イオンガン、及び成膜装置
【課題】より高圧の真空領域での使用を可能とし、用途の拡大が図られた、イオンガン、及び成膜装置を提供する。
【解決手段】スリット状の開口部１１が形成された陰極２と、開口部１１の幅方向に磁場を発生させる磁石３と、磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように陰極２の裏面から離間配置された陽極５とを備え、陰極２の表面の開口部１１からイオンビームが引き出されるイオンガン１である。磁石３は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、開口部１１は、陰極２の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、垂直部に連続し、陰極２の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部とから構成され、垂直部の隙間が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。
【解決手段】スリット状の開口部１１が形成された陰極２と、開口部１１の幅方向に磁場を発生させる磁石３と、磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように陰極２の裏面から離間配置された陽極５とを備え、陰極２の表面の開口部１１からイオンビームが引き出されるイオンガン１である。磁石３は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、開口部１１は、陰極２の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、垂直部に連続し、陰極２の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部とから構成され、垂直部の隙間が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンガン、及び成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、イオン源（イオンガン）から引き出されたイオンビームを用いたプロセスが多用されており、種々の装置に対してイオンガン搭載のニーズが高まっている。一般的なイオンガンは、プラズマ生成後、引き出し電極によってイオンビームを引き出す手法が採用されていた。この手法は、イオン電流及びイオンエネルギの制御に優れており、例えば半導体のイオン注入に代表されるような精密なプロセスに採用することができる。しかしながら、構造上、プラズマ生成室や引き出し電極等が必要になるため、装置構成が複雑で高コストとなり、上記のイオン注入装置のような高付加価値のプロセス等の限定的な使用に留まっていた。
【０００３】
また、近年、イオンガンが成膜装置にも用いられている。成膜装置では、制御性よりも生産性が考慮され、大面積化、高スループット化が望まれている。そこで、磁場を有する隙間が形成された隙間を持つ陰極と、それに略垂直方向に電界がかかるように配置した陽極とを備え、これら電極間に電圧を印加し、マグネトロンタイプの放電を生じさせることでイオンビームを引き出すイオンガンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このイオンガンは、リニアイオン源と呼ばれるもので、上記イオン注入に用いられるイオンガンに対し、引き出し電極の省略や、放電及びイオン加速を１台の電源で実行できるといった利点を有し、低コスト、高信頼性なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、スパッタ成膜用途として、上記のリニアイオンガンを採用したいとの要望がある。スパッタ成膜用途では、反応性を高めプロセスの高速化を図るため、０．５Ｐａ以上４Ｐａ以下、より好ましくは０．５Ｐａ以上２Ｐａ以下の圧力雰囲気で、印加電圧が１ＫＶ以上の条件下でリニアイオンガンを使用する必要がある。
しかしながら、従来のリニアイオンガンでは、０．３Ｐａ以上の圧力では、低インピーダンス放電となりイオンビームが発散してしまう。このような発散モード下においては、リニアイオンガンの用途が、プラズマＣＶＤ等に限られてしまうため、リニアイオンガンをスパッタ成膜用途として用いることができないといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、より高圧条件下での使用を可能とすることで、用途の拡大が図られた、イオンガン、及び成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のイオンガンは、スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、前記垂直部の隙間が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のイオンガンによれば、後述する実験結果に示されるように、開口部に強い磁場を形成することができ、０．５Ｐａ以上といった高い圧力条件下においても、高インピーダンス放電を維持することができる。したがって、０．５Ｐａ以上の圧力条件が必要とされるスパッタ成膜用途にも用いることができ、用途が拡大されたものとなる。
【０００９】
また、本発明のイオンガンは、スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、前記垂直部の高さをｈとし、前記垂直部の隙間をａとしたとき、ｈ／ａが、０．６以上２．１以下を満たすことを特徴とする。
【００１０】
本発明のイオンガンによれば、後述する実験結果に示されるように、開口部に強い磁場を形成することができ、０．５Ｐａ以上といった高い圧力条件下においても、高インピーダンス放電を維持することができる。したがって、０．５Ｐａ以上の圧力条件が必要とされるスパッタ成膜用途にも用いることができ、用途が拡大されたものとなる。
【００１１】
上記イオンガンにおいては、前記磁石は、ＳｍＣｏ合金に代えて、ＮｄＦｅ合金を主成分として構成されていてもよい。
この構成によれば、ＳｍＣｏ合金を主成分とするものに比べ、ＮｄＦｅ合金を主成分とするものは、１．２〜１．４倍の磁力が得られるので、開口部により強い磁場を形成することができ、より高い圧力条件の下で使用することができる。
【００１２】
また、上記イオンガンにおいては、前記傾斜部の内面は、前記陰極の表面に対して、４５°〜６０°の傾斜角度を有するのが好ましい。
この構成によれば、傾斜部をなす内壁面が近づくことで、傾斜部間に形成される磁場強度が高まることで、結果的に開口部内に形成される強い磁場が強まり、より高い圧力下での使用が可能なものとなる。
【００１３】
本発明の成膜装置は、上記のイオンガンを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の成膜装置によれば、より高い圧力条件下で使用できるイオンガンを備えているので、成膜装置自体を適用できる範囲（用途）を飛躍的に拡大できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、開口部に強い磁場が形成されるので、０．５Ｐａ以上の圧力条件が必要とされるスパッタ成膜用途においても、高インピーダンス放電を維持することができ、従来に比べ、用途が拡大されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】イオンガンの一実施形態における概略構成図である。
