(57)【要約】【課題】プラズマビームへの異物混入を抑制する。【解決手段】陰極管８０を含んで構成されたプラズマガン７から出射されるプラズマビームによって成膜材料を蒸発させ、成膜材料の粒子を被成膜物に付着させる成膜装置であって、陰極管８０は、一端が開放された外筒８３と、外筒８３内に設けられて、外筒８３の一端側に不活性ガスを供給すると共に、電圧が印加される不活性ガス供給管としての補助陰極８１と、外筒８３の一端側に取り付けられ、外筒８３の開口よりも径が小さい開口８７１を有する蓋体８７と、を有し、蓋体８７の耐スパッタ性はタングステンよりも高い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極管を含んで構成されたプラズマガンから出射されるプラズマビームによって成膜材料を蒸発させ、成膜材料の粒子を被成膜物に付着させる成膜装置であって、
前記陰極管は、
一端が開放された外筒と、
前記外筒内に設けられて、前記外筒の前記一端側に不活性ガスを供給すると共に、電圧が印加される不活性ガス供給管と、
前記外筒の前記一端側に取り付けられ、前記外筒の開口よりも径が小さい開口を有する蓋体と、
を有し、
前記蓋体の耐スパッタ性はタングステンよりも高い、成膜装置。
【請求項２】
前記蓋体は窒化ホウ素からなる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
陰極管を含んで構成され、成膜装置に使用される成膜装置用プラズマガンであって、
前記陰極管は、
一端が開放された外筒と、
前記外筒内に設けられて、前記外筒の前記一端側に不活性ガスを供給すると共に、電圧が印加される不活性ガス供給管と、
前記外筒の前記一端側に取り付けられ、前記外筒の開口よりも径が小さい開口を有する蓋体と、
を有し、
前記蓋体の耐スパッタ性はタングステンよりも高い、成膜装置用プラズマガン。
【請求項４】
前記蓋体は窒化ホウ素からなる、請求項３に記載の成膜装置用プラズマガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜装置用プラズマガンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、成膜装置に用いられるプラズマガンが知られている。プラズマガンで発生されたプラズマビームを利用して被成膜物の成膜が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０５７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プラズマガンでのアーク放電中は、高熱電子が陰極管内部で衝突するため、プラズマガンの構成部品に由来する異物が発生する可能性がある。この異物がプラズマビームに含まれて成膜材料とともに被成膜物に付着した場合、被成膜物の品質低下を引き起こす可能性がある。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、プラズマビームへの異物混入を抑制した成膜装置および成膜装置用プラズマガンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、陰極管を含んで構成されたプラズマガンから出射されるプラズマビームによって成膜材料を蒸発させ、成膜材料の粒子を被成膜物に付着させる成膜装置であって、前記陰極管は、一端が開放された外筒と、前記外筒内に設けられて、前記外筒の前記一端側に不活性ガスを供給すると共に、電圧が印加される不活性ガス供給管と、前記外筒の前記一端側に取り付けられ、前記外筒の開口よりも径が小さい開口を有する蓋体と、を有し、前記蓋体の耐スパッタ性はタングステンよりも高い。
【０００７】
また、本発明の一形態に係る成膜装置用プラズマガンは、陰極管を含んで構成され、成膜装置に使用される成膜装置用プラズマガンであって、前記陰極管は、一端が開放された外筒と、前記外筒内に設けられて、前記外筒の前記一端側に不活性ガスを供給すると共に、電圧が印加される不活性ガス供給管と、前記外筒の前記一端側に取り付けられ、前記外筒の開口よりも径が小さい開口を有する蓋体と、を有し、前記蓋体の耐スパッタ性はタングステンよりも高い。
【０００８】
上記の成膜装置および成膜装置用プラズマガンによれば、外筒の一端側に設けられる蓋体の耐スパッタ性がタングステンよりも高いため、不活性ガス供給管の先端の付近で発生する高熱の電子が蓋体に衝突したとしても、蓋体を構成する材料が粒子として飛散することを防ぐことができる。そのため、プラズマガンから出射されるプラズマビームに上記の粒子が異物として混入することが防がれる。
【０００９】
ここで、前記蓋体は窒化ホウ素からなる態様とすることができる。
【００１０】
蓋体が窒化ホウ素から構成されている場合、プラズマビームへの異物混入が抑制された成膜装置および成膜装置用プラズマガンをより低コストで製造することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プラズマビームへの異物混入を抑制した成膜装置および成膜装置用プラズマガンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。
【図２】プラズマガンの構成を説明する断面図である。
