(57)【要約】【課題】蒸着物質の粒子が成膜室の側壁に衝突した後、反射して飛散する現象等を軽減することができるイオンプレーティング装置を提供する。【解決手段】イオンプレーティング装置１０は、プラズマによって真空容器１２の下部に設けたハース１６ａに配置した蒸着材料２２を蒸発、イオン化させて、ハース１６ａと対向して真空容器１２の上部に配置した基板Ｗに蒸着材料２２の粒子を付着させて成膜する。真空容器１２の側壁にフィン部材１９を設ける。フィン部材１９の突出角度θ１は、フィン部材１９のハース１６ａの方向に向いた面１９ａがハース１６ａを臨み、かつ基板Ｗを臨まない姿勢となる角度に設定されており、また、フィン部材１９が取り付けられた真空容器１２の側壁の部分は、その側壁の部分の上方に設けられたフィン部材１９に遮られることよって、基板Ｗを臨まない位置にある。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマガンで生成したプラズマによって成膜室の下部に設けたハースに配置した蒸着材料を蒸発、イオン化させて、該ハースと対向して該成膜室の上部に配置した基板に該蒸着材料の粒子を付着させて成膜するイオンプレーティング装置において、
該成膜室の側壁の該ハースと該基板との間の部位に、飛来した蒸着材料の粒子を捕捉する捕捉部材を設け、
該捕捉部材は、該成膜室の内側に向けた面が凹凸状に形成されてなることを特徴とするイオンプレーティング装置。
【請求項２】
前記捕捉部材は、凹凸の頂部と底部との間に形成される側面のうち前記ハースの方向に向いた部分が該ハースを臨み、かつ該基板を臨まない姿勢に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のイオンプレーティング装置。
【請求項３】
前記捕捉部材は、凹凸の底部が前記基板を臨まない姿勢に形成されてなることを特徴とする請求項２記載のイオンプレーティング装置。
【請求項４】
前記捕捉部材は、前記ハースと前記基板との間に所定のピッチで配列されたフィン部材であり、該フィン部材の前記ハースの方向に向いた面が該ハースを臨み、かつ該基板を臨まない姿勢に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のイオンプレーティング装置。
【請求項５】
前記捕捉部材は、前記ハースと前記基板との間に所定のピッチで配列されたフィン部材であり、該フィン部材間の該フィン部材取り付け面が前記基板を臨まない姿勢に形成されてなることを特徴とする請求項４記載のイオンプレーティング装置。
【請求項６】
前記捕捉部材は、前記成膜室の内側に向けて開口が配置されたハニカム構造部材であり、該ハニカム構造部材の該開口を画成する壁面のうち前記ハースの方向に向いた壁面が該ハースを臨み、かつ該基板を臨まない姿勢に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のイオンプレーティング装置。
【請求項７】
前記捕捉部材は、前記成膜室の内側に向けて開口が配置されたハニカム構造部材であり、該開口に露出する該ハニカム構造部材取り付け面が前記基板を臨まない姿勢に形成されてなることを特徴とする請求項４記載のイオンプレーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンプレーティング装置に関し、より詳細には、成膜室の壁に付着した蒸着材料が剥離し、再飛散して基板に付着する等の現象を軽減することができる装置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乾式の成膜装置は、種々の型があり、そのうちの１つとしてプラズマ源を用いたイオンプレーティング装置がある。
【０００３】
イオンプレーティング装置は、特に、圧力勾配型プラズマガンを備えたものの場合、成膜速度が大きくまた大面積に成膜することができるとともに、得られる膜の密着性に優れるという特徴を持つ。
【０００４】
圧力勾配型プラズマガンを備えたイオンプレーティング装置では、成膜室中に配置されたハース（陽極）と圧力勾配型プラズマガンとの間でプラズマビームを発生させ、ハースに配置された被覆材料としての蒸着材料を加熱、蒸発させる。蒸着材料から蒸発した粒子はプラズマビームによってイオン化され、ハースと対向する位置に配置された基板の表面に付着し、基板上に膜が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
イオンプレーティング装置では、蒸着材料から蒸発した粒子の一部は、成膜室の側壁に向けて飛翔し、付着する。そして、この現象が繰り返される。
【０００６】