【図２】図１に断面が示されているイオンガンの概略斜視図である。
【図３】開口部の周辺拡大図である。
【図４】イオンビーム透過率と垂直部の隙間との関係を示した図である。
【図５】磁場強度と垂直部の隙間ａとの関係を示した図である。
【図６】イオンガンにおける使用可能上限圧力を示す図である。
【図７】インラインスパッタ成膜装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第一実施形態）
次に、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本発明に係るイオンガンの一実施形態における概略構成断面図（図２中Ａ−Ａ´線矢視）であり、図２は図１に断面が示されているイオンガンの概略斜視図である。図１に示すように、イオンガン１は、スリット状の開口部１１が形成された陰極２と、前記開口部１１の幅方向に磁場を発生させる磁石３と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極２の裏面から離間配置された陽極５とを備え、前記陰極２の表面の前記開口部１１からイオンビームが引き出されるものである。
【００１９】
本実施形態のイオンガン１は、陽極５及び陰極２間にＡｒやＯ２等のガスを流し、高圧電源により電圧を印加することで、陰極２と陽極５との間にマグネトロンタイプの放電（プラズマ）を生じさせ、前記スリット状の開口部１１からイオンビームが引き出される、いわゆるリニア（線状）イオンガンである。リニアイオンガン（イオンガン１）は、グリッド電極などの引き出し電極を不要とする簡便な構成からなるもので、１台の電源で放電とイオン加速を行うことができる。また、リニアイオンガン（イオンガン１）は、熱フィラメントを有しないので、酸素雰囲気でも長時間の運転が可能で、低コスト、信頼性が高いものとなっている。
【００２０】
前記開口部１１は、図２に示すように長円形のトラック形状となっている。なお、イオンガン１の寸法は、全長４００ｍｍ×幅１００ｍｍ×高さ８０ｍｍであり、前記開口部１１のコーナー部分は、平面視で曲率半径が２５ｍｍの曲線により構成される。
【００２１】
具体的には、イオンガン１は、図１に示したように、内部にＳｍＣｏ（サマリウムコバルト）合金から構成される磁石３と陽極５とが設けられており、磁石３及び陽極５を囲むように鉄製のヨーク４が枠状に設けられている。そして、ヨーク４に囲まれた領域を覆うように、ＳＳ４００、あるいはサビ難いＳＵＳ４３０等から構成される陰極２が設けられる。
【００２２】
本実施形態のイオンガン１は、磁石３を中央部に配置することで、磁石を外側に設ける構造に比べ、磁石の数を半分にした簡便な構造となっている。また、ヨーク４上に陰極２を配置することで、陰極２内を通る磁束により、図１に示すように開口部１１の幅方向、すなわちインビームの引き出し方向に一致する電界方向と直交する方向に磁場が形成される。
【００２３】
また、イオンガン１には、陰極２に形成された開口部１１の変形防止や、温度に依存しない安定駆動を実現するために、内部に冷却媒体（水）が流れる水冷用パイプＰが複数設けられている。
【００２４】
（開口部）
前記開口部１１は、本発明の特徴的な構成要素となっている。以下、陰極２に形成された開口部１１の構造について説明する。図３は、開口部１１の周辺拡大図である。以下の説明において、陰極２の裏面とはイオンガン１の内部側（陽極５側）に相当し、陰極２の表面とはイオンビームが引き出される側に相当する。
【００２５】
本実施形態では、図３に示すように、開口部１１は、陰極２の裏面からイオンガンの内部に向かって垂直に延びる隙間が一定の垂直部１１ａと、該垂直部１１ａに連続し、陰極２の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部１１ｂとから構成される。前記傾斜部１１ｂを設けたことで、イオンガン１内部で発生したプラズマを外部に引き出しやすくし、イオンビーム量を増加させることができる。前記傾斜部１１ｂにおける陰極上面に対する傾斜角度θは、例えば４５°に設定されている。
【００２６】
近年、スパッタ成膜用途として、上述したような低コストで信頼性の高いリニアイオンガンを用いたいとの要望がある。ここで、スパッタ成膜用途とは、イオンビームをターゲットに照射して対向する基板に成膜するイオンビームスパッタや、スパッタ成膜時のアシスト（例えば、酸化源として使用）としてイオンガンを使用する場合を意味している。
【００２７】
上記のスパッタ成膜用途では反応性を高め、プロセスの高速化を図るため、高圧真空下でイオンガンを使用する必要がある。すなわち、スパッタ成膜用途では、成膜速度、生産性の点から、０．５〜４Ｐａ、最も好ましい範囲としては０．５〜２Ｐａの圧力雰囲気で、印加電圧が１ＫＶ以上の条件下でイオンガンを使用しなければならない。
【００２８】
１ＫＶ以上の印加電圧を必要とする理由としては、印加電圧の半分がイオンのエネルギの最頻値であるためで、１ＫＶ未満の印加電圧だと、例えばイオンビームが照射されるターゲットや基板表面でのスパッタ率が低下し、生産性（成膜速度あるいは反応速度等）が低下してしまうからである。
【００２９】
ところで、従来のリニアイオンガンは、０．３Ｐａ以上の圧力では、後述する理由から、低インピーダンス放電となり、電圧は数百ボルト程度、電流は数Ａ程度となり、イオンビームが発散してしまう。
【００３０】
上記の理由としては、イオンガン内部の圧力が上昇すると放電電流が増加し、プラズマ温度の上昇に伴いプラズマ形成領域が拡大しようとする。このようにプラズマ領域が拡大すると、陰極と陽極との間がプラズマによって架橋（ブリッジ）されてしまう。すると、良導体であるプラズマによって陽極及び陰極間に大電流が流れてしまい、したがって上記の低インピーダンス放電モードに移行してしまうのである。
【００３１】
なお、デバイ長とは、正電場の作用と熱運動の作用とが釣り合う特性的な距離である。
プラズマ中に置かれた点電荷は、自分の作る電場で電子やイオンを引きつけ、あるいは反発することで、周囲に自分の電場を打ち消すような局所的な電荷分布を形成しようとする。しかしながら、電子やイオンは熱運動しているので、一様な分布になろうとする。この２つの作用の釣り合い（上記デバイ長により規定される）から電荷の空間分布が決まり、静電ポテンシャル場が形成される。
【００３２】
したがって、従来、リニアイオンガンの用途は、０．３Ｐａ未満の圧力下で行われる、例えばプラズマＣＶＤ等の化学的蒸着法に限られていた。
【００３３】
本発明では、前記垂直部１１ａの隙間ａ（垂直部１１ａをなす開口部１１の内壁面間の間隔）が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定されており、具体的に本実施形態では、前記隙間ａを２．０ｍｍに設定した。したがって、本実施形態に係るイオンガン１は、以下のように、従来のリニアイオンガンでは得られない格別の効果を得ることができる。
【００３４】
（実験例）
