JP3732074B2

JP3732074B2 - 成膜装置

Info

Publication number: JP3732074B2
Application number: JP2000210189A
Authority: JP
Inventors: 了治筑後; 俊之酒見; 逸史飯尾; 陽三好
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2020-07-11
Also published as: JP2002030422A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、プラズマビームを用いて基板上に透明導電膜等を形成するための成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマビームを用いる成膜装置として、例えば特開平９−１９４２３２号公報に開示のイオンプレーティング装置がある。このイオンプレーティング装置では、圧力勾配型のプラズマガンからのプラズマビームをハースに導き、ハースに設けた中空コーン状のガイド部材に通したインジウム及び錫の酸化物（ＩＴＯ）からなる材料タブレットの上端を昇華させつつこれを徐々に押し上げる。材料タブレット上端から出射した蒸発物質は、プラズマビーム中でイオン化され、イオン化した材料粒子がハースと対向して搬送される基板の表面に付着し、ここにＩＴＯ膜が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような成膜装置では、ハースとして、通常は導電性及び熱伝導率の高い銅を用いるが、銅は比較的低温でもインジウムと反応しやすい性質を有するため、材料タブレットがハースのガイド部材の内面に固着して材料タブレットを押し上げることが困難になる場合がある。
【０００４】
一方、ガイド部材が過度に冷却されると、材料タブレットの中央と周辺との間で温度差が生じることになり、材料タブレット中央部のみが深く掘れて安定な成膜が困難になる場合がある。
【０００５】
さらに、プラズマビームがガイド部材に対して偏って若しくは集中して入射する場合があり、このような場合、材料タブレットが偏心して窪む片掘れが生じ、安定な成膜に支障が生じる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、材料タブレットとガイド部材の固着を防止し、また材料タブレットが不均一に掘れることを防止して、安定した成膜を可能にする成膜装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の成膜装置は、プラズマビームを成膜室中に供給するプラズマ源と、成膜室中に配置されプラズマビームを導くハースと、ハースに材料蒸発源として膜材料を連続的に供給する材料供給装置とを備える成膜装置であって、ハースが、上部に膜材料を通す貫通孔を有する環状のガイド部材を備え、このガイド部材が、外側の本体層と、この本体層よりも膜材料に対して相対的に反応しにくい材料で形成された内側層とを有する。
【０００８】
この場合、ガイド部材が、外側の本体層と、この本体層よりも膜材料に対して相対的に反応しにくい材料で形成された内側層とを有するので、成膜中に膜材料がガイド部材の内側に付着することを防止しつつ、ガイド部材全体としての冷却能力や導電性等を維持することができる。
【０００９】
また、本発明の別の成膜装置は、プラズマビームを成膜室中に供給するプラズマ源と、成膜室中に配置されプラズマビームを導くハースと、ハースに材料蒸発源として膜材料を連続的に供給する材料供給装置とを備える成膜装置であって、ハースが、上部に膜材料を通す貫通孔を有する環状のガイド部材を備え、このガイド部材が、外側の本体層と、この本体層よりも相対的に熱伝導率の低い材料で形成された内側層とを有する。
【００１０】
この場合、内側層が本体層よりも相対的に熱伝導率の低い材料で形成されているので、膜材料からガイド部材への放熱を比較的緩やかなものとして膜材料の温度を比較的均一な温度に維持することができる。よって、例えば棒状の膜材料が比較的均等な深さで掘れるようになり、均一で安定しかつ迅速な成膜が可能になる。
【００１１】
上記装置の好ましい態様では、前記内側層が、前記本体層よりも相対的に耐熱温度の高い材料で形成されている。
【００１２】
この場合、前記内側層が前記本体層よりも相対的に耐熱温度の高い材料で形成されているので、膜材料の温度が比較的高くなっても、ガイド部材が破損したり、膜材料とガイド部材とが反応することを防止できる。
【００１３】
また、上記装置の好ましい態様では、本体層が銅からなり、内側層がステンレス鋼からなる。