このとき、特に、圧力勾配型プラズマガンを備えたイオンプレーティング装置では、ハース近傍の電子密度が高いため、このような空間電位を通過するイオン化された粒子は、接地された側壁に向けて加速された状態で衝突する。この高い運動エネルギを持つ粒子は、金属材料で形成される側壁や、先に側壁に付着した粒子をスパッタしたり、あるいは、サイズの大きなパーティクルを叩き出したりする。また、この高い運動エネルギを持つ粒子は、側壁に付着することなく反射することもある。なお、圧力勾配型でないプラズマガンを備えたイオンプレーティング装置においても、程度の差はあっても、同様の現象が生じる。
【０００７】
側壁から叩き出されて２次的に発生する粒子あるいは飛翔する粒子が側壁に当たって反射したいわば１次的粒子等の粒子が基板の方に飛来して、基板に形成される膜中に捕捉されたり、あるいは膜に一旦付着した後、膜から脱離したりすると、膜の平坦性を悪くしたり、膜に孔を作ったりして膜の欠陥となる。
【０００８】
ところで、従来、成膜室の側壁の内側に例えばステンレス製の内壁をさらに設けること等が行われている。この内壁等は、防着板と呼ばれるものであり、成膜室の側壁に粒子が付着、堆積することを防止することを目的として設けられている。
【０００９】
勿論、この防着板も、使用当初の表面が清浄なときは、飛来する粒子の一部を捕捉する役割を果たしているものと考えられる。但し、そのときであっても、防着板に衝突した後、反射して基板に向けて飛翔する粒子を排除することはできない。また、使用開始後、時間が経過して防着板に粒子が堆積してしまうと、防着板は成膜室の側壁と変わらない状態となるため、通常は定期的に清浄な防着板に交換し、あるいは防着板に付着した付着物を除去することが必要となる。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、蒸着物質の粒子が成膜室の側壁に衝突した後、反射して飛散する現象や、蒸着物質の粒子が側壁から粒子を叩き出す現象を軽減することができるイオンプレーティング装置を提供することを主な目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るイオンプレーティング装置は、プラズマガンで生成したプラズマによって成膜室の下部に設けたハースに配置した蒸着材料を蒸発、イオン化させて、該ハースと対向して該成膜室の上部に配置した基板に該蒸着材料の粒子を付着させて成膜するイオンプレーティング装置において、該成膜室の側壁の該ハースと該基板との間の部位に、飛来した蒸着材料の粒子を捕捉する捕捉部材を設け、該捕捉部材は、該成膜室の内側に向けた面が凹凸状に形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
これにより、成膜室の側壁に向けて飛来する蒸着材料の粒子が捕捉部材の凹部に捕捉されるため、飛来した粒子が成膜室の側壁に衝突して反射し、あるいは側壁から粒子を叩き出す現象を減少することができる。また、この結果、これらの反射した粒子や叩き出された粒子が基板に付着等して生じうる基板の成膜品質の低下を軽減することができる。
【００１３】
この場合、前記捕捉部材は、凹凸の頂部と底部との間に形成される側面のうち前記ハースの方向に向いた部分が該ハースを臨む角度であって、かつ該基板を臨まない角度に形成されてなり、また、前記捕捉部材は、凹凸の底部が前記基板を臨まないように形成されてなると、好適である。ここで、臨むとは、面する、あるいは向かい合うの意であり、さらに言い換えると、当該部分から相手方部分が見える状態を示す意である。
【００１４】
このような捕捉部材は、凹凸の概念をより望ましい形態に拡張したものとして、フィン部材やハニカム構造部材を好適に用いることができる。
【００１５】
フィン部材を用いる場合、該フィン部材は、前記ハースと前記基板との間に所定のピッチで配列され、該フィン部材の前記ハースの方向に向いた面が該ハースを臨み、かつ該基板を臨まない姿勢に形成されてなり、また、該フィン部材間の該フィン部材取り付け面が前記基板を臨まない姿勢に形成されてなると、好適である。
【００１６】
また、ハニカム構造部材を用いる場合、該ハニカム構造部材は、前記成膜室の内側に向けて開口が配置され、該ハニカム構造部材の該開口を画成する壁面のうち前記ハースの方向に向いた壁面が該ハースを臨み、かつ該基板を臨まない姿勢に形成されてなり、また、該開口に露出する該ハニカム構造部材取り付け面が前記基板を臨まない姿勢に形成されてなると、好適である。
【００１７】
なお、捕捉部材は、フィン部材等以外にも種々の構造のものを用いることができ、例えば、厚みの厚い板材に孔をあけてパンチングメタル状に形成したもの等であってもよい。また、捕捉部材は、板材の表面に溝の深いローレット加工や肉厚のエンボス加工を施したものであると、より好適である。また、これらの捕捉部材は、成膜室の側壁に直接形成し、あるいは直接取り付けてもよく、また、側壁の内側に内壁を別に設け、この内壁に捕捉部材を直接形成し、あるいは直接取り付けてもよい。この内壁は、従来の防着板を兼ねたものであると、より好適である。
