(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内においてプラズマビームによって成膜材料を加熱し、前記成膜材料から気化した粒子を被成膜物に付着させて成膜する成膜装置であって、
前記プラズマビームを発生するプラズマ発生装置と、
前記成膜材料を保持するとともに、前記プラズマビームの誘導を行う主陽極と、
パルス化された電流を前記プラズマ発生装置と前記主陽極とに供給する電源と、
を備え、
前記電流は、最大電流値および最小電流値を交互に有し、
前記最小電流値は、前記プラズマ発生装置において前記プラズマビームが消える電流値より大きく、前記最大電流値より小さい電流値であって、
前記プラズマ発生装置は、前記電源から供給される前記電流の前記最大電流値及び前記最小電流値に基づいて、前記主陽極に入射、又は前記成膜材料に入射する前記プラズマビームを発生する成膜装置。
【請求項２】
前記最大電流値は、前記成膜材料の飛び残りが生じない電流値以上である請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記電源は、前記最大電流値および前記最小電流値を周期的に有する電流を前記プラズマ発生装置に供給する請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記最大電流値は、前記主陽極に保持可能な前記成膜材料の大きさに応じて定められる請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被処理物の表面に成膜材料を成膜する方法として、例えば、イオンプレーティング法がある。このイオンプレーティング法では、定電流の供給電流をプラズマ発生装置に供給してプラズマビームを発生させ、真空容器内においてプラズマビームによって成膜材料を加熱して蒸発させ、被処理物の表面に成膜材料を付着させて成膜する。例えば、特許文献１には、このようなイオンプレーティング法を用いた成膜装置が開示されている。
【０００３】
このような成膜装置では、成膜速度を変更させる必要が生じた場合、供給電流の電流値を変更することによって成膜速度を調整している。例えば、成膜速度を低下させる場合、供給電流の電流値を低下することによって成膜速度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２１５６８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、供給電流の電流値を低下することによって、ある程度までは成膜速度を低下させることはできるが、この調整方法では限界がある。すなわち、成膜材料の直径に対して投入される電力が小さくなると、成膜材料の全面が蒸発しなくなる。いわゆる、飛び残りが生じる。この飛び残りが生じると、成膜装置を長時間にわたり安定的に運転できなくなるおそれがある。
【０００６】
一方、供給電流の電流値を低下するとともに成膜材料の直径を小さくすることによって、成膜速度を低下させることも可能である。この調整方法では、飛び残りを生じさせることなく供給電流を低下できるので、成膜速度をさらに低下することが可能である。しかしながら、タブレットを保持する主ハースなどのハード変更が必要になる。
【０００７】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、成膜材料の径変更に伴う、材料供給系に関するハード変更を行うことなく、成膜速度の低下が可能な成膜装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、チャンバ内においてプラズマビームによって成膜材料を加熱し、成膜材料から気化した粒子を被成膜物に付着させて成膜する成膜装置であって、プラズマビームを発生するプラズマ発生装置と、パルス化された電流をプラズマ発生装置に供給する電源と、を備え、プラズマ発生装置は、電源から供給される電流に基づいて、プラズマビームを発生する。
【０００９】