【００１４】
この場合、膜材料がガイド部材の内側に付着することを効果的に防止することができ、膜材料中の温度分布の均一化が容易となる。また、内側層が磁性体であるステンレス鋼で形成されることになるので、ガイド部材の先端近傍で磁力線が膜材料を取り巻く磁性体に引き寄せられ、ガイド部材の先端の直上方でプラズマビームを比較的均一に広げることになる。この結果、膜材料の上面が比較的均一に加熱され、膜材料が均一に消費され、安定した成膜が可能になる。
【００１５】
また、本発明のさらに別の成膜装置は、プラズマビームを成膜室中に供給するプラズマ源と、成膜室中に配置されプラズマビームを導くハースと、ハースに材料蒸発源として膜材料を連続的に供給する材料供給装置とを備える成膜装置であって、ハースが、上部に膜材料を通す貫通孔を有する環状のガイド部材と、このガイド部材の上部外周に設けた磁性材料からなる磁性部材とを備える。
【００１６】
この場合、磁性材料からなる磁性部材をガイド部材の上部外周に設けているので、ガイド部材の先端近傍で磁力線がガイド部材を取り巻く磁性部材に引き寄せられ、ガイド部材の先端の直上方でプラズマビームを比較的均一に広げることになる。この結果、膜材料の上面が比較的均一に加熱され、膜材料の上部が均一に消耗し、安定した成膜が可能になる。
【００１７】
また、上記装置の好ましい態様では、ハースの周囲に環状に配置された磁石、又は磁石及びコイルからなりハースの近接した上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備え、プラズマ源は、アーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンである。
【００１８】
この場合、磁場制御部材によってハースに入射するプラズマビームをカスプ状磁場で修正してより均一な厚みの膜を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の成膜装置の全体構造を概略的に説明する図である。この成膜装置は、成膜室である真空容器１０と、真空容器１０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３０と、真空容器１０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５０と、成膜の対象である液晶ガラス板等の基板を保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材５０の上方で適宜移動させる搬送機構６０とを備える。
【００２０】
プラズマガン３０は、特開平９−１９４２３２号公報等に開示の圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分は、真空容器１０の側壁に設けられた筒状部１２に装着されている。この本体部分は、陰極３１によって一端が閉塞されたガラス管３２からなる。ガラス管３２内には、モリブデンＭｏで形成された円筒３３が陰極３１に固定されて同心に配置されており、この円筒３３内には、ＬａＢ₆で形成された円盤３４とタンタルＴａで形成されたパイプ３５とが内蔵されている。ガラス管３２の両端部のうち陰極３１とは反対側の端部と、真空容器１０に設けた筒状部１２の端部との間には、第１及び第２中間電極４１、４２が同心で直列に配置されている。一方の第１中間電極４１内には、プラズマビームＰＢを収束するための環状永久磁石４４が内蔵されている。第２中間電極４２内にも、プラズマビームＰＢを収束するための電磁石コイル４５が内蔵されている。なお、筒状部１２の周囲には、陰極３１側で発生して第１及び第２中間電極４１、４２まで引き出されたプラズマビームＰＢを真空容器１０内に導くステアリングコイル４７が設けられている。
【００２１】
プラズマガン３０の動作は、図示を省略するガン駆動装置によって制御されている。これにより、陰極３１への給電をオン・オフしたりこれへの供給電圧等を調整することができ、さらに第１及び第２中間電極４１、４２、電磁石コイル４５、及びステアリングコイル４７への給電を調整することができる。つまり、真空容器１０中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分布状態を制御することができるようになる。
【００２２】
なお、プラズマガン３０の最も内心側に配置されるパイプ３５は、プラズマビームＰＢのもととなるＡｒ等のキャリアガスをプラズマガン３０ひいては真空容器１０中に導入するためものであり、流量計９３及び流量調節弁９４を介してキャリアガス源９０に接続されている。
