(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に配設された基材にイオンプレーティングにより成膜することができる真空成膜装置であって、
膜の原料を蒸発させる蒸発源に対向するように配設された、プラズマを生成させるための電力を真空チャンバ内に供給するプラズマ生成用電極を有し、
真空チャンバ内の前記プラズマ生成用電極に対する外側にプラズマ生成用電極を覆うように配設された、接地電位とされる接地体が設けられ、かつ、前記プラズマ生成用電極が、基材を保持するための基材ホルダとしても機能するように形成されていることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成用電極を回転自在にその先端に支持する回転軸と、該回転軸の基端側において回転軸の外周に摺接する結合部材とを有し、前記プラズマ生成用電極に電力を伝達する回転電極が設けられており、
前記接地体が、真空チャンバ内の前記回転電極の結合部材に対する内側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記接地体が真空チャンバの天井壁より懸架されてなる、請求項１又は２に記載の真空成膜装置。
【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に基づく真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンプレーティングに基づき成膜を行うための真空成膜装置は、真空チャンバ内にプラズマを生成させ、そこに配置される基材に成膜されるようにされている。即ち、上記真空成膜装置では、真空チャンバ内に、膜の原料を蒸発させる蒸発源と成膜対象の基材を保持するための基材ホルダとが対向するように配置されている。そして、真空チャンバ内に所定の電力を供給してプラズマを生成させ、イオン化又は励起された膜の原料を基材に付着させて成膜するようにされている。
【０００３】
前記プラズマを生成させるための電力は、真空チャンバ内に配置されるプラズマ生成用の電極を介して供給される。このプラズマ生成用の電極は、導電性の材料により形成される基材ホルダにより兼用されることもある。
【０００４】
そして、上記真空成膜装置により目標とする膜に成膜するためには上記プラズマの生成に関して所定の条件を満たすようにする必要があり、真空チャンバ内に供給するガス圧力や電力等に関する所定の成膜条件を満たす必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来における上記真空成膜装置では、真空チャンバ内の全空間を対象としてプラズマを生成させるようにされており、基材に成膜する上で必ずしもプラズマを存在させる必要がない領域にもプラズマを生成させていた。即ち、基材に成膜するためには、基材と蒸発源との間の空間にプラズマを存在させれば十分であり、その他の空間にもプラズマを存在させるようにすると、成膜に関与するプラズマのエネルギー密度を低下させ、成膜上非効率である。
【０００６】
また、イオンプレーティングに基づく真空成膜装置では、一般的に、プラズマを生成させるための電力を供給する電源は真空チャンバの外に設置され、この電源より出力された電力は、真空チャンバ内に配置される電力伝達用の機構を介して上記プラズマ生成用の電極に伝達されるようにされている。
【０００７】
従って、真空チャンバ内の全空間を対象としてプラズマを生成させると、上記電力伝達用の機構がプラズマ中に晒されるので、損傷を受け易い。また、上記電力伝達用の機構がプラズマ中のイオンによりスパッタリングされ、飛散した導電性の物質が周囲に付着することにより異常放電を生ずることもある。
【０００８】
そこで、本発明は、成膜上プラズマを生成させる必要がある限定された空間を対象としてプラズマを生成させることができる真空成膜装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、真空チャンバ内に配設された基材にイオンプレーティングにより成膜することができる真空成膜装置であって、
膜の原料を蒸発させる蒸発源に対向するように配設された、プラズマを生成させるための電力を真空チャンバ内に供給するプラズマ生成用電極を有し、
真空チャンバ内の前記プラズマ生成用電極に対する外側にプラズマ生成用電極を覆うように配設された、接地電位とされる接地体が設けられている。
【００１０】
これにより、本発明の真空成膜装置によると、真空チャンバ内の前記プラズマ生成用電極に対する内側の空間を対象としてプラズマを生成させることができる。これにより、成膜上プラズマを生成させる必要がある限定された空間にプラズマを存在させるので、プラズマのエネルギー密度を高めて成膜することができ、効率良く成膜することができる。
【００１１】
また、前記プラズマ生成用電極を、基材を保持する基材ホルダとしても機能するように形成することができ、
前記プラズマ生成用電極を回転自在にその先端に支持する回転軸と、該回転軸の基端側において回転軸の外周に摺接する結合部材とを備え、前記プラズマ生成用電極に電力を伝達する回転電極を設け、
前記接地体を、真空チャンバ内の前記回転電極の結合部材に対する内側に配置することができる。
【００１２】
この発明によると、基材ホルダとしても機能する前記プラズマ生成用電極の内側の空間を対象としてプラズマを生成させるので、プラズマ生成用電極の外側に設けられる上記回転電極がプラズマに晒されることがない。
【００１３】
