チャンバー12の上部には、蒸着基板133を固定する基板支持部132がある。
高周波コイル131には、高周波電源152が接続され、プラズマ化に適する周波数、電圧が印加できるようになっている。
蒸発源11と基板133・基板支持部132には直流電源151が接続され、基板133・基板支持部132は負に印加されている。
一方、開放型の蒸発源11に置いた蒸発材料14を加熱して蒸発させると、蒸発気体(蒸気)が発生し、真空チャンバー12内の蒸発源11の上方(概ね線141より上方)に拡散する。拡散した蒸気は、プラズマ発生領域142においてプラズマ生成ガスの電子やラジカル(電離原子)と衝突して正イオンに変わり、負の電圧を印加されている基板支持部132に誘引・加速されて、基板133に入射して蒸着膜を形成する。このとき中性状態の蒸気も共に入射して、イオン化した蒸気とともに蒸着膜を形成する。
プラズマ生成ガスとして使われるアルゴンガスの価格は高いので、蒸着速度の遅さと相俟って、イオンプレーティングによる蒸着膜形成のコストは高く、生産量を大きくすることも難しい。
真空チャンバー22内には、蒸発材料24を充填した密封型の蒸発源21、その近辺に熱電子放出用のフィラメント231、熱電子引き出し用のグリッド(引き出し電極)232、フィラメントと基板の中間に加速電極233、更にその上部に基板235を固定する基板支持部234が配置されている。
密封型蒸発源21と基板235・基板支持部234には直流電源252が接続され、基板235・基板支持部234は負に印加されている。フィラメント231とグリッド232の間には直流電源251、グリッド232と加速電極233も直流電源252に接続されている。加速電極233と基板235・基板支持部234の間は同電位である。
前記蒸気が噴射開口から噴射される位置において、前記プラズマ化手段によって噴射した前記蒸気に電離エネルギーを与えて、プラズマ生成ガスを用いないで噴射した前記蒸気をクラスター化することなくプラズマ状態にし、
噴射した前記蒸気のプラズマ領域は噴射した前記蒸気の飛翔範囲に留まっていて、プラズマ状態の前記蒸気を基板に入射して蒸着膜を形成することを特徴とする。
請求項2に記載の蒸着装置は、請求項1に記載の蒸着装置において、
噴射した前記蒸気をプラズマ化する手段は、密封型蒸発源と基板との間に接続する電源であり、
密封型蒸発源と基板との間に電源を接続して所定の電位を与えて噴射した前記蒸気を密封型蒸発源の噴射開口付近で強くグロー放電させてプラズマ状態にすることを特徴とする。
請求項3に記載の蒸着装置は、請求項1に記載の蒸着装置において、
噴射した前記蒸気をプラズマ化する手段は、密封型蒸発源の噴射開口近傍に配置した熱電子発生用フィラメントであり、
密封型蒸発源を正電位にして、フィラメントから放出された熱電子が密封型蒸発源に向かって照射されて、噴射した前記蒸気をプラズマ状態にすることを特徴とする。
請求項4に記載の蒸着装置は、請求項1に記載の蒸着装置において、
噴射した前記蒸気をプラズマ化する手段は、密封型蒸発源の噴射開口近傍に配置した高周波コイルであることを特徴とする。
請求項5に記載の蒸着装置は、請求項2に記載の蒸着装置において、
前記蒸発材料は電気絶縁物であり、
前記電源はパルス電源であることを特徴とする。
請求項6に記載の蒸着装置は、請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載の蒸着装置において、
密封型蒸発源の噴射開口近傍に反応ガスの噴射開口を配置してあり、
前記蒸気と反応させる反応ガスを密封型蒸発源の熱により加熱して反応ガスを噴射させることを特徴とする。
本願発明は、密封型蒸発源の蒸気の高密度の特性を活かし、極めて簡単にプラズマを生成した。また、プラズマからイオンを取り出して、優れた密着力のある蒸着膜を、高い生産性の下で低いコストで製造することに成功した。本願発明は、イオンプレーティングのようにプラズマ生成ガスを必要とせず、また従来のクラスターイオンビーム技術のような、複雑な構造を必要としない。
真空チャンバー32内に置かれた密封型蒸発源31に蒸発材料34のCuを容れ、排気口321からチャンバー内の気体を排気した後、蒸発源31を加熱する。Cuは、蒸発して密封型蒸発源31内に蒸気341が充満する。加熱方法は特に問わない。図示していないが、電子衝撃法でも抵抗加熱であってもよい。Cuは導電体であるが、密封型蒸発源内31を絶縁しなくとも、十分蒸気を得ることができる。加熱温度が1600℃に達すると、密封型蒸発源蒸発源31内部の圧力は概ね1.33×102Paに達する。噴射開口は直径1mm、内外の壁面距離を1mmであるノズル(噴射開口)311を1個設ける。
