(57)【要約】【課題】対向電極からのドロップレットの剥離を抑制できる成膜装置を提供する。【解決手段】ターゲット３０に含まれる材料元素のイオンを含むプラズマ３００を励起し、ターゲット３０に含まれる材料元素を主成分とする薄膜をワーク１００に形成する成膜装置１であって、ターゲット３０及びワーク１００が格納され、ターゲット３０からワーク１００に向かうプラズマ３００の輸送路が内部に形成されるチャンバー１０と、ターゲット３０と一対の電極をなしてターゲット３０の表面にプラズマ３００を励起する、少なくともチャンバー１０の内部に露出する表面がターゲット３０と同じ材料である対向電極２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに含まれる材料元素のイオンを含むプラズマを励起し、前記ターゲットに含まれる材料元素を主成分とする薄膜をワークに形成する成膜装置であって、
前記ターゲット及び前記ワークが格納され、前記ターゲットから前記ワークに向かう前記プラズマの輸送路が内部に形成されるチャンバーと、
前記ターゲットと一対の電極をなして前記ターゲットの表面に前記プラズマを励起する、少なくとも前記チャンバーの内部に露出する表面が前記ターゲットと同じ材料である対向電極と
を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記対向電極の前記輸送路に面する表面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記対向電極が、前記輸送路の周囲を囲む管形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記対向電極の厚みが、前記ターゲットに近い一方の端部から一定の距離まで一様であり、その後は他方の端部に向けて徐々に厚くなることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
連続する磁力線を発生させることにより、少なくとも１箇所の屈曲部を有する前記輸送路を前記チャンバーの内部に形成するプラズマ輸送手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記成膜装置が、前記ターゲットをカソードとするアーク放電によって前記プラズマを励起することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ターゲットの材料がカーボンであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて成膜処理を行う成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理対象のワークに薄膜を形成する成膜装置として、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置や蒸着装置、スパッタ装置、アークプラズマ成膜装置などの種々の成膜装置が使用されている。例えばアークプラズマ成膜装置によれば、アーク放電によって材料物質（ターゲット）をプラズマ化し、薄膜材料のイオン化した荷電粒子を含むプラズマをワークの表面に輸送して、薄膜がワーク上に形成される（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
ターゲットを一方の電極とする放電によってプラズマを励起するため、ターゲットの近傍に、ターゲットと対をなす電極（以下において、「対向電極」という。）が配置される。対向電極の材料には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が主に使用されている。対向電極の表面には、放電によってターゲットから放出、飛散する電気的に中性なドロップレット（粗大粒子）が付着する。対向電極からドロップレットが剥離すると、剥離したドロップレットはターゲットの近傍に落下する。このため、ドロップレットを介してターゲットと対向電極とが電気的に短絡する問題が生じる。したがって、対向電極からのドロップレットの剥離が生じないように、対向電極の定期的な交換、洗浄が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０４０６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
対向電極の交換や洗浄のためには、成膜工程を停止する必要があり、生産効率が低下する。上記問題に鑑み、本発明は、対向電極からのドロップレットの剥離を抑制できる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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ターゲットに含まれる材料元素のイオンを含むプラズマを励起し、ターゲットに含まれる材料元素を主成分とする薄膜をワークに形成する成膜装置であって、ターゲット及びワークが格納され、ターゲットからワークに向かうプラズマの輸送路が内部に形成されるチャンバーと、ターゲットと一対の電極をなしてターゲットの表面にプラズマを励起する、少なくともチャンバーの内部に露出する表面がターゲットと同じ材料である対向電極とを備える成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、対向電極からのドロップレットの剥離を抑制できる成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置のターゲットと対向電極の構成例を示す模式図である。
