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JP7833859B2 - Thin film deposition apparatus and thin film deposition method - Google Patents
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JP7833859B2 - Thin film deposition apparatus and thin film deposition method - Google Patents

Thin film deposition apparatus and thin film deposition method

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JP7833859B2 JP2021060618A JP2021060618A JP7833859B2 JP 7833859 B2 JP7833859 B2 JP 7833859B2 JP 2021060618 A JP2021060618 A JP 2021060618A JP 2021060618 A JP2021060618 A JP 2021060618A JP 7833859 B2 JP7833859 B2 JP 7833859B2
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Description

本発明は、成膜装置に関する。 This invention relates to a film deposition apparatus.

対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この成膜装置は、プラズマガンを用いてチャンバー内でプラズマを生成し、チャンバー内で成膜材料を蒸発させている。基板に成膜材料が付着することにより、当該基板上に膜が形成される。 A film deposition apparatus for forming a film by adhering particles of a film-forming material to an object is known, as described in Patent Document 1. This apparatus generates plasma in a chamber using a plasma gun, and evaporates the film-forming material within the chamber. The film-forming material adheres to the substrate, forming a film on the substrate.

特開2016-141856号公報Japanese Patent Publication No. 2016-141856

ここで、上述の成膜装置は、膜を構成する元素を含むガスとして、酸素のガスをチャンバ内に供給するガス供給部を有している。上述の成膜装置において、ガス供給部は、ガスをチャンバ内のうち、基板を搬送する搬送部付近へ供給している。このような成膜装置において、膜質を更に向上させる事が求められていた。 Here, the aforementioned film deposition apparatus has a gas supply unit that supplies oxygen gas, which contains the elements that make up the film, into the chamber. In the aforementioned film deposition apparatus, the gas supply unit supplies the gas to the area near the transport unit that transports the substrate within the chamber. In such a film deposition apparatus, there was a need to further improve the film quality.

そこで本発明は、膜質を向上できる成膜装置を提供することを課題とする。 Therefore, the object of this invention is to provide a film deposition apparatus capable of improving film quality.

本発明に係る成膜装置は、対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置であって、プラズマを生成するプラズマ生成部と、成膜材料を保持可能であると共にプラズマを成膜材料に導く電極と、膜を構成する元素を含むガスを、電極側から、電極へ導かれるプラズマへ向かって供給するガス供給部と、を備える。 The film deposition apparatus according to the present invention is a film deposition apparatus for depositing particles of a film deposition material onto an object to form a film, and comprises a plasma generation unit that generates plasma, an electrode capable of holding the film deposition material and guiding the plasma to the film deposition material, and a gas supply unit that supplies a gas containing elements constituting the film from the electrode side toward the plasma guided to the electrode.

例えば、ガス供給部が、膜を構成する元素を含むガスをチャンバ内に均一になるように供給した場合、チャンバ全体にガスが拡散し、プラズマと反応して乖離・イオン化が行われるものの、元素の活性度が不十分、または効率的でない場合がある。この場合、対象物の膜において、元素の欠陥が生じる場合がある。これに対し、本発明に係る成膜装置において、ガス供給部は、膜を構成する元素を含むガスを、電極側から、電極へ導かれるプラズマへ向かって供給する。この場合、ガス供給部は、プラズマ密度が高い領域に対して、ガスを供給することができる。当該領域に供給されたガスは、活性度が向上するため、対象物における膜の元素の欠陥を抑制することができる。以上より、膜質を向上することができる。 For example, if the gas supply unit uniformly supplies a gas containing the elements constituting the film into the chamber, the gas diffuses throughout the chamber and reacts with the plasma to undergo dissociation and ionization. However, the elemental activity may be insufficient or inefficient. In this case, elemental defects may occur in the film of the target object. In contrast, in the film deposition apparatus according to the present invention, the gas supply unit supplies a gas containing the elements constituting the film from the electrode side toward the plasma leading to the electrode. In this case, the gas supply unit can supply gas to regions with high plasma density. Since the activity of the gas supplied to these regions is improved, elemental defects in the film of the target object can be suppressed. As a result, the film quality can be improved.

ガス供給部は、プラズマを受ける電極側の位置において、当該電極に受けられるプラズマの進行方向に対する反対側から、ガスを供給してよい。この場合、ガス供給部は、プラズマ密度が高い領域にガスを供給し易くなる。 The gas supply unit may supply gas from the opposite side of the direction of plasma propagation to the electrode receiving the plasma, at the electrode's position. In this case, the gas supply unit can more easily supply gas to regions with high plasma density.

電極は、ガスを通過させる流路を有し、当該流路の流出口からガスを供給可能であってよい。この場合、電極の位置からガスを供給することができるため、電極付近のプラズマ密度が高い領域にガスを供給することが可能となる。 The electrode may have a channel for passing gas through, and the gas may be supplied from the outlet of the channel. In this case, since the gas can be supplied from the electrode's position, it becomes possible to supply gas to the region with high plasma density near the electrode.

ガス供給部は、電極の直径の1.5倍以下の距離だけ、径方向において電極より離れた位置からガスを供給してよい。これにより、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。 The gas supply unit may supply gas from a position radially away from the electrode, at a distance of no more than 1.5 times the electrode's diameter. This allows the gas supply unit to supply gas from a position close to the electrode, enabling gas to be supplied to regions with high plasma density.

ガス供給部は、70mm以下の距離だけ、径方向において電極より離れた位置から前記ガスを供給する、請求項1~4の何れか一項に記載の成膜装置。これにより、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。 The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas supply unit supplies the gas from a position radially away from the electrode by a distance of 70 mm or less. This allows the gas supply unit to supply gas from a position close to the electrode, thereby enabling the supply of gas to regions with high plasma density.

電極には、当該電極の周りを覆う筒部材が設けられ、ガス供給部は、電極と筒部材との間からガスを供給してよい。この場合、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。また、筒部材を用いて、ガスの流路を容易に形成することができる。 The electrode is provided with a cylindrical member surrounding it, and the gas supply unit may supply gas from between the electrode and the cylindrical member. In this case, since the gas supply unit can supply gas from a position close to the electrode, it can supply gas to regions with high plasma density. Furthermore, the cylindrical member allows for the easy formation of a gas flow path.

プラズマ生成部は、圧力勾配型のプラズマガンであってよい。この場合、電極の付近でプラズマ密度が高い領域を作ることができる。 The plasma generation unit may be a pressure gradient type plasma gun. In this case, a region with high plasma density can be created near the electrodes.

電極を取り囲む補助電極を更に備え、ガス供給部は、補助電極の内周側からガスを供給してよい。補助電極の内部側は、電極に近い位置である。従って、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを供給することができる。 The system may further include auxiliary electrodes surrounding the main electrode, and the gas supply unit may supply gas from the inner circumference of the auxiliary electrode. The inner side of the auxiliary electrode is close to the main electrode. Therefore, since the gas supply unit can supply gas from a position close to the main electrode, it can supply gas to regions with high plasma density.

ガス供給部は、第1の供給部と、第1の供給部より電極に近い位置でガスを供給する第2の供給部と、を備え、前記第2の供給部のガス供給量は第1の供給部のガス供給量よりも多い。このように、プラズマ密度の高い箇所に多くのガスを供給することできる。 The gas supply unit comprises a first supply unit and a second supply unit that supplies gas at a position closer to the electrode than the first supply unit. The gas supply rate of the second supply unit is greater than that of the first supply unit. In this way, a large amount of gas can be supplied to areas with high plasma density.

本発明によれば、膜質を向上できる成膜装置を提供する。 According to the present invention, a film deposition apparatus capable of improving film quality is provided.

本発明の実施形態に係る成膜装置の構成を示す概略断面図である。This is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. 主ハースの拡大断面、及びそれに対する反応性ガスの流路の概要を示す概略図である。This is a schematic diagram showing an enlarged cross-section of the main hearth and an overview of the reactive gas flow path thereto. 輪ハースを有する場合のガス供給部の構成を示す概略図である。This is a schematic diagram showing the configuration of the gas supply unit when a ring hearth is included. 主ハースに流路が形成された様子を示す図である。This diagram shows how a flow path is formed in the main hearth. 主ハースを覆う筒部材を示す図である。This diagram shows the cylindrical member that covers the main hearth. パイプを用いて主ハースと隣接する位置にガスを供給する様子を示す概略図である。This is a schematic diagram showing how gas is supplied to a location adjacent to the main hearth using pipes. 実験例及び比較例の実験例を示す図である。This figure shows experimental examples of both experimental and comparative examples. 変形例に係る成膜装置の概略断面図である。This is a schematic cross-sectional view of a modified film deposition apparatus.

