(57)【要約】【課題】  良好な膜質を実現しつつ均一な膜厚の膜を高い生産効率で生産可能な成膜装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】  成膜装置の成膜室２内に、断面が六角形の筒状の基板ホルダ５が配置され、この基板ホルダ５の６つの側面に、基板６が背面を当接して取り付けられている。粒子の移動特性の相違から、誘導磁界発生装置４で発生させた磁界を用いたプラズマダクト３内の磁気輸送過程において、アーク蒸発室１で生じた蒸発粒子のうち、イオン化粒子がドロップレット及び中性粒子から分離されて成膜室２に供給される。成膜室２に供給されたイオン化粒子には、前記磁界の拘束を受けてプラズマビームを形成するものと、磁界の拘束を受けずに拡散したものとが存在する。ここでは、この拡散したイオン化粒子を基板６の表面に付着及び堆積させて膜を形成する。【選択図】      図１
2005187864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜形成材料を蒸発させて少なくともイオン化粒子とドロップレットと中性粒子とを含む蒸発粒子を発生させる蒸発部と、
バイアス供給電極が内部に配置され、前記バイアス供給電極に配置される基板の表面に前記イオン化粒子が堆積されて成膜が行われる成膜部と、
前記イオン化粒子を前記ドロップレット及び前記中性粒子から分離可能に構成され、一端が前記蒸発部に接続されるとともに他端が前記成膜部に接続された輸送部と、
前記イオン化粒子を前記成膜部に導く磁界を発生させる誘導磁界発生部とを備え、
前記バイアス供給電極に印加されたバイアス電圧と前記誘導磁界発生部により形成された前記磁界により前記イオン化粒子が前記輸送部を通じて前記成膜部に供給され、
前記成膜部では、前記磁界の影響を受けてプラズマ流束を形成するイオン化粒子以外の拡散プラズマ状のイオン化粒子を用いて前記成膜が行われることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記輸送部が屈曲構造を有する請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記蒸発部は、アーク放電により前記蒸発粒子を発生させるアーク蒸発源を備えた請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】
前記拡散プラズマ状のイオン化粒子を前記基板の成膜面に誘導する誘導手段がさらに設けられた請求項１記載の成膜装置。
【請求項５】
前記成膜部における前記基板の位置を調整可能に構成された請求項１記載の成膜装置。
【請求項６】
複数の前記基板が前記成膜部内に配置される請求項１記載の成膜装置。
【請求項７】
前記バイアス供給電極は導電性材料から構成された基板ホルダであり、前記基板ホルダに前記基板が配置され、
前記基板の成膜面が前記プラズマ流束の照射領域を除く領域に位置するように前記基板ホルダが前記成膜部内に配置された請求項１記載の成膜装置。
【請求項８】
成膜面が前記プラズマ流束の供給方向と平行となるように前記基板が前記基板ホルダに配置される請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
成膜面に前記拡散プラズマ状のイオン化粒子がほぼ垂直方向から供給されように前記基板が前記基板ホルダに配置される請求項７記載の成膜装置。
【請求項１０】
成膜面が前記プラズマ流束の供給方向に対して傾斜して前記基板が前記基板ホルダに配置される請求項９記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記基板ホルダは、内部に前記基板を取り付ける筒状の本体部と、前記本体部を支持する支持部とを備え、前記成膜部における前記プラズマ流束の供給方向に軸が配置され前記プラズマ流束の外周を取り囲むように前記本体部が配置された請求項７記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記本体部は、断面が多角形状を有する請求項１１記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記本体部は、前記プラズマ流束の供給方向に沿って断面が小さくなるテーパ形状である請求項１１記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記基板ホルダが、前記成膜部での前記プラズマ流束の供給方向における前記本体部の位置を調整可能に構成された請求項１１記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記基板ホルダは、前記本体部が前記プラズマ流束の外周方向を回転可能に構成された請求項１１記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記基板が前記基板ホルダの前記本体部内で回転可能に構成された請求項１１記載の成膜装置。
【請求項１７】
蒸発部において膜形成材料を蒸発させて少なくともイオン化粒子とドロップレットと中性粒子とを含む蒸発粒子を発生させる工程と、
成膜部の内部に配置されたバイアス供給電極にバイアス電圧を印加することにより、前記蒸発粒子中のイオン化粒子を輸送部を通じて前記成膜部に供給する工程と、
前記供給された前記イオン化粒子を前記バイアス供給電極に配置した基板の表面に堆積させて成膜を行う工程とを備え、
