蒸着方法
【課題】蒸着源、蒸着装置及び蒸着方法の技術分野に関し、特に、同軸型真空アーク蒸着源に関する。
【解決手段】本発明の蒸着源５では、絶縁部材１０の側面２０と、トリガ電極１２の表面２２と、蒸着材料１４ａの側面２４とが、面一になるように構成されている。トリガ電極１２と蒸着材料１４ａとの間に電圧を印加して、トリガ放電を発生させると、蒸着材料１４ａの側面２４から荷電微粒子３１や巨大粒子３３が放射状に放出されるが、蒸着材料の側面２４に沿う方向に放出される荷電微粒子３１や巨大粒子３３の数は非常に少ない。このため、蒸着材料の側面２４と面一に配置された絶縁部材の側面２０には、巨大粒子３３がほとんど付着しないので、付着した巨大粒子３３が再蒸発して基板４の表面に付着する量を少なくすることができ、従来に比して膜質の良好な薄膜を成膜することができる。
【解決手段】本発明の蒸着源５では、絶縁部材１０の側面２０と、トリガ電極１２の表面２２と、蒸着材料１４ａの側面２４とが、面一になるように構成されている。トリガ電極１２と蒸着材料１４ａとの間に電圧を印加して、トリガ放電を発生させると、蒸着材料１４ａの側面２４から荷電微粒子３１や巨大粒子３３が放射状に放出されるが、蒸着材料の側面２４に沿う方向に放出される荷電微粒子３１や巨大粒子３３の数は非常に少ない。このため、蒸着材料の側面２４と面一に配置された絶縁部材の側面２０には、巨大粒子３３がほとんど付着しないので、付着した巨大粒子３３が再蒸発して基板４の表面に付着する量を少なくすることができ、従来に比して膜質の良好な薄膜を成膜することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着源、蒸着装置及び蒸着方法に係り、特に、同軸型真空アーク蒸着源と、その蒸着源を用いた蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜は、従来より、半導体装置や液晶表示装置等の種々の分野に用いられており、スパッタリング装置や蒸着装置等の薄膜形成装置によって、金属薄膜や磁性薄膜等の多種の薄膜が形成されている。
それらのうち、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置は、高真空雰囲気で薄膜を形成できることから、近年注目されている技術である。
【０００３】
従来の蒸着装置の一例を図７の符号１０１に示す。この蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、真空槽１０２の内部上面に取り付けられた基板ホルダー１０３と、基板ホルダー１０３に対向して設けられた蒸着源１０５とを有している。
【０００４】
蒸着源１０５は、真空槽１０２の底部に気密に取り付けられたフランジ１１５と、フランジ１１５に固定された円筒形形状の絶縁部材１１０と、絶縁部材１１０に挿入された円柱形形状のカソード電極１１４ｂとを有している。カソード電極１１４ｂの先端には、導電性材料が円柱形形状に成形されて成る蒸着材料１１４ａが固定されており、カソード電極１１４ｂと蒸着材料１１４ａは、先端部分から蒸着材料１１４ａだけが突き出されるように、絶縁部材１１０内に挿入されている。
【０００５】
絶縁部材１１０の先端部分の外周には、リング形状のトリガ電極１１２が設けられており、蒸着材料１１４ａを中心として、絶縁部材１１０やトリガ電極１１２の周囲には、トリガ電極１１２とは非接触の状態で、円筒形形状のアノード電極１１３が配置されている。
【０００６】
真空槽１０２の外部には、トリガ電源１１７とアーク電源１１８とが設けられており、トリガ電源１１７の一端はトリガ電極１１２に接続され、他端はカソード電極１１４ｂに接続されている。また、アーク電源１１８の一端はアノード電極１１３に、他端はカソード電極１１４ｂにそれぞれ接続されている。
【０００７】
上記のような構成の蒸着装置１０１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽１０２内に基板１０４を搬入して、基板ホルダー１０３に保持させて蒸着源１０５と対向配置させておき、真空槽１０２内を高真空雰囲気にしておく。
【０００８】
次いで、アーク電源１１８により、アノード電極１１３に対して、カソード電極１１４ｂに負の電圧を印加した状態で、トリガ電源１１７により、トリガ電極１１２にパルス状の電圧を印加すると、トリガ電極１１２と蒸着材料１１４ａとの間でトリガ放電が発生し、それによって、アノード電極１１３と蒸着材料１１４ａとの間にアーク放電が誘起される。
【０００９】