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成膜装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The following describes a film deposition apparatus according to one embodiment of the present invention, with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, identical elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.

まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る成膜装置の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る成膜装置1の構成を示す概略断面図である。成膜装置1は、対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する装置である。図1に示すように、本実施形態の成膜装置1は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図1には、XYZ座標系を示す。Y軸方向は、後述する基板が搬送される方向である。Z軸方向は、基板と後述するハース機構とが対向する位置である。X軸方向は、Y軸方向とZ軸方向とに直交する方向である。 First, with reference to Figure 1, the configuration of the film deposition apparatus according to the present invention will be described. Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the film deposition apparatus 1 according to this embodiment. The film deposition apparatus 1 is an apparatus that forms a film by attaching particles of film deposition material to an object. As shown in Figure 1, the film deposition apparatus 1 of this embodiment is an ion plating apparatus used in the so-called ion plating method. For the sake of explanation, Figure 1 shows an XYZ coordinate system. The Y-axis direction is the direction in which the substrate, which will be described later, is transported. The Z-axis direction is the position where the substrate and the hearth mechanism, which will be described later, face each other. The X-axis direction is the direction perpendicular to the Y-axis direction and the Z-axis direction.

成膜装置1は、基板11の板厚方向が略鉛直方向となるように基板11が真空チャンバ10内に配置されて搬送されるいわゆる横型の成膜装置である。この場合には、X軸及びY軸方向は水平方向であり、Z軸方向は鉛直方向且つ板厚方向となる。なお、成膜装置1は、基板11の板厚方向が水平方向(図1及び図2ではZ軸方向)となるように、基板11を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、基板11が真空チャンバ10内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の成膜装置であってもよい。この場合には、Z軸方向は水平方向且つ基板11の板厚方向であり、Y軸方向は水平方向であり、X軸方向は鉛直方向となる。 The film deposition apparatus 1 is a so-called horizontal type, in which the substrate 11 is placed and transported within the vacuum chamber 10 so that the thickness direction of the substrate 11 is approximately vertical. In this case, the X and Y axis directions are horizontal, and the Z axis direction is vertical and in the thickness direction. Alternatively, the film deposition apparatus 1 may be a so-called vertical type, in which the substrate 11 is placed and transported within the vacuum chamber 10 in an upright or inclined position so that the thickness direction of the substrate 11 is horizontal (Z axis direction in Figures 1 and 2). In this case, the Z axis direction is horizontal and in the thickness direction of the substrate 11, the Y axis direction is horizontal, and the X axis direction is vertical.

成膜装置1は、成膜材料Maの粒子Mbを基板11へ供給することで基板11の表面に膜を形成する。成膜装置1は、真空チャンバ10(チャンバ)、搬送機構3、成膜機構14、不活性ガス供給部30、反応性ガス供給部40(ガス供給部)、及び電流供給部80を備えている。 The film deposition apparatus 1 forms a film on the surface of the substrate 11 by supplying particles Mb of the film deposition material Ma to the substrate 11. The film deposition apparatus 1 comprises a vacuum chamber 10 (chamber), a transport mechanism 3, a film deposition mechanism 14, an inert gas supply unit 30, a reactive gas supply unit 40 (gas supply unit), and a current supply unit 80.

真空チャンバ10は、基板11を収納し成膜処理を行うための部材である。真空チャンバ10は、成膜材料Maの膜が形成される基板11を搬送するための搬送室10aと、成膜材料Maを拡散させる成膜室10bと、プラズマガン7からビーム状に照射されるプラズマPを真空チャンバ10に受け入れるプラズマ口10cとを有している。搬送室10a、成膜室10b、及びプラズマ口10cは互いに連通している。搬送室10aは、所定の搬送方向(図中の矢印A)にY軸に沿って設定されている。搬送室10aは、Z軸方向に対向する長尺の壁部10d,10eと、X軸方向に対向する壁部を有する。また、真空チャンバ10は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。 The vacuum chamber 10 is a component for housing the substrate 11 and performing film deposition. The vacuum chamber 10 includes a transport chamber 10a for transporting the substrate 11 on which the film deposition material Ma is formed, a deposition chamber 10b for diffusing the film deposition material Ma, and a plasma port 10c for receiving the plasma P irradiated in a beam shape from the plasma gun 7 into the vacuum chamber 10. The transport chamber 10a, deposition chamber 10b, and plasma port 10c are interconnected. The transport chamber 10a is set along the Y-axis in a predetermined transport direction (arrow A in the figure). The transport chamber 10a has elongated walls 10d and 10e facing each other in the Z-axis direction and a wall facing each other in the X-axis direction. The vacuum chamber 10 is made of a conductive material and is connected to ground potential.

成膜室10bは、壁部10Wとして、搬送方向(矢印A)に沿った一対の側壁と、搬送方向(矢印A)と交差する方向(Z軸方向)に沿った一対の側壁10h,10iと、X軸方向の沿って配置された底面壁10jと、を有する。 The film deposition chamber 10b has a wall section 10W comprising a pair of side walls aligned with the transport direction (arrow A), a pair of side walls 10h and 10i aligned with the direction intersecting the transport direction (arrow A) (Z-axis direction), and a bottom wall 10j positioned along the X-axis direction.

搬送機構3は、成膜材料Maと対向した状態で基板11を保持する基板保持部材16を搬送方向(矢印A)に搬送する。例えば基板保持部材16は、基板11の外周縁を保持する枠体である。搬送機構3は、搬送室10a内に設置された複数の搬送ローラ15によって構成されている。搬送ローラ15は、搬送方向(矢印A)に沿って等間隔に配置され、基板保持部材16を支持しつつ搬送方向(矢印A)に搬送する。なお、基板11は、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が用いられる。 The transport mechanism 3 transports the substrate holding member 16, which holds the substrate 11 facing the film-forming material Ma, in the transport direction (arrow A). For example, the substrate holding member 16 is a frame that holds the outer edge of the substrate 11. The transport mechanism 3 is composed of a plurality of transport rollers 15 installed in the transport chamber 10a. The transport rollers 15 are arranged at equal intervals along the transport direction (arrow A) and transport the substrate holding member 16 in the transport direction (arrow A) while supporting it. The substrate 11 is, for example, a plate-shaped material such as a glass substrate or a plastic substrate.

続いて、成膜機構14の構成について詳細に説明する。成膜機構14は、イオンプレーティング法により成膜材料Maの粒子を基板11に付着させる。成膜機構14は、プラズマ生成部18と、ステアリングコイル5と、ハース機構2と、輪ハース6とを有している。 Next, the configuration of the film deposition mechanism 14 will be described in detail. The film deposition mechanism 14 deposits particles of the film deposition material Ma onto the substrate 11 using an ion plating method. The film deposition mechanism 14 includes a plasma generation unit 18, a steering coil 5, a hearth mechanism 2, and a ring hearth 6.

プラズマ生成部18は、真空チャンバ10内でプラズマを生成する。プラズマ生成部18は、例えば圧力勾配型のプラズマガン7を有する。プラズマガン7は、その本体部分が成膜室10bの側壁に設けられたプラズマ口10cを介して成膜室10bに接続されている。プラズマガン7は、真空チャンバ10内でプラズマPを生成する。プラズマガン7において生成されたプラズマPは、プラズマ口10cから成膜室10b内へビーム状に出射される。これにより、成膜室10b内にプラズマPが生成される。 The plasma generation unit 18 generates plasma within the vacuum chamber 10. The plasma generation unit 18 includes, for example, a pressure gradient type plasma gun 7. The plasma gun 7 is connected to the deposition chamber 10b via a plasma port 10c located on the side wall of the deposition chamber 10b. The plasma gun 7 generates plasma P within the vacuum chamber 10. The plasma P generated in the plasma gun 7 is emitted in a beam-like manner from the plasma port 10c into the deposition chamber 10b. This generates plasma P within the deposition chamber 10b.

プラズマガン7は、陰極60により一端が閉塞されている。陰極60とプラズマ口10cとの間には、第1の中間電極(グリッド)61と、第2の中間電極(グリッド)62とが同心的に配置されている。第1の中間電極61内にはプラズマPを収束するための環状永久磁石61aが内蔵されている。第2の中間電極62内にもプラズマPを収束するため電磁石コイル62aが内蔵されている。 The plasma gun 7 has one end closed by a cathode 60. Between the cathode 60 and the plasma port 10c, a first intermediate electrode (grid) 61 and a second intermediate electrode (grid) 62 are concentrically arranged. The first intermediate electrode 61 contains a ring-shaped permanent magnet 61a for focusing the plasma P. The second intermediate electrode 62 also contains an electromagnet coil 62a for focusing the plasma P.

