(57)【要約】【課題】蒸着材料の蒸発面を成膜過程において略均一に減少させることができるイオンプレーティング方法およびその装置を提供する。【解決手段】イオンプレーティング装置１０の真空容器の下部に設けたハースの貫通孔にロッド状の蒸着部材２２が装填される。昇降部材３２が上昇すると、ラック部３２ａからピニオン部３６、フランジ３０ｂの歯３０ｃへと動力が伝達され、筒部３０の回転に伴い、突き上げ棒２８が回転する。一方、突き上げ棒２８は、昇降部材３２の支持部材３２ｂに支持されて上昇する。支持部材３２ｂと突き上げ棒２８とは軸受部３８を介して接続されており、昇降部材３２が上昇することにより、突き上げ棒２８が回転しながら上昇する。これにより、突き上げ棒２８の段差部２８ａに配置した蒸着材料２２が回転しながら上昇する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室の下部に設けたハースに形成された貫通孔に装填したロッド状の蒸着材料を突き上げながら、プラズマによって蒸発、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方法において、
該蒸着材料を回転または回動させながら突き上げることを特徴とするイオンプレーティング方法。
【請求項２】
圧力勾配型プラズマガンにより前記プラズマを供給し、
前記蒸着材料の周囲に設けたビーム修正装置により該プラズマを該蒸着材料に集中させながら成膜す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方法。
【請求項３】
成膜室の下部に設けたハースに形成された貫通孔に装填したロッド状の蒸着材料を突き上げながら、プラズマによって蒸発、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、
該蒸着材料を回転または回動させる円運動手段を有することを特徴とするイオンプレーティング装置。
【請求項４】
前記プラズマを供給する圧力勾配型プラズマガンと、
該プラズマのビームを前記蒸着材料に集中させるために該蒸着材料の周囲に設けたビーム修正装置とを備えることを特徴とする請求項３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方法およびその装置に関し、より詳細には、ハースの貫通孔に配置され、加熱により蒸発し、イオン化する蒸着材料の供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンプレーティング方法は、プラズマを用いて蒸着材料を加熱、昇華させ、生成した蒸着物質の蒸気をイオン化させて、基板に付着（入射）し、成膜する方法である。
【０００３】
イオンプレーティング装置では、蒸着材料は、例えばハースに配置され、蒸発される。
【０００４】
ハースを用いる場合、タブレット状あるいはロッド状（以下、両者を総称してロッド状とよぶ。）に成形された蒸着材料がハースに設けた貫通孔に装填され、蒸発の進行に応じて突き上げ機構によって突き上げられて上昇して一定の蒸発面を常に保持しながら蒸発する。ハースの下方には成膜室と独立して予備室が設けられ、その予備室にはターンテーブルが設けられ、ターンテーブルには新たな蒸着材料のロッドが予め配置される。そして、使用中の蒸着材料のロッドがハースの孔部内を上昇すると、突き上げ機構のピストンを下降させ、ターンテーブルが回転して新たな蒸着材料のロッドが位置決めされる。新たな蒸着材料のロッドは、ピストンによって突き上げられて貫通孔内の使用中の蒸着材料のロッドの下端に継ぎ足される。これにより、成膜室を大気開放することなく、また、成膜操作を中断することなく連続的に成膜が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−４３７６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハースを用いたイオンプレーティング装置の場合、プラズマを生成する放電電流を下げると、蒸発挙動が変化してしまい成膜操作に不具合を来たすおそれがある。すなわち、装置の運転条件としての放電電流の下方弾力性に欠ける。この不具合は、特に、プラズマ源としていわゆる圧力勾配型プラズマガンを用いたイオンプレーティング装置の場合顕著に生じうる。
【０００７】
上記の不具合について、具体的に説明する。
【０００８】