そのアーク放電により、蒸着材料１１４ａが蒸発すると、図７(ｂ)の符号１３１に示すような正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１４ａの側面１２１からアノード電極１１３に向けて大量に放出される。
【００１０】
蒸着材料１１４ａとカソード電極１１４ｂとは直線状に配置されているため、アーク放電によって生じたアーク電流ｉは、蒸着材料１１４ａ及びカソード電極１１４ｂ内を直線的に流れ、アノード電極１１３内に磁場を形成する。
【００１１】
その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１１３の開口部方向に押しやる力Ｆを及ぼすので、アノード電極１１３に向けて放出された荷電微粒子１３１は、飛行方向が開口部側に曲げられ、真空槽１０２内に放出され、開口部には基板１０４が対面して配置されており、真空槽内に放出された微小粒子１３１は、基板１０４表面に到達すると、薄膜を成長させる。
【００１２】
蒸着材料１１４ａの側面１２１からは、荷電微粒子１３１の他、電荷を有さない中性粒子１３２や、正電荷を有していても電荷量に比べて質量が大きい巨大粒子１３３もアノード電極１１３に向けて放出されるが、それらの粒子１３２、１３３には、力Ｆが加わらないか、加わっても影響が小さいため、そのまま直進し、アノード電極１１３の内周面に衝突し、大部分はそこに付着し、真空槽１０２内には放出されない。さらに、一部の巨大粒子１３５、１３６は、蒸着材料１１４ａの先端面から、アノード電極１１３の開口部へ向けて放出されるが、アノード電極１１３の上方には防着板１１９が設けられており、アノード電極１１３の開口部へ向けて放出された巨大粒子１３５、１３６は、防着板１１９に付着し、真空槽内１０２内には放出されない。
【００１３】
従って、基板１０４表面には、巨大粒子１３３は到達しにくく、質量が小さい荷電微粒子１３１が到達できるので、その結果、基板１０４の表面に、緻密な薄膜を形成できるようになっている。
【００１４】
しかしながら、上記した蒸着装置１０１では、図８(ａ)に示すように、大部分の巨大粒子１３３1はアノード電極１１３に向けて放出されるものの、一部の巨大粒子１３３2は絶縁部材１１０の沿面１１０ａに付着する。すると、放電時に絶縁部材１１０の沿面１１０ａから付着した粒子が飛散し、ダストとして基板１０４の表面に到達してしまうことにより、薄膜の膜質が悪くなってしまう。
【００１５】
また、絶縁部材１１０の沿面１１０ａに巨大粒子１３３が大量に付着すると、トリガ電極１１２と蒸着材料１１４ａとの間のインピーダンスが低下して、トリガ電極１１２と蒸着材料１１４ａとの間に、トリガ放電を発生させる電圧を印加することができなくなってしまい、トリガ放電が生じなくなってしまう(以下で絶縁劣化と称する)。これに対し、沿面１１０ａに、全く導電粒子が付着していない状態では、放電電圧を高くしないとトリガ放電が生じなくなってしまう。
【００１６】
さらに、アノード電極１１３に向けて巨大粒子１３３が放出されると、図８(ｂ)に示すように大部分の巨大粒子１３３3はアノード電極１１３の内周面に付着するが、一部の巨大粒子１３３4はアノード電極１１３表面で反跳して基板１０４方向へ飛び、基板１０４に付着してしまうため、薄膜の膜質が劣化してしまう。
【００１７】
また、放電の瞬間にカソードターゲット材が蒸発してアノード電極１１３とカソード電極１１４との間の空間の圧力が高くなると、荷電微粒子１３１同士の衝突頻度が高くなるため基板１０４に到達し得る荷電微粒子１３１の量が少なくなり、成膜レートが低下してしまうという問題もある。
また、カソード材料の表面に異物が付着していると、放電の際にその異物が基板方向に飛来し、膜中に不純物として混入し、膜質が劣化してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、同軸型真空アーク蒸着源を用いて形成する薄膜の品質を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に、前記蒸着材料と非接触の状態で配置されたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記アノード電極内には、中心軸線が前記アノード電極の中心軸線と同一方向に向くように、筒状の絶縁部材が設けられ、前記蒸着材料は、その先端の側面が前記絶縁部材の側面と面一になるように前記絶縁部材に取り付けられ、前記蒸着材料の近傍の前記絶縁部材の側面には、凹部が設けられ、前記凹部内には、前記トリガ電極が設けられ、前記トリガ電極の表面と、前記蒸着材料の側面と、前記トリガ電極及び前記蒸着材料の間にある前記絶縁部材の側面とが、面一になるようにされたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸着源であって、前記蒸着材料と、前記絶縁部材の直径は、前記蒸着材料の先端に向かうにつれて大きくなるか又は小さくなるように構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の蒸着源であって、前記凹部は、前記絶縁部材の周囲に形成された溝であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、アノード電極と、前記アノード電極の近傍に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記アノード電極は、網状に形成され、前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲を取り囲むように配置されたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、アノード電極と、前記アノード電極近傍に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記アノード電極は、螺旋状に形成され、前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲に、前記アノード電極が巻き回されたことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の蒸着源であって、前記アノード電極の周囲を取り囲むように配置された筒状の防着材を更に有することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、蒸着装置であって、真空槽を有し、該真空槽に、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の蒸着源が設けられたことを特徴とする。
請求項８記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を高くして、所定回数トリガ放電とアーク放電とを行なう工程と、前記真空槽内を真空状態にし、真空状態を維持した状態で前記基板ホルダに基板を保持させ、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間に配置しておく工程と、トリガ放電とアーク放電とを行ない、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間から撤去して、前記基板表面に前記蒸着物質の構成物質を付着させる工程とを有することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、所定の成膜圧力内で前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ、前記基板ホルダーに保持された基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、前記基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる前に、前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を前記成膜圧力よりも高い放電安定化圧力にして、所定回数トリガ放電とアーク放電を複数回生じさせ、前記トリガ放電の電圧を低下させる放電安定化工程と、前記真空槽内を前記放電安定化圧力よりも低い圧力にし、前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ前記蒸着材料をクリーニングするクリーニング工程と、を有する蒸着方法である。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の蒸着方法であって、前記クリーニング工程中は、前記遮蔽板を前記蒸着源の前記開口と前記基板ホルダーの間に位置させておくことを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の蒸着方法であって、前記クリーニング工程中は、前記基板ホルダーに前記基板を保持させておくことを特徴とする。
【００２０】
本発明の蒸着源は上述のように構成されており、絶縁部材の側面と、トリガ電極の表面と、蒸着材料の側面とが、面一になるように構成されている。
トリガ電極と蒸着材料との間に電圧を印加して、トリガ放電を発生させると、蒸着材料の側面から荷電微粒子や巨大粒子が放射状に放出されるが、蒸着材料の側面に沿う方向に放出される荷電微粒子や巨大粒子の数は非常に少ない。
【００２１】