この成膜装置においては、パルス化された電流がプラズマ発生装置に供給されることによって、プラズマ発生装置では、強度の大きいプラズマビームと強度の小さいプラズマビームとが交互に発生される。このため、定電流がプラズマ発生装置に供給され、一定の強度のプラズマビームが連続して発生される場合と比較して、成膜材料から気化する粒子の量を減らすことができる。その結果、成膜材料の径変更に伴う、材料供給系に関するハード変更を行うことなく、成膜速度を低下することが可能となる。
【００１０】
電流は、最大電流値および最小電流値を交互に有してもよい。この電流がプラズマ発生装置に供給されることによって、プラズマ発生装置では、強度の大きいプラズマビームと強度の小さいプラズマビームとが交互に発生される。このため、定電流がプラズマ発生装置に供給され、一定の強度のプラズマビームが連続して発生される場合と比較して、成膜材料から気化する粒子の量を減らすことができる。その結果、成膜材料の径変更に伴う、材料供給系に関するハード変更を行うことなく、成膜速度を低下することが可能となる。
【００１１】
最大電流値は、成膜材料の飛び残りが生じない電流値以上であってもよい。この場合、最大電流値の電流がプラズマ発生装置に供給された際に、成膜材料を確実に気化することができる。
【００１２】
最小電流値は、プラズマ発生装置においてプラズマビームが消える電流値より大きく、最大電流値未満であってもよい。この場合、最小電流値の電流がプラズマ発生装置に供給された際に、プラズマ発生装置においてプラズマビームが消えるのを防ぐことができる。このため、プラズマ発生装置においてプラズマビームを再点火する必要がなくなる。
【００１３】
電源は、最大電流値および最小電流値を周期的に有する電流をプラズマ発生装置に供給してもよい。この場合、プラズマ発生装置では、強度の大きいプラズマビームと強度の小さいプラズマビームとが周期的に発生される。このため、成膜材料から気化する粒子の量を周期的に変化させることができ、被成膜物における膜厚のムラを抑制することが可能となる。
【００１４】
成膜材料を保持するとともに、プラズマビームの誘導を行う主陽極をさらに備え、最大電流値は、主陽極に保持可能な成膜材料の大きさに応じて定められるようにしてもよい。成膜材料の大きさに対して投入される電力が小さくなると、成膜材料の全体が均一に蒸発しなくなる。このため、最大電流値を成膜材料の大きさに応じて定めることにより、最大電流値の電流がプラズマ発生装置に供給された際に、成膜材料を確実に気化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、成膜材料の径変更に伴う、材料供給系に関するハード変更を行うことなく、成膜速度を低下できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る成膜装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の電源からプラズマ発生装置に供給される供給電流の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る成膜装置の構成を示す概略断面図である。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、図面には、説明を容易にするためにＸＹＺ直交座標系も示されている。また、以下の説明では、Ｚ軸の正方向を上、Ｚ軸の負方向を下とする。
【００１９】
図１に示すように、成膜装置１は、プラズマ発生装置２と、電源３と、主陽極４と、補助陽極５と、供給装置６と、搬送機構７と、真空容器１０（チャンバ）と、を備える。
【００２０】
真空容器１０は、図示しない真空ポンプにより真空環境を形成する容器であって、導電性の材料により構成され、接地電位に接続されている。真空容器１０は、成膜対象である被処理物としての基板１１（被成膜物）を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマ発生装置２から照射されるプラズマビームＰｂを真空容器１０内に受け入れるプラズマ口１０ｃと、を有する。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、および、プラズマ口１０ｃは、互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に延びており、成膜室１０ｂ上に配置されている。本実施形態においては、搬送方向ＡはＸ軸に沿って設定されている。成膜室１０ｂでは、搬送方向Ａに沿って対向する内面間の距離Ｌは、例えば５００ｍｍ程度である。