【図３】ドロップレットに起因して発生するターゲットと対向電極とが短絡した状態を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成膜装置の対向電極の構成例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る成膜装置の対向電極の表面に形成される凹凸構造の例を模式図である。
【図６】図５に示した凹凸構造の模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係る成膜装置の対向電極の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本発明の実施形態に係る成膜装置は、ターゲットに含まれる材料元素のイオンを含むプラズマを励起し、ターゲットに含まれる材料元素を主成分とする薄膜をワークに形成する。図１に示した成膜装置１は、ターゲット３０及びワーク１００が格納されるチャンバー１０と、ターゲット３０と一対の電極をなしてターゲット３０の表面にプラズマ３００を励起する対向電極２０とを備える。対向電極２０の少なくともチャンバー１０の内部に露出する表面は、ターゲット３０と同じ材料である。
【００１１】
図１に示した成膜装置１は、ターゲット３０をカソードとし、対向電極２０をアノードとして発生させたアーク放電によって、ターゲット３０に含まれる材料元素のイオンを含むプラズマ３００を生成するアークプラズマ成膜装置である。成膜装置１によれば、例えばターゲット３０にカーボン材を使用して、カーボンイオンを含むプラズマ３００をアーク放電によって生成し、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜などのカーボン膜をワーク１００上に形成する。
【００１２】
チャンバー１０は、ターゲット３０が配置されるターゲット保管室１１、プラズマ３００が生成されるプラズマ室１２及びワーク１００が格納される格納室１３を備える。プラズマ室１２は屈曲部を有し、屈曲部の一方の端部に、ターゲット保管室１１が連結されている。そして、プラズマ室１２とターゲット保管室１１との連結部において、ターゲット３０の一部がプラズマ室１２内に露出するように配置されている。屈曲部の他方の端部は、格納室１３が連結されている。格納室１３内で、ステージ７０上にワーク１００が配置されている。
【００１３】
成膜装置１では、ターゲット３０と対向電極２０に電源４０から所定の電力が供給され、プラズマ室１２に露出したターゲット３０の表面でプラズマ３００が励起される。チャンバー１０の内部には、ターゲット３０からワーク１００に向かうプラズマ３００の輸送路（以下において、「プラズマ輸送路」という。）が形成される。例えば、連続する磁力線を発生させることにより、ターゲット３０の表面からワーク１００までプラズマ３００が輸送される。
【００１４】
成膜装置１では、プラズマ輸送路を形成するプラズマ輸送手段として、プラズマ室１２に沿って配置された第１の誘導コイル５１、第２の誘導コイル５２、第３の誘導コイル５３及び第４の誘導コイル５４が使用されている。以下において、第１の誘導コイル５１〜第４の誘導コイル５４を総称して「誘導コイル５０」という。誘導コイル５０は、アーク放電によってターゲット３０の表面で励起されたプラズマ３００を、ワーク１００上に誘導するように磁場を形成する。また、スキャンコイル６０によって、ワーク１００の上方の磁場がスキャンされる。これにより、ワーク１００の主面に均一な膜が形成される。
【００１５】
効率的にプラズマ３００を励起するために、対向電極２０がターゲット３０の表面の周囲にあることが好ましい。例えば、プラズマ輸送路の周囲を囲む管形状に対向電極２０を構成する。図２に、円柱形状のターゲット３０に対して、ターゲット３０の端面の周囲を囲んでリング形状の対向電極２０を配置した例を示した。図２は、プラズマ３００が励起されるターゲット３０の表面を上方から見た図である。なお、図１に示した対向電極２０は、その厚みが、ターゲット３０に近い一方の端部から一定の距離まで一様であり、その後は他方の端部に向けて徐々に厚くなる形状である。
【００１６】
成膜装置１では、プラズマ３００を励起する際に、ターゲット３０の表面からドロップレットが飛散する。対向電極２０は、ターゲット３０との電気対向性を保つために、ターゲット３０の近傍に配置される。このため、対向電極２０の表面には、ターゲット３０から発生したドロップレットが付着する。成膜工程を繰り返すことにより、対向電極２０に付着したドロップレットの厚みが増大し、一定の厚みを超えると膜応力などによって対向電極２０からドロップレットが剥離する。
【００１７】
対向電極２０から剥離したドロップレットが対向電極２０とターゲット３０との間でチャンバー１０の内壁に付着すると、例えば図３に示すように、ドロップレット３１を介して対向電極２０とターゲット３０が短絡する。その結果、プラズマ３００が正常に励起されなくなる。例えば対向電極２０がＳＵＳからなり、ドロップレットがカーボンであるように、対向電極２０とドロップレットの材料が異なる場合に、対向電極２０からドロップレットが剥離しやすい。
【００１８】
これに対し、成膜装置１では、対向電極２０の表面に付着したドロップレットの剥離を抑制するために、対向電極２０の、少なくともチャンバー１０の内部に露出する表面を、ターゲット３０と同じ材料にする。つまり、対向電極２０のドロップレットと付着する部分とドロップレットとを同一材料にする。これにより、ドロップレットの膜応力に起因して対向電極２０からドロップレットが剥離することが抑制される。なお、対向電極２０の全体をターゲット３０と同じ材料にしてもよいことはもちろんである。
【００１９】