この実施例でのステンレス基板333へのCuの密着強度は極めて強く、高粘着性テープを含む各種のテープでの引き剥がし試験で、剥がれが発生しなかった。
図1との相違点は、ノズル(噴射開口)311の近傍に、プラズマ化手段としてフィラメント331が追加されたことである。したがって、印加される電圧は2つに分かれ、1つはフィラメント331に対して直流電源351から、別の1つは基板333に対して直流電源351から独立して印加される。図示してない電源によってフィラメント331を加熱すると、フィラメント331から熱電子が放出され、その熱電子は、密封型蒸発源蒸発源31に向かって入る。直流電源351の電圧は、0.2KVあれば、蒸気342はプラズマ状態に変わる。直流電源352はプラズマ中のイオンの加速に使われる。
その他は、実施例1と同様である。
この実施例でのステンレス基板333へのCuの密着強度は極めて強く、高粘着性テープを含む各種のテープでの引き剥がし試験で、剥がれが発生しなかった。
図2との相違点は、のずる1の近傍に、プラズマ化手段としてフィラメントではなく高周波コイル61が噴射した蒸気342を囲むように配置されたことである。高周波電源353では高周波コイル61に対して所定周波数が与えられる。実施例では13.56MHzの周波数を与えてプラズマを得た。直流電源352は基板333に対して加速電圧を印加する。その他の説明は、実施例1と同様である。
この実施例でのステンレス基板333へのCuの密着強度は極めて強く、高粘着性テープを含む各種のテープでの引き剥がし試験で、剥がれが発生しなかった。
基板433は電気絶縁体のポリエステルフィルムであり、蒸発材料441はSiOガスである。熱エネルギーのみによる蒸着では、ポリエステルフィルムに静電気をチャージしないが、実施例1ないし3の方法でイオン化したSiOを蒸着すると、基板433は+に帯電する。その結果、入射してくるSiO+は基板433から跳ね返されることになり、プラズマを生成した意味を失う。しかし、実施例1における電界が正/負または負/0のパルス電界である場合、基板433の帯電は中和されてSiO+の入射は継続する。
蒸発源411と基板433には、プラズマ化手段であるパルス電源452によって、パルス電圧が印加される。
実験では正/負のパルス波を用い、デューティ1/5、10KHz,1KVを与え、安定したプラズマが得られた。SiOのポリエステルフィルム面に対する密着力は極めて強く、高粘着性テープを含む各種のテープでの引き剥がし試験で、剥がれが発生しなかった。
なお4111,4112は、噴射開口、42は、真空チャンバー、421は、排気口、432は、基板支持部(基板ホルダー)、442は、逆円錐状(蒸着材料の飛翔形状)である。
基板433は電気絶縁体のポリエステルフィルムであり、蒸発材料441はSiOガスである。元々セピアを帯びた黒色であるSiOは、蒸着膜ではセピア色を示す。これを酸化することによって透明に変え、包装用ガスバリアフィルムに用いることができる。
パルス電源452のパルス電圧を印加してSiOをプラズマ状態にしながら、蒸発源411の噴射開口部4111,4112の近傍に配置した反応ガス供給管511から反応ガス521のO2を加熱しつつSiOプラズマ中に噴射開口5111から噴射させた。この状態ではO2はプラズマ状態に変わり、極めて良くSiOに対する酸化反応を起こす。O2の量は十分絞れるように制御されるが、この方法ではチャンバー42内の真空度を悪くすることがない。
この実施例で得た概ね透明なSiOx蒸着膜は、実施例4と同様の強い密着力を有し、良好なガスバリア性を得た。
なお542は、逆円錐状(蒸着材料の飛翔形状)である。
本願発明は、密封型蒸発源の開口から出る蒸気の密度に着眼し、プラズマ生成ガスを用いることなく、密封型蒸発源から噴射された蒸発材料の蒸気をプラズマ化している。密封型蒸発源の場合、密封型蒸発源内の蒸気は、加熱温度に応じて熱擾乱状態になり、密封型蒸発源内の圧力を高めている。一般に気体がプラズマ化するには、圧力が概ね10-1Pa水準(10-1Pa以上)必要である。密封型蒸発源は、内部にその水準の圧力を生み出すことは極めて容易であり、1.33×102Paになるまでの温度を与えることが通常行われている。