ステアリングコイル5は、プラズマガンが装着されたプラズマ口10cの周囲に設けられている。ステアリングコイル5は、プラズマPを成膜室10b内に導く。ステアリングコイル5は、ステアリングコイル用の電源(不図示)により励磁される。 The steering coil 5 is positioned around the plasma port 10c, where the plasma gun is mounted. The steering coil 5 guides the plasma P into the deposition chamber 10b. The steering coil 5 is energized by a power supply (not shown) for the steering coil.

ハース機構2は、成膜材料Maを保持する。ハース機構2は、真空チャンバ10の成膜室10b内に設けられ、搬送機構3から見てZ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構2は、プラズマガン7から出射されたプラズマPを成膜材料Maに導く主陽極又はプラズマガン7から出射されたプラズマPが導かれる主陽極である主ハース17(電極)を有している。 The hearth mechanism 2 holds the film deposition material Ma. The hearth mechanism 2 is located within the film deposition chamber 10b of the vacuum chamber 10 and is positioned in the negative direction of the Z-axis when viewed from the transport mechanism 3. The hearth mechanism 2 has a main hearth 17 (electrode) which is either a main anode that guides the plasma P emitted from the plasma gun 7 to the film deposition material Ma, or a main anode to which the plasma P emitted from the plasma gun 7 is guided.

主ハース17は、成膜材料Maが充填されたZ軸方向の正方向に延びた筒状の部材である。主ハース17は、真空チャンバ10が有する接地電位に対して正電位に保たれているため、主ハース17は放電における陽極となりプラズマPを吸引する。このプラズマPが入射する主ハース17には、成膜材料Maを充填するための貫通孔17aが形成されている。そして、成膜材料Maの先端部分が、この貫通孔17aの一端部において成膜室10bに露出している。このように、主ハース17は、成膜材料Maが充填されることによって、当該成膜材料Maを保持することができる。また、貫通孔17aの一端部は、成膜材料Maを昇華させるために成膜材料Maを保持するための保持位置となる。 The main hearth 17 is a cylindrical member extending in the positive Z-axis direction and filled with the film-forming material Ma. Since the main hearth 17 is maintained at a positive potential relative to the ground potential of the vacuum chamber 10, it acts as the anode in the discharge, attracting the plasma P. A through-hole 17a is formed in the main hearth 17 into which the plasma P is incident, for filling it with the film-forming material Ma. The leading edge of the film-forming material Ma is exposed to the film-forming chamber 10b at one end of this through-hole 17a. In this way, the main hearth 17 can hold the film-forming material Ma by being filled with it. Furthermore, one end of the through-hole 17a serves as a holding position for the film-forming material Ma to be sublimated.

成膜材料Maは、特に限定されることなく、所望の膜に応じて適宜選択可能であるが、例えば、酸化物半導体のIn2O3系の材料(SnドープしたITO(酸化インジウムスズ)、WドープしたIWO(タングステンドープ酸化インジウム))や、ZnOなどの導電材料や、金属材料や、SiONなどの絶縁封止材料が例示される。なお、成膜材料Maとして、他にGa2O3、GaN、Al、AlN、SiC等が採用されるが、特に限定されるものではない。成膜材料Maが絶縁性物質からなる場合、主ハース17にプラズマPのビームが照射されると、プラズマPのビームからの電流によって主ハース17が加熱され、成膜材料Maの先端部分が蒸発し、プラズマPのビームによりイオン化された粒子Mbが成膜室10b内に拡散する。また、成膜材料Maが導電性物質からなる場合、主ハース17にプラズマPのビームが照射されると、プラズマPのビームが成膜材料Maに直接入射し、成膜材料Maの先端部分が加熱されて蒸発し、プラズマPのビームによりイオン化された粒子Mbが成膜室10b内に拡散する。成膜室10b内に拡散した粒子Mbは、成膜室10bのZ軸正方向へ移動し、搬送室10a内において基板11の表面に付着する。なお、成膜材料Maは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Maがハース機構2に充填される。そして、最先端側の成膜材料Maの先端部分が主ハース17の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Maの消費に応じて、成膜材料Maがハース機構2のZ負方向側から順次押し出される。 The film deposition material Ma is not particularly limited and can be appropriately selected according to the desired film. Examples include oxide semiconductor In2O3-based materials (Sn-doped ITO (indium tin oxide), W-doped IWO (tungsten-doped indium oxide)), conductive materials such as ZnO, metallic materials, and insulating encapsulating materials such as SiON. Other materials such as Ga2O3, GaN, Al, AlN, and SiC can also be used as the film deposition material Ma, but are not particularly limited. When the film deposition material Ma is an insulating material, when the plasma P beam is irradiated onto the main hearth 17, the main hearth 17 is heated by the current from the plasma P beam, the leading edge of the film deposition material Ma evaporates, and ionized particles Mb diffuse into the film deposition chamber 10b. Furthermore, when the film deposition material Ma is made of a conductive material, when the plasma P beam is irradiated onto the main hearth 17, the plasma P beam directly enters the film deposition material Ma, heating and evaporating the leading edge of the film deposition material Ma, and ionized particles Mb diffuse into the deposition chamber 10b. The particles Mb diffused in the deposition chamber 10b move in the positive Z-axis direction of the deposition chamber 10b and adhere to the surface of the substrate 11 within the transport chamber 10a. The film deposition material Ma is a solid object molded into a cylindrical shape of a predetermined length, and multiple pieces of film deposition material Ma are filled into the hearth mechanism 2 at once. Then, in accordance with the consumption of film deposition material Ma, the film deposition material Ma is sequentially pushed out from the negative Z-direction side of the hearth mechanism 2 so that the leading edge of the film deposition material Ma maintains a predetermined positional relationship with the upper end of the main hearth 17.

輪ハース6(補助電極)は、プラズマPを誘導するための電磁石を有する補助陽極である。輪ハース6は、主ハース17を囲むように設けられる。輪ハース6は、成膜材料Maを保持する主ハース17の周囲に配置されている。輪ハース6は、環状のコイル9と環状の永久磁石部20と環状の容器12とを有し、コイル9及び永久磁石部20は容器12に収容されている。本実施形態では、搬送機構3から見てZ負方向にコイル9、永久磁石部20の順に設置されているが、Z負方向に永久磁石部20、コイル9の順に設置されていてもよい。輪ハース6は、コイル9に流れる電流の大きさに応じて、成膜材料Maに入射するプラズマPの向き、または、主ハース17に入射するプラズマPの向きを制御する。なお、主ハース17及び輪ハース6の電位は図示されない制御部からの制御信号に基づいて制御される。 The ring hearth 6 (auxiliary electrode) is an auxiliary anode having an electromagnet for inducing plasma P. The ring hearth 6 is provided so as to surround the main hearth 17. The ring hearth 6 is positioned around the main hearth 17 that holds the film-forming material Ma. The ring hearth 6 has an annular coil 9, an annular permanent magnet section 20, and an annular container 12, with the coil 9 and permanent magnet section 20 housed in the container 12. In this embodiment, the coil 9 and permanent magnet section 20 are arranged in the negative Z direction as viewed from the transport mechanism 3, but they may also be arranged in the negative Z direction, with the permanent magnet section 20 and coil 9. The ring hearth 6 controls the direction of the plasma P incident on the film-forming material Ma, or the direction of the plasma P incident on the main hearth 17, according to the magnitude of the current flowing through the coil 9. The potentials of the main hearth 17 and the ring hearth 6 are controlled based on control signals from a control unit (not shown).

本実施形態では、プラズマガン7は、側壁10hからY軸方向の正側へ向けてプラズマPを出射する。一方、主ハース17は底面壁10j側において、先端がZ軸方向の正側を向くように設けられている。プラズマガン7と主ハース17との間では、プラズマガン7を陰極とし、主ハース17(及び成膜材料Ma)を陽極としてプラズマ放電が行われる。プラズマPはプラズマガン7からY軸方向の正側へ進行してから、Z軸方向の負側へ曲がり、Z軸方向の負側へ進行して主ハース17に導かれる。これにより、成膜室10bには、主ハース17と搬送機構3との間にプラズマ放電が行われるプラズマ放電領域が形成される。 In this embodiment, the plasma gun 7 emits plasma P from the side wall 10h toward the positive side in the Y-axis direction. Meanwhile, the main hearth 17 is positioned on the bottom wall 10j side, with its tip facing toward the positive side in the Z-axis direction. Between the plasma gun 7 and the main hearth 17, a plasma discharge occurs with the plasma gun 7 as the cathode and the main hearth 17 (and the deposition material Ma) as the anode. The plasma P travels from the plasma gun 7 toward the positive side in the Y-axis direction, then curves toward the negative side in the Z-axis direction, and continues toward the main hearth 17. As a result, a plasma discharge region is formed in the deposition chamber 10b between the main hearth 17 and the transport mechanism 3, where the plasma discharge occurs.