ハースに配置された蒸着材料を蒸発させるとき、蒸着材料の揮発性の違いや所望の成膜特性等に対応するために放電電流を下げていくと、蒸着材料に入射されるプラズマの電流密度（プラズマ密度）の分布の偏りが大きくなり、入射されるプラズマの電流密度の疎密が顕著となる。そして、プラズマの電流密度の高い蒸着材料の蒸発面の部分、具体的には、プラズマガンに近い方の蒸発面の部分から先に蒸発が進行する。このため、蒸発面が均一に減少せずに、極端な場合には、図１（ａ）に示すように、蒸着材料のロッド１の片側だけが削れてしまう。そして、この状態を続けると、蒸発が進まずに残った蒸発面の部分が例えば図１（ｂ）に示すように角柱状の突出部１ａに成長してしまう。このような角柱状の突出部１ａが出現すると、入射されるプラズマを蒸着材料のロッド１に集中させるためにハースに磁界あるいは電界を形成する場合には、さらに、形成される電界等の強さや分布までもが変化してしまう。
【０００９】
このように、蒸着材料の蒸発面が片減りする現象を生じると、蒸発した蒸着材料の粒子の飛行軌跡が変化し、基板に粒子が付着して形成される膜の厚みが不均一となり、また、成膜品質も低下するおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、蒸着材料の蒸発面を成膜過程において略均一に減少させることができるイオンプレーティング方法およびその装置を提供することを目的とする。
【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方法は、成膜室の下部に設けたハースに形成された貫通孔に装填したロッド状の蒸着材料を突き上げながら、プラズマによって蒸発、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方法において、
該蒸着材料を回転または回動させながら突き上げることを特徴とする。
【００１２】
また、上記のイオンプレーティング方法を実現するために、本発明に係るイオンプレーティング装置は、該蒸着材料を回転または回動させる円運動手段を有することを特徴とする。ここで、本明細書では、回転させる運動手段および回動させる運動手段を総称して、便宜的に円運動手段と呼ぶ。
【００１３】
これにより、蒸着材料に照射されるプラズマの電流密度に疎密がある場合等においても、蒸着材料の蒸発面を成膜過程において略均一に減少させることができる。また、このため、例えば、装置の運転条件としての放電電流の下方弾力性を拡大することができる。
【００１４】
この場合、圧力勾配型プラズマガンにより前記プラズマを供給し、前記蒸着材料の周囲に設けたビーム修正装置により該プラズマを該蒸着材料に集中させながら成膜すると、より好適に本発明の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るイオンプレーティング方法およびその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。
【００１６】
まず、本実施の形態例に係るイオンプレーティング装置の基本構成について図２を参照して説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
ハース１６ａは、適当な正電位に制御されており、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、タブレット状あるいはロッド状に形成されている。以下、ロッド状の蒸着材料２２を例にとって説明する。蒸着材料２２の供給機構については、後述する。
【００２１】
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、ハース１６ａの直上にカスプ状磁場を形成し、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。
【００２２】
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を固定して配置してもよい。
【００２３】
なお、図２中、参照符号２０ｂ、２０ｃは雰囲気ガスを供給するための供給路を、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、参照符号２０ｅは排気系を、それぞれ示す。
【００２４】