以下に、本発明のイオンガンの格別の効果を裏付ける実験結果について説明する。この実験では、垂直部１１ａの隙間と開口部１１内に生じる磁場の強度、或いは前記隙間ａとイオンガン１の最大使用可能圧力との関係を調べた。なお、前記イオンガン１における隙間ａを０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲で変化させ、それぞれの結果を測定した。
【００３５】
図４は、イオンガン１におけるイオンビーム透過率と垂直部の隙間ａとの関係を示した図であり、同図中、縦軸はビーム透過率（％）、横軸は隙間ａ（ｍｍ）を示している。図４に示すように、垂直部の隙間ａが製造限界の０．５ｍｍ程度では、イオンビーム透過率（透過ビーム電流／放電電流）が低く、放電電流の１５％程度しかイオンビームとして引き出すことができない。一方、垂直部の隙間ａが０．７ｍｍ程度になると、放電電流の６０％以上をイオンビームとして引き出すことができる。また、垂直部の隙間ａを２．５ｍｍとすれば、放電電流の略１００％近くをイオンビームとして引き出すことができる。
したがって、垂直部の隙間ａを０．７ｍｍ以上に設定すれば、開口部１１からイオンビームを効率的に引き出すことが可能となる。
【００３６】
また、垂直部１１ａの高さｈは、イオンビームの引き出し効率（イオンビーム透過率）に影響を及ぼす。垂直部１１ａの高さｈが増加すると、陽極電界を遮蔽する効果が大きくなり、開口部１１内を通過するイオンに抵抗が生じてしまうからである。そこで、垂直部１１ａの高さｈを抑え、イオンビームの引き出し効率を高めるのが好ましい。
【００３７】
具体的には、垂直部１１ａの高さｈを１．５ｍｍ以下に設定するのが好ましく、本実施形態では前記高さｈを１．５ｍｍとした。前記高さｈを１．５ｍｍ以下に設定することで、イオンが開口部１１を通り抜ける確率を実用的な範囲（２０％以上）とすることができる。また、前記高さｈの下限値としては開口部１１の強度に影響を与えない範囲において規定できる。
【００３８】
なお、イオンビーム透過率を、垂直部の隙間ａと垂直部１１ａの高さｈとの比で規定されるパラメータ（ｈ／ａ）によって表現することも可能であり、イオンビーム透過率は前記パラメータ（ｈ／ａ）の増加とともに急激に減少する。
【００３９】
具体的には、ｈ／ａを２．１以下（ａが０．７以上）に設定すれば、実用上十分なイオンビーム透過率（６０％以上）を得ることができる。なお、上記イオンガン１においては、ｈ＝１．５ｍｍ、ａ＝２．０ｍｍであるため、ｈ／ａが０．７５となっている。
【００４０】
また、開口部１１に形成される磁場の強度が、垂直部の隙間ａと反比例の関係にあることが分かった。図５は、磁場強度と垂直部の隙間ａとの関係を示した図であり、同図中、縦軸は開口部に生じる磁場強度（ＫＧａｕｓｓ）、横軸は開口部壁面の隙間（ｍｍ）を示している。
【００４１】
図５に示すように、垂直部の隙間ａが小さくなるにつれて、磁場強度が高まることが確認できる。具体的には、隙間ａが２．５ｍｍ以下の範囲であれば、２．０ＫＧａｕｓｓ以上の磁場強度を得ることができる。また、上記イオンガン１は、垂直部の隙間ａが２．０ｍｍであることから２．５ＫＧａｕｓｓ程度の磁場強度が得られた。ここで、比較として、従来のイオンガンを例に挙げると、従来のリニアイオンガンは、磁石材料としてフェライトが用いられており、垂直部の隙間が２ｍｍの場合、開口部内に生じる磁場の強度が１．５ＫＧａｕｓｓ程度であった。したがって、本実施形態のイオンガン１は、従来に比べ、開口部１１内に生じる磁場強度が向上したものとなっている。
【００４２】
次に、垂直部の隙間ａとイオンガンの使用可能上限圧力との関係について図６を参照して説明する。図６中、縦軸は最大使用可能圧力（Ｐａ）を示し、横軸は、隙間ａ（ｍｍ）を示している。具体的な実験方法としては、イオンガンへのガス導入口を密閉し、実験用チャンバ内にＡｒガスを１０〜１００ｓｃｃｍ導入し、実験用チャンバに設けた排気用バルブの閉じ具合を調整することで、０．１〜１０Ｐａの範囲で実験用チャンバ内の圧力を調整し、印加電圧１〜３ＫＶでイオンガンを駆動した際に、正常放電を維持できるか否かを測定した。上記実験により、図６に示すように、垂直部の隙間ａが２．５ｍｍ以下の範囲であれば、０．５Ｐａ以上の最大使用可能圧力となることが分かった。また、ｈ／ａを０．６以上（ａが２．５ｍｍ以下）に設定すれば、上述したように十分なイオンビーム透過率とともに、しかも最大使用可能圧力が最大で３．５Ｐａ程度となることが分かった。
【００４３】
上記最大使用圧力についての実験結果が得られた理由としては以下の事が考えられる。
上述したように、本発明のイオンガン１は、開口部１１内に従来に比べ強い磁場を形成することができる。従来は、プラズマ領域の拡大を十分に抑制することができず、陰極と陽極との間が架橋（ブリッジ）されてしまい、低インピーダンス放電モードに移行してしまった。一方、本発明では、開口部内に形成される磁場が強くなることで、電子の回転半径（ラーマー半径）が小さくなり、陰極２及び陽極５の間に形成されるプラズマ領域が狭まる。よって、プラズマ領域の拡大が抑制されることで、従来の構成では生じてしまった架橋を防止することができ、高圧力雰囲気下においても高インピーダンス放電（グロー放電モード）を持続することができるのである。
【００４４】
したがって、本実施形態のイオンガン１は、０．７≦ａ≦２．５、０．６≦ｈ／ａ≦２．１を満たしているので、上述したように、低インピーダンス放電を生じることなく、０．５Ｐａ以上の高圧力条件の下において使用することができ、プラズマＣＶＤ（化学的蒸着法）以外の用途、具体的にはスパッタ成膜時に適用可能となり、使用範囲（用途）が拡大されたものとなる。
【００４５】
（変形例）
次に、イオンガンの変形例について説明する。上記実施形態のイオンガン１は、垂直部１１ａの高さｈを１．５ｍｍとしていたが、この場合の陰極２はイオンビーム透過率、及び生産性の観点から、上記隙間ａを１．０ｍｍに設定するのが好ましい。そこで、本変形例では、隙間ａを固定（１．０ｍｍ）した状態において、開口部１１における磁場強度をより向上させる場合について説明する。
【００４６】
具体的には、磁場を強める手段として、以下の３つの場合がある。
まず、第１の手段として、磁石３の材料を上記実施形態のＳｍＣｏ合金からＮｄＦｅ（ネオジウム鉄）合金に変更することが挙げられる。ＮｄＦｅ合金は、ＳｍＣｏ合金に比べ、１．２〜１．４倍の磁力が得られることから、開口部により強い磁場を形成することができる。したがって、上記実施形態に比べ、より高い圧力条件の下で使用可能なイオンガンとなる。
【００４７】
また、第２の手段として、陰極２の飽和を防止することが挙げられる。通常、陰極材料としては、上述したＳＳ４００や、ＳＵＳ４３０等が用いられている。そこで、透過率の高い材料、例えば純鉄、パーマロイを用いて陰極を形成することで、上記実施形態に比べ、飽和点が約２倍高まり、より高い圧力条件の下で使用できるイオンガンとなる。
【００４８】
なお、上記の純鉄、パーマロイ等は高価であるため、従来のＳＳ４００や、ＳＵＳ４３０を使用するのが好ましい。そこで、第３の手段として、陰極の形状を変更することが挙げられる。具体的には、図１に示した傾斜面１１ｂの傾斜角度θを４５°以上、具体的には６０°に規定することが挙げられる。この構成によれば、傾斜部１１ｂをなす内壁面間の距離が近づき、傾斜部１１ｂ間に形成される磁場強度が高まることで、結果的に開口部１１内に形成される磁場が強まり、より高い圧力下での使用が可能なイオンガンとなる。