これにより、上記回転電極がプラズマによって損傷を受けることを防ぐことができる。また、回転電極がプラズマ中のイオンによってスパッタリングを受けることもないので、これを原因とする異常放電、及びこの異常放電により回転電極が損傷を受けることを防ぐこともできる。
【００１４】
また、前記接地体を真空チャンバの天井壁より懸架して設けることもできる。
【００１５】
これにより、真空チャンバ内の側面部分に、成膜のプロセスの実行上必要な部材が設けられたとしても、該部材と接地体とが空間的に干渉することを防ぐことができ、装置を組立てる観点から好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の真空成膜装置の実施形態を説明する。
【００１７】
図１および図２に示す真空成膜装置１は、イオンプレーティングに基づき成膜できる装置である。図１は成膜装置１の正面図であり、図２は側面断面図である。また、図３は、図２に示される成膜装置１の上部を詳しく示す一部拡大図である。
【００１８】
真空成膜装置１は、真空チャンバ２を備えている。真空チャンバ２には、膜の原料となる反応ガスやプラズマ生成用のガスをチャンバ２内に供給するためのガス供給口１３、及びチャンバ２内を排気するための排気口１４を備えている。
【００１９】
真空チャンバ２内の底部には蒸発源３が配設されている。蒸発源３とは膜材料Ｍおよび膜材料Ｍが載置されたるつぼ６である。そして、電子銃７より出射された電子ビームにより膜材料Ｍを加熱して蒸発させるようにされている。
【００２０】
真空チャンバ２内の上部には、導電性の材料により形成される基材ホルダ５が配設されている。この基材ホルダ５は、成膜される基材Ｗを保持するためのものである。また、この成膜装置１の例では、基材ホルダ５は、これを介して真空チャンバ２内に電力を供給するためのプラズマ生成用電極としても機能するように形成されている。
【００２１】
基材ホルダ５は、その上方に配設される回転電極４によって支持されている。回転電極４は、後に説明する電源ユニット１０より出力された電力を基材ホルダ５に伝達するための電力伝達用の機構である。回転電極４は、回転軸４ａと結合部材４ｂとを有してなり、これらはいずれも導電性の材料により形成されている。回転軸４ａは、その先端（下端）に互いに回転中心が一致するように基材ホルダ５を支持している。そして、回転軸４ａは、回転の中心が一致するように駆動軸１６ａと連結されている。この駆動軸１６ａは、チャンバ２の外部に配置されるモータ１６によって自軸回りに回転駆動されるようにされている。
【００２２】
これにより、基材ホルダ５は、モータ１６により回転軸４ａとともに自在に回転駆動されることができ、回転しつつ基材Ｗへ成膜することができる。なお、駆動軸１６ａは、収納部材１６ｂにベアリング１７に支持された状態で嵌挿されている。また、駆動軸１６ａは、収納部材１６ｂとの間隙をシール部材１８により気密にされた状態で回転する。
【００２３】
結合部材４ｂは、真空チャンバ２内の上部に固設されている。そして、結合部材４ｂは、図３に示されるように、その内周が回転軸４ａの基端側で該回転軸４ａの外周に接するように設けられている。この結合部材４ｂの内周部分は、ばね力により回転軸４ａの中心に向かって押し付けられる構造にされており、回転する回転軸４ａに摺接させるようにされている。
【００２４】
また、結合部材４ｂの内周部分は、電源ユニット１０と電気的に接続され、電源ユニット１０からの電力が伝達されるようにされている。そして、電源ユニット１０より出力された電力は、結合部材４ｂ及び回転軸４ａを通って基材ホルダ５に伝達される。以上に説明した結合部材４ｂと回転軸４ａとを備える回転電極４により、基材ホルダ５は、回転しつつ、電源ユニット１０より電力を伝達され得るようにされている。
【００２５】
電源ユニット１０は、プラズマを生成させるための電力を出力する。電源ユニット１０は、高周波電力を出力する高周波電源８と直流電力を出力する直流電源９を備えている。高周波電源８は、マッチング回路（ＭＮ）１１と直流ブロッキングコンデンサとを介して回転電極４に接続される。また、直流電源９は、チョークコイルを介して回転電極４に接続される。
【００２６】
マッチング回路１１は、高周波電源８のインピーダンスとチャンバ２側のインピーダンスとをマッチングさせるべくマッチング動作する。このマッチング回路１１は、図４に示すように、例えば可変コンデンサＣ１、Ｃ２及びチョークコイルＬ１からなる周知のものである。
【００２７】
マッチング回路１１を調節することによって、チャンバ２内における特定の空間の領域を選択し、高周波電源８のインピーダンスを前記選択された領域のインピーダンスとマッチングさせることにより、前記選択された領域のみを対象としてプラズマを生成させることもできる。
【００２８】
また、高周波電源８及び直流電源９とチャンバ２側とを接続するにあたり、図２に示されるように、導電性材料で形成されるチャンバ２が接地されるとともに、高周波電源８の出力端子のうち回転電極４側に対する他方側が接地される。また、直流電源９は、回転電極４側が負極となり、他方側が接地される接続とされる。
【００２９】
なお、電源ユニット１０に関して、プラズマを生成して成膜する上では、高周波電力を出力できれば十分であり、直流電力を出力することは必ずしも必要ではない。この電源ユニット１０のように、直流電力をも供給するようにすると、よりイオンを強く加速して基材Ｗに付着させることができ、成膜上より好ましい。
【００３０】