【００２３】
真空容器１０中の下部に配置された陽極部材５０は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であるハース５１と、その周囲に配置された環状の補助陽極５２とからなる。
【００２４】
前者のハース５１は、導電材料で形成されるとともに、接地された真空容器１０に図示を省略する絶縁物を介して支持されている。このハース５１は、適当な正電位に制御されており、プラズマガン３０から出射したプラズマビームＰＢを下方に吸引する。なお、ハース５１は、プラズマガン３０からのプラズマビームＰＢが入射する中央部に、材料蒸発源である棒状の材料ロッド５３が装填されている貫通孔５１ａを有している。この材料ロッド５３は、膜材料である酸化インジウムの粉末と酸化錫との粉末とを焼結して固めたものであり、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、基板上にＩＴＯ膜を形成するための材料蒸気を発生する。真空容器１０下部に設けた材料供給装置５８は、材料ロッド５３を次々にハース５１の貫通孔５１ａに装填するとともに、装填した材料ロッド５３を徐々に上昇させる構造となっており、材料ロッド５３の上端が蒸発して消耗しても、この上端をハース５１の凹部から常に一定量だけ突出させることができる。
【００２５】
後者の補助陽極５２は、ハース５１の周囲にこれと同心に配置された環状の容器により構成されている。この環状容器内には、フェライト等で形成された環状の永久磁石５５と、これと同心に積層されたコイル５６とが収納されている。これら永久磁石５５及びコイル５６は、磁場制御部材であり、ハース５１の直上方にカスプ状磁場を形成する。これにより、ハース５１に入射するプラズマビームＰＢの向き等を修正することができる。
【００２６】
補助陽極５２内のコイル５６は電磁石を構成し、図示を省略する陽極電源装置から給電されて、永久磁石５５により発生する中心側の磁界と同じ向きになるような付加的磁界を形成する。これにより、コイル５６に供給する電流を変化させることができ、ハース５１に入射するプラズマビームＰＢの向きの微調整が可能になる。
【００２７】
補助陽極５２の容器も、ハース５１と同様に導電性材料で形成される。この補助陽極５２は、ハース５１に対して図示を省略する絶縁物を介して取り付けられている。補助陽極５２に印加する電圧変化させることによってハース５１の上方の電界を補的に制御できる。すなわち、補助陽極５２の電位をハース５１と同じにすると、プラズマビームＰＢもこれに引き寄せられてハース５１へのプラズマビームＰＢの供給が減少する。一方、補助陽極５２の電位を真空容器１０と同じ程度に下げると、プラズマビームＰＢがハース５１に引き寄せられて材料ロッド５３が加熱される。
【００２８】
搬送機構６０は、搬送路６１内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨの端部を支持する複数のコロ６２と、これらのコロ６２を適当な速度で回転させて基板保持部材ＷＨを一定速度で移動させる駆動装置（図示を省略）とを備える。
【００２９】
酸素ガス供給装置７１は、真空容器１０に適当なタイミングで適当な量の酸素ガスを供給するためのものである。酸素ガスを収容する酸素ガス源７１ａからの供給ラインは、流量調節弁７１ｂ及び流量計７１ｃを介して真空容器１０に接続されている。キャリアガス供給装置７２は、真空容器１０に適当なタイミングで適当な量のキャリアガスを供給するためのものである。キャリアガス源９０から分岐されたキャリアガスは、キャリアガス供給装置７２の流量調節弁７２ｂ及び流量計７２ｃを介して真空容器１０に直接導入される。なお、排気装置７６は、排気ポンプ７６ｂにより、真空ゲート７６ａを介して真空容器１０内のガスを適宜排気する。
【００３０】
図２は、ハース５１のより詳細な構造を説明する側方断面図である。ハース５１は、冷却用のキャビティＣを備えるベース部材１５１と、ベース部材１５１上に固定されるコーン状のガイド部材２５１とを備える。ベース部材１５１とガイド部材２５１とは、それぞれに設けた開口１５１ａ、２５１ａの中心を一致させて固定されている。これにより、ハース５１の中心に材料ロッド５３を上方に繰り出すための円筒状の貫通孔５１ａが形成される。
【００３１】
ベース部材１５１は、銅製で、高い熱伝導度と導電性を有し、キャビティＣに供給される冷却水によって冷却される。
【００３２】