【図３】陰極管の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係る成膜装置の一実施形態の構成を示す側断面図である。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、後述する被成膜物が搬送される方向である。Ｘ軸方向は、被成膜物と後述するハース機構とが対向する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交する方向である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の成膜装置１は、ハース機構２、搬送機構３、輪ハース６、プラズマガン７（成膜装置用プラズマガン）、圧力調整装置８およびチャンバー１０を備えている。
【００１６】
チャンバー１０は、成膜材料Ｍａの膜が形成される被成膜物１１を搬送するための搬送部１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜部１０ｂと、プラズマガン７から照射されるプラズマビームＰをチャンバー１０に受け入れるプラズマ口１０ｃとを有している。搬送部１０ａ、成膜部１０ｂ、およびプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送部１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ方向、Ｙ軸方向）に沿って設定されている。チャンバー１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。
【００１７】
搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で被成膜物１１を保持する被成膜物保持部材１６を搬送方向Ａに搬送する。搬送機構３は、搬送部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Ａに沿って等間隔に配置され、被成膜物保持部材１６を支持しつつ搬送方向Ａに搬送する。なお、被成膜物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。
【００１８】
プラズマガン７は、チャンバー１０内でプラズマビームＰを生成する。プラズマガン７は、圧力勾配型であり、その本体部分が成膜部１０ｂの側壁に設けられたプラズマ口１０ｃを介して成膜部１０ｂに接続されている。プラズマガン７において生成されたプラズマビームＰは、プラズマ口１０ｃから成膜部１０ｂ内へ出射される。プラズマビームＰは、プラズマ口１０ｃに設けられたステアリングコイル１２によって出射方向が制御される。なお、プラズマガン７のプラズマガンについては後述する。
【００１９】
圧力調整装置８は、チャンバー１０に接続され、チャンバー１０内の圧力を調整する。圧力調整装置８は、例えば、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の減圧部と、チャンバー１０内の圧力を測定する圧力測定部とを有している。
【００２０】
ハース機構２は、成膜材料Ｍａを保持するための機構である。ハース機構２は、チャンバー１０の成膜部１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＸ軸方向の負側に配置されている。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ビーム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ビームＰが導かれる主陽極である主ハース２１を有している。主ハース２１には、成膜材料Ｍａが充填される。主ハース２１は、チャンバー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、負電位であるプラズマビームＰを吸引する。なお、主ハース２１は、図示しない主電源に接続されている。
【００２１】
輪ハース６は、プラズマビーム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、成膜材料Ｍａを保持する主ハース２１の周囲に配置されている。輪ハース６は、コイル６ａ及び永久磁石６ｂを有しており、コイル６ａ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ビームＰの向き、または、主ハース２１に入射するプラズマビームＰの向きを制御する。
【００２２】
成膜材料Ｍａには、ＩＴＯやＺｎＯなどの導電性物質や、ＳｉＯＮなどの絶縁性物質が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース２１にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰからの電流によって主ハース２１が加熱される。主ハース２１を介して加熱された成膜材料Ｍａの先端部分は蒸発（気化）し、プラズマビームＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜部１０ｂ内に拡散する。
【００２３】
また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース２１にプラズマビームＰが照射されると、プラズマビームＰが成膜材料Ｍａに直接入射する。その結果、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発（気化）し、プラズマビームＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜部１０ｂ内に拡散する。成膜部１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜部１０ｂのＸ軸方向における正側へ移動し、搬送部１０ａ内において被成膜物１１の表面に付着する。
