(57)【要約】【課題】コイルが高温となることを抑制しつつ放電位置の調整を行う。【解決手段】成膜装置１は、減圧チャンバー内においてワーク１１と対面するように配置された蒸発源となるターゲット１２と、ターゲット１２を着火するためのストライカ（着火装置）１４と、ターゲット１２の外周側に配置された磁場発生用のコイル２１と、ワーク１１とターゲット１２の間に電圧を印加する電源１５と、ターゲット１２の外周側に配置され、コイル２１を内部に収納するとともに、ターゲット１２側にスリット１３ｄが形成されているヨーク１３と、ターゲット１２と、スリット１３ｄとの相対位置を変更するヨーク位置変更機構３１と、を備える。【選択図】図１
2020056068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧チャンバー内においてワークと対面するように配置された蒸発源となるターゲットと、
前記ターゲットを着火するための着火装置と、
前記ターゲットの外周側に配置された磁場発生用のコイルと、
前記ワークと前記ターゲットの間に電圧を印加する電源と、
前記ターゲットの外周側に配置され、前記コイルを内部に収納するとともに、前記ターゲット側にスリットが形成されているヨークと、
前記ターゲットと、前記スリットとの相対位置を変更するヨーク位置変更機構と、を備える
成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク放電を利用した成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）によるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）成膜時には、平板蒸発源が用いられる。ここで、円筒蒸発源を用いた成膜では、ワークに集中的にイオンを当てることによって、平板蒸発源を用いる場合に比べて効率よく成膜を行うことができる。例えば、平板蒸発源では０．５μｍ／ｈであるのに対し、円筒蒸発源では５０μｍ／ｈで成膜を行うことができる。このＡＩＰ法において膜を均一に成膜するために、蒸発源表面で発生させた放電を、電磁石の磁場により周方向に回転移動させている。
【０００３】
従来、このような分野の技術として、特開２０００−０７３１６７号公報がある。この公報に記載された成膜装置では、減圧チャンバー内に載置されたワークの周りに、蒸発減となるターゲットが向かい合うように設置される。ターゲットとワークとの間に電圧を印加する電源装置があり、ターゲットの周りには磁場発生用のマグネットが配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０７３１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の成膜装置では、カーボンやタングステンなどのアーク放電しにくい材料をターゲットとして用いた場合、強い磁場を発生させないとアーク放電の位置の移動速度、放電位置自体を制御しにくくなるという問題がある。ここで、強い磁場を発生させるために電磁石のコイルに流れる電流を大きくすると、コイルの加熱状態が強くなり、冷却するためにかかるコストが高くなる。
本発明は、コイルが高温となることを抑制しつつ放電位置の調整を行う成膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる成膜装置は、減圧チャンバー内においてワークと対面するように配置された蒸発源となるターゲットと、前記ターゲットを着火するための着火装置と、前記ターゲットの外周側に配置された磁場発生用のコイルと、前記ワークと前記ターゲットの間に電圧を印加する電源と、前記ターゲットの外周側に配置され、前記コイルを内部に収納するとともに、前記ターゲット側にスリットが形成されているヨークと、前記ターゲットと、前記スリットとの相対位置を変更するヨーク位置変更機構と、を備える。
これにより、ターゲットとスリットの相対位置を変化させることによって、ターゲットにおける放電位置を変更することができる。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、コイルが高温となることを抑制しつつ放電位置の調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】成膜装置の構成を示した図である。
【図２】ヨーク位置変更機構を外した状態の成膜装置の図である。
【図３】ヨーク位置変更機構によりヨークが上昇した状態の図である。
【図４】ヨーク位置変更機構によりヨークが下降した状態の図である。
【図５】ヨークを設けない場合の磁束密度のシミュレーション結果の図である。