前記輸送工程において、前記イオン化粒子を前記成膜部に導く磁界を発生させ、
前記成膜工程において、前記磁界の影響を受けてプラズマ流束を形成するイオン化粒子以外の拡散プラズマ状のイオン化粒子を用いて前記成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発源で膜形成材料を蒸発させて生成した蒸発粒子を用いて基板の表面に薄膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関し、特に、アーク蒸発源で生成した蒸発粒子を磁界輸送して成膜に供する成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンプレーティング装置の一種として、アーク放電を用いて基板の表面に薄膜を形成する成膜装置がある。アーク放電が行われるアーク蒸発室は、陰極と陽極とを備える。成膜時には、この陰極と陽極との間でアーク放電を行って膜形成材料からなるターゲット（通常は陰極がターゲットに相当する）を蒸発させ、蒸発粒子を発生させる。この蒸発粒子は、主に、イオン化した膜形成材料粒子であるイオン化粒子（具体的には、陰極材料がイオン化して電荷を帯びたもの）と、電子と、膜形成材料の中性粒子と、膜形成材料細片等であるドロップレットとを含んでいる。ここでは、前記イオン化粒子と電子とを総称して荷電粒子と呼ぶ。この荷電粒子によってプラズマが形成され、荷電粒子のうちのイオン化粒子を、アーク蒸発室の下流に配設された成膜室において基板の表面に堆積させて薄膜を形成する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
アーク蒸発室で発生した前記蒸発粒子のうち、ドロップレットや中性粒子は副成生物であって、これら（例えば、サブミクロンから数十ミクロンサイズのドロップレット）が膜に混入すると、膜の表面が滑らかでなくなるとともに、膜厚が不均一となる。そこで、アーク蒸発室から得られた蒸発粒子に含まれる荷電粒子を副成生物たるドロップレット及び中性粒子から分離し、荷電粒子のみを成膜に用いる構成の装置がある。例えば、前記蒸発室から前記成膜室に荷電粒子を供給する粒子輸送路を屈曲構造とする構成のものがある。かかる構成では、屈曲した粒子輸送路内を蒸発粒子が磁気輸送され、この輸送過程において、粒子の移動方向の違いにより、ドロップレット及び中性粒子から荷電粒子が分離される。分離された荷電粒子は成膜室に供給され、基板表面に堆積して膜を形成する（例えば特許文献２参照）。したがって、このような装置では、ドロップレットや中性粒子が膜に混入するのを防止することができる。
【特許文献１】特開平７−１５０３４０号公報
【特許文献２】特許第３１５９９４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように磁気輸送されるプラズマ状態の荷電粒子は、輸送過程において磁場（磁力線）の影響を受けて収束され、ビーム状のプラズマ流束を形成する。以下、このようなビーム状の荷電粒子をプラズマビームと呼ぶ。成膜室では、プラズマビームが基板に照射されて成膜が行われる。ここで、このようなプラズマビーム照射による成膜では、照射領域のうちビーム強度（すなわちプラズマ密度）が大きい領域ほど、形成される膜の膜厚が厚くなる。図１０は、プラズマビームの強度と膜厚との関係を示す図であり、図中の横軸は、ビーム中心からの距離を示している。ここではビーム中心を０として半径方向右向きを正の領域、左向きを負の領域としている。また、ここでは成膜室のビーム入口から基板表面までの距離が異なるＡ，Ｂ，Ｃの各場合について示しており、Ａが最も距離が短く、Ｂ，Ｃの順に長くなる。図１０に示すように、プラズマビームでは、ビームの中心の強度が大きく外周に向かうほどビーム強度が弱くなるため、ビーム中心に対応する部分では膜厚が厚くなり、ビーム外周部に対応する部分では膜厚が薄くなる。したがって、基板表面に形成された膜は、膜厚が不均一となる。このように、形成される膜の膜厚分布は、照射されるプラズマビームの強度分布（すなわちプラズマ密度分布）の影響を受ける。
【０００５】
一方、基板を成膜室のプラズマ入口から離して配置し、プラズマビームの照射距離を長くしてビームの強度のばらつきを低減させることにより膜厚の均一化を図る方法がある。しかしながら、この方法では、成膜速度が小さくなるため、成膜に時間を要する。したがって、量産のためには成膜速度を向上させる必要がある。
【０００６】
また、上記のようなプラズマビームの照射による成膜では、成膜領域がビームの照射領域に限られるため、成膜面積を広くすることができない。成膜範囲を拡大する方法には、ビームを振って照射領域を拡大する方法が挙げられるが、この場合には成膜速度が小さくなるとともに装置の構成が複雑となる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、良好な膜質を実現しつつ均一な膜厚の膜を高い生産性で生産可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る成膜装置及び成膜方法は、膜形成材料を蒸発させて少なくともイオン化粒子とドロップレットと中性粒子とを含む蒸発粒子を発生させる蒸発部と、バイアス供給電極が内部に配置され、前記バイアス供給電極に配置される基板の表面に前記イオン化粒子が堆積されて成膜が行われる成膜部と、前記イオン化粒子を前記ドロップレット及び前記中性粒子から分離可能に構成され、一端が前記蒸発部に接続されるとともに他端が前記成膜部に接続された輸送部と、前記イオン化粒子を前記成膜部に導く磁界を発生させる誘導磁界発生部とを備え、前記バイアス供給電極に印加されたバイアス電圧と前記誘導磁界発生部により形成された前記磁界により前記イオン化粒子が前記輸送部を通じて前記成膜部に供給され、前記成膜部では、前記磁界の影響を受けてプラズマ流束を形成するイオン化粒子以外の拡散プラズマ状のイオン化粒子を用いて前記成膜が行われるものである。