【００２４】
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２１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Ｘ軸方向における負側から順次押し出される。
【００２５】
次に、図２を参照しながら、プラズマガン７について説明する。図２は、プラズマガン７の断面図である。プラズマガン７は、第１中間電極７１と第２中間電極７２とからなる中間電極７０と、陰極管８０が固定されたカソードフランジ９０とを備え、中間電極７０とカソードフランジ９０との間には、陰極管８０を収容するガラス管（絶縁管）９２が配置されている。
【００２６】
中間電極７０に設けられたオリフィス通路Ｒによって、ガラス管９２の雰囲気圧力はチャンバー１０より高く保たれており、この圧力差によって酸素などの反応ガスがガラス管９２内に混入するのを防いでおり、その結果として、放電の際の酸素の影響を排除して長時間の連続使用を可能にしている。なお、中間電極７０は、図示しない主電源に接続されている。
【００２７】
第２中間電極７２は環状であり、チャンバー１０に対してシールカラー７３を介して固定されている。第２中間電極７２の後側には、シールカラー７３を介して環状の第１中間電極７１が同心状に重ねて固定されている。第２中間電極７２には、空芯コイル７４が内蔵されており、第１中間電極７１には、磁極軸が陰極管８０の中心線に平行になるように永久磁石７５が内蔵されている。第１中間電極７１の後側、すなわち、カソードフランジ９０に対面する側には、ガラス管９２が挿着される。
【００２８】
カソードフランジ９０の中央には、陰極管８０が固定されている。陰極管８０について、図３を参照しながら説明する。図３は、陰極管８０の断面図である。陰極管８０は、中央の円筒状（管状）の補助陰極８１と、カソードフランジ９０に対して固定されて補助陰極８１を支持するパイプマウント８２と、補助陰極８１を取り巻くようにパイプマウント８２の外周から補助陰極８１の延在方向に突出する外筒８３と、外筒８３内で補助陰極８１の先端部を取り巻くように嵌挿された環状の主陰極８４と、を有する。
【００２９】
補助陰極８１はパイプマウント８２に設けられた凹部８２１に収容されて、固定される。凹部８２１には貫通孔８２２が設けられていて、補助陰極８１を凹部８２１内に固定すると、補助陰極８１内と貫通孔８２２とが連通する。パイプマウント８２の貫通孔８２２は、カソードフランジ９０（図１参照）に設けられた貫通孔（図示せず）と連通し、アルゴン（Ａｒ）ガス等の放電用の不活性ガスが供給される供給流路となる。したがって、補助陰極８１は、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管として機能する。補助陰極８１は、例えば、タングステン（Ｗ）により構成される。
【００３０】
外筒８３は、補助陰極８１を取り巻くように設けられる筒状の部材であり、補助陰極８１の先端側（パイプマウント８２側とは逆側）の一端側が開放している。外筒８３は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）により構成される。
【００３１】
主陰極８４は、６ホウ化ランタン（ＬａＢ６）により構成される。補助陰極８１と主陰極８４によりカソードが構成される。主陰極８４は、外筒８３の内壁に接するように固定された円環状の第１支持部材８５および第２支持部材８６（シム）により主陰極８４を挟み込むことで、外筒８３により支持される。ただし、外筒８３内での主陰極８４の支持方法は上記に限定されない。なお、主陰極８４および補助陰極８１によりカソードが構成される。カソードは、図示しない主電源に接続されている。第１支持部材８５および第２支持部材８６は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）により構成される。
【００３２】
外筒８３の先端（パイプマウント８２側端部とは逆側の端部）には、円環状の蓋体８７が設けられている。蓋体８７の開口８７１の大きさは、外筒８３の径よりも小さく、補助陰極８１の内径よりも大きい程度とされる。蓋体８７は、蓋体８７の開口８７１よりも大きな開口を有する第３支持部材８８によって、外筒８３に対して固定される。第３支持部材８８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）により構成される。ただし、蓋体８７の固定方法は特に限定されない。蓋体８７と外筒８３とによって、主陰極８４および補助陰極８１が保護される。
【００３３】
上記の陰極管８０を含むプラズマガン７では、ガスタンク（図示せず）からの不活性ガスが、陰極管８０におけるパイプマウント８２の貫通孔８２２および補助陰極８１内を通過して、補助陰極８１の先端から放出されることで、ガラス管９２内の空間に供給される。これにより、プラズマガン７内では、カソード（主陰極８４および補助陰極８１）側の圧力が高くなるような圧力勾配が生じる。
【００３４】
次に、図示しない主電源により、アノードとなる主ハース２１と、カソードとなる主陰極８４および補助陰極８１と、の間に電圧を印加すると、補助陰極８１でグロー放電が行われる。このグロー放電により、補助陰極８１の先端部分の温度が上昇するとこの熱で主陰極８４が加熱されて高温になり、アーク放電（直流アーク放電）が行われる。この結果、カソードから高熱の電子が放出され、プラズマが発生する。プラズマガン７で発生したプラズマは、第１中間電極７１及び第２中間電極７２の中央に形成されたオリフィス通路Ｒを通過し、プラズマ口１０ｃからチャンバー１０内に放射される。チャンバー１０内に放射されたプラズマは、プラズマビームＰとしてチャンバー１０内でステアリングコイル１２等によりガイドされながら主ハース２１に到達し、主ハース２１に収納された成膜材料Ｍａを加熱する。蒸発した金属粒子はプラズマ中でイオン化し、負電圧に印加された被成膜物１１に付着し、被成膜物１１上に膜が形成される。