上記のように構成したイオンプレーティング装置１０において、成膜操作中、蒸着材料２２は、後述する、円運動手段を有する蒸着材料供給機構により、蒸発による費消の進行につれて、回転あるいは回動しながら突き上げられて、蒸発面を一定に維持される。この場合、蒸着材料２２が、例えば、直径が３０ｍｍ程度のロッド状に形成されたものであり、平均的に０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で、費消され、費消につれて突き上げられるとき、例えば最大高さ１０ｍｍ程度の蒸着材料２２の上端部の片減りを許容すると、最低限２０ｒｐｍの速度で回転あるいは回動させればよいことになる。
【００２５】
本実施の形態例に係る蒸着材料供給機構について、図３を参照して具体的に説明する。
【００２６】
本実施の形態例に係る蒸着材料供給機構２６は、突き上げ棒２８と、筒部３０と、昇降部材３２とを有する。なお、参照符号３４は、こられの部材を外気と遮断するベローズを示す。
【００２７】
突き上げ棒２８の先端（上端）には、半割り円筒の段差部２２ａが両端に形成された蒸着材料２２の一端部（下端部）に係合するように段差部２８ａが形成されている。突き上げ棒２８の軸部２８ｂの側面に突起２８ｃが形成され、軸部２８ｂの下部は筒部３０に昇降可能に収容されている。
【００２８】
筒部３０は、側面にスリット部３０ａが形成され、そのスリット部３０ａに突き上げ棒２８の突起２８ｃが係合している。筒部３０の下端部はフランジ３０ｂが形成され、フランジ３０ｂの下面に歯３０ｃが形成されている。
【００２９】
昇降部材３２は、ラック部３２ａが形成され、ラック部３２ａはピニオン部３６に噛合され、ピニオン部３６は筒部３０の歯３０ｃに噛合されている。昇降部材３２の上部には、支持部材３２ｂが延出し、支持部材３２ｂは突き上げ棒２８の軸部２８ｂとの間に設けた軸受部３８を介して突き上げ棒２８を支持している。昇降部材３２は、図示しないパルスモータに付勢されて昇降するように構成されている。
【００３０】
上記のように構成した本実施の形態例に係る蒸着材料供給機構２６の作用を説明する。
【００３１】
パルスモータに付勢されて昇降部材３２が上昇すると、ラック部３２ａの上昇に伴いピニオン部３６が回転し、ピニオン部３６に噛合したフランジ３０ｂが回転することにより、筒部３０が回転する。筒部３０の回転に伴い、スリット部３０ａに突起２８ｃが係合した突き上げ棒２８が筒部３０と一体的に回転する。すなわち、昇降部材３２、筒部３０および突き上げ棒２８からなる蒸着材料供給機構２６は、本発明の円運動手段を構成する。一方、突き上げ棒２８は、昇降部材３２の支持部材３２ｂに支持されて上昇する。このとき、支持部材３２ｂと突き上げ棒２８とは軸受部３８を介して接続されているため、突き上げ棒２８を回転させる力はそのまま維持される。したがって、昇降部材３２が上昇することにより、突き上げ棒２８が回転しながら上昇する。
【００３２】
これにより、突き上げ棒２８の段差部２８ａに配置した蒸着材料２２が回転しながら上昇する。使用中の蒸着材料２２の下端に新しい蒸着材料２２が継ぎ足された状態において、回転および突き上げ作用は新しい蒸着材料２２から使用中の蒸着材料２２に伝達される。使用中の蒸着材料２２は、ハース１６ａの貫通孔ＴＨ内を回転しながら突き上げられる。このとき、蒸着材料２２に照射されるプラズマの電流密度の分布に偏りがあっても、蒸着材料２２の蒸発面が回転しているため、蒸着材料２２は略均一に減っていく。
【００３３】
蒸着材料２２が費消されて下端が所定に高さまで上昇すると、昇降部材３２を下降させることにより、突き上げ棒２８を下降させる。そして、新たな蒸着材料２２を突き上げ棒２８の段差部２８ａに配置して、昇降部材３２を再び上昇させ、新たな蒸着材料２２と使用中の蒸着材料２２の段差部２２ａを係合することにより、引き続き使用中の蒸着材料２２の蒸発が行われ、使用中の蒸着材料２２が完全に消失すると、下に繋がれた新たな蒸着材料２２が引き続き蒸発に供される。このため、成膜操作は中断されることなく連続的に行われる。
【００３４】
ここで、蒸着材料供給機構２６への新たな蒸着材料２２の補給機構について、図４を参照して説明する。
【００３５】
蒸着材料の補給機構は、回転テーブル装置４０で構成されている。回転テーブル装置４０は、モータ４２と、モータ４２に付勢されて回転する回転テーブル４４で構成される。回転テーブル４４には、段差状の孔部４４ａが形成されており、この孔部４４ａに新たな蒸着材料２２が配置される。
【００３６】
突き上げ棒２８が下降した状態において、回転テーブル４４が回転して新たな蒸着材料２２が突き上げ棒２８の段差部２８ａの直上に位置決めされると、突き上げ棒２８が孔部４４ａを挿通して新たな蒸着材料２２を突き上げる。
【００３７】
上記のように構成したイオンプレーティング装置１０を用いた、本実施の形態例に係るイオンプレーティング方法を説明する。