【００１８】
これらの捕捉部材において、例えば、凹凸状に形成された面の凹凸の程度や、フィン部材の場合における、突出角度、配列ピッチ、長さ寸法等は、捕捉部材と基板およびハースとの位置関係、プラズマ条件等によって異なる粒子の飛翔軌跡等に応じて設計事項として適宜設定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るイオンプレーティング装置の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００２０】
本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置について図１を参照して説明する。
【００２１】
イオンプレーティング装置１０は、成膜室である真空容器１２と、真空容器１２中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であるプラズマガン（プラズマビーム発生器）１４と、真空容器１２内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材１６と、成膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材１６の上方で適宜移動させる搬送機構１８とを備える。さらに、真空容器１２の陽極部材１６と基板Ｗとの間に位置する側壁１２ａには、本発明の捕捉部材としてのフィン部材（フィン）１９が設けられている。なお、図示しないが、図１中、紙面表裏面に位置する真空容器１２の側壁にもフィン部材１９が設けられている。また、参照符号２０ｂ、２０ｃは酸素等の雰囲気ガスを供給するための供給路を示し、また、参照符号２０ｄはＡｒ等の不活性ガスをハース１６ａに供給するための供給路を示し、また、参照符号２０ｅは排気系を示す。
【００２２】
プラズマガン１４は、圧力勾配型であり、その本体部分は真空容器１２の側壁に備えられる。プラズマガン１４の陰極１４ａ、中間電極１４ｂ、１４ｃ、電磁石コイル１４ｄおよびステアリングコイル１４ｅへの給電を調整することにより、真空容器１２中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分布状態が制御される。なお、参照符号２０ａは、プラズマビームＰＢのもととなる、Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスの導入路を示す。
【００２３】
陽極部材１６は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であるハース１６ａと、その周囲に配置された環状の補助陽極１６ｂとからなる。
【００２４】
ハース１６ａは、正電位を持ち、プラズマガン１４から出射したプラズマビームＰＢを下方に吸引する。ハース１６ａは、プラズマビームＰＢが入射する中央部に貫通孔ＴＨが形成されており、貫通孔ＴＨに蒸着材料２２が装填されている。蒸着材料２２は、柱状若しくは棒状に成形されたタブレットであり、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質を生成する。ハース１６ａは蒸着材料２２を徐々に上昇させる構造を有しており、蒸着材料２２の上端は常に一定量だけハース１６ａの貫通孔ＴＨから突出している。
【００２５】
補助陽極１６ｂは、ハース１６ａの周囲に同心に配置された環状の容器で構成され、容器内には、永久磁石２４ａとコイル２４ｂとが収容されている。これら永久磁石２４ａおよびコイル２４ｂは、磁場制御部材であり、これにより、ハース１６ａに入射するプラズマビームＰＢの向きが制御される。
【００２６】
搬送機構１８は、搬送路１８ａ内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨを支持する多数のコロ１８ｂと、コロ１８ｂを回転させて基板保持部材ＷＨを所定の速度で水平方向に移動させる図示しない駆動装置とを備える。基板保持部材ＷＨに基板Ｗが保持される。この場合、基板Ｗを搬送する搬送機構１８を設けることなく、真空容器１２の内部の上方に基板Ｗを真空チャックで固定して配置してもよい。
【００２７】
フィン部材１９は、例えば、ステンレス等の金属材料で形成される。フィン部材１９は、ハース１６ａと基板Ｗとの間に所定のピッチで配列される。フィン部材１９の突出角度（フィン部材１９の取り付け箇所の下側の側壁を起点としたときの真空容器１２の側壁との挟角）θ１は、フィン部材１９のハース１６ａの方向に向いた面１９ａがハース１６ａを臨み、かつ基板Ｗを臨まない姿勢となる角度に設定されており、この場合、突出角度θ１は、例えば６０°である。また、フィン部材１９が取り付けられた真空容器１２の側壁の部分は、その側壁の部分の上方に設けられたフィン部材１９に遮られて、基板Ｗを臨まない位置にある。