【００２１】
プラズマ発生装置２は、圧力勾配型のプラズマ源であり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁（プラズマ口１０ｃ）に設けられている。プラズマ発生装置２は、陰極２１によって一端が閉塞されたガラス管２２を備える。このガラス管２２内においては、モリブデン（Ｍｏ）により構成された円筒２３が、陰極２１に固定されている。この円筒２３は、ＬａＢ６により構成された円盤２４およびタンタル（Ｔａ）により構成されたパイプ２５を内蔵する。パイプ２５は、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスからなるキャリアガスをプラズマ発生装置２内に導入するために設けられる。
【００２２】
ガラス管２２の両端部のうち陰極２１とは反対側の端部と、プラズマ口１０ｃとの間には、第１中間電極２６および第２中間電極２７が同心状に直列に配置されている。第１中間電極２６には、プラズマビームＰｂを収束するための環状永久磁石２６ａが内蔵されている。第２中間電極２７には、プラズマビームＰｂを収束するための電磁石コイル２７ａが内蔵されている。プラズマ口１０ｃの周囲には、プラズマビームＰｂを成膜室１０ｂ内に導くステアリングコイル２８が設けられている。
【００２３】
電源３は、プラズマ発生装置２の陰極２１と主陽極４間への給電をオン／オフし、陰極２１への供給電流Ｃ等を調整する。電源３は、パルス化された供給電流Ｃであって、例えば最大電流値および最小電流値を交互に有する供給電流Ｃを陰極２１と主陽極４間に供給する。電源３は、例えば、最大電流値Ｉｍａｘと最小電流値Ｉｍｉｎとが周期的に繰り返されるパルス波の供給電流Ｃを陰極２１と主陽極４間に供給する。供給電流Ｃの詳細については後述する。また、電源３は、抵抗器３１および抵抗器３２を介して、それぞれ第１中間電極２６および第２中間電極２７への給電を調整する。この電源３によって、真空容器１０内に供給されるプラズマビームＰｂの分布状態が制御され、特に陰極２１と主陽極４間への供給電流である供給電流Ｃを調整することによりプラズマビームＰｂの強度が制御される。
【００２４】
主陽極４は、成膜材料Ｍａを保持するとともに、プラズマビームＰｂの誘導を行うための部分である。主陽極４は、成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構７から見て下方に配置されている。主陽極４は、主ハース４１を有する。主ハース４１は、導電性の材料により構成された円筒状の部材であって、この主ハース４１の中央部には、成膜材料Ｍａを充填するための開口が形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この開口から露出している。主ハース４１は、プラズマ発生装置２に結合されて、陰極２１とでプラズマビームＰｂを形成する。
【００２５】
補助陽極５は、主陽極４によるプラズマビームＰｂの誘導を補助するための部分である。補助陽極５は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース４１の周囲に配置されており、環状の容器５ａと、容器５ａ内に収容されたコイル５ｂ（電磁石）および永久磁石５ｃと、を有する。容器５ａは、導電性の材料により構成されている。コイル５ｂおよび永久磁石５ｃは、コイル５ｂに流れる電流量に応じて、主ハース４１に入射するプラズマビームＰｂの向き、または、成膜材料Ｍａに入射するプラズマビームＰｂの向きを制御する。
【００２６】
