(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中の炉体内でターゲットから蒸着原料をプラズマ化させて試料の表面にスパッタリング法により成膜する薄膜の成膜装置において、
前記試料の表面に不活性ガスを供給するガス供給装置を備え、
前記ガス供給装置は、前記試料の表面と前記ターゲットとの間のうち前記試料の表面側で、前記試料の表面と前記ターゲットの間に向けて前記試料の表面と平行となるように不活性ガスを噴射すること、を特徴とする薄膜の成膜装置。
【請求項２】
前記ガス供給装置は、前記不活性ガスをガス供給パイプから噴射すること、を特徴とする請求項１に記載の薄膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に関する従来技術として、特許文献１に記載の物理蒸着膜装置がある。従来技術では、複数の試料を複数の空隙が形成されているとともに両端が開口している筒状治具の外周部に放射状に取り付けＰＶＤ膜（物理蒸着膜）形成処理を行うものである。この筒状治具を自転させながらターゲット（蒸着原料）の周りを公転させつつ移動させることで、試料の表面に膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜（物理蒸着膜）を形成することができる。
【特許文献１】特開平９−１５７８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、筒状治具を自転させながらターゲットの周りを公転させつつ移動させることが必要であり、装置の大型化及びコスト高を招来する問題がある。また、膜厚の均一なＰＶＤ膜（物理蒸着膜）を形成するには、隣接するターゲットとの間に空隙を形成する必要があり、これも装置の大型化の要因になる。また試料の一部分に成膜の不要な箇所があると、その箇所にマスキングしてＰＶＤ膜（物理蒸着膜）の成膜を妨げる必要があった。
【０００３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来の装置より低コスト、小型で、筒状治具を自転させながらターゲット（蒸着原料）の周りを公転させつつ移動させる装置が必要なく、また試料の一部分に成膜の不要な箇所がある場合にその箇所にマスキングが不要な、膜厚の均一性の高い薄膜を形成する薄膜の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】
【０００４】
上記課題を解決するため、本願発明の薄膜の成膜装置は、真空中の炉体内でターゲットから蒸着原料をプラズマ化させて試料の表面にスパッタリング法により成膜する薄膜の成膜装置において、前記試料の表面に不活性ガスを供給するガス供給装置を備え、前記ガス供給装置は、前記試料の表面と前記ターゲットとの間のうち前記試料の表面側で、前記試料の表面と前記ターゲットの間に向けて前記試料の表面と平行となるように不活性ガスを噴射する構成とした。
【０００５】
この場合、前記ガス供給装置は、前記不活性ガスをガス供給パイプから噴射すると良い。
【発明の効果】
【０００９】
上記した手段によれば、試料表面とターゲットとの間のうち試料表面側で、試料表面とターゲットの間に向けて試料表面と平行となるように不活性ガスを噴射（供給）することにより、試料表面の一部分への成膜を妨げることができる。また、この効果により、薄膜を形成する際に、薄膜の一部が厚く形成されてしまう場合に、厚く形成される試料表面の部分に不活性ガスを供給（噴射）することにより、成膜される膜厚が調整され、膜厚の均一性が高い薄膜が形成できる可能性がある。また、試料の一部分に成膜不要な箇所がある場合、その箇所に不活性ガスを供給（噴射）することで、マスキングを不要にできる可能性がある。
【００１０】
また、上記した手段において、前記不活性ガスを、ガス供給パイプから噴射されるようにすれば、試料の任意の位置に供給（噴射）しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の薄膜の成膜装置を図８〜１１に基づいて詳述する。なお、図１〜７は、参考図として記載する。
【００１５】
図１は、第一参考例である薄膜の成膜装置１の透過図である。薄膜の成膜装置１は物理蒸着膜（ＰＶＤ膜）を成膜するもので、炉体２の内部には軸３に取り付けられた試料４と、試料４の上部に設けたフランジ５と、フランジと接続して試料４の表面に窒素ガス（不活性ガス）を供給するガス供給装置６と、炉の内面に設けたターゲット８（蒸着原料）と、を備える。