【０００９】
かかる構成によれば、磁界の影響を受けない又はほとんど影響しない拡散プラズマ状のイオン化粒子を用いて成膜が行われるので、磁界の強度分布が膜厚に影響することはなく、よって、均一な膜厚の膜を広範囲に渡って形成することが可能となる。また、プラズマ流束を形成するイオン化粒子を用いて成膜を行う場合にはプラズマ流束の照射領域に基板を配置する必要があるため基板の配置可能な領域が限定されるが、拡散プラズマ状のイオン化粒子を用いる場合にはこのような基板の配置に関する制約が少ないため、基板配置可能な領域が多くなる。したがって、これらの領域を有効に利用することにより、高い生産性で成膜を行うことが可能となる。このようにして得られた膜は、ドロップレット及び中性粒子を含まないので、良好な膜質が実現される。
【００１０】
前記輸送部が屈曲構造を有してもよい。
【００１１】
前記蒸発部は、アーク放電により前記蒸発粒子を発生させるアーク蒸発源を備えてもよい。
【００１２】
前記拡散プラズマ状のイオン化粒子を前記基板の成膜面に誘導する誘導手段がさらに設けられてもよい。
【００１３】
前記成膜部における前記基板の位置を調整可能に構成されてもよい。
【００１４】
複数の前記基板が前記成膜部内に配置されてもよい。
【００１５】
前記バイアス供給電極は導電性材料から構成された基板ホルダであり、前記基板ホルダに前記基板が配置され、前記基板の成膜面が前記プラズマ流束の照射領域を除く領域に位置するように前記基板ホルダが前記成膜部内に配置されてもよい。
【００１６】
成膜面が前記プラズマ流束の供給方向と平行となるように前記基板が前記基板ホルダに配置されてもよい。
【００１７】
成膜面に前記拡散プラズマ状のイオン化粒子がほぼ垂直方向から供給されように前記基板が前記基板ホルダに配置されてもよい。
【００１８】
成膜面が前記プラズマ流束の供給方向に対して傾斜して前記基板が前記基板ホルダに配置されてもよい。
【００１９】
前記基板ホルダは、内部に前記基板を取り付ける筒状の本体部と、前記本体部を支持する支持部とを備え、前記成膜部における前記プラズマ流束の供給方向に軸が配置され前記プラズマ流束の外周を取り囲むように前記本体部が配置されてもよい。
【００２０】
前記本体部は、断面が多角形状を有してもよい。
【００２１】
前記本体部は、前記プラズマ流束の供給方向に沿って断面が小さくなるテーパ形状であってもよい。
【００２２】
前記基板ホルダが、前記成膜部での前記プラズマ流束の供給方向における前記本体部の位置を調整可能に構成されてもよい。
【００２３】
前記基板ホルダは、前記本体部が前記プラズマ流束の外周方向を回転可能に構成されてもよい。
【００２４】
前記基板が前記基板ホルダの前記本体部内で回転可能に構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る成膜装置及び成膜方法によれば、良好な膜質で均一な膜厚の膜を良好な生産性で成膜することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る成膜装置の構成を示す模式図である。また、図２は、図１の基板ホルダにおける基板の配置を示す平面図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、成膜装置は、アーク蒸発室１と、成膜室２と、プラズマダクト３とを主な構成要素として含んでいる。プラズマダクト３は、アーク蒸発室１及び成膜室２にそれぞれ接続されており、それにより、アーク蒸発室１と成膜室２とがプラズマダクト３を介して連通している。この連通した内部において真空状態を実現できるように、装置が組み立てられている。また、ここでは図示を省略しているが、成膜装置は、装置内部の排気を行う真空ポンプ等の排気手段を備えている。
【００２８】
アーク蒸発室１は、内部に陰極１Ａと陽極１Ｂとを備え、陰極１Ａ及び陽極１Ｂによってアーク蒸発源が構成されている。アーク蒸発源は、アーク電源（図示せず）に接続されている。
【００２９】
陰極１Ａは膜形成材料から構成されており、よって、ここでは陰極１Ａがターゲットに相当する。なお、陰極１Ａの表面に膜形成材料からなるターゲットを別に配設することも可能である。ターゲットたる陰極１Ａの構成材料は、導電性を有する固体なら特に限定されず、金属単体、合金、無機単体、無機化合物等が用いられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上混合して用いてもよい。また、アーク蒸発室１には、一対の陽極１Ｂが対向配置されている。陽極１Ｂの構成材料は、陰極１Ａが高い耐熱性を有するとともに導電性を有する固体ならば特に限定されず、金属単体、合金、無機単体、無機化合物等が用いられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上混合して用いてもよい。