ガイド部材２５１は、外側の本体層２５１ｂと、開口２５１ａ側の内側層２５１ｃとからなる。前者の本体層２５１ｂは、銅製で、高い熱伝導度と導電性を有し、ベース部材１５１と電気的及び機械的に接続されて適当な電位及び温度に維持される。一方、内側層２５１ｃは、例えばＳＵＳ４３０等のステンレス鋼製で、高い耐熱性を有するが、銅製の本体層２５１ｂよりも熱伝導度や導電性の点で多少劣る。このため、プラズマビームＰＢによって材料ロッド５３が加熱されると、内側層２５１ｃがバリアとなって放熱をある程度制限するので、材料ロッド５３が比較的均一かつ高温に維持される。このように、材料ロッド５３が均一に加熱されると、材料ロッド５３が比較的均等に消費されることになり、材料ロッド５３の上面５３ａが比較的平坦なものとなるので、均一で安定した成膜が可能になる。しかも、材料ロッド５３を高温にすることで、成膜速度を増加させることができる。また、内側層２５１ｃがステンレス鋼で形成されているので、材料ロッド５３が加熱されても内側層２５１ｃに付着しにくい。さらに、内側層２５１ｃがステンレス鋼で形成されているので、ガイド部材２５１の先端近傍で磁力線が内側層２５１ｃに引き寄せられ、ガイド部材２５１の先端の直上方で磁束密度が減少してプラズマビームＰＢが広げられる。この結果、材料ロッド５３の上面５３ａが比較的均一に加熱され、安定した成膜が可能になる。
【００３３】
図３は、ガイド部材２５１の先端近傍における磁力線の分布を概念的に説明する図である。図からも明らかなように、上方からガイド部材２５１に入射する磁力線は、磁性体である内側層２５１ｃに収束するので、ガイド部材２５１上方の磁束密度が均一に低下する。つまり、ガイド部材２５１上方でプラズマビームＰＢが広げられ、材料ロッド５３上部が成膜に伴って偏って窪む片掘れを防止することができる。
【００３４】
以下、図１に示す成膜装置の動作について説明する。この成膜装置による成膜時には、プラズマガン３０の陰極３１と真空容器１０内のハース５１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。このプラズマビームＰＢは、ステアリングコイル４７と補助陽極５２内の永久磁石５５等とにより決定される磁界に案内されてハース５１に到達する。ハース５１の材料ロッド５３は、プラズマビームＰＢからの電流により加熱され、材料ロッド５３の先端が昇華してここから膜材料の蒸気が安定して出射する。この蒸気は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、例えば負電圧が印加された基板の表面に付着して被膜を形成する。
【００３５】
上記成膜装置では、材料ロッド５３を案内するガイド部材２５１の内側にステンレス鋼製の内側層２５１ｃを設けているので、成膜に際してプラズマビームＰＢによって材料ロッド５３が加熱されると、内側層２５１ｃが放熱をある程度制限する。この結果、材料ロッド５３が比較的均一かつ高温に維持されて、比較的均等に消費され、材料ロッド５３の上面５３ａが比較的平坦なものとなって均一で安定した成膜が可能になる。この際、ステンレス製の内側層２５１ｃには、材料ロッド５３が付着しにくいので、材料ロッド５３の円滑な供給が可能になる。さらに、ガイド部材２５１の先端近傍で磁力線がステンレス鋼製の内側層２５１ｃに引き寄せられ、ガイド部材２５１の先端の直上方でプラズマビームＰＢを広げるので、材料ロッド５３の上面５３ａが比較的均一に加熱され、さらに安定した成膜が可能になる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係る成膜装置の要部を説明する図である。なお、第２実施形態の成膜装置は、第１実施形態の成膜装置の変形例であり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３７】
この場合、ハース５１は、ベース部材１５１上に固定されるガイド部材５５１の上部外周に、磁性材料からなる環状の磁性部材６５１を備える。前者のガイド部材５５１は、銅製で、ベース部材１５１と電気的及び機械的に接続されて適当な電位及び温度に維持される。後者の磁性部材６５１は、ステンレス鋼製で、ガイド部材５５１の先端近傍の磁力線を引き寄せるので、ガイド部材２５１の先端の直上方で磁束密度が減少してプラズマビームＰＢが広げられる。この結果、材料ロッド５３の上面５３ａが比較的均一に加熱され、安定した成膜が可能になる。
【００３８】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、他の膜材料として、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ等の酸化物を用いて成膜を行う場合にも、ガイド部材２５１の内側にステンレス鋼製の内側層２５１ｃを設けることによって、材料ロッド５３の付着を防止しつつ材料ロッド５３の上面５３ａを平坦なものとすることができ、均一で安定した成膜が可能になる。