【図６】ヨークを設けた場合の磁束密度のシミュレーション結果の図である。
【図７】コイルにかける電流と磁束密度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、成膜装置１は、ワーク１１と、内側にワーク１１が配置される円筒蒸発源（ターゲット）１２と、円筒蒸発源１２の外側に配置される円環状のヨーク１３と、着火源であるストライカ１４と、ワーク１１及び円筒蒸発源１２に電圧を印加する電源１５と、ヨーク１３の位置を変更するヨーク位置変更機構３１と、を備える。なお、成膜装置１による成膜は、減圧チャンバー内で行われる。
【００１０】
図１では、円筒蒸発源１２の内側に配置されるワーク１１と、ヨーク１３の内部の状態を判りやすくするために、切断面を記載している。また、図１においてワーク１１や円筒蒸発源１２が延在している上下方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して垂直方向である左右及び奥行き方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向として説明する。図２〜図４についても同様である。
【００１１】
ここで図１及び図２を参照して、成膜装置１の構成を説明する。
【００１２】
ワーク１１は、薄膜を形成させる対象品である。例えばワーク１１は、Ｚ方向に延在する円柱状であるものとして説明する。ワーク１１は、電源１５のバイアス電源に電気的に接続されている。なお以下では、ワーク１１が配置されている位置をＸＹ方向における中心の位置であるものとして説明する。
【００１３】
円筒蒸発源１２は、Ｚ方向に延在する円筒状である。円筒状である円筒蒸発源１２の内側の中空部には、ワーク１１が配置されている。言い換えると、円筒蒸発源１２の内周面が、ワーク１１の表面と対面するように配置されている。円筒蒸発源１２は、電源１５のカソード電源に電気的に接続されており、減圧容器内で円筒蒸発源１２の内側面でアーク放電させ、放出されたイオンにより、容器内のワーク１１の表面に成膜させる。例えば、円筒である円筒蒸発源１２の壁面までの内径は約１９６ｍｍ、壁面を形成している内外方向の厚さは約１０ｍｍであるが、この値に限られない。
【００１４】
ヨーク１３は、円筒蒸発源１２の外側に配置される円環状であり、断面が矩形状である。ヨーク１３は、Ｚ方向に所定の厚さを有するとともに、ＸＹ平面方向に所定の厚さを有するように構成されている。また、ＸＹ方向に厚みを有しているヨーク１３の内部には、中空部１３ａが形成されている。なお、円筒蒸発源１２に近い内側の壁面を内側壁面１３ｂとし、これに対して中空部１３ａを挟むように形成されている外側の壁面を外側壁面１３ｃとする。例えば、ヨーク１３において中空部１３ａを形成するために設けられている各壁面の厚さは夫々約６ｍｍ、比透磁率は１３００であるが、この値に限られない。
【００１５】
中空部１３ａには、コイル電源（図示せず）から電流を流すことにより磁場を発生させるコイル２１が配置されている。すなわちコイル２１は、ヨーク１３内に配置された状態で、円筒蒸発源１２の周囲に配置されている。また、コイル２１は、中空部１３ａにおいて外側壁面１３ｃの近傍に配置されている。なお例えば、コイル２１は、円環状であるヨーク１３の形状に合わせ、外側壁面１３ｃに沿うように、円環状となるように配置されている。
【００１６】
なお例えば、コイル２１の巻数は２１０巻、線径は約２．１ｍｍ、線低効率は１．７７４４Ｅ−８Ωｍ、コイル内径は約２８８．５ｍｍ、コイル線長は約１９０．３ｍｍ、コイル抵抗値は約０．９７５Ωであるが、これらの値に限られない。
【００１７】
円筒蒸発源１２側の壁面である内側壁面１３ｂには、壁面を内外方向に貫通するように開口しているスリット１３ｄを有する。例えばスリット１３ｄは、ＸＹ平面に対して略平行方向であって、内側壁面１３ｂの周方向に延びるように形成されていても良い。スリット１３ｄの形状は、任意に変更することができる。また例えば、スリット１３ｄとして開口しているＺ方向の幅は約６ｍｍであるが、これに限られない。
【００１８】
ストライカ１４（着火装置）は、少なくとも一部が円筒蒸発源１２の内側に配置されている。ストライカ１４は、アーク放電を行う際に、円筒蒸発源１２に着火する。
【００１９】
電源１５は、ワーク１１に接続されたバイアス電源と、円筒蒸発源１２に対して接続されたカソード電源と、を有する。カソード電源から電流を供給するとともに、バイアス電源からマイナスの電圧付加を行うことにより、電源１５は、ワーク１１と円筒蒸発源１２との間に電圧を印加する。
【００２０】
ここで、図１に示すように、ヨーク１３にはヨーク位置変更機構３１が取り付けられている。ヨーク１３は、ヨーク位置変更機構３１の動作により、ワーク１１や円筒蒸発源１２に対して相対的に移動することが可能である。