【００３０】
ここで、以下の説明においては、アーク蒸発室１における陰極構成材料の蒸発によって得られる粒子を、蒸発粒子と呼ぶ。この蒸発粒子は、主に、イオン化した陰極構成材料であるイオン化粒子と、電子と、陰極構成材料の中性粒子と、陰極構成材料が細片状になったものや液状となったもの（以下、これをドロップレットと呼ぶ）とを含んでいる。ここでは、従来技術において前述したように、電荷を帯びているイオン化粒子及び電子をまとめて荷電粒子と呼ぶ。この荷電粒子はプラズマを形成する。
【００３１】
成膜室２の内部には、導電性材料からなる基板ホルダ５が配置されている。基板ホルダ５は、断面が多角形状を有する筒体５Ａから構成されており、筒体５Ａの底部は端板５Ｂで封止されている。ここでは、断面が六角形状の筒体５Ａから基板ホルダ５が構成されている。この基板ホルダ５内部の６つの側面に、成膜面が基板ホルダ５の内側に向くように背面を該側面に当接させて成膜対象たる基板（ワーク）６が取り付けられる。基板ホルダ５底部の端板５Ｂには、他端が成膜室２の底面を貫通して外部の回転駆動装置（具体的にはモータ）１０に接続された回転軸７が、基板ホルダ５と同軸で取り付けられている。この回転軸７によって基板ホルダ５が支持され、モータ１０によって回転軸７が回転駆動すると回転軸７の先端に取り付けられた基板ホルダ５も回転する。回転軸７は、導電性材料から構成されており、また、外部に配置されたイオン集積電源２０に電気的に接続されている。イオン集積電源２０は、直流（ＤＣ）電源であってもよく、高周波（ＲＦ）電源であってもよく、また、これらを組み合わせたものであってもよい。このようなイオン集積電源２０は接地されている。
【００３２】
プラズマダクト３は、成膜室２の上壁に形成されたプラズマ入口１１に一端が接続され、他端は、アーク蒸発室１の蒸発粒子出口１２に接続されている。プラズマダクト３は屈曲構造を有しており、アーク蒸発室１から成膜室２に到る輸送経路が９０°屈曲してＬ字状となっている。プラズマダクト３の鉛直配置部分と基板ホルダ５とは、同軸に配置されている。
【００３３】
プラズマダクト３の外周には、アーク蒸発室１で発生した蒸発粒子のうちの荷電粒子を成膜室２に導くための誘導手段として、誘導磁界発生装置４が配設されている。例えば、誘導磁界発生装置４は、コイルからなるリング状の電磁石から構成され、プラズマダクト３の所定位置にダクト管の外周を取り囲むように電磁石が配置されている。それにより、プラズマダクト３と同軸の磁界が形成される。誘導磁界発生装置４によって形成される磁界は、カスプ磁場であってもミラー磁場であってもよい。誘導磁界発生装置４により磁界を発生させると、蒸発粒子中の電子がこの磁界に捕らえられ、続いて、この捕らえられた電子に引かれて、蒸発粒子中のイオン化粒子が移動する。このようして、磁界により荷電粒子の誘導が行われる。
【００３４】
次に、成膜装置の成膜動作について説明する。
【００３５】
成膜時には、まず、排気手段（図示せず）によって装置内の排気を行い、内部を所定の真空度に保つ。そして、イオン集積電源２０から基板ホルダ５に回転軸７を介してバイアス電圧を与えるとともに、以下のように、アーク蒸発室１においてアーク放電により蒸発粒子を生成させる。
【００３６】
すなわち、アーク蒸発室１の陰極１Ａ及び陽極１Ｂ間でアーク放電が行われ、それにより、陰極１Ａの構成材料が蒸発して蒸発粒子が生じる。前述のように、蒸発粒子は、荷電粒子（イオン化粒子及び電子）と、ドロップレット及び中性粒子とを含んでいる。
【００３７】
このようにして生成された蒸発粒子は、アーク蒸発室１の蒸発粒子出口１２からプラズマダクト３に導入され、ダクト管内を管壁に沿って水平方向に移動し、屈曲部に達する。この屈曲部において、蒸発粒子中の荷電粒子であるイオン化粒子と電子とは、基板ホルダ５に与えられたバイアス電圧及び誘導磁界発生装置４により形成された磁界に誘導され、矢印ａで示すように、移動方向を９０°偏向し成膜室２に向かってダクト管内を管壁に沿って鉛直下向きに移動する。このように成膜室２に向かってプラズマダクト３内を移動する荷電粒子はプラズマを構成しており、このプラズマは誘導磁界発生装置４により形成された磁界の拘束を受けて収束されてビーム状のプラズマ流束を形成する。ここでは、このプラズマ流束をプラズマビーム１５と呼ぶ。プラズマビーム１５は、プラズマダクト３及び形成された磁界と同軸を有する。
【００３８】
一方、アーク蒸発室１からプラズマダクト３に導入された蒸発粒子中のドロップレット及び中性粒子は、電荷を帯びていないので、荷電粒子のようにバイアス電圧や誘導磁界によって誘導されることはない。したがって、矢印ｂで示すように、プラズマダクト３の屈曲部において荷電粒子のように偏向することはなく、そのままプラズマダクト３内を水平方向に移動して対向するダクト内壁に衝突する。このように、ここでは粒子の移動特性の違いにより、プラズマダクト３の屈曲構造を利用して、イオン化粒子及び電子をドロップレット及び中性粒子から分離することが可能となる。
【００３９】