【００４９】
上記実施形態では、垂直部の隙間ａを１．０ｍｍに設定した場合には、図５に示したように約３．５ＫＧａｕｓｓの磁場強度が得られ、図６に示すように最大使用可能圧力が３Ｐａ程度であった。一方、第３の手段に係るイオンガンは、垂直部の隙間ａを１．０ｍｍに設定した場合において、約４ＫＧａｕｓｓの磁場強度が得られ、使用圧力限界値を４Ｐａまで上昇させることができる。また、上記傾斜面１１ｂの傾斜角度は、６５°以上になると電極の消耗が加速するため、傾斜角度を４５°以上６０°以下に設定するのが好ましい。
【００５０】
（成膜装置、成膜方法）
次に、本発明の成膜装置、及び成膜方法の一実施形態について説明する。
図７は、上記イオンガン１を備えたインラインスパッタ成膜装置（成膜装置）の概略構成を示す図である。図７に示すように、インラインスパッタ成膜装置２００は基板２１０を大気から真空中に導入するロードロックイン室２０１、基板２１０に異なる種類の金属やセラミックの膜をつける複数の成膜室２０２、２０３、２０４、及び基板を大気中に取り出すロードロックアウト室２０５から構成されている。なお、成膜室２０２と成膜室２０３とは連通部２２２によって連通しており、同様に成膜室２０３と成膜室２０４とは連通部２２３によって連通した状態となっている。
【００５１】
本実施例では、三層の異なる種類の成膜を行う場合について説明するが、目的に応じてさらに多い層（あるいは少ない層）を形成する場合は、その層数に対応する数の成膜室を設ければよい。それぞれの成膜室には、マグネトロンスパッタ装置２１１〜２１３が配置されており、各層に対応した金属またはセラミック等の材料からなるターゲット２１４〜２１６が取り付けられており、このターゲットを放電で生じた高エネルギのイオンによりたたいて、ターゲット物質をたたき出し（スパッタリング）、ガラス基板２１０の上に堆積させる。
【００５２】
また、ロードロックイン室２０１と成膜室２０２との間には、ゲートバルブＢ１が設けられており、これによってロードロックイン室２０１と成膜室２０２との雰囲気が分離可能となっている。また、ロードロックアウト室２０５と成膜室２０４との間にも、同様にゲートバルブＢ２が設けられている。これら各室には、図示しない真空ポンプなどが接続されており、これによって内部圧力を調整可能となっている。
【００５３】
通常、放電は１３．５６ＭＨｚの交流を陽極と陰極間にかけて、図示しない室内にＡｒなどのガスを導入することで生じさせる。このとき、放電に必要な圧力は、１０−２Ｐａ〜数Ｐａであり、より好ましくは１０−１Ｐａ〜数Ｐａであり、更に好ましくは０．５Ｐａ〜２Ｐａである。圧力が高くなると放電によるプラズマ密度が増加し、その結果ターゲットをたたくイオンの数が増加することで、たたき出される物質の量が増加し、成膜速度が上がり生産性を向上できる。一方圧力が高すぎると平均自由工程が短くなり、そのためにたたき出されたターゲット物質と導入ガスとが散乱することで堆積速度が減少してしまう。
【００５４】
このため、圧力は成膜物質や堆積物に応じて最適な条件を選ぶ必要がある。導入ガスは１種類だけとは限らず、複数のガスを導入してもよい。例えば、酸化物をスパッタにより成膜する場合は堆積された膜中の酸素が減少する場合があるので、酸素を混ぜることがある。そこで、本実施形態では、酸化を促進するための酸化源として、成膜室２０４内にイオンガン２１７（上記イオンガン１）を設けている。
【００５５】
次に、上記成膜装置を使用した成膜方法について説明する。
はじめに、大気中から、ロードロックイン室２０１に処理基板としてのガラス基板２１０を取り込んだ後、該ロードロックイン室２０１から成膜室２０２内に所定時間の後、搬送される。そして、成膜室２０２内で、ガラス基板２１０上にターゲット２１４をスパッタし、金属電極、誘電体膜等を形成する。そして、成膜室２０３で更にバリア膜としてＴａを１０ｎｍ形成し、その上に成膜室２０４でＭｇＯを４００ｎｍ形成する場合を示す。
なお、成膜室２０２〜２０４内においては、ガラス基板２１０が所定速度で移動しつつ、各処理が行われる。
【００５６】
成膜室２０３にはＴａターゲット２１２が設けられ、成膜室２０４にはＭｇＯターゲット２１６が設けられている。ＭｇＯ成膜では酸素が欠乏するので、成膜室２０４にＡｒ＋Ｏ２（５％）を導入し、更に酸化を促進するための酸化源として、上述したイオンガン２１７を取り付けている。このイオンガン２１７には酸素ガスを１０ｓｃｃｍ流し、これにより酸素イオン、及び酸素ラジカルを作り出しガラス基板２１０上に化学量論的なＭｇＯを堆積させることができた。なお、成膜室２０４内における成膜工程には、上記イオンガン１が用いた本発明の成膜方法が用いられている。
【００５７】
ＭｇＯが堆積されたガラス基板２１０は、成膜室２０４内の処理エリア（マグネトロンスパッタ装置２１３に対向する位置）から、ガラス基板２１０の大きさに設定された退避領域（スパッタ処理が行われない領域）を通って、ロードロックアウト室２０５内に搬送された後、外部に取り出される。
【００５８】
この膜は、プラズマディスプレイの誘電体の保護膜として好適に用いることができ、化学量論的な酸化数を達成することにより、光の透過率を略１００％にすることができ、保護膜として緻密で長寿命なものを形成することができる。
【００５９】
本実施形態のインラインスパッタ成膜装置２００、及び成膜方法にあっては、従来のラインイオンガンを用いた場合では不可能であった、スパッタ成膜用途（酸化源）にも対応することができる。また、イオンビームスパッタ等にも適用でき、装置あるいは成膜方法の適用範囲（用途）が拡大されたものとなる。
【符号の説明】
【００６０】
１…イオンガン、２…陰極、３…磁石、５…陽極、１１…開口部、１１ａ…垂直部、１１ｂ…傾斜部、２００…インラインスパッタ成膜装置（成膜装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンガン、及び成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、イオン源（イオンガン）から引き出されたイオンビームを用いたプロセスが多用されており、種々の装置に対してイオンガン搭載のニーズが高まっている。一般的なイオンガンは、プラズマ生成後、引き出し電極によってイオンビームを引き出す手法が採用されていた。この手法は、イオン電流及びイオンエネルギの制御に優れており、例えば半導体のイオン注入に代表されるような精密なプロセスに採用することができる。しかしながら、構造上、プラズマ生成室や引き出し電極等が必要になるため、装置構成が複雑で高コストとなり、上記のイオン注入装置のような高付加価値のプロセス等の限定的な使用に留まっていた。
【０００３】