主ハース17及び輪ハース6は、隔壁25上に配置されている。隔壁25は、プラズマPによる反応が行われる空間と、不活性ガスを流通させる空間とを仕切る壁部である。隔壁25は、底面壁10jから上側へ離間した位置に設けられる。隔壁25は、側壁10h,10iとの間に隙間を形成するように配置される。 The main hearth 17 and the ring hearth 6 are arranged on a partition wall 25. The partition wall 25 is a wall that separates the space where the plasma P reaction takes place from the space through which the inert gas flows. The partition wall 25 is positioned at an upper distance from the bottom wall 10j. The partition wall 25 is positioned to form a gap between itself and the side walls 10h and 10i.

不活性ガス供給部30は、真空チャンバ10内に不活性ガスを供給する。不活性ガスに含まれる物質として、例えば、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスが採用される。反応性ガス供給部40は、真空チャンバ10内に反応性ガスを供給する。反応性ガスは、プラズマと反応するガスであり、膜を構成する元素を含むガスである。ITOやIWOなどの膜を成膜する場合、反応性ガスとして酸素のガスが採用される。ガス供給部30,40は、図示されない制御部からの制御信号に基づいた流量の不活性ガス及び酸素ガスを供給する。制御部は、良好な膜質を得るために、反応性ガスの流量比を制御することができる。反応性ガスの流量比とは、不活性ガス及び反応性ガス全体の流量に対する反応性ガスの比率である。 The inert gas supply unit 30 supplies inert gas into the vacuum chamber 10. Examples of substances included in the inert gas include noble gases such as argon and helium. The reactive gas supply unit 40 supplies reactive gas into the vacuum chamber 10. The reactive gas is a gas that reacts with the plasma and contains elements that constitute the film. When forming films such as ITO or IWO, oxygen gas is used as the reactive gas. The gas supply units 30 and 40 supply inert gas and oxygen gas at flow rates based on control signals from a control unit (not shown). The control unit can control the flow rate ratio of the reactive gas to obtain good film quality. The flow rate ratio of the reactive gas is the ratio of the reactive gas to the total flow rate of the inert gas and reactive gas.

不活性ガス供給部30は、不活性ガス供給源31と、供給流路32と、を備える。供給流路32は、不活性ガス供給源31からの不活性ガスを底面壁10jと隔壁25との間の空間に供給する。これにより、不活性ガスが、隔壁25と真空チャンバ10の側壁との間の隙間から、成膜室10bに供給される(図1におけるG1を参照)。 The inert gas supply unit 30 comprises an inert gas supply source 31 and a supply channel 32. The supply channel 32 supplies inert gas from the inert gas supply source 31 into the space between the bottom wall 10j and the partition wall 25. This supplies the inert gas to the film deposition chamber 10b through the gap between the partition wall 25 and the side wall of the vacuum chamber 10 (see G1 in Figure 1).

反応性ガス供給部40は、反応性ガス供給源41と、第1の供給部42と、第2の供給部43と、を備える。第1の供給部42及び第2の供給部43は、反応性ガス供給源41からの反応性ガスを成膜室10bに出射(供給)する(図1におけるG2を参照)。第2の供給部43は、主ハース17の位置、または主ハース17に隣接する位置で反応性ガスを供給する(詳細は後述)。これに対し、第1の供給部42は、輪ハース6よりも外周側で反応性ガスを供給する。従って、第2の供給部43は、第1の供給部42より主ハース17に近い位置で反応性ガスを出射する。第2の供給部43のガス供給量は第1の供給部42のガス供給量よりも多いことが好ましい。 The reactive gas supply unit 40 comprises a reactive gas supply source 41, a first supply unit 42, and a second supply unit 43. The first supply unit 42 and the second supply unit 43 inject (supply) reactive gas from the reactive gas supply source 41 to the film deposition chamber 10b (see G2 in Figure 1). The second supply unit 43 supplies the reactive gas at the location of the main hearth 17, or at a location adjacent to the main hearth 17 (details will be described later). In contrast, the first supply unit 42 supplies the reactive gas on the outer circumference side of the ring hearth 6. Therefore, the second supply unit 43 injects the reactive gas at a location closer to the main hearth 17 than the first supply unit 42. It is preferable that the gas supply amount of the second supply unit 43 is greater than that of the first supply unit 42.

なお、本実施形態では、膜を構成する元素を含むガスとして酸素のガスを挙げている。ただし、当該ガスに含まれる元素は膜の組成に応じて適宜変更されてよい。例えば、SiONやAlNなど膜を形成する際には、反応性ガスとして窒素のガスが採用されてよい。 In this embodiment, oxygen gas is given as the gas containing the elements that make up the film. However, the elements contained in the gas may be appropriately changed depending on the composition of the film. For example, when forming films such as SiON or AlN, nitrogen gas may be used as the reactive gas.

電流供給部80は、成膜材料のイオン化を行うための電流をプラズマガン7に供給する。電流供給部80は、プラズマガン7の陰極60に電流を供給する。これにより、プラズマガン7は、所定の値の放電電流にて放電を行う。電流供給部80は、図示されない制御部からの制御信号に基づいた電流値の電流を供給する。 The current supply unit 80 supplies current to the plasma gun 7 for ionizing the film-forming material. The current supply unit 80 also supplies current to the cathode 60 of the plasma gun 7. As a result, the plasma gun 7 discharges at a predetermined discharge current value. The current supply unit 80 supplies current based on a control signal from a control unit (not shown).

次に、図2を参照して、反応性ガス供給部40による反応性ガスの供給態様の概要について説明する。図2は、主ハース17の拡大断面、及びそれに対する反応性ガスの流路の概要を示す概略図である。 Next, with reference to Figure 2, an overview of the reactive gas supply mechanism by the reactive gas supply unit 40 will be described. Figure 2 is a schematic diagram showing an enlarged cross-section of the main hearth 17 and an overview of the reactive gas flow path thereto.

図2に示される主ハース17は、筒部51と、底側のフランジ部52と、を備える。筒部51は、先端面53と、外周面54と、傾斜面56と、を有する。先端面53は、筒部51の中心線CL1と直交するような環状の平面をなしている。外周面54は、中心線CL1と平行に延びる円筒状の面である。傾斜面56は、先端面53と外周面54との間に形成され、先端面53へ向かうに従って先細りとなる円錐台状の面である。 The main hearth 17 shown in Figure 2 comprises a cylindrical portion 51 and a bottom flange portion 52. The cylindrical portion 51 has a tip surface 53, an outer circumferential surface 54, and an inclined surface 56. The tip surface 53 is an annular plane perpendicular to the center line CL1 of the cylindrical portion 51. The outer circumferential surface 54 is a cylindrical surface extending parallel to the center line CL1. The inclined surface 56 is formed between the tip surface 53 and the outer circumferential surface 54 and is a frustoconical surface that tapers towards the tip surface 53.

プラズマガンからのプラズマPは、中心線CL1が延びる方向における主ハース17側(図1のZ軸方向における負側)へ向かう方向を進行方向D1として、主ハース17の先端面53(及び成膜材料Maの先端面)に受けられる。これにより、主ハース17の直上の領域はプラズマ密度が高い領域となる。 The plasma P from the plasma gun travels in the direction D1 toward the main hearth 17 (the negative side in the Z-axis direction in Figure 1) along the center line CL1, and is received by the tip surface 53 of the main hearth 17 (and the tip surface of the deposition material Ma). As a result, the region directly above the main hearth 17 becomes a region with high plasma density.

これに対し、反応性ガス供給部40は、主ハース17側から、当該主ハース17へ導かれるプラズマPへ向かって反応性ガスを出射する。ガス供給部40は、プラズマPを受ける主ハース17側の位置において、当該主ハース17に受けられるプラズマPの進行方向D1に対する反対側から、反応性ガスを出射する。ガス供給部40は、中心線CL1が延びる方向における搬送機構3(図1参照)へ向かう方向へ反応性ガスを出射する。主ハース17の直上の領域では、プラズマPと反応性ガスとが互いに対向して、互いに反対方向に進行するような状態となる。これにより、反応性ガスが、主ハース17の直上のプラズマ密度が高い領域に供給される。反応性ガスの分子は、当該プラズマ密度の高い領域において、高い活性度にて乖離・イオン化が行われる。 In contrast, the reactive gas supply unit 40 emits reactive gas from the main hearth 17 side toward the plasma P being guided to the main hearth 17. The gas supply unit 40 emits the reactive gas from the opposite side of the direction of plasma P propagation D1 to the main hearth 17, at a position on the main hearth 17 side receiving the plasma P. The gas supply unit 40 emits the reactive gas toward the transport mechanism 3 (see Figure 1) in the direction in which the center line CL1 extends. In the region directly above the main hearth 17, the plasma P and the reactive gas face each other and propagate in opposite directions. As a result, the reactive gas is supplied to the region directly above the main hearth 17 where the plasma density is high. In this region of high plasma density, the molecules of the reactive gas undergo high-activity dissociation and ionization.