上記のようにしてバイアス電圧及び誘導磁界により誘導されてプラズマダクト３内を進むプラズマビーム１５は、プラズマ入口１１から成膜室２内に導入される。このようにして成膜室２内にプラズマビーム１５が導入されると、成膜室２は、磁界の拘束を受けたままビーム状で室内を移動するイオン化粒子及び電子（以下、これをビーム状粒子群と呼ぶ）と、磁界の拘束から解放されて拡散したイオン化粒子及び電子（以下、これを拡散粒子群と呼ぶ）とが存在する状態となる。そして、この拡散粒子群のイオン化粒子が、主としてバイアス電圧によって加速され、基板ホルダ５の側面に配置された基板６の成膜面に衝突及び付着する。このような拡散粒子群のイオン化粒子の付着及び堆積により、基板６の成膜面に、陰極構成材料からなる膜が形成される。なお、成膜室２内に導入された電子は、磁界に捕らえられた状態か又は室内で拡散した状態である。
【００４０】
上記のように、本実施の形態では、磁気輸送のために形成された磁界の拘束から解放された（又は磁界の影響が小さい）拡散状態のイオン化粒子を用いて成膜が行われるので、イオン化粒子分布状態への磁界の影響、例えば磁界の強度分布や磁力線の配置等の影響、を低減することが可能となる。よって、均一な膜厚の膜を形成することが可能となる。
【００４１】
ここで、本実施の形態の効果を説明するために、磁界と膜厚との関係について図３を参照して説明する。図３は、磁気輸送過程で形成されたプラズマビームを、成膜室内に配置された基板に垂直に照射して成膜を行った際の、磁界強度と膜厚との関係を示す図である。ここでは、成膜室内におけるプラズマ入口から基板までの距離がＡである場合及びＢである場合について示しており、Ａ＜Ｂである。図３Ａは磁束密度分布を示しており、図３Ｂは膜厚分布を示している。図３Ａ及び図３Ｂの横軸は基板中心からの距離を示しており、中心を０として半径方向右向きを正の領域、左向きを負の領域としている。成膜室内には、円板状の基板がプラズマダクトと同心的に配置され、それにより、プラズマビームの中心軸と基板の中心とが一致した構成となる。
【００４２】
図３Ａに示すように、基板周囲に形成された磁界の強さは、基板の中心付近で最も大きく、中心から離れるほど減少する。また、成膜室のプラズマ入口から基板への距離が近いほど基板周囲に形成される磁界の磁束密度が大きく、また、中心付近と外周側とにおける磁束密度の差も大きくなる。このような磁界の影響を受けたプラズマビームを基板に照射して成膜した膜では、図３Ｂに示すように、磁束密度の分布と同様の分布となり、基板の中心付近で膜厚が最も大きく、中心から離れるほど膜厚が薄くなる。また、プラズマ入口から基板までの距離が近いほど、膜厚が厚くなるとともに、中心付近と外周側との膜厚の差が大きくなる。このように、磁界の影響を受けたプラズマビームを用いた成膜では、膜厚と磁界強度との間に相関関係があり、磁界の強度分布に従って膜厚に分布が生じる。このため、膜厚のばらつきが大きくなる。
【００４３】
このことから、本実施の形態では、磁界の影響を受けたビーム状粒子群のイオン化粒子（すなわちプラズマビーム）を用いて成膜を行うのではなく、磁界の影響を受けない（もしくは影響が小さい）拡散粒子群のイオン化粒子を用いて成膜を行う。ここでは、ビーム状粒子群が供給される領域（すなわちプラズマビームの照射領域）からはずれるように基板６を配置しており、それにより、拡散粒子群のイオン化粒子を用いた成膜が可能となる。具体的には、基板ホルダ５の側面に基板６が配置されるため、基板６の成膜面がビーム状粒子群の供給方向（矢印ｃの方向）と平行となり、よって、ビーム状粒子群のイオン化粒子が基板表面に付着せず、磁界の影響を受けずに成膜室２内で拡散した拡散粒子群のイオン化粒子が付着する。したがって、ほぼ均一に分散したイオン化粒子を用いて成膜を行うことができ、よって、プラズマ入口１１から基板６までの距離や基板ホルダ５における配置位置等に関わらず、個々の基板６の成膜面において、また、６つの基板６の間において、均一な膜厚の膜を形成することが可能となる。特に、ここでは基板ホルダ５を回転させて成膜が行われるので、複数の基板間における膜厚のばらつきを防止することが可能となる。さらに、拡散したイオン化粒子を用いるため、広範囲の成膜面への成膜が可能となる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では、従来は成膜に利用されない拡散粒子群のイオン化粒子を用いて成膜を行うため、成膜時における磁気輸送の磁界の影響を抑制することが可能となり、よって、均一な膜厚でかつ広範囲に成膜を行うことが可能となる。また、本実施の形態では、前述のように、プラズマダクト３における輸送過程において、イオン化粒子がドロップレット及び中性粒子から分離されているため、良好な膜質の膜を得ることが可能である。
【００４５】
ところで、前述の図３Ａ及び図３Ｂから明らかなように、磁界の影響が大きいほど成膜速度が大きいことから、上記のように磁界の影響を受けないイオン化粒子を用いた成膜では、磁界の影響を強く受けたプラズマビームを用いた成膜に比べて、成膜速度が低下する。したがって、同じ膜厚の膜を形成しようとする場合には、拡散したイオン化粒子を用いた成膜の方が、長い時間を要する。しかしながら、拡散したイオン化粒子を用いた成膜では、プラズマビームの照射領域を除く領域に基板６を配置すればよいことから、プラズマビームを照射して成膜を行う場合に比べて基板６を配置可能な領域が多くなり、ここでは基板ホルダ５に６枚の基板６を配置することが可能である。このため、一度の成膜で同時に複数枚の基板に膜形成を行うことが可能となる。したがって、この成膜装置では、基板６毎に関しては成膜に要する時間が長くなるものの、一度に同時に成膜できる基板６の枚数を考慮すれば、高い成膜効率を実現することが可能となる。特に、同時に複数枚の基板６に成膜可能であることから、基板６の交換作業に要する時間や、交換に伴う装置の起動動作及び停止動作に要する時間を短縮することが可能となり、それゆえ、高い生産性を実現することが可能となる。