したがって、成膜装置１によれば、対向電極２０から剥離したドロップレットによって対向電極２０とターゲット３０とが短絡することが抑制される。例えば、ターゲット３０がカーボン材である場合には、対向電極２０をカーボン製にする。
【００２０】
更に、図４に示すように、対向電極２０のプラズマ輸送路に面する表面に、凹凸構造を形成しておくことが好ましい。即ち、対向電極２０の表面に溝を形成したり、ブラスト加工処理などによって対向電極２０の表面を粗面化したりするなどして、対向電極２０の表面に凹凸構造を形成する。これにより、対向電極２０の表面からのドロップレットの剥離を抑制する効果を向上させることができる。
【００２１】
例えば、図５（ａ）に示すように、矢印で示したプラズマ３００が輸送される方向（以下において、「プラズマ輸送方向」という。）と垂直に延伸するストライプ状の溝２１を、対向電極２０の表面に形成する。或いは、図５（ｂ）に示すように、プラズマ輸送方向と斜めに交差するストライプ状に溝２１を形成してもよい。また、例えば図５（ｃ）に示すような格子状に溝２１を形成してもよい。
【００２２】
なお、対向電極２０の表面の凹凸構造を構成する溝２１の間隔が広すぎると、ドロップレットの剥離を抑制する効果が低下する。本発明者らの検討によれば、図６に示す溝２１のピッチＰを２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば４ｍｍとすることが好ましい。溝２１の幅Ｗは、ピッチＰの半分程度である。また、溝２１の深さＤは１ｍｍ〜３ｍｍ、例えば２ｍｍとする。
【００２３】
また、図１に示すように、少なくとも１箇所の屈曲部を有するように、プラズマ輸送路を形成することが好ましい。即ち、誘導コイル５０によって屈曲部に沿った磁場を形成して、プラズマ輸送を行う。これは、ドロップレットや、チャンバー１０の内壁に付着したドロップレットなどが剥離して発生するパーティクルが、ワーク１００の成膜面に付着するのを抑制するためである。ドロップレットやパーティクルは基本的に荷電粒子ではなく、磁場の影響を受けないため、屈曲部に沿ったプラズマ輸送の段階で取り除かれる。つまり、屈曲部はフィルターとして機能する。これにより、ドロップレットやパーティクルがワーク１００に形成される膜に混入することが抑制される。
【００２４】
例えば、ターゲット３０がカーボン材である場合には、プラズマ室１２に沿って配置した誘導コイル５０によって形成される磁場により、正イオンであるカーボンイオンを含むプラズマ３００が、屈曲部に沿ってプラズマ室１２からワーク１００上に誘導される。誘導コイル５０は、例えば供給される電流によって励磁される電磁誘導コイルであり、それぞれの中心に屈曲部が配置された環状コイルである。図示を省略する励磁電流源により供給される電流の大きさに応じて、誘導コイル５０により形成される磁場の強さがそれぞれ制御される。誘導コイル５０に流れる電流を制御することによりプラズマ輸送の軌道を制御し、プラズマ３００がプラズマ室１２内を屈曲輸送される。
【００２５】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る成膜装置１では、対向電極２０の少なくともチャンバー１０の内部に露出する表面が、ターゲット３０と同じ材料である。これにより、対向電極２０からのドロップレットの剥離が抑制される。このため、ドロップレットを介した対向電極２０とターゲット３０との短絡を防止することができる。また、対向電極２０からのドロップレットの剥離を抑制するために、対向電極２０のプラズマ輸送路に面する表面に凹凸構造を形成しておくことが、更に好ましい。
【００２６】
成膜装置１によれば、対向電極２０の洗浄や交換の周期を長くすることができる。このため、成膜装置１による成膜工程を停止する期間が短くなり、生産効率を向上させることができる。
【００２７】
本発明者らの調査によれば、ターゲット３０がカーボン材であり、対向電極２０の材料がＳＵＳである比較例では、対向電極２０とターゲット３０との短絡を防ぐための対向電極２０の交換、洗浄の周期は１〜２週間である。これに比べて、対向電極２０の材料をカーボンにした成膜装置１では、対向電極２０の交換、洗浄の周期を２ヶ月以上にすることができた。
上記では、ターゲット３０がカーボン材である例を示したが、任意の材料物質からなるターゲット３０を用いることによって、金属膜などの種々の薄膜をワーク１００上に形成できることはもちろんである。
【００２８】
＜変形例＞
上記では、対向電極２０の厚みが、ターゲット３０から離れた部分で徐々に厚くなる例を示した。しかし、対向電極２０には種々の形状を採用可能である。例えば、図７に示すように、対向電極２０の厚みが一定であり、且つワーク側の端部で径が狭い、断面がＬ字形状であってもよい。また、対向電極２０が、径が一定の管形状であってもよい。
【００２９】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３０】
例えば、上記ではチャンバー１０の外側に誘導コイル５０が配置された例を示しが、誘導コイル５０をチャンバー１０内に格納し、誘導コイル５０の内側を通過させてプラズマ３００を輸送する構成においても、本発明を適用可能である。
【００３１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１…成膜装置
１０…チャンバー
２０…対向電極
３０…ターゲット
３１…ドロップレット
５１〜５４…誘導コイル
１００…ワーク
３００…プラズマ
【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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