また、近年、イオンガンが成膜装置にも用いられている。成膜装置では、制御性よりも生産性が考慮され、大面積化、高スループット化が望まれている。そこで、磁場を有する隙間が形成された隙間を持つ陰極と、それに略垂直方向に電界がかかるように配置した陽極とを備え、これら電極間に電圧を印加し、マグネトロンタイプの放電を生じさせることでイオンビームを引き出すイオンガンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このイオンガンは、リニアイオン源と呼ばれるもので、上記イオン注入に用いられるイオンガンに対し、引き出し電極の省略や、放電及びイオン加速を１台の電源で実行できるといった利点を有し、低コスト、高信頼性なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、スパッタ成膜用途として、上記のリニアイオンガンを採用したいとの要望がある。スパッタ成膜用途では、反応性を高めプロセスの高速化を図るため、０．５Ｐａ以上４Ｐａ以下、より好ましくは０．５Ｐａ以上２Ｐａ以下の圧力雰囲気で、印加電圧が１ＫＶ以上の条件下でリニアイオンガンを使用する必要がある。
しかしながら、従来のリニアイオンガンでは、０．３Ｐａ以上の圧力では、低インピーダンス放電となりイオンビームが発散してしまう。このような発散モード下においては、リニアイオンガンの用途が、プラズマＣＶＤ等に限られてしまうため、リニアイオンガンをスパッタ成膜用途として用いることができないといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、より高圧条件下での使用を可能とすることで、用途の拡大が図られた、イオンガン、及び成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のイオンガンは、スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、前記垂直部の隙間が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のイオンガンによれば、後述する実験結果に示されるように、開口部に強い磁場を形成することができ、０．５Ｐａ以上といった高い圧力条件下においても、高インピーダンス放電を維持することができる。したがって、０．５Ｐａ以上の圧力条件が必要とされるスパッタ成膜用途にも用いることができ、用途が拡大されたものとなる。
【０００９】
また、本発明のイオンガンは、スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、前記垂直部の高さをｈとし、前記垂直部の隙間をａとしたとき、ｈ／ａが、０．６以上２．１以下を満たすことを特徴とする。
【００１０】
本発明のイオンガンによれば、後述する実験結果に示されるように、開口部に強い磁場を形成することができ、０．５Ｐａ以上といった高い圧力条件下においても、高インピーダンス放電を維持することができる。したがって、０．５Ｐａ以上の圧力条件が必要とされるスパッタ成膜用途にも用いることができ、用途が拡大されたものとなる。
【００１１】
上記イオンガンにおいては、前記磁石は、ＳｍＣｏ合金に代えて、ＮｄＦｅ合金を主成分として構成されていてもよい。
この構成によれば、ＳｍＣｏ合金を主成分とするものに比べ、ＮｄＦｅ合金を主成分とするものは、１．２〜１．４倍の磁力が得られるので、開口部により強い磁場を形成することができ、より高い圧力条件の下で使用することができる。
【００１２】
また、上記イオンガンにおいては、前記傾斜部の内面は、前記陰極の表面に対して、４５°〜６０°の傾斜角度を有するのが好ましい。
この構成によれば、傾斜部をなす内壁面が近づくことで、傾斜部間に形成される磁場強度が高まることで、結果的に開口部内に形成される強い磁場が強まり、より高い圧力下での使用が可能なものとなる。
【００１３】
本発明の成膜装置は、上記のイオンガンを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の成膜装置によれば、より高い圧力条件下で使用できるイオンガンを備えているので、成膜装置自体を適用できる範囲（用途）を飛躍的に拡大できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、開口部に強い磁場が形成されるので、０．５Ｐａ以上の圧力条件が必要とされるスパッタ成膜用途においても、高インピーダンス放電を維持することができ、従来に比べ、用途が拡大されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】イオンガンの一実施形態における概略構成図である。
【図２】図１に断面が示されているイオンガンの概略斜視図である。
【図３】開口部の周辺拡大図である。
【図４】イオンビーム透過率と垂直部の隙間との関係を示した図である。
【図５】磁場強度と垂直部の隙間ａとの関係を示した図である。
【図６】イオンガンにおける使用可能上限圧力を示す図である。
【図７】インラインスパッタ成膜装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第一実施形態）
次に、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本発明に係るイオンガンの一実施形態における概略構成断面図（図２中Ａ−Ａ´線矢視）であり、図２は図１に断面が示されているイオンガンの概略斜視図である。図１に示すように、イオンガン１は、スリット状の開口部１１が形成された陰極２と、前記開口部１１の幅方向に磁場を発生させる磁石３と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極２の裏面から離間配置された陽極５とを備え、前記陰極２の表面の前記開口部１１からイオンビームが引き出されるものである。
【００１９】
本実施形態のイオンガン１は、陽極５及び陰極２間にＡｒやＯ２等のガスを流し、高圧電源により電圧を印加することで、陰極２と陽極５との間にマグネトロンタイプの放電（プラズマ）を生じさせ、前記スリット状の開口部１１からイオンビームが引き出される、いわゆるリニア（線状）イオンガンである。リニアイオンガン（イオンガン１）は、グリッド電極などの引き出し電極を不要とする簡便な構成からなるもので、１台の電源で放電とイオン加速を行うことができる。また、リニアイオンガン（イオンガン１）は、熱フィラメントを有しないので、酸素雰囲気でも長時間の運転が可能で、低コスト、信頼性が高いものとなっている。
【００２０】
前記開口部１１は、図２に示すように長円形のトラック形状となっている。なお、イオンガン１の寸法は、全長４００ｍｍ×幅１００ｍｍ×高さ８０ｍｍであり、前記開口部１１のコーナー部分は、平面視で曲率半径が２５ｍｍの曲線により構成される。
【００２１】
具体的には、イオンガン１は、図１に示したように、内部にＳｍＣｏ（サマリウムコバルト）合金から構成される磁石３と陽極５とが設けられており、磁石３及び陽極５を囲むように鉄製のヨーク４が枠状に設けられている。そして、ヨーク４に囲まれた領域を覆うように、ＳＳ４００、あるいはサビ難いＳＵＳ４３０等から構成される陰極２が設けられる。
【００２２】
本実施形態のイオンガン１は、磁石３を中央部に配置することで、磁石を外側に設ける構造に比べ、磁石の数を半分にした簡便な構造となっている。また、ヨーク４上に陰極２を配置することで、陰極２内を通る磁束により、図１に示すように開口部１１の幅方向、すなわちインビームの引き出し方向に一致する電界方向と直交する方向に磁場が形成される。
【００２３】