【００４６】
上記においては基板ホルダ５の断面が六角形状である場合について説明したが、基板ホルダ５の断面形状はこれに限定されるものではなく、成膜効率や生産性を考慮して、装置の規模や成膜条件に応じて適切な形状の基板ホルダ５を用いることが好ましい。また、ここでは同一の基板ホルダ５に複数の基板６が配置される場合について説明したが、複数の基板ホルダが独立して成膜室２内に配置されてそれぞれに基板が取り付けられた構成であってもよい。さらに、上記においては基板ホルダ５がモータ１０により回転する場合について説明したが、基板ホルダ５が固定された構成であってもよい。
【００４７】
また、上記においては基板ホルダ５の側面に基板６が配置される場合について説明したが、基板ホルダ５の底面（すなわち端板５Ｂの表面）に基板６が配置されてもよい。このように基板ホルダ５の面を有効に利用することにより、生産性の向上がより図られる。基板ホルダ５の底面に基板６を配置する場合、プラズマ入口１１と基板６との距離が近いとイオン化粒子が磁界の影響を受けるので磁界の強度分布が膜厚に影響するが、プラズマ入口１１と基板６との距離を十分とって磁界が影響しない構成とすれば、底面に配置した基板６においても均一な膜厚を実現することが可能となる。このように距離を十分に取って底面に基板６を配置すると、この基板６単独では成膜速度が小さいが、この場合には基板ホルダ５の側面に配置された複数枚の基板６とともに同時に成膜が行われるので、良好な成膜効率で成膜を行うことが可能となる。
【００４８】
本実施の形態の変形例として、ドロップレット及び中性粒子が衝突するプラズマダクト３の内壁部分に、副成物捕集部が設けられた構成であってもよい。例えば、副成物捕集部は、脱着自在に形成された捕集部材から構成されてもよい。この場合、イオン化されなかったドロップレットや中性粒子が、この捕集部材に捕集される。そして、この捕集部材を交換又は清掃することにより、副成物を除去することが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態の他の変形例として、成膜室２内に供給されたイオン化粒子の拡散を促進させる粒子拡散手段がさらに設けられた構成であってもよい。粒子拡散手段としては、例えば、磁界発生装置等が用いられる。具体例として、上記構成を有する成膜装置の基板ホルダ５の外周側に、粒子拡散手段として電磁石又は永久磁石がさらに配置され、各基板６の周囲にイオン化粒子の拡散磁界を発生させる構成としてもよい。この拡散磁界によってイオン化粒子の拡散が促進されてイオン化粒子の分布がより均一となるため、膜厚の均一化及び成膜速度の向上がさらに図られる。
【００５０】
（実施例）
実施例においては、本実施の形態における上記効果を明らかにするために、実験室レベルで成膜を行ってその効果を調べた。
【００５１】
図４は、実施例における成膜装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、実施例の成膜装置は、ターゲットを兼ねるＣｕから構成された陰極１Ａが配置されたアーク蒸発室１と、成膜室２と、アーク蒸発室１と成膜室２とを接続するプラズマダク３とを備えている。プラズマダクト３は、アーク蒸発室１で生じた蒸発粒子中の荷電粒子の進行方向を偏向可能な屈曲構造を有している。また、プラズマダクト３の外周には、荷電粒子を成膜室２へ導く誘導磁界を発生させる誘導磁界発生装置４が配設されている。
【００５２】
成膜室２内には、基板ホルダ５として円筒形のガラス容器が配置されている。基板ホルダ５は、上側開口端を成膜室２の上壁に当接させてプラズマダクト３と同軸に配置され、それにより、プラズマダクト３とホルダ内部とが連通する。基板ホルダ５の内部には、側面全周にわたって長尺状の基板６Ａが配置されており、また、底面に円板状の基板６Ｂが同心的に配置されている。
【００５３】
上記構成の成膜装置の成膜時には、アーク蒸発室１におけるアーク放電によりターゲットである陰極１Ａが蒸発して蒸発粒子が発生し、この蒸発粒子が絞り部材１Ｃを通ってプラズマダクト３に導入される。そして、蒸発粒子はプラズマダクト３内を管壁に沿って水平方向に進み、屈曲部に達する。この屈曲部において、蒸発粒子のうち、荷電粒子であるイオン化粒子と電子とが、誘導磁界発生手段４により形成された磁界及びバイアス電圧によって誘導されて進行方向を９０°偏向させ、成膜室２へ向かってプラズマダクト３内を管壁に沿って下向きに進む。そして、成膜室２内に配置された基板ホルダ５内部に導入される。一方、蒸発粒子中のドロップレット及び中性粒子は、電荷を帯びていないので誘導磁界の影響を受けず、よって、進行方向を水平方向に保持したまま直進してプラズマダクト３の内壁に衝突する。このように、プラズマダクト３の屈曲構造を利用して、アーク蒸発室１で発生した蒸発粒子中から荷電粒子を分離することが可能となる。
【００５４】
基板ホルダ５の内部に供給されたイオン化粒子のうち、拡散したイオン化粒子が、ホルダ内部の基板６Ａ，６Ｂの成膜面に付着及び堆積する。それにより、基板６Ａ，６Ｂの表面にＣｕ膜が形成される。
【００５５】