反応性ガス供給部40は、主ハース17の位置から、または主ハース17に隣接する位置から反応性ガスを出射する。例えば、主ハース17は、反応性ガスを通過させる流路60A,60B,60Cを有する。反応性ガス供給部40は、流路60A,60B,60Cの流出口60aから反応性ガスを出射可能である。流路60Aは、主ハース17の筒部51を構成する壁部の肉厚の内部に形成される流路である。流路60Bは、主ハース17と成膜材料Maとの間の境界部、すなわち貫通孔17aの内周面に形成される流路である。流路60Cは、貫通孔17aの内部空間に形成される流路である。 The reactive gas supply unit 40 discharges the reactive gas from the location of the main hearth 17, or from a location adjacent to the main hearth 17. For example, the main hearth 17 has channels 60A, 60B, and 60C through which the reactive gas passes. The reactive gas supply unit 40 can discharge the reactive gas from the outlets 60a of the channels 60A, 60B, and 60C. Channel 60A is a channel formed within the wall thickness of the cylindrical portion 51 of the main hearth 17. Channel 60B is a channel formed at the boundary between the main hearth 17 and the film-forming material Ma, i.e., on the inner circumferential surface of the through-hole 17a. Channel 60C is a channel formed in the internal space of the through-hole 17a.

反応性ガス供給部40は、主ハース17に隣接する位置に設けられた流路60Dを有し、当該流路60Dの流出口60aから反応性ガスを出射可能である。ここで、主ハース17に隣接する位置とは、主ハース隣接領域を規定する境界線BLよりも内周側の位置である。流路60Dの流出口60aが、境界線BLよりも内周側に配置されていればよく、途中の流路60Dは、境界線BLより外周側に存在していてもよい。境界線BLは、例えば、径方向において、主ハース17から所定の距離PDだけ離れた位置に設定されてよい。なお、所定の距離PDは、主ハース17のうち、プラズマPを受ける面である先端面53の外周縁部からの径方向における距離である。 The reactive gas supply unit 40 has a flow path 60D located adjacent to the main hearth 17, and reactive gas can be discharged from the outlet 60a of the flow path 60D. Here, the location adjacent to the main hearth 17 is a location on the inner circumference side of the boundary line BL that defines the main hearth adjacent region. It is sufficient that the outlet 60a of the flow path 60D is located on the inner circumference side of the boundary line BL; intermediate flow paths 60D may be located on the outer circumference side of the boundary line BL. The boundary line BL may be set, for example, at a predetermined distance PD from the main hearth 17 in the radial direction. The predetermined distance PD is the radial distance from the outer peripheral edge of the tip surface 53 of the main hearth 17, which is the surface that receives the plasma P.

所定の距離PDは、主ハース17の直径の1.5倍の距離であってよい。これにより、ガス供給部40は、主ハース17の直径の1.5倍以下の距離だけ、径方向において主ハース17より離れた位置から反応性ガスを出射する。なお、主ハース17の直径とは、プラズマPを受ける面である先端面53の外周縁部の直径である。なお、成膜材料Maの直径は、20~40mm程度に設定されてよく、状況に応じて、主ハース17の貫通孔17aの直径を変えることができる。後述の平均自由行程が、概ね、貫通孔17aの直径の1.5倍程度であるため、ガス供給部40は、主ハース17の直径の1.5倍以下の距離だけ、径方向において主ハース17より離れた位置から反応性ガスを出射する。 The predetermined distance PD may be 1.5 times the diameter of the main hearth 17. This allows the gas supply unit 40 to emit the reactive gas from a position radially away from the main hearth 17, at a distance of 1.5 times or less the diameter of the main hearth 17. The diameter of the main hearth 17 refers to the diameter of the outer edge of the tip surface 53, which receives the plasma P. The diameter of the film-forming material Ma may be set to approximately 20 to 40 mm, and the diameter of the through-hole 17a in the main hearth 17 can be changed depending on the situation. Since the mean free path, described later, is approximately 1.5 times the diameter of the through-hole 17a, the gas supply unit 40 emits the reactive gas from a position radially away from the main hearth 17, at a distance of 1.5 times or less the diameter of the main hearth 17.

あるいは、境界線BLの所定の距離PDは、具体的な数値としては、70mmに設定されてよい。当該数値は、導入した反応性ガスが真空チャンバ10内の他のガスとぶつからずに進むことができる平均自由工程で定義されてよい。平均自由工程は、以下の式(1)で示される。原子、分子直径は種類によって異なるが、使用されるガスはアルゴン、酸素、窒素などであるため、室温を約27℃とすると、真空チャンバ10の圧力が0.1Paのときに約70mmとなり、0.6Paのときに約10mmとなる。すなわち、圧力範囲が0.1~0.6Paの範囲であるとすると、所定の距離PDは10mm~70mm程度に設定することができる。従って、流路60Dの流出口60aは、主ハース17から70mm以下の位置に配置されることが好ましく、10mm以下の位置に配置されることがより好ましい。なお、真空チャンバ10の圧力に応じて、所定の距離PDを調整してよい。以上より、ガス供給部40は、70mm以下の距離だけ、より好ましくは10mm以下の距離だけ、径方向において主ハース17より離れた位置から反応性ガスを出射する。

λ=1/(√2×π×σ×n) …(1)
σ:ガス種の原子、又は分子の直径
n:密度
Alternatively, the predetermined distance PD of the boundary line BL may be set to a specific value of 70 mm. This value may be defined as the mean free path that the introduced reactive gas can travel without colliding with other gases in the vacuum chamber 10. The mean free path is shown by the following equation (1). Although the atomic and molecular diameters differ depending on the type, the gases used are argon, oxygen, nitrogen, etc., so if the room temperature is approximately 27°C, the distance will be approximately 70 mm when the pressure in the vacuum chamber 10 is 0.1 Pa, and approximately 10 mm when it is 0.6 Pa. That is, if the pressure range is in the range of 0.1 to 0.6 Pa, the predetermined distance PD can be set to approximately 10 mm to 70 mm. Therefore, it is preferable that the outlet 60a of the flow path 60D be located at a position of 70 mm or less from the main hearth 17, and more preferably at a position of 10 mm or less. The predetermined distance PD may be adjusted according to the pressure in the vacuum chamber 10. Therefore, the gas supply unit 40 emits reactive gas from a position radially away from the main hearth 17 by a distance of 70 mm or less, more preferably 10 mm or less.

λ=1/(√2×π×σ×n) …(1)
σ: Diameter of an atom or molecule of a gas species; n: Density

なお、本実施形態のように輪ハース6が設けられているときは、図3(a)に示すように、輪ハース6の内周側の位置が、主ハース17に隣接する位置として定義されてよい。この場合、流路60Dは、径方向において、輪ハース6と主ハース17の間の位置に配置される。これにより、ガス供給部40は、輪ハース6の内周側から反応性ガスを出射する。また、図3(b)に示すように、主ハース17と輪ハース6との間には、蒸着物71を付着させる交換式のアウターリム70が設けられる場合がある。この場合、ガス供給部40は、主ハース17とアウターリム70との間の隙間から反応性ガスを出射してよい。なお、成膜材料Maが導電性材料の場合、蒸着物71が成長して内周側へ延び過ぎると、主ハース17と輪ハース6とが短絡する原因となってしまう。また、成長した蒸着物71が蒸発した粒子Mbの拡散を邪魔する場合がある。従って、定期的にアウターリム70を交換することで、連続運転を行うことが可能となる。 Furthermore, when a ring hearth 6 is provided as in this embodiment, the position of the inner circumference of the ring hearth 6 may be defined as a position adjacent to the main hearth 17, as shown in Figure 3(a). In this case, the flow path 60D is positioned radially between the ring hearth 6 and the main hearth 17. As a result, the gas supply unit 40 discharges the reactive gas from the inner circumference of the ring hearth 6. Also, as shown in Figure 3(b), a replaceable outer rim 70 for depositing the material 71 may be provided between the main hearth 17 and the ring hearth 6. In this case, the gas supply unit 40 may discharge the reactive gas from the gap between the main hearth 17 and the outer rim 70. Note that if the film deposition material Ma is a conductive material, if the deposited material 71 grows too far inward, it can cause a short circuit between the main hearth 17 and the ring hearth 6. Also, the grown deposited material 71 may interfere with the diffusion of evaporated particles Mb. Therefore, continuous operation is possible by periodically replacing the outer rim 70.