【００３８】
まず、真空容器１２の下部に配置されたハース１６ａの貫通孔ＴＨに蒸着材料２２を装着する。
【００３９】
一方、ハース１６ａの上方の対向する位置に基板Ｗを配置する。
【００４０】
つぎに、成膜条件に応じたプロセスガスを真空容器１２の内部に導入する。
【００４１】
プラズマガン１４の陰極１４ａおよびハース１６ａ間に直流電圧を印加する。
【００４２】
そして、プラズマガン１４の陰極１４ａとハース１６ａとの間で放電を生じさせ、これにより、プラズマビームＰＢを生成する。プラズマビームＰＢは、ステアリングコイル１４と補助陽極１６ｂ内の永久磁石２４ａ等とによって決定される磁界に案内されてハース１６ａに到達する。この際、蒸着材料２２の周囲にアルゴンガスが供給されるので、容易にプラズマビームＰＢがハース１６ａに引き寄せられる。
【００４３】
プラズマに曝された蒸着材料２２は、徐々に加熱される。蒸着材料２２が十分に加熱されると、蒸着材料２２が昇華し、蒸着物質が蒸発（出射）する。蒸着物質は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、基板Ｗに付着（入射）し、成膜される。
【００４４】
なお、永久磁石２４ａおよびコイル２４ｂによってハース１６ａの上方の磁場を制御することにより、蒸着物質の飛行方向を制御することができるため、ハース１６ａの上方におけるプラズマの活性度分布や基板Ｗの反応性分布に合わせて基板Ｗの上の成膜速度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄膜を得ることができる。
【００４５】
上記の成膜操作の進行に伴って貫通孔ＨＴに充填された蒸着材料２２が回転しながら突き上げられて、蒸着材料２２の蒸発面から均一に蒸発が進行し、基板Ｗへの均一な成膜が行われる。成膜が進行して、蒸着材料２２の下端が所定に高さまで上昇すると、新たな蒸着材料２２が使用中の蒸着材料２２に継ぎ足されて、実質的に中断されることなく成膜操作が行われる。
【００４６】
以上説明した本実施の形態例に関わらず、蒸着材料供給機構の昇降機構等については、周知の適宜の手段を採用することができる。また、このとき、円運動手段についても、周知の適宜の手段を用いることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係るイオンプレーティング方法によれば、成膜室の下部に設けたハースに形成された貫通孔に装填したロッド状の蒸着材料を突き上げながら、プラズマによって蒸発、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方法において、蒸着材料を回転または回動させながら突き上げ、また、本発明に係るイオンプレーティング装置によれば、蒸着材料を回転または回動させる円運動手段を有するため、蒸着材料の蒸発面を成膜過程において略均一に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸発の進行に伴って生じる、蒸着材料の上端部の形状変化を説明するためのものであり、（ａ）は蒸発面が片減りした状態を、（ｂ）は片減りがさらに進行して角柱状の突出部が形成された状態を、それぞれ模式的に示した図である。
【図２】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した図である。
【図３】本実施の形態例に係る蒸着材料供給機構の斜視図である。
【図４】本実施の形態例に係る蒸着材料供給機構において用いる蒸着材料補給機構の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
１０  イオンプレーティング装置
１２  真空容器
１４  プラズマガン
１４ａ  陰極
１４ｂ、１４ｃ  中間電極
１４ｄ  電磁石コイル
１４ｅ  ステアリングコイル
１６  陽極部材
１６ａ  ハース
１６ｂ  補助陽極
１８  搬送機構
２２  蒸着材料
２２ａ、２８ａ  段差部
２６  蒸着材料供給機構
２８  突き上げ棒
２８ｂ  軸部
２８ｃ  突起
３０  筒部
３０ｂ  フランジ
３０ｃ  歯
３２  昇降部材
３２ａ  ラック部
３２ｂ  支持部材
３６  ピニオン部
３８  軸受部
４０  回転テーブル装置
４２  モータ
４４  回転テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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