供給装置６は、主ハース４１に成膜材料Ｍａを供給するための装置である。供給装置６は、最上部の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース４１の上端と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を主陽極４の下方から順次押し出す。
【００２７】
搬送機構７は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ７１によって構成されている。搬送機構７は、基板１１を保持するトレイ７２を、成膜材料Ｍａと対向した状態で搬送方向Ａに一定の搬送速度Ｂ［ｍｍ／ｓｅｃ］で搬送する。搬送ローラ７１は、搬送方向Ａに沿って等間隔で並んでおり、トレイ７２を支持しつつ搬送方向Ａにトレイ７２を搬送することができる。なお、基板１１は、例えばガラス基板、プラスチック基板および半導体基板などの板状部材である。
【００２８】
成膜材料Ｍａは、所定長さを有する直径φの円柱状のタブレットであって、一度に複数の成膜材料Ｍａが主陽極４に直列にセットされる。成膜材料Ｍａとしては、ＩＴＯおよびＧａをドープしたＺｎＯなどの透明導電材料が例示される。主ハース４１にプラズマビームＰｂが照射されると、プラズマビームＰｂが成膜材料Ｍａに直接入射し、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Ｐｂによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂの上方へ移動し、搬送室１０ａ内において基板１１の表面に付着する。
【００２９】
基板１１は搬送方向Ａに沿って搬送速度Ｂで搬送されるので、基板１１が成膜室１０ｂ上を通過するのに要する時間である通過時間ｔｄは、成膜室１０ｂの搬送方向Ａに沿って対向する内面間の距離Ｌを搬送速度Ｂで割った時間Ｌ／Ｂである。距離Ｌおよび搬送速度Ｂは、インラインタイプの成膜装置１ではいずれも予め定められているので、通過時間ｔｄは一定である。このため、インラインタイプの成膜装置１では、成膜速度の変更は、成膜室１０ｂ内に拡散する成膜材料粒子Ｍｂの量を調整することにより行われる。具体的には、成膜材料粒子Ｍｂの量を増やすことにより成膜速度を上昇させ、成膜材料粒子Ｍｂの量を減らすことにより成膜速度を低下させる。
【００３０】
図２は、電源３からプラズマ発生装置２に供給される供給電流Ｃの一例を示す図である。図２に示すように、供給電流Ｃは、時系列において最大電流値Ｉｍａｘと最小電流値Ｉｍｉｎとを交互に有し、最大電流値Ｉｍａｘと最小電流値Ｉｍｉｎとが周期的に繰り返されるパルス波である。最大電流値Ｉｍａｘは、目標の成膜速度Ｔｒ１に応じて設定され、成膜材料Ｍａの飛び残りが生じない強度のプラズマビームＰｂを発生させるための電流値である。この成膜材料Ｍａの飛び残りは、成膜材料Ｍａの直径φに対してプラズマビームＰｂによる投入電力が小さくなると生じる。したがって、最大電流値Ｉｍａｘの下限値は、成膜材料Ｍａの直径φに応じて定められ、飛び残りが生じ始める電流値Ｉｅよりも大きくする必要がある。
【００３１】
最小電流値Ｉｍｉｎは、目標の成膜速度Ｔｒ１に応じて設定され、最大電流値Ｉｍａｘより小さい電流値である。また、最小電流値Ｉｍｉｎは、プラズマ発生装置２においてプラズマビームＰｂが消える電流値Ｉｏより大きく設定されてもよい。この場合、プラズマ発生装置２においてプラズマビームＰｂを再点火させる必要がなくなる。プラズマ発生装置２においてプラズマビームＰｂが消える電流値Ｉｏは、通常０Ａであるので、最小電流値Ｉｍｉｎは、０Ａより大きく最大電流値Ｉｍａｘ未満の値に設定される。
【００３２】
また、最大電流値Ｉｍａｘが継続する時間（パルス幅）τａおよび最小電流値Ｉｍｉｎが継続する時間（パルス幅）τｂは、搬送速度Ｂに応じて設定される。最大電流値Ｉｍａｘと最小電流値Ｉｍｉｎとが繰り返される周期Ｔ（＝τａ＋τｂ）も、搬送速度Ｂに応じて設定される。基板１１が成膜室１０ｂ上を通過するのに要する通過時間ｔｄに対して継続時間τａおよび継続時間τｂが大きすぎる場合、基板１１の表面に搬送方向Ａに沿って膜厚のムラが生じる。このため、継続時間τａおよび継続時間τｂは、搬送速度Ｂが大きいほど小さく設定され、例えば１０／Ｂ［ｓｅｃ］以下に設定される。最終的な継続時間τａと継続時間τｂとの関係は、実験によって微調整されてもよい。