図4は、主ハース17に形成された流路60Bの一例を示す図である。図4(b)に示すように、流路60Bは、貫通孔17aの内周面の一部に対して、軸方向に延びる切欠部を形成することによって設けられる。ここでは、四つの流路60Bが設けられているが、数は特に限定されない。図4(a)に示すように、流路60Bは、貫通孔17aの下端では、フランジ部52の下面に回り込み、隔壁25を介して下方へ延びている。なお、流路60Bのはい回し方は特に限定されない。なお、成膜材料Maが流路60B内に付着する場合があるため、主ハース17の部材内に流路60A(図2参照)を設ければ当該付着は回避できる。しかし、流路60Bは、流路60Aに比して製造が容易である。 Figure 4 shows an example of a flow channel 60B formed in the main hearth 17. As shown in Figure 4(b), the flow channel 60B is provided by forming an axially extending notch in a part of the inner circumferential surface of the through-hole 17a. Here, four flow channels 60B are provided, but the number is not particularly limited. As shown in Figure 4(a), at the lower end of the through-hole 17a, the flow channel 60B wraps around to the lower surface of the flange portion 52 and extends downward through the partition wall 25. The routing of the flow channel 60B is not particularly limited. Note that the film-forming material Ma may adhere to the flow channel 60B; however, this adhesion can be avoided by providing a flow channel 60A (see Figure 2) within the main hearth 17 component. However, flow channels 60B are easier to manufacture than flow channels 60A.

図5に示すような二重筒構造によって流路60Dを設けてもよい。図5に示すように、主ハース17には、当該主ハース17の周りを覆う筒部材86が設けられる。筒部材86は、筒部51を覆う本体部81と、フランジ部52を覆うフランジ部82と、を有する。本体部81は、筒部51との間に隙間85を形成するように配置される。当該隙間85は主ハース17の全周にわたって設けられ、当該隙間85が流路60Dとして構成される。フランジ部82は、トルク管理されたボルト83を介して、フランジ部52に固定される。これにより、ガス供給部40は、主ハース17と筒部材86との間から反応性ガスを出射する。この場合、流路60Dを主ハース17全周を取り囲むように形成できるので、反応性ガスを均等に供給できる。なお、筒部材86の材質は特に限定されず、主ハース17と同じ材質でも異なる材質でもよい。筒部材86を導電性の材質で形成した場合、筒部材86も主ハースの一部として機能することができる。この場合、隙間85は、主ハース17の肉厚の内部に形成された流路60Aと見なすこともできる。 A flow path 60D may be provided by a double-cylinder structure as shown in Figure 5. As shown in Figure 5, the main hearth 17 is provided with a cylindrical member 86 that surrounds the main hearth 17. The cylindrical member 86 has a main body portion 81 that covers the cylindrical portion 51 and a flange portion 82 that covers the flange portion 52. The main body portion 81 is positioned to form a gap 85 between itself and the cylindrical portion 51. This gap 85 is provided around the entire circumference of the main hearth 17, and this gap 85 is configured as the flow path 60D. The flange portion 82 is fixed to the flange portion 52 via torque-controlled bolts 83. As a result, the gas supply unit 40 injects reactive gas from between the main hearth 17 and the cylindrical member 86. In this case, the flow path 60D can be formed to surround the entire circumference of the main hearth 17, so that the reactive gas can be supplied evenly. The material of the cylindrical member 86 is not particularly limited and may be the same material as the main hearth 17 or a different material. If the cylindrical member 86 is made of a conductive material, the cylindrical member 86 can also function as part of the main hearth. In this case, the gap 85 can be considered as a flow path 60A formed within the wall thickness of the main hearth 17.

図6に示すように、主ハース17に隣接する位置に設けられる流路60Dは、パイプ90によって構成されてよい。図6(a)に示すように、パイプ90は、主ハース17にロウ付け、または溶接によって取り付けられてよい。この場合、流路60Dの流出口60aの、先端面53の外周縁部からの距離は、パイプ90の厚み分となる。なお、パイプ90は主ハース17に対して複数設けられてもよい。パイプ90は主ハース17に取り付けられているため冷却の観点において問題は生じない。図6(b)に示すように、主ハース17から径方向に離間した位置にパイプ90を設けてもよい。この場合、プラズマPによって過熱されないように、配置を調整すればよい。なお、図6に示すように、流路60Dは、軸方向と平行となるように反応ガスを出射する必要はなく、軸方向に対して傾斜した状態で反応性ガスを出射してよい。 As shown in Figure 6, the flow path 60D, located adjacent to the main hearth 17, may be composed of a pipe 90. As shown in Figure 6(a), the pipe 90 may be attached to the main hearth 17 by brazing or welding. In this case, the distance from the outer edge of the tip surface 53 of the outlet 60a of the flow path 60D will be equal to the thickness of the pipe 90. Multiple pipes 90 may be provided relative to the main hearth 17. Since the pipe 90 is attached to the main hearth 17, no cooling problems arise. As shown in Figure 6(b), the pipe 90 may be positioned radially away from the main hearth 17. In this case, the arrangement should be adjusted to prevent overheating by the plasma P. As shown in Figure 6, the reactive gas does not need to be discharged parallel to the axial direction in the flow path 60D; it may be discharged at an angle to the axial direction.

次に、本実施形態に係る成膜装置1の効果を確認する実験結果について図7を参照して説明する。図7はITO成膜を行ったときの実験結果を示す。透明導電膜であるITOの膜質を示す指標として、抵抗率、移動度、キャリア密度が示されている。各パラメータの最適値はアプリケーションによって異なるが、導電膜として使用する場合は、抵抗率が低いほど望ましい、また、キャリア密度は従来のものから変動させずに、移動度を高くすることが望ましい。ここでは、比較例として、図1において不活性ガスと同様に真空チャンバ10全体に酸素を供給した成膜装置を採用した。図7では実線のグラフが比較例を示す。実施例として、主ハース17とアウターリム70(図3(b)参照)との間から酸素を供給した成膜装置を採用した。図7では破線のグラフが実施例を示す。図7のグラフの横軸は、真空チャンバ10に導入している総ガス流量(アルゴン+酸素)に対する酸素ガス流量比を示す。「O流量比 =Oガス流量/(Arガス流量+Oガス流量))で示される。図7(a)~(c)に示されるように、実施例のキャリア密度は比較例のものから大きく変わらず、実施例の抵抗率及び移動度が比較例よりも向上している。そのため、実施例の成膜装置で成膜された膜内の結晶性が向上していることが示される。従って、真空チャンバ10全体に酸素を導入するより、主ハース17近傍から酸素を入れるほうが、酸素の使用効率が高くなっていることが示される。 Next, the experimental results confirming the effectiveness of the film deposition apparatus 1 according to this embodiment will be explained with reference to Figure 7. Figure 7 shows the experimental results when ITO film deposition was performed. Resistivity, mobility, and carrier density are shown as indicators of the film quality of ITO, which is a transparent conductive film. The optimal values for each parameter differ depending on the application, but when used as a conductive film, a lower resistivity is desirable, and it is desirable to increase the mobility without changing the carrier density from the conventional value. Here, as a comparative example, a film deposition apparatus in which oxygen is supplied to the entire vacuum chamber 10, similar to the inert gas in Figure 1, was adopted. In Figure 7, the solid line graph shows the comparative example. As an example, a film deposition apparatus in which oxygen is supplied from between the main hearth 17 and the outer rim 70 (see Figure 3(b)) was adopted. In Figure 7, the dashed line graph shows the example. The horizontal axis of the graph in Figure 7 shows the ratio of the oxygen gas flow rate to the total gas flow rate (argon + oxygen) introduced into the vacuum chamber 10. The O2 flow rate ratio is given by ( O2 gas flow rate / (Ar gas flow rate + O2 gas flow rate)). As shown in Figures 7(a) to (c), the carrier density of the example did not change significantly from that of the comparative example, but the resistivity and mobility of the example were improved compared to the comparative example. Therefore, it was shown that the crystallinity of the film deposited in the example's deposition apparatus was improved. Consequently, it was shown that introducing oxygen from the vicinity of the main hearth 17 was more efficient in terms of oxygen utilization than introducing oxygen into the entire vacuum chamber 10.