また、イオンガン１には、陰極２に形成された開口部１１の変形防止や、温度に依存しない安定駆動を実現するために、内部に冷却媒体（水）が流れる水冷用パイプＰが複数設けられている。
【００２４】
（開口部）
前記開口部１１は、本発明の特徴的な構成要素となっている。以下、陰極２に形成された開口部１１の構造について説明する。図３は、開口部１１の周辺拡大図である。以下の説明において、陰極２の裏面とはイオンガン１の内部側（陽極５側）に相当し、陰極２の表面とはイオンビームが引き出される側に相当する。
【００２５】
本実施形態では、図３に示すように、開口部１１は、陰極２の裏面からイオンガンの内部に向かって垂直に延びる隙間が一定の垂直部１１ａと、該垂直部１１ａに連続し、陰極２の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部１１ｂとから構成される。前記傾斜部１１ｂを設けたことで、イオンガン１内部で発生したプラズマを外部に引き出しやすくし、イオンビーム量を増加させることができる。前記傾斜部１１ｂにおける陰極上面に対する傾斜角度θは、例えば４５°に設定されている。
【００２６】
近年、スパッタ成膜用途として、上述したような低コストで信頼性の高いリニアイオンガンを用いたいとの要望がある。ここで、スパッタ成膜用途とは、イオンビームをターゲットに照射して対向する基板に成膜するイオンビームスパッタや、スパッタ成膜時のアシスト（例えば、酸化源として使用）としてイオンガンを使用する場合を意味している。
【００２７】
上記のスパッタ成膜用途では反応性を高め、プロセスの高速化を図るため、高圧真空下でイオンガンを使用する必要がある。すなわち、スパッタ成膜用途では、成膜速度、生産性の点から、０．５〜４Ｐａ、最も好ましい範囲としては０．５〜２Ｐａの圧力雰囲気で、印加電圧が１ＫＶ以上の条件下でイオンガンを使用しなければならない。
【００２８】
１ＫＶ以上の印加電圧を必要とする理由としては、印加電圧の半分がイオンのエネルギの最頻値であるためで、１ＫＶ未満の印加電圧だと、例えばイオンビームが照射されるターゲットや基板表面でのスパッタ率が低下し、生産性（成膜速度あるいは反応速度等）が低下してしまうからである。
【００２９】
ところで、従来のリニアイオンガンは、０．３Ｐａ以上の圧力では、後述する理由から、低インピーダンス放電となり、電圧は数百ボルト程度、電流は数Ａ程度となり、イオンビームが発散してしまう。
【００３０】
上記の理由としては、イオンガン内部の圧力が上昇すると放電電流が増加し、プラズマ温度の上昇に伴いプラズマ形成領域が拡大しようとする。このようにプラズマ領域が拡大すると、陰極と陽極との間がプラズマによって架橋（ブリッジ）されてしまう。すると、良導体であるプラズマによって陽極及び陰極間に大電流が流れてしまい、したがって上記の低インピーダンス放電モードに移行してしまうのである。
【００３１】
なお、デバイ長とは、正電場の作用と熱運動の作用とが釣り合う特性的な距離である。
プラズマ中に置かれた点電荷は、自分の作る電場で電子やイオンを引きつけ、あるいは反発することで、周囲に自分の電場を打ち消すような局所的な電荷分布を形成しようとする。しかしながら、電子やイオンは熱運動しているので、一様な分布になろうとする。この２つの作用の釣り合い（上記デバイ長により規定される）から電荷の空間分布が決まり、静電ポテンシャル場が形成される。
【００３２】
したがって、従来、リニアイオンガンの用途は、０．３Ｐａ未満の圧力下で行われる、例えばプラズマＣＶＤ等の化学的蒸着法に限られていた。
【００３３】
本発明では、前記垂直部１１ａの隙間ａ（垂直部１１ａをなす開口部１１の内壁面間の間隔）が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定されており、具体的に本実施形態では、前記隙間ａを２．０ｍｍに設定した。したがって、本実施形態に係るイオンガン１は、以下のように、従来のリニアイオンガンでは得られない格別の効果を得ることができる。
【００３４】
（実験例）
以下に、本発明のイオンガンの格別の効果を裏付ける実験結果について説明する。この実験では、垂直部１１ａの隙間と開口部１１内に生じる磁場の強度、或いは前記隙間ａとイオンガン１の最大使用可能圧力との関係を調べた。なお、前記イオンガン１における隙間ａを０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲で変化させ、それぞれの結果を測定した。
【００３５】
図４は、イオンガン１におけるイオンビーム透過率と垂直部の隙間ａとの関係を示した図であり、同図中、縦軸はビーム透過率（％）、横軸は隙間ａ（ｍｍ）を示している。図４に示すように、垂直部の隙間ａが製造限界の０．５ｍｍ程度では、イオンビーム透過率（透過ビーム電流／放電電流）が低く、放電電流の１５％程度しかイオンビームとして引き出すことができない。一方、垂直部の隙間ａが０．７ｍｍ程度になると、放電電流の６０％以上をイオンビームとして引き出すことができる。また、垂直部の隙間ａを２．５ｍｍとすれば、放電電流の略１００％近くをイオンビームとして引き出すことができる。
したがって、垂直部の隙間ａを０．７ｍｍ以上に設定すれば、開口部１１からイオンビームを効率的に引き出すことが可能となる。
【００３６】
また、垂直部１１ａの高さｈは、イオンビームの引き出し効率（イオンビーム透過率）に影響を及ぼす。垂直部１１ａの高さｈが増加すると、陽極電界を遮蔽する効果が大きくなり、開口部１１内を通過するイオンに抵抗が生じてしまうからである。そこで、垂直部１１ａの高さｈを抑え、イオンビームの引き出し効率を高めるのが好ましい。
【００３７】
具体的には、垂直部１１ａの高さｈを１．５ｍｍ以下に設定するのが好ましく、本実施形態では前記高さｈを１．５ｍｍとした。前記高さｈを１．５ｍｍ以下に設定することで、イオンが開口部１１を通り抜ける確率を実用的な範囲（２０％以上）とすることができる。また、前記高さｈの下限値としては開口部１１の強度に影響を与えない範囲において規定できる。
【００３８】
なお、イオンビーム透過率を、垂直部の隙間ａと垂直部１１ａの高さｈとの比で規定されるパラメータ（ｈ／ａ）によって表現することも可能であり、イオンビーム透過率は前記パラメータ（ｈ／ａ）の増加とともに急激に減少する。
【００３９】
具体的には、ｈ／ａを２．１以下（ａが０．７以上）に設定すれば、実用上十分なイオンビーム透過率（６０％以上）を得ることができる。なお、上記イオンガン１においては、ｈ＝１．５ｍｍ、ａ＝２．０ｍｍであるため、ｈ／ａが０．７５となっている。
【００４０】
また、開口部１１に形成される磁場の強度が、垂直部の隙間ａと反比例の関係にあることが分かった。図５は、磁場強度と垂直部の隙間ａとの関係を示した図であり、同図中、縦軸は開口部に生じる磁場強度（ＫＧａｕｓｓ）、横軸は開口部壁面の隙間（ｍｍ）を示している。
【００４１】
図５に示すように、垂直部の隙間ａが小さくなるにつれて、磁場強度が高まることが確認できる。具体的には、隙間ａが２．５ｍｍ以下の範囲であれば、２．０ＫＧａｕｓｓ以上の磁場強度を得ることができる。また、上記イオンガン１は、垂直部の隙間ａが２．０ｍｍであることから２．５ＫＧａｕｓｓ程度の磁場強度が得られた。ここで、比較として、従来のイオンガンを例に挙げると、従来のリニアイオンガンは、磁石材料としてフェライトが用いられており、垂直部の隙間が２ｍｍの場合、開口部内に生じる磁場の強度が１．５ＫＧａｕｓｓ程度であった。したがって、本実施形態のイオンガン１は、従来に比べ、開口部１１内に生じる磁場強度が向上したものとなっている。