【００１６】
薄膜の成膜装置１は、炉体２の内部を真空ポンプ７で真空にし、ターゲット８をプラズマ化させて、離れた位置に置かれた試料４の表面に蒸着させ、ＰＶＤ膜９（物理蒸着膜）（図４）を形成する。ターゲット８は、アルミニウム、亜鉛、金、銀、プラチナ、ニッケルなどの金属類の他、半導体や樹脂も使用可能である。炉体２内を真空にする理由は、蒸着原料を安定してプラズマ化させること、プラズマ化した蒸着原料が試料４に達する前に、炉体２内の残存気体分子に衝突したり、化学反応することを防ぐためである。
【００１７】
図２は、第一参考例である薄膜の成膜装置１の部分断面の模式図である。フランジ５は、ガス供給装置６の複数のガス供給パイプ１０と接続する。ガス供給パイプ１０は、フランジ５の円周方向に接続して、試料４の表面に窒素ガスを供給する。試料４の表面への窒素ガスの供給は、ターゲット８を備える炉体２の内面側に多く供給される。
【００１８】
図３は、平均自由行程と炉体２内圧力の関係を示したものである。圧力が高い場合、つまり炉内のプラズマ密度が高い場合は、衝突までの距離は短くなり、平均自由行程は短くなる。通常ＰＶＤ膜を形成するには平均自由行程が１０〜１０００ｍｍになるように炉体内圧力を調整する必要がある。窒素ガスを試料４の表面に供給すると、プラズマ化した蒸着原料が試料４に達する前に、窒素ガスに衝突するため、試料４の表面のＰＶＤ膜９の成膜が妨げられる。大気圧付近の窒素ガスを供給すると、平均自由行程は０．１μｍとなり、ほとんど成膜されない。
【００１９】
図４は、第一参考例の平板の試料４にＰＶＤ膜９が成膜される模式図である。ターゲット側の窒素ガスの供給量を増やした場合、ＰＶＤ膜９はターゲット８側の成膜が窒素ガスの供給量に応じて阻害されるため、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜９が成膜される。
【００２０】
図５は、第一参考例の円柱の試料４にＰＶＤ膜９が成膜される模式図である。図４と同様に、ターゲット側の窒素ガスの供給量を増やした場合、ＰＶＤ膜９はターゲット８側の成膜が窒素ガスの供給量に応じて阻害されるため、膜厚が均一なＰＶＤ膜９が成膜される。
【００２１】
図６は、第一参考例の平板の試料４の一部分を成膜しない場合の模式図で、成膜の不要な箇所に窒素ガスを供給することで、試料４の任意の表面にマスキング無しでＰＶＤ膜９の成膜を防ぐことができる。
【００２２】
図７は、第二参考例である薄膜の成膜装置１１の部分断面についての模式図である。第一参考例の物理蒸着膜形成装置１と同様の部位については、同一の符号を用いて説明する。フランジ１２にはガス流路１３が形成され、１本のガス供給パイプ１０で窒素ガスが供給される。試料４の表面への窒素ガスの供給は、ガス流路１３によりターゲット８が設置される炉体２の内面側に多く供給される。その他の作用については、第一参考例と同様である。
【００２９】
（薄膜の成膜試験）
図８〜図１０は、本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置２０で、図８は正面図、図９は側面図、図１０はＡ部拡大図である。
【００３０】
試験装置２０は、薄膜の成膜装置１、１１と同様に、炉体２１と、炉体２１の内部に設けられる基盤セット治具２２に取り付けられた試料２３と、試料２３の表面にＡｒガス（不活性ガス）を供給するガス導入パイプ２４と、ガス導入パイプ２４にＡｒガスを供給するガスボンベ２５と、炉体２１に接続して炉内を真空にする真空ポンプ２６と、炉体２１の内面に設けたターゲット２７と、を備える。
【００３１】
試験装置２０は東芝メカトロニクス社製のスパッタリング装置（ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１  φ３５０ｍｍ×奥２６０ｍｍ）を用い、試料２３には寸法が縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚み２ｍｍのＳＫＨ５１材を用い、ターゲット２７は寸法がφ３ｉｎｃｈ×厚み３ｍｍのアルミ材を用い、ガス導入パイプ２４の内径はφ４ｍｍで、炉体２１の炉内圧力は１Ｐａで、成膜時間は３０分とした。試料２３とターゲット２７の距離は１００ｍｍである。ガス導入パイプ２４からは試料２３の表面と平行にＡｒガスを噴射する。本実施形態でのガス導入量は、一分間あたり１４０ｃｃである。試料２３は、ガス導入パイプ２４の中央から６．９ｍｍの位置でマスキングテープ２９（図１０）によりマスキングされる。