【００３５】
ここで、本実施形態に係る成膜装置１では、プラズマガン７の陰極管８０における蓋体８７の耐スパッタ性は、タングステン（Ｗ）よりも高いことを特徴とする。蓋体８７の耐スパッタ性がタングステン（Ｗ）よりも高いことで、プラズマガン７から出射されるプラズマビームＰへの異物の混入を低減させることができる。
【００３６】
蓋体８７の耐スパッタ性がタングステン（Ｗ）よりも高い、とは、蓋体８７のどの部分についても耐スパッタ性がタングステン（Ｗ）よりも高いことを示す。したがって、蓋体８７が複数の部材を組み合わせて構成されている場合であっても、蓋体８７を構成するどの部材も耐スパッタ性がタングステン（Ｗ）よりも高くされている。
【００３７】
蓋体８７の耐スパッタ性をタングステン（Ｗ）よりも高くするためには、蓋体８７はタングステン（Ｗ）よりも耐スパッタ性が高い材料を用いて製造される。タングステン（Ｗ）よりも耐スパッタ性が高い材料としては、例えば、融点が高い非金属が挙げられる。具体的には、電気的絶縁性材料であるセラミックス（例えば、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３等）、および、導電性材料である黒鉛等が挙げられる。このうち、窒化ホウ素（ボロンナイトライド：ＢＮ）は、コスト等の観点から、蓋体８７に好適に使用することができる。これらの材料のうち２以上の材料を組み合わせて使用してもよい。
【００３８】
なお、蓋体８７は、上記のタングステン（Ｗ）よりも耐スパッタ性が高い材料のみで構成される必要はない。蓋体８７は、上記のタングステン（Ｗ）よりも耐スパッタ性が高い材料のほかに添加剤等の他の材料を含んで構成されていてもよい。蓋体８７としての耐スパッタ性がタングステン（Ｗ）よりも高くなっていればよく、蓋体８７を構成する材料の組み合わせは特に限定されない。
【００３９】
上記のように、陰極管８０の蓋体８７の耐スパッタ性が、タングステン（Ｗ）よりも高い構成とすることで、プラズマガン７において生成されるプラズマビームＰへの異物混入を低減することができる。
【００４０】
従来から、成膜装置１に用いられるプラズマガン７の陰極管８０を構成する部品には、アーク放電時の部品の融解等を防ぐため、高融点の金属材料が用いられている。具体的には、陰極管８０を構成する部品には、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）を用いることが一般的であり、従来は蓋体８７にはタングステン（Ｗ）が用いられていた。しかしながら、プラズマガン７においてプラズマビームＰを生成する際に微細な異物が発生し、このプラズマビームＰに異物が混入した状態でチャンバー１０に対して出射される可能性があった。プラズマビームＰに含まれる異物とはタングステン（Ｗ）であり、陰極管８０でのカソード（補助陰極８１および主陰極８４）のアーク放電時に発生する高熱の電子が、陰極管８０の構成部品のうち特に蓋体８７に衝突することで発生するパーティクルに由来していた。これは、蓋体８７が補助陰極８１の先端（不活性ガスの出射口）および主陰極８４の近傍に設けられているためである。
【００４１】
蓋体８７には、従来は融点の高い金属材料としてタングステン（Ｗ）が用いられていたが、高熱の電子が蓋体８７に多数衝突することで、蓋体８７の表面が飛散し微細な粒子となってプラズマビームＰに混入することが考えられる。上記の電子がプラズマビームＰに混入する異物の量が増大すると、成膜材料と共に異物も被成膜物に対して付着することが考えられ、被成膜物の品質低下や歩留まりの低下を導く可能性がある。また、被成膜物への異物の付着等を防ぐためのプラズマガンの点検整備等も行う必要があるため、点検整備に係るコストも増大する可能性がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態に係る成膜装置１では、プラズマガン７（成膜装置用プラズマガン）の陰極管８０において、外筒８３の一端側に設けられる蓋体８７の耐スパッタ性がタングステン（Ｗ）よりも高くされている。このため、アーク放電時に発生する高熱の電子が蓋体８７に衝突したとしても、蓋体８７を構成する材料が粒子として飛散することを防ぐことができる。そのため、プラズマビームＰに上記の粒子が異物として混入することが防がれる。
【００４３】
また、蓋体８７が窒化ホウ素から構成されている場合、上記のようにプラズマビームＰへの異物混入が抑制されたプラズマガン７および成膜装置１をより低コストで製造することができる。
【００４４】
以上、本発明に係る成膜装置１およびプラズマガン７について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、成膜装置１およびプラズマガン７の構成は一例に過ぎず、主旨を逸脱しない範囲で他の構成を採用してもよい。また、陰極管８０についても、形状および構成等を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…成膜装置、７…プラズマガン、８０…陰極管、８１…補助陰極（不活性ガス供給管）、８４…主陰極、８７…蓋体。
【図１】
2019173098.tif 000003
【図２】
2019173098.tif 000004
【図３】
2019173098.tif 000005