【００４２】
次に、垂直部の隙間ａとイオンガンの使用可能上限圧力との関係について図６を参照して説明する。図６中、縦軸は最大使用可能圧力（Ｐａ）を示し、横軸は、隙間ａ（ｍｍ）を示している。具体的な実験方法としては、イオンガンへのガス導入口を密閉し、実験用チャンバ内にＡｒガスを１０〜１００ｓｃｃｍ導入し、実験用チャンバに設けた排気用バルブの閉じ具合を調整することで、０．１〜１０Ｐａの範囲で実験用チャンバ内の圧力を調整し、印加電圧１〜３ＫＶでイオンガンを駆動した際に、正常放電を維持できるか否かを測定した。上記実験により、図６に示すように、垂直部の隙間ａが２．５ｍｍ以下の範囲であれば、０．５Ｐａ以上の最大使用可能圧力となることが分かった。また、ｈ／ａを０．６以上（ａが２．５ｍｍ以下）に設定すれば、上述したように十分なイオンビーム透過率とともに、しかも最大使用可能圧力が最大で３．５Ｐａ程度となることが分かった。
【００４３】
上記最大使用圧力についての実験結果が得られた理由としては以下の事が考えられる。
上述したように、本発明のイオンガン１は、開口部１１内に従来に比べ強い磁場を形成することができる。従来は、プラズマ領域の拡大を十分に抑制することができず、陰極と陽極との間が架橋（ブリッジ）されてしまい、低インピーダンス放電モードに移行してしまった。一方、本発明では、開口部内に形成される磁場が強くなることで、電子の回転半径（ラーマー半径）が小さくなり、陰極２及び陽極５の間に形成されるプラズマ領域が狭まる。よって、プラズマ領域の拡大が抑制されることで、従来の構成では生じてしまった架橋を防止することができ、高圧力雰囲気下においても高インピーダンス放電（グロー放電モード）を持続することができるのである。
【００４４】
したがって、本実施形態のイオンガン１は、０．７≦ａ≦２．５、０．６≦ｈ／ａ≦２．１を満たしているので、上述したように、低インピーダンス放電を生じることなく、０．５Ｐａ以上の高圧力条件の下において使用することができ、プラズマＣＶＤ（化学的蒸着法）以外の用途、具体的にはスパッタ成膜時に適用可能となり、使用範囲（用途）が拡大されたものとなる。
【００４５】
（変形例）
次に、イオンガンの変形例について説明する。上記実施形態のイオンガン１は、垂直部１１ａの高さｈを１．５ｍｍとしていたが、この場合の陰極２はイオンビーム透過率、及び生産性の観点から、上記隙間ａを１．０ｍｍに設定するのが好ましい。そこで、本変形例では、隙間ａを固定（１．０ｍｍ）した状態において、開口部１１における磁場強度をより向上させる場合について説明する。
【００４６】
具体的には、磁場を強める手段として、以下の３つの場合がある。
まず、第１の手段として、磁石３の材料を上記実施形態のＳｍＣｏ合金からＮｄＦｅ（ネオジウム鉄）合金に変更することが挙げられる。ＮｄＦｅ合金は、ＳｍＣｏ合金に比べ、１．２〜１．４倍の磁力が得られることから、開口部により強い磁場を形成することができる。したがって、上記実施形態に比べ、より高い圧力条件の下で使用可能なイオンガンとなる。
【００４７】
また、第２の手段として、陰極２の飽和を防止することが挙げられる。通常、陰極材料としては、上述したＳＳ４００や、ＳＵＳ４３０等が用いられている。そこで、透過率の高い材料、例えば純鉄、パーマロイを用いて陰極を形成することで、上記実施形態に比べ、飽和点が約２倍高まり、より高い圧力条件の下で使用できるイオンガンとなる。
【００４８】
なお、上記の純鉄、パーマロイ等は高価であるため、従来のＳＳ４００や、ＳＵＳ４３０を使用するのが好ましい。そこで、第３の手段として、陰極の形状を変更することが挙げられる。具体的には、図１に示した傾斜面１１ｂの傾斜角度θを４５°以上、具体的には６０°に規定することが挙げられる。この構成によれば、傾斜部１１ｂをなす内壁面間の距離が近づき、傾斜部１１ｂ間に形成される磁場強度が高まることで、結果的に開口部１１内に形成される磁場が強まり、より高い圧力下での使用が可能なイオンガンとなる。
【００４９】
上記実施形態では、垂直部の隙間ａを１．０ｍｍに設定した場合には、図５に示したように約３．５ＫＧａｕｓｓの磁場強度が得られ、図６に示すように最大使用可能圧力が３Ｐａ程度であった。一方、第３の手段に係るイオンガンは、垂直部の隙間ａを１．０ｍｍに設定した場合において、約４ＫＧａｕｓｓの磁場強度が得られ、使用圧力限界値を４Ｐａまで上昇させることができる。また、上記傾斜面１１ｂの傾斜角度は、６５°以上になると電極の消耗が加速するため、傾斜角度を４５°以上６０°以下に設定するのが好ましい。
【００５０】
（成膜装置、成膜方法）
次に、本発明の成膜装置、及び成膜方法の一実施形態について説明する。
図７は、上記イオンガン１を備えたインラインスパッタ成膜装置（成膜装置）の概略構成を示す図である。図７に示すように、インラインスパッタ成膜装置２００は基板２１０を大気から真空中に導入するロードロックイン室２０１、基板２１０に異なる種類の金属やセラミックの膜をつける複数の成膜室２０２、２０３、２０４、及び基板を大気中に取り出すロードロックアウト室２０５から構成されている。なお、成膜室２０２と成膜室２０３とは連通部２２２によって連通しており、同様に成膜室２０３と成膜室２０４とは連通部２２３によって連通した状態となっている。
【００５１】
本実施例では、三層の異なる種類の成膜を行う場合について説明するが、目的に応じてさらに多い層（あるいは少ない層）を形成する場合は、その層数に対応する数の成膜室を設ければよい。それぞれの成膜室には、マグネトロンスパッタ装置２１１〜２１３が配置されており、各層に対応した金属またはセラミック等の材料からなるターゲット２１４〜２１６が取り付けられており、このターゲットを放電で生じた高エネルギのイオンによりたたいて、ターゲット物質をたたき出し（スパッタリング）、ガラス基板２１０の上に堆積させる。
【００５２】
また、ロードロックイン室２０１と成膜室２０２との間には、ゲートバルブＢ１が設けられており、これによってロードロックイン室２０１と成膜室２０２との雰囲気が分離可能となっている。また、ロードロックアウト室２０５と成膜室２０４との間にも、同様にゲートバルブＢ２が設けられている。これら各室には、図示しない真空ポンプなどが接続されており、これによって内部圧力を調整可能となっている。
【００５３】
通常、放電は１３．５６ＭＨｚの交流を陽極と陰極間にかけて、図示しない室内にＡｒなどのガスを導入することで生じさせる。このとき、放電に必要な圧力は、１０−２Ｐａ〜数Ｐａであり、より好ましくは１０−１Ｐａ〜数Ｐａであり、更に好ましくは０．５Ｐａ〜２Ｐａである。圧力が高くなると放電によるプラズマ密度が増加し、その結果ターゲットをたたくイオンの数が増加することで、たたき出される物質の量が増加し、成膜速度が上がり生産性を向上できる。一方圧力が高すぎると平均自由工程が短くなり、そのためにたたき出されたターゲット物質と導入ガスとが散乱することで堆積速度が減少してしまう。
【００５４】