次に、本実施形態に係る成膜装置1の作用・効果について説明する。 Next, the operation and effects of the film deposition apparatus 1 according to this embodiment will be described.

例えば、ガス供給部40が、膜を構成する元素を含むガスを真空チャンバ10内に均一になるように供給した場合、真空チャンバ10全体にガスが拡散し、プラズマと反応して乖離・イオン化が行われるものの、元素の活性度が不十分、または効率的でない場合がある。この場合、基板11の膜において、元素の欠陥が生じる場合がある。例えば、Inは正イオン化し易く、酸素の正イオン化は、成膜材料Maを蒸発させたことで得られる酸素だけでは足りない。これに対し、本実施形態に係る成膜装置1において、ガス供給部40は、膜を構成する元素を含むガスを、主ハース17側から、当該主ハース17へ導かれるプラズマPへ向かって供給する。この場合、ガス供給部40は、プラズマ密度が高い領域に対して、ガスを供給することができる。当該領域に供給されたガスは、活性度が向上するため、基板11における膜の元素の欠陥を抑制することができる。以上より、膜質を向上することができる。 For example, if the gas supply unit 40 supplies a gas containing the elements constituting the film uniformly into the vacuum chamber 10, the gas diffuses throughout the vacuum chamber 10 and reacts with the plasma to undergo dissociation and ionization. However, the activity of the elements may be insufficient or inefficient. In this case, elemental defects may occur in the film on the substrate 11. For example, In is easily positively ionized, and the positive ionization of oxygen is insufficient with only the oxygen obtained by evaporating the film-forming material Ma. In contrast, in the film-forming apparatus 1 according to this embodiment, the gas supply unit 40 supplies a gas containing the elements constituting the film from the main hearth 17 side toward the plasma P led to the main hearth 17. In this case, the gas supply unit 40 can supply gas to regions with high plasma density. Since the activity of the gas supplied to these regions is improved, elemental defects in the film on the substrate 11 can be suppressed. As a result, the film quality can be improved.

ガス供給部40は、プラズマPを受ける主ハース17側の位置において、当該主ハース17に受けられるプラズマPの進行方向D1に対する反対側から、ガスを出射(供給)してよい。この場合、ガス供給部40は、プラズマ密度が高い領域にガスを供給し易くなる。 The gas supply unit 40 may emit (supply) gas from the opposite side of the direction of plasma P's propagation D1 to the main hearth 17, at a position on the main hearth 17 side receiving the plasma P. In this case, the gas supply unit 40 can more easily supply gas to regions with high plasma density.

主ハース17は、ガスを通過させる流路60A、60B,60Cを有し、当該流路60A,60B,60Cの流出口60aからガスを出射可能であってよい。この場合、主ハース17の位置からガスを出射することができるため、主ハース17付近のプラズマ密度が高い領域にガスを出射することが可能となる。 The main hearth 17 has gas passages 60A, 60B, and 60C, and may be capable of ejecting gas from the outlets 60a of these passages 60A, 60B, and 60C. In this case, since the gas can be ejected from the position of the main hearth 17, it becomes possible to eject the gas into a region with high plasma density near the main hearth 17.

ガス供給部40は、主ハース17の直径の1.5倍以下の距離だけ、径方向において主ハース17より離れた位置からガスを出射してよい。これにより、ガス供給部40は、主ハース17に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。 The gas supply unit 40 may emit gas from a position radially away from the main hearth 17, at a distance of no more than 1.5 times the diameter of the main hearth 17. This allows the gas supply unit 40 to supply gas from a position close to the main hearth 17, enabling gas emission into regions with high plasma density.

ガス供給部40は、70mm以下の距離だけ、径方向において電極より離れた位置から前記ガスを出射する、請求項1~4の何れか一項に記載の成膜装置。これにより、ガス供給部は、電極に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。 The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas supply unit 40 emits the gas from a position radially away from the electrode by a distance of 70 mm or less. This allows the gas supply unit to supply gas from a position close to the electrode, enabling the gas to be emitted into a region with high plasma density.

主ハース17には、当該主ハース17の周りを覆う筒部材86が設けられ、ガス供給部40は、主ハース17と筒部材86との間からガスを出射してよい。この場合、ガス供給部40は、主ハース17に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。また、筒部材86を用いて、ガスの流路を容易に形成することができる。 The main hearth 17 is provided with a cylindrical member 86 that surrounds it, and the gas supply unit 40 may emit gas from between the main hearth 17 and the cylindrical member 86. In this case, the gas supply unit 40 can supply gas from a position close to the main hearth 17, allowing the gas to be emitted into a region with high plasma density. Furthermore, the cylindrical member 86 can be used to easily form a gas flow path.

プラズマ生成部18は、圧力勾配型のプラズマガン7であってよい。この場合、主ハース17の付近でプラズマ密度が高い領域を作ることができる。 The plasma generation unit 18 may be a pressure gradient type plasma gun 7. In this case, a region with high plasma density can be created near the main hearth 17.

圧力勾配型のプラズマガン7は、当該プラズマガン7の内部圧力が成膜室の圧力より高い。そのため、ガス供給部40から導入したガスがプラズマガン7の中には入らない。プラズマガン7の陰極はLaB6、Taで構成されており、主にLaB6が熱電子を供給することでプラズマを生成している。例えば反応性ガスが酸素の場合、LaB6、Taまで到達すると熱くなっているため、速やかに酸化してしまい、絶縁化されて行き、放電することができなくなる。実質的には、酸素ガスを自由に成膜室に調整しながら、アーク放電を行うことは、他の装置では不可能となる。また、圧力勾配型のプラズマガン7の場合、プラズマ密度が非常に高く(1012~1013cm-3)、高い反応性が特長である。加えて、陰極が酸化されないため、長寿命であるというメリットがある。 In the pressure gradient type plasma gun 7, the internal pressure of the plasma gun 7 is higher than the pressure of the deposition chamber. Therefore, the gas introduced from the gas supply unit 40 does not enter the plasma gun 7. The cathode of the plasma gun 7 is composed of LaB6 and Ta, and the plasma is generated mainly by the supply of thermionic electrons by LaB6. For example, if the reactive gas is oxygen, it will be hot when it reaches LaB6 and Ta, causing it to oxidize rapidly, become insulated, and discharge will become impossible. In effect, it is impossible to perform arc discharge while freely adjusting the oxygen gas in the deposition chamber with other devices. In addition, the pressure gradient type plasma gun 7 is characterized by its very high plasma density ( 10¹² to 10¹³ cm⁻³ ) and high reactivity. Furthermore, since the cathode is not oxidized, it has the advantage of a long lifespan.

なお、DCスパッタ装置の場合(正負関係が逆ではある)、ターゲットが金属で反応性ガスを酸素などで行うと、ターゲットが酸化されて放電できなくなる(又はしにくくなる)。つまり、スパッタ成膜ができなくなる(又は非常に遅くなる)その金属酸化物が絶縁でない場合は、放電は継続可能だが、遅くなるという問題がある。いわゆる、金属モード、中間モード、酸化物モードと言われ、成膜速度は、金属、中間、酸化物の順となる。完全に酸化されない範囲で酸素量を調整しながら成膜するため、供給する酸素量には限界があり、形成した膜の酸素抜けが非常に起こりやすくなる。RFスパッタ装置では、絶縁性のターゲットでもスパッタすることが出来るが、DCに比べて成膜速度は遅くなる。これらの成膜装置に対し、圧力勾配型のプラズマガン7を用いた成膜装置1は、上述のような問題を解消することができる。 In the case of DC sputtering equipment (although the positive and negative relationships are reversed), if the target is a metal and the reactive gas is oxygen, the target will oxidize, making discharge impossible (or extremely difficult). In other words, sputtering becomes impossible (or extremely slow). If the metal oxide is not an insulating material, discharge can continue, but it will be slow. This is known as the metal mode, intermediate mode, and oxide mode, and the deposition rate follows the order of metal, intermediate, and oxide. Because the amount of oxygen is adjusted during deposition to prevent complete oxidation, there is a limit to the amount of oxygen that can be supplied, making oxygen loss from the formed film very likely. RF sputtering equipment can sputter even insulating targets, but the deposition rate is slower compared to DC. Compared to these deposition equipment, the deposition equipment 1 using a pressure gradient type plasma gun 7 can overcome the problems described above.