図５Ａは、基板ホルダ５の側面に配置された基板６Ａに成膜されたＣｕ膜の厚さを示す図であり、図５Ｂは、基板ホルダ５の底面に配置された基板６Ｂに成膜されたＣｕ膜の厚さを示す図である。図５Ａの横軸ｙは、図４中の矢印ｙで示すように基板ホルダ５の上側開口端からの距離を示している。また、図５Ｂの横軸ｘは、図４中の矢印ｘで示すように基板中心からの距離を示しており、基板中心を０として半径方向右向きを正の領域、左向きを負の領域としている。
【００５６】
図５Ａに示すように、基板ホルダ５の側面に配置された基板６Ａの表面には、ほぼ均一な膜厚のＣｕ膜が形成される。また、図５Ｂに示すように、基板ホルダ５の底面に配置された基板６Ｂの表面には、側面の基板６Ａに形成されたＣｕ膜よりも膜厚の厚いＣｕ膜が形成され、基板６Ａに比べて膜の均一度が低下するものの、後述の比較例に比べて良好な膜厚分布の膜が得られた。
【００５７】
（比較例）
上記の実施例と比較するために、以下の方法により成膜を行った。
【００５８】
比較例では、実施例の成膜装置を用いるが、ここでは、上記実施例の基板６Ｂよりも基板ホルダ５の上側開口端に近い距離Ａ，Ｂの位置（ここではＡ＜Ｂである）に、基板ホルダ５の底面と平行で同心的に円板状の基板６を配置し、プラズマビーム状のイオン化粒子を基板６の成膜面に垂直に照射して成膜を行った。
【００５９】
図６は、比較例の方法により基板６に成膜されたＣｕ膜の厚さを示す図である。図６の横軸ｘは、図５Ａの横軸と同様である。図６に示すように、比較例では、基板表面に形成されたＣｕ膜の膜厚が基板中心付近で最も厚く、中心から離れるほど膜厚が薄くなった。また、基板ホルダ５の上側開口端からの距離が近いほど、膜厚が厚くなるとともに中心と外周側との膜厚差が大きくなった。
【００６０】
以上の実施例及び比較例から明らかなように、本実施の形態の方法によれば、均一な膜厚のＣｕ膜を成膜することが可能であった。
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る成膜装置の基板ホルダの構成を示す模式的な部分透視図である。図７に示すように、本実施の形態の成膜装置は、基板ホルダ５が回転軸７を中心に回転するとともに、基板ホルダ５内で基板６が回転する点が、実施の形態１と異なっている。以下においては、回転軸７を中心とする基板ホルダ５の回転を公転と呼び、基板ホルダ５内における個々の基板６の回転を自転と呼ぶ。ここでは、モータ１０に接続されて回転駆動する回転軸７及び基板ホルダ５が基板の公転機構に相当し、公転する基板ホルダ５内においてさらに基板６を回転させる機構が基板の自転機構に相当する。
【００６１】
図７に示すように、自転機構８は、軸体８Ａと、軸体８Ａの外周面に設けられたフックから構成された基板取り付け部８Ｂと、軸体８Ａを回転駆動させる駆動装置８Ｃとから構成されている。軸体８Ａは導電性材料から構成されており、基板ホルダ５の上面から底面にわたって基板ホルダ５の中心軸と平行に配置されている。駆動装置８Ｃはモータ１０に接続されており、回転軸７とは独立に軸体８Ａを回転させる。ここでは、断面が六角形状の基板ホルダ５の６つの各側面に対応して、かかる構成を有する自転機構８がそれぞれ配設されている。
【００６２】
成膜時には、モータ１０により回転軸７を回転させて基板ホルダ５を回転させるとともに、モータ１０の回転を駆動装置８Ｃを介して軸体８Ａに伝達して軸体８Ａを回転させる。それにより、軸体８Ａの基板取り付け部８Ｂに取り付けられた基板６が、基板ホルダ５の回転に伴って回転軸７の周りを時計と順方向又は逆方向に３６０°回転（公転）するとともに、軸体８Ａの回転に伴って基板６が軸体８Ａの周りを時計と順方向および逆方向に所定角度ずつ回動（自転）する。
【００６３】
かかる構成の本実施の形態によれば、基板ホルダ５の回転に伴って基板６が回転軸７の周りを公転するだけでなく、自転機構８により基板ホルダ５の内部で基板６が軸体８Ａの周りを自転するので、成膜においてより膜厚の均一化が図られる。なお、基板ホルダ５内における基板６の自転方法は上記に限定されるものではなく、軸体８Ａの周りを３６０°回転する構成であってもよい。
【００６４】
ここで、本実施の形態は、基板を自公転させる構成であれば上記の構成に限定されるものではなく、これ以外の自公転機構を備えていてもよい。例えば、本実施の形態の変形例として、基板ホルダ５の側面に取り付けられた基板６が、該側面の法線を中心に同一平面内で回転する構成であってもよい。例えば、基板ホルダ５の側面に回転支持台が取り付けられるとともにこの回転支持台上に基板６が配置され、回転支持台の回転に伴って基板６が回転（自転）する構成であってもよい。
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る成膜装置の構成を示す模式図である。図８に示すように、本実施の形態の成膜装置は、実施の形態１と同様の構成を有するが、以下の点が実施の形態１とは異なっている。
【００６５】
すなわち、本実施の形態では、基板ホルダ昇降装置９によって基板ホルダ５が成膜室２内において上下移動可能に構成されている。例えば、基板ホルダ昇降装置９は、アクチュエータから構成されている。
【００６６】