このため、圧力は成膜物質や堆積物に応じて最適な条件を選ぶ必要がある。導入ガスは１種類だけとは限らず、複数のガスを導入してもよい。例えば、酸化物をスパッタにより成膜する場合は堆積された膜中の酸素が減少する場合があるので、酸素を混ぜることがある。そこで、本実施形態では、酸化を促進するための酸化源として、成膜室２０４内にイオンガン２１７（上記イオンガン１）を設けている。
【００５５】
次に、上記成膜装置を使用した成膜方法について説明する。
はじめに、大気中から、ロードロックイン室２０１に処理基板としてのガラス基板２１０を取り込んだ後、該ロードロックイン室２０１から成膜室２０２内に所定時間の後、搬送される。そして、成膜室２０２内で、ガラス基板２１０上にターゲット２１４をスパッタし、金属電極、誘電体膜等を形成する。そして、成膜室２０３で更にバリア膜としてＴａを１０ｎｍ形成し、その上に成膜室２０４でＭｇＯを４００ｎｍ形成する場合を示す。
なお、成膜室２０２〜２０４内においては、ガラス基板２１０が所定速度で移動しつつ、各処理が行われる。
【００５６】
成膜室２０３にはＴａターゲット２１２が設けられ、成膜室２０４にはＭｇＯターゲット２１６が設けられている。ＭｇＯ成膜では酸素が欠乏するので、成膜室２０４にＡｒ＋Ｏ２（５％）を導入し、更に酸化を促進するための酸化源として、上述したイオンガン２１７を取り付けている。このイオンガン２１７には酸素ガスを１０ｓｃｃｍ流し、これにより酸素イオン、及び酸素ラジカルを作り出しガラス基板２１０上に化学量論的なＭｇＯを堆積させることができた。なお、成膜室２０４内における成膜工程には、上記イオンガン１が用いた本発明の成膜方法が用いられている。
【００５７】
ＭｇＯが堆積されたガラス基板２１０は、成膜室２０４内の処理エリア（マグネトロンスパッタ装置２１３に対向する位置）から、ガラス基板２１０の大きさに設定された退避領域（スパッタ処理が行われない領域）を通って、ロードロックアウト室２０５内に搬送された後、外部に取り出される。
【００５８】
この膜は、プラズマディスプレイの誘電体の保護膜として好適に用いることができ、化学量論的な酸化数を達成することにより、光の透過率を略１００％にすることができ、保護膜として緻密で長寿命なものを形成することができる。
【００５９】
本実施形態のインラインスパッタ成膜装置２００、及び成膜方法にあっては、従来のラインイオンガンを用いた場合では不可能であった、スパッタ成膜用途（酸化源）にも対応することができる。また、イオンビームスパッタ等にも適用でき、装置あるいは成膜方法の適用範囲（用途）が拡大されたものとなる。
【符号の説明】
【００６０】
１…イオンガン、２…陰極、３…磁石、５…陽極、１１…開口部、１１ａ…垂直部、１１ｂ…傾斜部、２００…インラインスパッタ成膜装置（成膜装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、
前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、
前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、
前記垂直部の隙間が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とするイオンガン。
【請求項２】
スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、
前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、
前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、
前記垂直部の高さをｈとし、前記垂直部の隙間をａとしたとき、
ｈ／ａが、０．６以上２．１以下を満たすことを特徴とするイオンガン。
【請求項３】
前記磁石は、ＳｍＣｏ合金に代えて、ＮｄＦｅ合金を主成分として構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンガン。
【請求項４】
前記傾斜部の内面は、前記陰極の表面に対して、４５°〜６０°の傾斜角度を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオンガン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオンガンを備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１】
スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、
前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、
前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、
前記垂直部の隙間が、０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とするイオンガン。
【請求項２】
スリット状の開口部が形成された陰極と、前記開口部の幅方向に磁場を発生させる磁石と、前記磁場に対し略垂直方向に電界を生じさせるように前記陰極の裏面から離間配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の前記開口部からイオンビームが引き出されるイオンガンにおいて、
前記磁石は、ＳｍＣｏ合金を主成分として構成され、
前記開口部は、前記陰極の裏面から内部に向かって垂直に延びる隙間が略一定の垂直部と、該垂直部に連続し、前記陰極の表面に向かって隙間が漸次拡がる傾斜部と、から構成され、
前記垂直部の高さをｈとし、前記垂直部の隙間をａとしたとき、
ｈ／ａが、０．６以上２．１以下を満たすことを特徴とするイオンガン。
【請求項３】
前記磁石は、ＳｍＣｏ合金に代えて、ＮｄＦｅ合金を主成分として構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンガン。
【請求項４】
前記傾斜部の内面は、前記陰極の表面に対して、４５°〜６０°の傾斜角度を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオンガン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオンガンを備えたことを特徴とする成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６４６７７（Ｐ２０１２−１６４６７７Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９９９３７（Ｐ２０１２−９９９３７）
【出願日】平成２４年４月２５日（２０１２．４．２５）
【分割の表示】特願２００６−２２９５７４（Ｐ２００６−２２９５７４）の分割
【原出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２５日（２０１２．４．２５）
【分割の表示】特願２００６−２２９５７４（Ｐ２００６−２２９５７４）の分割
【原出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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