主ハース17を取り囲む輪ハース6を更に備え、ガス供給部40は、輪ハース6の内周側からガスを出射してよい。輪ハース6の内部側は、主ハース17に近い位置である。従って、ガス供給部40は、主ハース17に近い位置からガスを供給することができるため、プラズマ密度が高い領域にガスを出射することができる。 The system further includes a ring hearth 6 surrounding the main hearth 17, and the gas supply unit 40 may emit gas from the inner circumference of the ring hearth 6. The inner side of the ring hearth 6 is close to the main hearth 17. Therefore, since the gas supply unit 40 can supply gas from a position close to the main hearth 17, it can emit gas into regions with high plasma density.

ガス供給部40は、第1の供給部42と、第1の供給部42より主ハース17に近い位置でガスを出射する第2の供給部43と、を備え、第2の供給部43のガス供給量は第1の供給部42のガス供給量よりも多い。このように、プラズマ密度の高い箇所に多くのガスを供給することできる。 The gas supply unit 40 comprises a first supply unit 42 and a second supply unit 43 that emits gas at a position closer to the main hearth 17 than the first supply unit 42. The gas supply amount of the second supply unit 43 is greater than that of the first supply unit 42. In this way, a large amount of gas can be supplied to areas with high plasma density.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiments described above.

例えば、上述の実施形態では、輪ハース6を有する成形装置について説明を行った。これに変えて、図8に示すように、輪ハース6が設けられていない成膜装置100が採用されてよい。主ハース117は、るつぼ状の形状を有している。また、主ハース117の下側に磁石部109が設けられる。当該成膜装置100においても、反応性ガス供給部40は、主ハース117の位置、又は主ハース117に隣接する位置で反応性ガスを供給することができる。主ハース117の位置、又は主ハース117に隣接する位置で反応性ガスを供給することによって、図2に示した流路60A、60B,60C,60Dと同趣旨の流路を採用することができる。 For example, the above-described embodiment described a molding apparatus having a ring hearth 6. Alternatively, as shown in Figure 8, a film deposition apparatus 100 without a ring hearth 6 may be used. The main hearth 117 has a crucible-like shape. A magnet section 109 is provided below the main hearth 117. In this film deposition apparatus 100 as well, the reactive gas supply unit 40 can supply reactive gas at the location of the main hearth 117, or at a location adjacent to the main hearth 117. By supplying reactive gas at the location of the main hearth 117, or at a location adjacent to the main hearth 117, it is possible to employ flow paths similar in purpose to the flow paths 60A, 60B, 60C, and 60D shown in Figure 2.

なお、反応ガス供給源と不活性ガス供給源とが混合される機構が採用されてもよい。一つのガスの供給口に、反応性ガスと不活性ガスとを混合させてもよい。例えば、前述の反応性ガス供給部40の流出口60aに、不活性ガスを混ぜて供給してよい。 Furthermore, a mechanism for mixing the reactive gas supply source and the inert gas supply source may be employed. The reactive gas and inert gas may be mixed at a single gas supply port. For example, the inert gas may be mixed and supplied to the outlet 60a of the reactive gas supply unit 40 described above.

1,100…成膜装置、6…輪ハース(補助電極)7…プラズマガン、17…主ハース(電極)、11…基板(対象物)、40…反応性ガス供給部(ガス供給部)、42…第1の供給部、43…第2の供給部、60A,60B,60C,60D…流路、80…筒部材、Ma…成膜材料、Mb…粒子。 1,100…Film deposition apparatus, 6…Wheel hearth (auxiliary electrode), 7…Plasma gun, 17…Main hearth (electrode), 11…Substrate (object), 40…Reactive gas supply unit (gas supply unit), 42…First supply unit, 43…Second supply unit, 60A, 60B, 60C, 60D…Flow channels, 80…Cylindrical member, Ma…Film deposition material, Mb…Particles.

Claims (10)

対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置であって、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部から離間した位置に配置され、成膜時に前記成膜材料を保持すると共に前記プラズマを前記成膜材料に導くことで蒸発して前記プラズマと反応した前記成膜材料を前記対象物へ付着させる電極と、
前記膜を構成する元素を含むガスを、前記電極側から、前記電極へ導かれる前記プラズマへ向かって供給するガス供給部と、を備え、
前記ガス供給部は、前記電極に隣接する位置から、不活性ガスとは別に前記ガスを供給する、成膜装置。
A film deposition apparatus that forms a film by attaching particles of a film-forming material to an object,
A plasma generation unit that generates plasma,
An electrode positioned at a distance from the plasma generation unit, which holds the film-forming material during film formation and guides the plasma to the film-forming material, thereby causing the film-forming material to evaporate and react with the plasma, and to adhere the resulting film-forming material to the target object.
The system includes a gas supply unit that supplies a gas containing the elements constituting the film from the electrode side toward the plasma guided to the electrode,
The aforementioned gas supply unit supplies the gas separately from the inert gas from a position adjacent to the electrode in the film deposition apparatus.
前記ガス供給部は、前記プラズマを受ける前記電極側の位置において、当該電極に受けられる前記プラズマの進行方向に対する反対側から、前記ガスを供給する、請求項1に記載の成膜装置。 The film deposition apparatus according to claim 1, wherein the gas supply unit supplies the gas from a position on the electrode side receiving the plasma, from the opposite side of the direction of propagation of the plasma received by the electrode. 前記電極は、前記ガスを通過させる流路を有し、当該流路の流出口から前記ガスを供給可能である、請求項1又は2に記載の成膜装置。 The film deposition apparatus according to claim 1 or 2, wherein the electrode has a channel for passing the gas, and the gas can be supplied from the outlet of the channel. 前記ガス供給部は、前記電極の直径の1.5倍以下の距離だけ、径方向において前記電極より離れた位置から前記ガスを供給する、請求項1~3の何れか一項に記載の成膜装置。 The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas supply unit supplies the gas from a position radially away from the electrode by a distance of 1.5 times or less the diameter of the electrode. 前記ガス供給部は、70mm以下の距離だけ、径方向において前記電極より離れた位置から前記ガスを供給する、請求項1~4の何れか一項に記載の成膜装置。 The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas supply unit supplies the gas from a position radially separated from the electrode by a distance of 70 mm or less. 前記電極には、当該電極の周りを覆う筒部材が設けられ、
前記ガス供給部は、前記電極と前記筒部材との間から前記ガスを供給する、請求項1~5の何れか一項に記載の成膜装置。
The electrode is provided with a cylindrical member that covers the electrode,
The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas supply unit supplies the gas from between the electrode and the cylindrical member.
前記プラズマ生成部は、圧力勾配型のプラズマガンである、請求項1~6の何れか一項に記載の成膜装置。 The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the plasma generation unit is a pressure gradient type plasma gun. 前記電極を取り囲む補助電極を更に備え、
前記ガス供給部は、前記補助電極の内周側から前記ガスを供給する、請求項1~7の何れか一項に記載の成膜装置。
The electrode further comprises an auxiliary electrode surrounding the aforementioned electrode,
The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the gas supply unit supplies the gas from the inner circumference side of the auxiliary electrode.
前記ガス供給部は、第1の供給部と、前記第1の供給部より前記電極に近い位置で前記ガスを供給する第2の供給部と、を備え、前記第2の供給部のガス供給量は前記第1の供給部のガス供給量よりも多い、請求項1~8の何れか一項に記載の成膜装置。 The film deposition apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the gas supply unit comprises a first supply unit and a second supply unit that supplies the gas at a position closer to the electrode than the first supply unit, and the amount of gas supplied by the second supply unit is greater than the amount of gas supplied by the first supply unit. 成膜装置を用いて対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜装置は、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部から離間した位置に配置され、成膜時に前記成膜材料を保持すると共に前記プラズマを前記成膜材料に導くことで蒸発して前記プラズマと反応した前記成膜材料を前記対象物へ付着させる電極と、を備え、
前記成膜方法は、前記膜を構成する元素を含むガスを、前記電極側から、前記電極へ導かれる前記プラズマへ向かって供給するガス供給工程を備え、
前記ガス供給工程では、前記電極に隣接する位置から、不活性ガスとは別に前記ガスを供給する、成膜方法。

A film formation method in which particles of a film-forming material are attached to an object using a film-forming apparatus to form a film,
The aforementioned film deposition apparatus is
A plasma generation unit that generates plasma,
The system includes an electrode positioned at a distance from the plasma generation unit, which holds the film-forming material during film formation and guides the plasma to the film-forming material, thereby causing the film-forming material to evaporate and react with the plasma, and to adhere the resulting film-forming material to the target object.
The aforementioned film formation method includes a gas supply step of supplying a gas containing the elements constituting the film from the electrode side toward the plasma guided to the electrode,
A film deposition method comprising supplying the gas separately from the inert gas from a position adjacent to the electrode in the gas supply step .

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