また、成膜装置１には、図３に詳しく示されるように、真空チャンバ２の内面に沿って防着板１９が付設されている。この防着板１９は、蒸発源３より蒸発された膜の原料が真空チャンバ２の内面に付着することを防ぐためのものである。
【００３１】
また、成膜装置１には、図３に詳しく示されるように、真空チャンバ１内の上部にヒータ２０が設けられている。このヒータ２０からの熱の輻射により、基材ホルダ５ひいては基材Ｗが加熱されるようにされており、基材Ｗへ成膜し易くされている。
【００３２】
また、この成膜装置１には、図１乃至図３に示されるように、接地体１５が設けられている。接地体１５は、チャンバ２の中心を基準として、基材ホルダ５に対する外側にあたり、回転電極４の結合部材４ｂに対する内側にあたる位置に設けられている。そして、接地体５は、基材ホルダ５を覆うように設けられている。
【００３３】
接地体１５は導電性の材料により形成されている。そして、接地体１５は、この成膜装置１の例では、チャンバ２の天井壁より支持部材２１により懸架されており、チャンバ２を介して接地電位とされる。
【００３４】
接地体１５を設けるにあたり、この例のように、チャンバ２の天井壁より懸架すると、チャンバ２内の側面に沿って設けられる防着板１９を付設することにおいて妨げとなることがなく、装置を組立てる観点より好ましい。
【００３５】
また、接地体１５には、図示されない開口が随所に形成されており、該開口を通して、ヒータ２０より放射された熱の基材ホルダ５への伝達を効率良くするようにされている。なお、この接地体１５に関して、後に説明するように、より確実に基材ホルダ５に対する外側の空間にプラズマを存在させないようにするには、できるだけ遮蔽された形態とし、接地体１５に対する内側の空間と外側の空間とを連通させる開口部分をより少なくするのが望ましい。
【００３６】
以上の成膜装置１によると、蒸発源３により蒸発された膜材料Ｍは、基材ホルダ５を介して供給される電力により、また該電力により生成されるプラズマにより、イオン化及び励起される。そして、イオン化し及び励起した膜材料が基材Ｗに付着することによって基材Ｗに成膜される。
【００３７】
そして、真空チャンバ２内に電力を供給するにあたり、マッチング回路１１の調節により、高周波電源８のインピーダンスを基材ホルダ５に対する内側の空間のインピーダンスとマッチングさせるようにする。これにより、上記接地体１５が設けられていることにより、ほぼ基材ホルダ５に対する内側の空間にのみプラズマを生成させ、基材ホルダ５に対する外側の空間にプラズマを存在させないようにできる。
【００３８】
これにより、チャンバ２内の全空間を対象とするのでなく、基材ホルダ５に対する内側の空間を対象としてプラズマを存在させるので、基材Ｗへ成膜するにあたり、成膜に関与するプラズマのエネルギー密度を高めることができる。
【００３９】
また、基材ホルダ５に対する内側の空間を対象としてプラズマを生成させるので、回転電極４に対するプラズマの影響を抑制できる。これにより、回転電極４がプラズマによる損傷を受けないようにすることができる。また、回転電極４がプラズマ中のイオンによりスパッタリングされることを防ぐことができ、スパッタリングにより飛散した導電性の物質が周囲に付着することによる異常放電を防ぐこともできる。
【００４０】
なお、以上の説明では、基材ホルダ５がプラズマ生成用電極としても用いられる例を挙げて説明したが、プラズマ生成用電極を基材ホルダ５と別体にして設けるのであっても構わない。即ち、プラズマ生成用電極が基材ホルダ５と分離して設けられる場合であっても、プラズマ生成用電極を介して電力を供給しつつ基材ホルダに保持される基材Ｗに成膜できるのであれば、上記接地体をプラズマ生成用電極の外側に設けることにより、プラズマ生成用電極の内側の空間を対象としてプラズマを存在させることができる。これにより、成膜に関与するプラズマのエネルギー密度を高めることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によると、真空チャンバ内にプラズマを生成させるにあたり、チャンバ内の全空間を対象とせず、成膜上プラズマを生成させる必要のある特定の領域を対象とできるので、プラズマのエネルギー密度を高めて効率良く成膜できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空成膜装置の一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図であり、真空成膜装置の側面断面図である。
【図３】図２に示される真空成膜装置の一部拡大図である。
【図４】マッチング回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１    真空成膜装置
２    真空チャンバ
３    蒸発源
４    回転電極
４ａ  回転軸
４ｂ  結合部材
５    基材ホルダ
６    るつぼ
７    電子銃
８    高周波電源
９    直流電源
１０    電源ユニット
１１    マッチング回路
１３    供給口
１４    排気口
１５    接地体
１６    モータ
１６ａ  駆動軸
１６ｂ  収納部材
１７    ベアリング
１８    シール部材
１９    防着板
２０    ヒータ
２１    支持部材
Ｍ    膜材料
Ｗ    成膜対象基材
【図１】
0004401579.tif 000002
【図２】
0004401579.tif 000003
【図３】
0004401579.tif 000004
【図４】
0004401579.tif 000005