【００２８】
なお、このフィン部材１９を側壁に設けた構造は、側壁に極端な凹凸を形成した構造に共通するものである。この場合、フィン部材１９の先端が凹凸の頂部に、フィン部材１９の取り付け箇所の側壁が凹凸の底部に、フィン部材１９の上下の面（主面）が凹凸の頂部と底部との間に形成される側面に、それぞれ相当し、また、フィン部材１９の面１９ａが凹凸の頂部と底部との間に形成される側面のうち前記ハースの方向に向いた部分に相当する。凹凸を形成する場合、側壁に直接形成するよりも、防着板等の内壁を設け、その内壁に凹凸を形成する方が、取り扱い等の面でより現実的である。
【００２９】
上記のように構成した本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０において、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、イオン化した蒸着物質（蒸着材料）の殆どは基板Ｗに向けて飛翔し、基板Ｗに付着、堆積し、基板Ｗに成膜される。
【００３０】
一方、蒸着物質の一部は真空容器１２の側壁に向けて飛翔する。この蒸着物質の一部は、フィン部材１９の面１９ａに衝突する。衝突した粒子の一部は、面１９ａに付着する。また、衝突した粒子の他の一部は面１９ａから反射する（この反射した粒子を１次粒子とよぶ。）。さらにまた、粒子が側壁に衝突することにより、先に面１９ａに付着し、堆積していた粒子が面１９ａから剥離し、あるいはまた、フィン部材１９の構成材料自体が面１９ａから剥離する（これらの粒子を２次粒子とよぶ。）。
【００３１】
反射した１次粒子は、基板Ｗに向かうことなく、フィン部材１９、１９間の奥の、フィン部材１９の取り付け部である真空容器１２の側壁に向けて進行する。また、２次粒子も略大半が１次粒子と同様の軌跡をたどる。
【００３２】
これら１次粒子および２次粒子は、ハース１６ａから飛来してきた粒子とは異なり実質的に中性状態にあるため、運動エネルギは極端に小さく、フィン部材１９の他の部分や真空容器１２の側壁に再付着する確率が高い。また、真空容器１２の側壁および隣り合うフィン部材１９、１９間に形成される空間領域は、いわば奥深い袋小路の状態にあり、かつ袋小路を構成する真空容器１２の側壁および隣り合うフィン部材１９、１９のうちの上側のフィン部材１９の面１９ａは基板Ｗを臨んでおらず、また、下側のフィン部材１９の上向きの面も実質的に基板Ｗを臨んでおらず、言い換えると基板Ｗに向けて露出されていないため、再付着した粒子が再度剥離したとしても、この袋小路を抜けて基板Ｗに到達するおそれは少ない。
【００３３】
以上説明した本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０は、真空容器の側壁に向けて飛翔した蒸着物質がフィン部材によって捕捉されて、１次粒子や２次粒子が基板に再付着するおそれが少ない。
【００３４】
これらの１次粒子や２次粒子は、従来、基板に形成される膜に付着し、あるいは付着した後再度剥離する等の挙動を示し、膜の平坦性を阻害しあるいは孔を作ったりして成膜欠陥を生じていたが、本実施の形態例によれば、そのおそれがなく良好な膜を得ることができる。
【００３５】
また、このような、いわば物理的あるいは外形的な成膜の不具合を生じるまでに至ることがなくとも、これらの１次粒子や２次粒子は前記したように中性状態にあるため、ハースから直接基板に向けて飛翔し、基板に付着して成膜される粒子に比べてエネルギ状態が異なるため、膜質に影響することが考えられるが、本実施の形態例によれば、そのおそれもない。
【００３６】
なお、本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０において、フィン部材の突出角度、配列ピッチ、長さ寸法等は、全て同一にしているが、これに限らず、ハースあるいは基板との位置関係に応じて、図１中上下方向で適宜変更してもよい。この点は、以下の他の実施例についても同様である。
【００３７】
つぎに、本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０の変形例について、図２を参照して説明する。
【００３８】
変形例のイオンプレーティング装置１０ａは、基本的な構成は本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０と同じであり、図２には、ハース１６ａ、基板Ｗおよびフィン部材１９の配置状態のみを示す。
【００３９】
