JPH06340967A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】永久磁石７を原料容器４との位置を垂直に保っ
たままでその距離を可変する永久磁石の位置制御機構８
を備えたことを特徴とするアーク放電プラズマ流を利用
する蒸着装置。 【効果】再現性が良く、稼動率が高く、量産用として好
適であるとともに、ガンを複数並べて配置して、大面積
の基板への均一な成膜ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク放電を利用し
た、イオンプレーティングを含む蒸着装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学薄膜、装飾用薄膜、ハー
ドコーティング用薄膜、フラットパネルディスプレイ用
薄膜等の成膜装置として蒸着装置が広く使われている。
また最近では、ホローカソード型ガンや、圧力勾配型プ
ラズマガンを備え、アーク放電により発生したプラズマ
流を磁界により原料まで導いて原料を加熱したり、該プ
ラズマ流の高い反応性を利用してイオンプレーティング
を高速に行う蒸着装置（以下、蒸着装置という）が開発
されている（特開平２−１０１１６０号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式の蒸着装置はバッチ式のものは知られているが、量産
用の連続成膜装置として使用できるものはない。この蒸
着装置を、量産用連続成膜装置として実現するためには
次のような問題点がある。

【０００４】（１）原料の消費に伴う蒸発部の面積を一
定にする必要がある場合 蒸着装置では、原料の消費に伴い原料の蒸発面が変化す
るので、その蒸発部の面積を常に一定に制御しないと、
被成膜基体（以下、基板という）の膜厚分布が変化して
しまう。通常、電子ビーム蒸着等では、磁界を規則的に
変化させて加速した電子を原料に対して掃引して当てる
などの方法で原料を均一に消費させるのが一般的手法で
ある。アーク放電を利用したプラズマ流による蒸着装置
の場合では、磁界を使ってプラズマを移動させるに足り
る掃引コイルは、大型になり装置構成上、空間的、経済
的な面で不利である。このことは、一度仕込んだ原料を
使用するまで蒸発部の面積を一定に保つ必要がある量産
用の連続成膜装置を実現するためには問題であった。

【０００５】（２）レートを一定にしなければ成らない
場合 さらに、本発明の対象であるアーク放電を利用したプラ
ズマ流による蒸着装置は、プラズマ流の高い反応性を活
かしたイオンプレーティングを行う場合に有効である。
この場合は、成膜室に酸素ガス、窒素ガス等の反応ガス
を適量導入し、原料の蒸発速度につりあった反応を同一
のプラズマ流により行う。しかしながら、原料の消費に
ともない成膜速度が低下するので、反応速度との平衡が
くずれてしまう。つまり、蒸発速度、或は、反応ガス量
を常に調整して最終的な基板への成膜速度と蒸発材料の
反応状態を一定に保つ必要がある。通常の蒸着装置で
は、原料への投入電力を上げて蒸発速度を一定に保つの
が一般的である。ところが、アーク放電を利用したプラ
ズマ流による蒸着装置の場合では、同一のプラズマ流
で、原料の加熱、蒸発、反応を行うので、原料の加熱電
力だけ制御しても、同時にプラズマの形状と密度が変わ
ってしまうため反応の速度が変化してしまう。このこと
は、基板に成膜する膜質を一度仕込んだ原料を使用する
まで一定に保つ必要がある量産用の連続成膜装置を実現
するためには問題であった。この問題を解決するには、
反応性のスパッタ法などで行われているように蒸発速度
に常に見合った量の反応ガスを導入すれば解決するが、
この場合、成膜室の圧力、特に成膜速度に大きな影響力
をもつ原料容器と基板間の圧力が変わってしまうため、
基板への成膜速度は大幅に変化してしまう。即ち、プラ
ズマの密度、成膜室圧力を変えずに成膜速度を一定に保
つことは困難であった。

【０００６】（３）プラズマの原料直上での形の再現性
確保 さらに、アーク放電を利用したプラズマ流による蒸着装
置は、プラズマガンで発生したプラズマを原料容器の下
方に配置した永久磁石の磁界により原料に導いて加熱、
蒸発、反応を行う。この場合、プラズマ流を原料に照射
する面積と形状、蒸発した材料を反応ガスと反応を行う
場所である原料直上のプラズマ流の立体的形状、密度の
分布が、基板への成膜速度、膜質に大きな影響力を持っ
ている。つまり、基板への成膜性能を、装置や永久磁石
やガン等異なる構成部品を使用しても、再現性良く維持
するためには、永久磁石の作る磁力線の形状を常に一定
に保つことが重要である。このことは、原料容器、原
料、永久磁石の位置関係を基板を仕込む度に調整できる
バッチ式の装置ではたいした問題ではないが、基板に成
膜する膜質を一度仕込んだ原料を使用するまで一定に保
つ必要がある量産用の連続成膜装置を実現するためには
問題であった。