【００２１】
例えば、ヨーク位置変更機構３１は、ヨーク１３が載置されるヨーク台３２と、Ｚ方向に延在してヨーク台３２をＺ方向に貫通し、ヨーク台３２のＺ方向の移動をガイドするガイド３３と、Ｚ方向に延在してヨーク台３２をＺ方向に貫通し、ヨーク台３２をＺ方向に動作する力を発生させるボールネジ３４と、ボールネジ３４を操作することでヨーク台３２のＺ方向の動作を操作する操作部３５と、を備える。なお図２において、ガイド３３は１本しか記載していないが、複数本が設けられていても良い。
【００２２】
ワーク１１への成膜を行う際には、ヨーク１３のスリット１３ｄは、円筒蒸発源１２においてアーク放電を起こしたい部分の裏に配置する。スリット１３ｄには、コイル２１から発生した磁場が集中する。したがって、ヨーク１３の位置や動作を調整することにより磁場の位置を調整することができ、円筒蒸発源１２のアーク放電の位置を制御できる。
【００２３】
例えば、図３に示すように、ヨーク台３２を上昇させることで、ヨーク１３が上昇するためスリット１３ｄの位置も上昇する。これにより、アーク放電が発生する位置が上寄りになり、円筒蒸発源１２のうちの上部近傍で溶解、蒸発が発生することで、ワーク１１の上部近傍において成膜が行われる。
【００２４】
また図４に示すように、ヨーク台３２を下降させることで、ヨーク１３が下降するためスリット１３ｄの位置も下降する。これにより、アーク放電が発生する位置が下寄りになり、円筒蒸発源１２のうちの下部近傍で溶解、蒸発が発生することで、ワーク１１の下部近傍において成膜が行われる。
【００２５】
図５及び図６は、所定の電流値をかけた場合の磁束密度のシミュレーション結果を示した図である。図５は、ヨークを用いない従来の成膜装置の構成の場合であり、図６は、ヨーク１３を用いる場合である。
【００２６】
ここで、ヨークを用いない従来の成膜装置において、コイル内径を１００ｍｍ、コイル巻き数を４８、電流値を２０Ａであるものとしてシミュレーションを行うと、蒸発源上での磁束密度は１７．２[ｍＴ]となる。
【００２７】
一方、ヨーク１３を用いた成膜装置１では、コイル内径を２８８．５ｍｍ、コイル巻き数２１０、スリット１３ｄの幅を所定の幅とし、電流値を２０Ａであるものとしてシミュレーションを行うと、蒸発源上での磁束密度は１０４．４[ｍＴ]とすることができる。ここで、図７に示すように、磁束密度の値は、スリット１３ｄの幅によって変化する。
【００２８】
より具体的には、スリット１３ｄの幅を６ｍｍ〜１５ｍｍとすることで、２０Ａの電流値を流した場合において、磁束密度１００ｍＴを達成することができる。なお、この磁束密度１００ｍＴとは、カーボン素材の蒸発源上のアーク放電の際に、望ましい磁束密度の一例である。
【００２９】
このようにして、コイル２１を内部に配置するとともに、円筒蒸発源１２と対向する面にスリット１３ｄを有するヨーク１３を用いることで、電流値を低減した状態であっても高い磁束密度を発生させることができる。すなわち、コイル２１に流れる電流値を抑えられることから、コイル２１の過熱を抑制することができる。
【００３０】
さらに、成膜を行う際には、ボールネジ３４を用いたヨーク位置変更機構３１により、ヨーク１３を上下させてスリット１３ｄの位置を変更する。これにより、アーク放電が発生する位置を、円筒蒸発源１２の任意の位置とすることや、任意の回転速度とする制御が可能となる。したがって、一つの円筒蒸発源１２を用いたワーク１１の成膜回数を増やすことができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１            成膜装置
１１            ワーク
１２            円筒蒸発源
１３            ヨーク
１３ａ            中空部
１３ｂ            内側壁面
１３ｃ            外側壁面
１３ｄ            スリット
１４            ストライカ
１５            電源
２１            コイル
３１            ヨーク位置変更機構
３２            ヨーク台
３３            ガイド
３４            ボールネジ
３５            操作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020056068.tif 000006
【図５】
2020056068.tif 000007
【図６】
2020056068.tif 000008
【図７】
2020056068.tif 000009