イオンプレーティング装置１０ａのフィン部材２６は、イオンプレーティング装置１０のフィン部材１９と異なり、真空容器１２の内側に設けられた防着板（内壁）２８に取り付けられている。フィン部材２６は、真空容器１２の内側に向けて水平位置からやや立ちあがった位置に向けて突出して形成されており、フィン部材１９の突出角度θ２は、例えば１１０°である。但し、この場合においても、フィン部材１９のハース１６ａの方向に向いた面１９ａがハース１６ａを臨む姿勢であって、かつ基板Ｗを臨まない姿勢となる角度に設定されている。
【００４０】
上記変形例のイオンプレーティング装置１０ａは、本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
また、イオンプレーティング装置１０ａは、フィン部材を防着板に取り付けているため、防着板の立設角を調整することで、フィン部材の突出方向を容易に調整することができて、好ましい。また、フィン部材を真空容器の側壁に直接取り付ける場合に比べ、フィン部材の取り付け加工作業が容易であり、また、その後のメンテナンスも容易である。
【００４２】
なお、イオンプレーティング装置１０ａにおいて、防着板を介してフィン部材を冷却する構造を設けると、より好適である。
【００４３】
以上説明した本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０および変形例のイオンプレーティング装置１０ａにおいて、フィン部材１９の突出角度θ、配列ピッチ、長さ寸法等は、フィン部材１９と基板Ｗおよびハース１６ａとの位置関係、プラズマ条件等によって異なる粒子の飛翔軌跡等に応じて設計事項として適宜設定することができる。
【００４４】
この場合、例えばフィン部材１９の配列ピッチを狭くするほど、また、長さ寸法を大きくするほど、粒子の捕捉効率に優れる反面、構造が煩雑となり経済的にも好ましくない。また、後者の場合、基板に向けた粒子の飛翔を阻害し、成膜品質や成膜効率に影響するおそれもある。このため、上記した種々の条件を総合的に勘案して設計することになる。この点は、以下の他の実施例についても同様である。
【００４５】
本実施の形態例において、捕捉部材として、図３に示すようなハニカム構造部材３０を用いてもよい。
【００４６】
ハニカム構造部材３０は、開口３２が真空容器１２の内側に向く姿勢で真空容器１２の側壁に取り付けられる。開口３２を画成する壁面３４ａ〜３４ｆのうちハースの方向に向いた壁面３４ａ、３４ｆがハースを臨み、かつ基板を臨まない姿勢に形成されている。また、ハニカム構造部材３０は、開口３２に露出するハニカム構造部材３０の取り付け面である真空容器１２の側壁が基板を臨まない姿勢に形成されている。
【００４７】
上記ハニカム構造部材３０を備えたイオンプレーティング装置は、本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係るイオンプレーティング装置によれば、プラズマガンで生成したプラズマによって成膜室の下部に設けたハースに配置した蒸着材料を蒸発、イオン化させて、ハースと対向して成膜室の上部に配置した基板に蒸着材料の粒子を付着させて成膜するイオンプレーティング装置において、成膜室の側壁のハースと基板との間の部位に、飛来した蒸着材料の粒子を捕捉する捕捉部材を設け、捕捉部材は、成膜室の内側に向けた面が凹凸状に形成されてなると、飛来した粒子が成膜室の側壁に衝突して反射し、あるいは側壁から粒子を叩き出す現象を減少することができる。また、この結果、これらの反射した粒子や叩き出された粒子が基板に付着等して生じうる基板の成膜品質の低下を軽減することができる。
【００４９】
また、本発明に係るイオンプレーティング装置によれば、捕捉部材は、凹凸の頂部と底部との間に形成される側面のうち前記ハースの方向に向いた部分がハースを臨む角度であって、かつ基板を臨まない角度に形成されてなり、また、前記捕捉部材は、凹凸の底部が基板を臨まないように形成されてなると、好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。
【図２】変形例に係るイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。
【図３】捕捉部材としてのハニカム構造部材の部分斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ　イオンプレーティング装置
１２　真空容器
１４　プラズマガン
１６ａ　ハース
１８　搬送機構
１９、２６　フィン部材
１９ａ　面
２２　蒸着材料
２８　防着板
３０　ハニカム構造部材
３４ａ〜３４ｆ　壁面
【図１】
2004068070.tif 000003
【図２】
2004068070.tif 000004
【図３】
2004068070.tif 000005