【００３２】
試験装置２０は、炉体２１の内部を真空ポンプ２６で１０−２Ｐａまで真空排気した後に、Ａｒガスを導入し、１Ｐａまで昇圧させ、ターゲット２７をプラズマ化させて、離れた位置に置かれた試料２３の表面に蒸着させる。このときガスボンベ２５のＡｒガスは炉体２１に設けられたガス導入口２８を介してガス導入パイプ２４に送られる。ガス導入パイプ２４からは、試料２３の表面に沿ってＡｒガスが噴出する。Ａｒガスは、ガス導入パイプ２４の中心線上に多く供給される。
【００３３】
図１１は、試験装置２０による薄膜の成膜試験結果である。膜厚は、ガス導入口２８の噴出口から８ｍｍ下流の位置で、ガス導入パイプ２４の中心線に垂直な方向に計測した。Ａｒガスが多く供給されるガス導入パイプの中心線上から０ｍｍの位置の膜厚が０．９４μｍに対して、ガス導入パイプ２４の中心線上から６．９ｍｍの位置の膜厚は１．２１μｍで、０．２７μｍの膜厚の差ができる。これは中心線の付近にＡｒガスが多く供給されることで、成膜が妨げられるためである。
さらに、上記した効果を利用して、本発明では次のような効果も期待できる。
・本発明では、ＰＶＤ膜の膜厚が厚く成膜される部分の試料の表面に窒素ガスを供給することで、ＰＶＤ膜の形成が妨げられ、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜を形成できる。また、従来の装置のように筒状治具を自転させながらターゲットの周りを公転させつつ移動させる装置は不要であり、従来の装置と比べて低コストである。また、ターゲットとの間に膜厚を均一にするための空隙を設ける必要がないため、薄膜の成膜装置の小型化が可能になる。
・また、ガス供給装置は複数のガス供給パイプを備えた場合、ガス供給パイプにより試料の任意の表面に窒素ガスの供給が可能なため、試料の一部分に成膜の不要な箇所がある場合に、その箇所に窒素ガスを供給することでマスキングが不要になる。
・また、ＰＶＤ膜の膜厚が厚く成膜されるターゲット側のガスの供給量を多くすることで、膜厚の均一性が高いＰＶＤ膜を形成できる。
・本発明は薄膜の成膜装置は物理蒸着（ＰＶＤ）に限定されるものではなく、化学蒸着（ＣＶＤ）でもよく、同様の効果を奏する。また、本発明の薄膜の成膜装置は実施形態に限定されるものではなく、ＰＶＤならばターゲット（蒸着原料）に近い位置、ＣＶＤならば原料ガス供給装置（蒸着原料）に近い位置（蒸着原料の供給位置側）の試料に不活性ガスを供給して、膜厚全体の均一性が高い薄膜を形成するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第一参考例である薄膜の成膜装置の透過図である。
【図２】第一参考例である薄膜の成膜装置の部分断面の模式図である。
【図３】平均自由行程と炉内圧力の関係を示したものである。
【図４】第一参考例の平板の試料に真空蒸着膜が成膜される模式図である。
【図５】第一参考例の円柱の試料に真空蒸着膜が成膜される模式図である。
【図６】第一参考例の平板の試料の一部分に成膜しない場合の模式図である。
【図７】第二参考例である薄膜の成膜装置の部分断面の模式図である。
【図８】本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置の正面からの説明図である。
【図９】本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置の側面からの説明図である。
【図１０】本発明の薄膜の成膜を試験する試験装置のＡ部拡大説明図である。
【図１１】試験装置による薄膜の成膜試験結果である。
【符号の説明】
【００３５】
１  薄膜の成膜装置（第一参考例）
２  炉体
４  試料
６  ガス供給装置
８  ターゲット（蒸着原料）
１０  ガス供給パイプ
１３  ガス流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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