【００３３】
次に、最大電流値Ｉｍａｘ、その継続時間τａ、最小電流値Ｉｍｉｎおよびその継続時間τｂの関係について説明する。まず、供給電流の電流値を一定とした場合について考える。成膜速度Ｔｒｓで電流値Ｉｓの供給電流が使用されたとすると、同じ成膜材料Ｍａに対しては、目標とする成膜速度Ｔｒ１（＜Ｔｒｓ）に対応する供給電流の電流値Ｉ１は、以下の式（１）により算出される。
I1=(Tr1/Trs)×Is…(1)
【００３４】
供給電流Ｃとしてパルス化された電流を用いた場合、図２に示した最大電流値Ｉｍａｘ、最小電流値Ｉｍｉｎ、継続時間τａおよび継続時間τｂと、式（１）の電流値Ｉ１との関係は、以下の式（２）となるように設定される。
I1=(τa×Imax+τb×Imin)/(τa+τb)…(2)
【００３５】
さらに、上述のように最大電流値Ｉｍａｘ、最小電流値Ｉｍｉｎ、継続時間τａおよび継続時間τｂはそれぞれ、以下の式（３）〜（６）の関係を満たす必要がある。なお、飛び残りが生じ始める電流値Ｉｅは成膜材料Ｍａの直径φに応じて変化するので、主ハース４１に保持可能な成膜材料Ｍａの直径φに対応する電流値Ｉｅは、予め実験などによって定められる。
Imax>Ie…(3)
Imax>Imin>Io…(4)
τa≦10/B…(5)
τb≦10/B…(6)
【００３６】
上述の式（１）〜（６）に基づいて、成膜速度Ｔｒ１に対する供給電流Ｃの最大電流値Ｉｍａｘおよび最小電流値Ｉｍｉｎが決定される。なお、最終的には実験にて微調整されてもよい。
【００３７】
例えば、成膜材料Ｍａの直径φが３０ｍｍ、搬送速度Ｂが１５ｍｍ／ｓｅｃの場合、成膜速度Ｔｒｓが１００ｎｍ／ｍｉｎに対して１５０Ａの供給電流が使用される。これらの値を式（１）に代入することにより、目標とする成膜速度Ｔｒ１（＝５０ｎｍ／ｍｉｎ）に対応する供給電流の電流値Ｉ１が算出される。
I1=(50/100)×150=75[A]
【００３８】
そして、Ｉ１＝７５Ａ＝（τａ×Ｉｍａｘ＋τｂ×Ｉｍｉｎ）／（τａ＋τｂ）となるように各値を選定する。例えば、Ｉｍａｘ＝１５０Ａ（Ｉｍａｘ＞Ｉｅ＝１００Ａ、飛び残りが生じ始める電流値）、Ｉｍｉｎ＝３０Ａ（Ｉｍｉｎ＞Ｉｏ、プラズマビームＰｂが消えてしまう電流値）、τａ＝０．２ｓｅｃとすると、τｂ＝０．３３ｓｅｃとなる。最終的にはこの条件にて実際に放電し、継続時間τａ、継続時間τｂおよび最大電流値Ｉｍａｘ時の、成膜材料Ｍａの突き上げ速度を微調整して条件を決定することになる。
【００３９】
以上のように最大電流値Ｉｍａｘ、その継続時間τａ、最小電流値Ｉｍｉｎおよびその継続時間τｂを決定することにより、一定電流値７５Ａ（＜Ｉｅ：１００Ａ）での放電に対応する成膜速度で長時間放電を続けた場合には、飛び残りが生じるにもかかわらず、長時間運転しても飛び残りが生じない放電が継続できる。なお、最大電流値Ｉｍａｘを、飛び残りが生じ始める電流値Ｉｅよりも大きく設定することにより、飛び残りが生じない放電を維持することができる。
【００４０】
また、放電が途中で消失すると再点火する必要があるため連続した放電が継続できない。すなわち、プラズマ発生装置２においてプラズマビームＰｂが一度消失すると、電源３では再着火することができず、別の高電圧低電流電源が必要となる。そして、一度プラズマビームＰｂが消失すると、再着火に時間を要し（通常、数分程度）、連続した成膜を維持できなくなる。このため、最小電流値Ｉｍｉｎを、プラズマビームＰｂが消える電流値Ｉｏより大きく設定することにより、パルス毎にプラズマビームＰｂが消失するのを防ぐことができ、連続した成膜を維持することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１…成膜装置、２…プラズマ発生装置、３…電源、４…主陽極、１０…真空容器（チャンバ）、１１…基板（被成膜物）、Ｃ…供給電流、Ｍａ…成膜材料、Ｍｂ…成膜材料粒子（粒子）、Ｐｂ…プラズマビーム。
【図１】
0005805553.tif 000002
【図２】
0005805553.tif 000003