【０００７】（４）複数のガンの分布の補正 さらに、より大きな面積の基板へ成膜する場合、プラズ
マガンを複数としそれに対応する複数の原料と原料容器
と永久磁石を設置して、量産用の連続装置を構成するこ
とが有効である。この場合、前述の様に部品間での性能
の補正を行う必要があるだけではなく、各々の原料容器
から蒸発する速度を意図的に変えて、基板の膜厚分布を
補正する方法が一般的である。しかしながら、アーク放
電を利用したプラズマ流による蒸着装置においては、前
述した理由により、基板の膜質を変えずに蒸発速度を変
えることは、従来の方法ではできなかったので問題であ
った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題を解
決すべく成されたものであり、真空蒸着により薄膜を形
成する成膜室と成膜室内に配置した被成膜基体と、基板
の下方に配置した蒸着原料及び原料容器と、蒸着原料を
加熱する手段としてのアーク放電プラズマを発生するプ
ラズマガンと、該プラズマガンによるプラズマ流を原料
容器内の蒸着原料に導くために原料容器の下方に永久磁
石とを配置した蒸着装置において、該永久磁石を原料容
器との位置を垂直に保ったままでその距離を可変する永
久磁石の位置制御機構を備えたことを特徴とする蒸着装
置を提供するものである。

【０００９】本発明において、永久磁石の移動機構の移
動範囲は、原料容器の底面を基準とした位置から原料容
器の深さに相当する距離よりも大きいことが好ましい。
また、本発明において、永久磁石の移動機構の位置制御
は、移動範囲内を１ｍｍ以下の停止精度で行えることが
好ましい。本発明における永久磁石の移動機構は、特に
限定されるものではなく、前記の移動範囲と位置精度を
実現できるものであればよい。

【００１０】プラズマガンは、特に限定されず、プラズ
マ流を発生できるものであればよく、例えば、ホローカ
ソード型プラズマガンや、複合陰極型プラズマガン、圧
力勾配型プラズマガンなどを挙げることができる。

【００１１】基板の形状は、特に限定されるものではな
く、平板状あるいは局面状の基板やフィルム状のものな
どが使用できる。また、基板の材質も、特に限定される
ものではなく、ガラス、プラスチックなどが使用でき
る。なお、基板がフィルム状の場合はフィルムを巻取る
機構を成膜室内に組み入れてもよい。

【００１２】

【実施例】

実施例１ 図１は本発明にかかる蒸着装置の第１の実施例の断面図
である。成膜室１と、その内部に成膜面を下に向けた状
態の基板２と、その下方に原料３と、その原料容器４を
配置し、プラズマガン５からプラズマを成膜室１側に導
くための磁場発生手段であるコイル６と、そのプラズマ
を原料３に導くための磁場発生手段である永久磁石７
を、原料容器４の下に配置する。そして、その永久磁石
７を原料容器４との位置関係を平行に保ったまま上下方
向９に移動できる永久磁石の位置制御機構８を備えてい
る。

【００１３】なお、図１において、１０はプラズマガン
に導入する放電ガス導入口、１１は成膜室に導入する反
応ガスの導入口、１２は、コイル６と永久磁石７によっ
て原料３に導かれたプラズマ流を示している。図１にお
いて、プラズマ流１２は、コイル６と永久磁石７による
磁界によって原料まで導かれる。

【００１４】原料３に照射されるプラズマ流１２の面積
は、主として原料容器４の下方に配置した永久磁石７
（以下単に磁石と言う）の磁力線の形状により決定す
る。原料面が磁石より離れているときは、原料表面での
磁束密度が小さいので、蒸発に有効な面積は広いが、原
料の消費に伴って原料面が低下すると、原料面は磁石に
近付くので、原料表面の磁束密度が大きくなり、蒸発に
有効な面積は小さくなる。そのとき、原料の消費に合わ
せて磁石の位置を、原料容器４との平行を保ったまま下
げることにより、原料表面での磁束密度が調整できるの
で、蒸発に有効な面積を保つことができる。

【００１５】また、反応を伴ったイオンプレーティング
蒸着を行う場合においては、原料の消費により基板との
距離が遠くなり、成膜速度の低下を補正する必要がある
が、この場合は、磁石の位置を原料容器４との平行を保
ったまま上げることにより、プラズマ流の密度、形状の
変化を最小限に抑えて、蒸発速度を上げることができる
ので、基板への成膜速度を一定に保つことができる。