以上のように本願発明の基本的な特徴は、蒸発源が密封型であり、密封型蒸発源の内部に圧力が発生することである。密封型蒸発源の内部に圧力が発生しなければ、密封型蒸発源の開口から蒸気は噴射しない。噴射現象により噴射蒸気のプラズマ領域は、真空チャンバー全体に広がらずに、噴射蒸気の範囲(逆円錐状の飛翔範囲)に留まっている。
プラズマ化手段は、従来色々あり、真空蒸着において利用し易い手段であれば何れであってもよいが、プラズマ中のイオンを基板に強く入射させるには、基板を負電位にしなければならないから、構造上は、前記のように蒸発源と基板の間に電源を接続して電位差を与える方式がよい。
基板と密封型蒸発源の間に直流電源を接続して電位差を与える代わりに、前記のようにパルス電源を用いてパルスを与えてもよい。この場合、特にパルス形状を問わない。パルス電圧を印加することによって、噴射蒸気をプラズマ状態にすることができる。また正負のパルスないし負/0のパルスを与えることによって、基板上にイオンによる静電界が生まれても、これを中和することができる。こうすることによって、正イオンは静電界の影響を受けずに、基板に定常的に入射する。
これに対して本願発明が用いている密封型蒸発源は、噴射開口は非常に小さいから、その近傍に反応ガスの出口を配置することができる。またその配置により反応ガス供給管(反応ガス供給源)は、密封型蒸発源の熱によって加熱されるので、反応ガスに噴射現象を与えることもできる。蒸発材料(蒸着材料)の蒸気と反応ガスは基板に到達する前に化合するが、その化合する領域はプラズマ状態にあるので反応は極めて順調に進行する。
311 ノズル(噴射開口)
32 真空チャンバー
321 排気口
331 フィラメント
332 基板支持部(基板ホルダー)
333 基板(ステンレス板)
34 蒸発材料(Cu)
341,342 蒸気
344 逆円錐状(蒸着材料の飛翔形状)
351,352 直流電源
353 高周波電源
411 密封型蒸発源
4111,4112 噴射開口
421 排気口
432 基板支持部(基板ホルダー)
433 基板
441 蒸発材料(SiO)
442 逆円錐状(蒸着材料の飛翔形状)
452 パルス電源
511 反応ガス(O2)の供給管
5111 噴射開口
521 反応ガス(O2)
542 逆円錐状(蒸着材料の飛翔形状)
61 高周波コイル
Claims (6)
- 密封型蒸発源の噴射開口から噴射する蒸発材料の蒸気を基板に入射して蒸着膜を形成する蒸着装置において、噴射した前記蒸気をクラスター化することなくプラズマ化するプラズマ化手段を有し、
前記蒸気が噴射開口から噴射される位置において、前記プラズマ化手段によって噴射した前記蒸気に電離エネルギーを与えて、プラズマ生成ガスを用いないで噴射した前記蒸気をクラスター化することなくプラズマ状態にし、
噴射した前記蒸気のプラズマ領域は噴射した前記蒸気の飛翔範囲に留まっていて、プラズマ状態の前記蒸気を基板に入射して蒸着膜を形成することを特徴とする蒸着装置。 - 請求項1に記載の蒸着装置において、
噴射した前記蒸気をプラズマ化する手段は、密封型蒸発源と基板との間に接続する電源であり、
密封型蒸発源と基板との間に電源を接続して所定の電位を与えて噴射した前記蒸気を密封型蒸発源の噴射開口付近で強くグロー放電させてプラズマ状態にすることを特徴とする蒸着装置。 - 請求項1に記載の蒸着装置において、
噴射した前記蒸気をプラズマ化する手段は、密封型蒸発源の噴射開口近傍に配置した熱電子発生用フィラメントであり、
密封型蒸発源を正電位にして、フィラメントから放出された熱電子が密封型蒸発源に向かって照射されて、噴射した前記蒸気をプラズマ状態にすることを特徴とする蒸着装置。 - 請求項1に記載の蒸着装置において、
噴射した前記蒸気をプラズマ化する手段は、密封型蒸発源の噴射開口近傍に配置した高周波コイルであることを特徴とする蒸着装置。 - 請求項2に記載の蒸着装置において、
前記蒸発材料は電気絶縁物であり、
前記電源はパルス電源であることを特徴とする蒸着装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載の蒸着装置において、
密封型蒸発源の噴射開口近傍に反応ガスの噴射開口を配置してあり、
前記蒸気と反応させる反応ガスを密封型蒸発源の熱により加熱して反応ガスを噴射させることを特徴とする蒸着装置。
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