かかる構成によれば、基板ホルダ昇降装置９によって基板ホルダ５を昇降させることにより、成膜室２内における基板６の配置位置（高さ）を調節することができる。このため、成膜室２内においてイオン化粒子の拡散状態にばらつきがあっても、拡散状態に応じて基板６の位置を調整することにより、均一な膜厚の膜を効率よく成膜することが可能となる。例えば、膜厚モニタにより成膜時の膜厚を検出するとともに、検出された膜厚に応じて基板ホルダ昇降装置９を制御して成膜室２内における基板６の高さを調節する。この場合、膜厚の厚い部分がイオン化粒子密度の小さいところに配置されるように、また、膜厚の薄い部分がイオン化粒子密度の大きいところに配置されるように基板ホルダ昇降装置９を制御する。それにより、イオン化粒子密度の小さいところでは粒子の付着及び堆積が抑制され、イオン化粒子密度の大きいところでは粒子の付着及び堆積が促進されるので、膜厚の均一化が図られる。したがって、安定して均一な膜厚の膜を成膜することが可能となる。
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係る成膜装置の構成を示す模式図である。図９に示すように、本実施の形態の成膜装置は、実施の形態１と同様の構成を有するが、基板ホルダ５の形状が実施の形態１とは異なっている。
【００６７】
すなわち、本実施の形態の基板ホルダ５は、上側開口端に向かって断面が大きくなるテーパ形状を有している。かかる形状の基板ホルダ５では、基板６が配置される基板ホルダ５の側面が、基板ホルダ５の中心軸に対して所定の角度傾斜を有している。したがって、かかる構成では、基板ホルダ５の側面に配置される基板６の表面が、プラズマダクト３から成膜室２内に供給されるプラズマビーム１５の中心軸に対して所定の角度傾斜している。  このように配置された基板６では、実施の形態１の場合と同様、ビーム状粒子群のイオン化粒子ではなく拡散粒子群のイオン化粒子を用いて成膜が行われるので、膜厚の均一化が図られる。そして、さらに本実施の形態では、基板６が傾斜配置されているため、基板表面に衝突するイオン化粒子の入射角を、基板表面に対してほぼ垂直とすることが可能となる。このため、より緻密で膜質が良好な膜を成膜することが可能となるとともに、拡散したイオン化粒子の成膜利用率を向上させて成膜速度の向上を図ることが可能となる。
【００６８】
基板表面に対して垂直方向からイオン化粒子を供給可能な本実施の形態は、特に、溝状に形成された凹部内を埋めるようにＣｕ膜を形成して半導体デバイスの配線膜を形成する場合等において有効である。この場合、イオン化粒子を基板表面に垂直方向から衝突させることにより精度良くかつ効率よく凹部の埋め込みを行うことが可能となる。
【００６９】
本発明は、上記の実施の形態１〜４の構成に限定されるものでなく、種々の設計変更が可能である。例えば、基板ホルダ内において、基板が基板ホルダの対向する一対の側面間を底面を通って振子状に往復運動するように構成されてもよく、また、基板が基板ホルダの複数の側面にわたって外周方向に連続して供給される構成であってもよい。
【００７０】
また、上記の実施の形態１〜４においては、アーク蒸発源を用いて成膜材料を蒸発させる場合について説明したが、本発明に適用可能な蒸発源は、アーク蒸発源に限定されるものではない。例えば、スパッタ蒸発源等を用いてもよい。
【００７１】
また、上記の実施の形態１〜４においては、成膜時に装置内を真空状態とする場合について説明したが、例えば、窒素、酸素、アルゴン、水素等のガスを供給しながら成膜を行ってもよい。この場合、これらのガスを供給するガス供給手段が設けられる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る成膜装置及び成膜方法は、膜形成材料を蒸発させて成膜を行う種々の成膜に適用可能であり、例えば、反射膜等の光学膜（ＴｉＯ2膜等）や、半導体デバイスの配線膜、シード膜等の成膜に適用可能である。特に、成膜面積の大きな基板への成膜が要求される場合や、量産性に優れた成膜が要求される場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の成膜装置における基板ホルダへの基板の配置を示す平面図である。
【図３】誘導磁界における磁束密度とこの磁界の下で成膜された膜の膜厚との関係を示す図である。
【図４】実施の形態１の実施例における成膜方法示す図である。
【図５】図４の実施例の成膜方法により成膜された膜の膜厚を示す図である。
【図６】比較例の成膜方法により成膜された膜の膜厚を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る成膜装置の基板ホルダの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図１０】従来の成膜方法により成膜された膜の膜厚を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  アーク蒸発室
２  成膜室
３  プラズマダクト
４  誘導磁界発生装置
５  基板ホルダ
６  基板
７  回転軸
８  自転機構
９  基板ホルダ昇降装置
１０モータ
２０イオン集積電源
【図１】
2005187864.tif 000003
【図２】
2005187864.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005187864.tif 000008
【図７】
2005187864.tif 000009
【図８】
2005187864.tif 000010
【図９】
2005187864.tif 000011
【図１０】
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