【００３９】
また、内側層２５１ｃの厚さや磁性部材６５１の形状や配置も、適宜設定を変更することができる。
【００４０】
また、内側層２５１ｃの材料は、必ずしもＳＵＳ４３０等の磁性体に限るものではなく、他の磁性を有しない材料（例えばＳＵＳ３０４）とすることができる。さらに、磁性部材６５１の材料も、ステンレス鋼に限るものではなく、鉄等の他の材料とすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の成膜装置によれば、ガイド部材が外側の本体層とこの本体層よりも膜材料に対して相対的に反応しにくい材料で形成された内側層とを有するので、成膜中に膜材料がガイド部材の内側に付着することを防止しつつ、ガイド部材全体としての冷却能力や導電性等を維持することができる。
【００４２】
また、本発明の別の成膜装置によれば、内側層が本体層よりも相対的に熱伝導率の低い材料で形成されているので、膜材料からガイド部材への放熱を比較的緩やかなものとして膜材料の温度を比較的均一な温度に維持することができる。よって、例えば棒状の膜材料が比較的均等な深さで掘れるようになり、均一で安定しかつ迅速な成膜が可能になる。
【００４３】
また、本発明のさらに別の成膜装置によれば、磁性材料からなる磁性部材をガイド部材の上部外周に設けているので、ガイド部材の先端近傍で磁力線がガイド部材を取り巻く磁性部材に引き寄せられ、ガイド部材の先端の直上方でプラズマビームを比較的均一に広げることになる。この結果、膜材料の上面が比較的均一に加熱され、膜材料の上部が均一に消耗し、安定した成膜が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の成膜装置の全体構造を説明する図である。
【図２】図１の成膜装置に組み込まれるハースの構造を説明する側方断面図である。
【図３】ガイド部材の先端近傍における磁力線の分布を概念的に説明する図である。
【図４】第２実施形態の成膜装置に組み込まれるハースの構造を説明する側方断面図である。
【符号の説明】
１０真空容器
３０プラズマガン
３１陰極
４７ステアリングコイル
５０陽極部材
５１ハース
５２補助陽極
５３材料ロッド
５５永久磁石
５６コイル
６０搬送機構
６２コロ
９０キャリアガス源
２５１ガイド部材
２５１ｂ本体層
２５１ｃ内側層
６５１磁性部材
ＷＨ基板保持部材

Claims

プラズマビームを成膜室中に供給するプラズマ源と、前記成膜室中に配置され前記プラズマビームを導くハースと、前記ハースに材料蒸発源として膜材料を連続的に供給する材料供給装置とを備える成膜装置であって、
前記ハースは、冷却用のキャビティを備えるベース部材と、当該ベース部材上に固定されるとともに前記膜材料を通す開口を有する環状のガイド部材とを備え、当該ガイド部材は、外側の本体層と、当該本体層よりも前記膜材料に対して相対的に反応しにくい材料で形成された内側層とを有することを特徴とする成膜装置。
プラズマビームを成膜室中に供給するプラズマ源と、前記成膜室中に配置され前記プラズマビームを導くハースと、前記ハースに材料蒸発源として膜材料を連続的に供給する材料供給装置とを備える成膜装置であって、
前記ハースは、冷却用のキャビティを備えるベース部材と、当該ベース部材上に固定されるとともに前記膜材料を通す開口を有する環状のガイド部材とを備え、当該ガイド部材は、外側の本体層と、当該本体層よりも相対的に熱伝導率の低い材料で形成された内側層とを有することを特徴とする成膜装置。
前記内側層は、前記本体層よりも相対的に耐熱温度の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
前記本体層は銅からなり、前記内側層はステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の成膜装置。
前記内側層は、前記ベース部材と前記ガイド部材とを貫通する貫通孔のうち前記ガイド部材側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の成膜装置。
プラズマビームを成膜室中に供給するプラズマ源と、前記成膜室中に配置され前記プラズマビームを導くハースと、前記ハースに材料蒸発源として膜材料を連続的に供給する材料供給装置とを備える成膜装置であって、
前記ハースは、上部に前記膜材料を通す貫通孔を有する環状のガイド部材と、当該ガイド部材の上部外周に設けた磁性材料からなる磁性部材とを備えることを特徴とする成膜装置。