【００１６】以上のように、本発明の対象と成る蒸着装
置においては、成膜速度を精度良く調整するには、磁石
を上下に移動させる事が最も有効な手段であることを見
いだした。よって、位置決め精度のよい機構を備えるこ
とにより、装置や永久磁石やガン等構成部品に多少のバ
ラツキがあっても、所望の性能へ補正でき、再現性のよ
い蒸着装置を提供できる。

【００１７】実施例２ 図２は本発明にかかる蒸着装置の第２の実施例の断面図
である。第２の実施例は、第１の実施例の永久磁石７と
永久磁石の移動機構８を成膜室の外部、即ち、大気圧側
に配置したものである。図２は、永久磁石７と永久磁石
の移動機構８を成膜室の外部、即ち大気圧側に配置した
ものである。

【００１８】永久磁石の上下機構は、停止精度とその再
現性がよい方が良く、本発明においては、１ｍｍ以下の
停止精度を有する機構を使用した。一般的に、精密な動
作を伴う機構部品は真空雰囲気よりも大気圧で作動させ
た方が、装置構成部品や設計上でも格段に有利である。
この場合、磁石の位置が、原料及び原料容器から遠くな
るので、磁石の磁界をより強力にする必要があるが、本
発明においては、近年、発表されたネオジウム系やサマ
リウム−コバルト系の様な強力な磁石を使用し、更に、
成膜室をステンレスなど非磁性の材料で構成し、成膜室
壁面と原料容器の位置を離れないように装置全体を構成
した。

【００１９】また、成膜室内に磁石を配置した場合、蒸
着時に成膜室内の磁石周囲の温度は高く、磁石が加熱さ
れることは避けられないため、磁石そのものの発生する
磁界が低下するという問題もあったが、本発明の構成に
より、冷却面でも有利な位置へ磁石を配置できるので解
決できた。

【００２０】実施例３ 図３は本発明にかかる蒸着装置の第３の実施例の断面図
である。第３の実施例は、第２の実施例におけるプラズ
マガン５と、コイル６と、原料３と、原料容器４と、永
久磁石７と、及び永久磁石の移動機構８とを複数個並べ
て基板２の成膜面積をより大きくできるものである。図
３は、３式のプラズマガン、原料、原料容器、磁石、及
び磁石の移動機構を並べて配置し、より大面積の基板へ
の成膜を実現した例である。

【００２１】この場合、全ての蒸発速度を同じにする
と、基板中央部は、両端の蒸発分も重ね合わされるた
め、基板端部よりも膜厚が厚くなる。この現象を補正す
るには、中央の原料からの蒸発量を抑えて、基板の膜厚
分布を修正するのが一般的であるが、本発明の対象と成
る蒸着装置では、前述のように反応も同時に行うため、
プラズマ流の密度、形状をなるべく同じに保つ必要があ
る。このとき、中央の磁石だけ位置を下げることによ
り、基板の膜質を一定にしたまま膜厚分布を均一にする
ことができた。

【００２２】

【発明の効果】本発明のアーク放電プラズマ流による連
続成膜装置は、再現性が良く、稼動率が高く、量産用と
して好適である。更に、本発明のアーク放電プラズマ流
による連続成膜装置は、ガンを複数並べて配置して、大
面積の基板への均一な成膜ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施例の断面図

【図２】本発明にかかる第２の実施例の断面図

【図３】本発明にかかる第３の実施例の断面図

【符号の説明】

１：成膜室 ２：基板 ３：原料 ４：原料容器 ５：プラズマガン ６：コイル ７：永久磁石 ８：永久磁石の移動機構 ９：永久磁石の移動機構の移動方向 １０：プラズマガンに導入するガスの入口と導入方向 １１：反応ガスの導入口と導入方向 １２：プラズマ流

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空蒸着により薄膜を形成する成膜室と成
   膜室内に配置した被成膜基体と、基板の下方に配置した
   蒸着原料及び原料容器と、蒸着原料を加熱する手段とし
   てのアーク放電プラズマを発生するプラズマガンと、該
   プラズマガンによるプラズマ流を原料容器内の蒸着原料
   に導くために原料容器の下方に永久磁石とを配置した蒸
   着装置において、該永久磁石を原料容器との位置を垂直
   に保ったままでその距離を可変する永久磁石の位置制御
   機構を備えたことを特徴とする蒸着装置。
2. 【請求項２】前記永久磁石と該永久磁石の位置制御機構
   を成膜室外に配置したことを特徴とする請求項１記載の
   蒸着装置。
3. 【請求項３】前記プラズマガンを複数配置し、複数のプ
   ラズマガンと対応する複数の原料容器と複数のプラズマ
   ガンと同数の永久磁石と該永久磁石の位置制御機構を備
   えたことを特徴とする請求項１または２記載の蒸着装
   置。