このため、蒸着材料の側面と同一平面上にある絶縁部材の側面に飛来し、付着する導電粒子の数は非常に少なく、絶縁部材に付着した巨大粒子が再蒸発して基板表面に付着する量を少なくすることができ、従来に比して膜質の良好な薄膜を成膜することができる。
【００２２】
また、絶縁部材の側面に付着する巨大粒子の量を減らすことにより、絶縁劣化によりトリガ放電が生じなくなるまでの時間を長くすることができる。我々が行ったトリガ電極の寿命実験では、従来の蒸着源がＦｅを蒸着材料として１００００回でトリガ電極と蒸着材間が短絡したが、本発明の蒸着源では同じＦｅの蒸着材で７００００回以上の寿命が確認されている。
【００２３】
なお、本発明の蒸着源では、アノード電極を網状に形成して、蒸着材料と、トリガ電極との周囲を取り囲むように配置してもよい。
このように構成することにより、放電時にアノード電極の側面に向けて巨大粒子が飛来しても、大部分の巨大粒子は、網状のアノード電極に設けられた多数の孔からアノード電極の外部へと放出される。従って、アノード電極の内壁に衝突して反跳し、基板に向けて飛来する巨大粒子の量は従来に比して非常に少なくなるので、膜質の良好な薄膜を成膜する事ができる。
【００２４】
さらに、蒸着材料の蒸発時に蒸着材料の構成物質の蒸気が発生しても、アノード電極で囲まれた空間の圧力が過度に上昇しない。従って、蒸着材料の構成粒子同士の衝突頻度が低下し、基板方向へ飛行する粒子数が増大するので、成膜レートを向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の蒸着源において、筒状の防着材を、アノード電極の周囲を取り囲むように配置してもよい。このように構成することにより、アノード電極の外部へ飛来した巨大粒子は防着材の内壁に付着し、防着材の外部にある真空槽の内壁には付着しないため、真空槽内が汚染されないようにすることができる。
さらに、本発明の蒸着装置によれば、上述した本発明の蒸着源を有しているので、膜質の良い薄膜を基板表面に成膜することができる。
【００２６】
また、本発明の蒸着方法によれば、ガス導入手段よりガスを真空槽内に導入して真空槽内の圧力を高くして、放電が発生しやすい状態にして、所定回数トリガ放電とアーク放電とを行なっている。
【００２７】
予めトリガ放電とアーク放電とを所定回数行なうことにより、蒸着材料から導電粒子が放出され、その一部は絶縁部材の表面に付着して、トリガ電極と蒸着材料との間の絶縁耐圧が低下するので、真空槽内の圧力が低圧の場合にも確実にトリガ放電を生じさせることができる。
【００２８】
次いで、真空槽内を真空状態にし、真空状態を維持した状態で基板ホルダに基板を保持させ、遮蔽板を蒸着源と基板との間に配置してトリガ放電とアーク放電とを行なうと、蒸着材料の表面に異物が付着していても、その異物を飛ばして、蒸着材料表面をクリーニングすることができる。このとき、蒸着材料表面から異物が飛んでも、異物は遮蔽板に付着して、基板表面には到達できないので、基板表面が異物によって汚染されないようにすることができる。
【００２９】
その後、遮蔽板を蒸着源と基板との間から撤去し、トリガ放電とアーク放電をして、蒸着材料の構成物質を放出させることにより、表面がクリーニングされた蒸着材料から蒸着材料を放出させることができるので、膜質の良好な薄膜を成膜することができる。
【発明の効果】
【００３０】
薄膜成膜中に巨大粒子が基板表面に到達しないので、緻密な薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１(ａ)の符号１は本発明の蒸着装置であり、チャンバー２を有している。チャンバー２内部には、基板ホルダー３と、同軸型真空アーク方式の蒸着源５とが配置されている。
【００３２】
この蒸着源５は、真空槽２の底部に気密に取り付けられたフランジ１５と、フランジ１５に固定された略円筒形状の絶縁部材１０と、絶縁部材１０に挿入された円柱形形状のカソード電極１４ｂと、絶縁部材１０の周囲に設けられたアノード電極１３とを有している。
【００３３】
カソード電極１４ｂは円柱形形状に成形され、他方、絶縁部材１０は円筒形形状に成形されており、カソード電極１４ｂは、絶縁部材１０内に挿入されている。
絶縁部材１０の先端近傍の側面には、リング状の溝が形成されており、この溝に、リング状に形成されたトリガ電極１２がはめ込まれて固定されている。
【００３４】
また、カソード電極１４ｂの先端には、円柱状の蒸着材料１４ａが固定されている。そして図１(ｂ)に示すように、蒸着材料１４ａの側面２４と、絶縁部材１０の側面２０と、トリガ電極１２の表面２２とは、面一になるようにされている。
【００３５】
アノード電極１３は円筒形形状に成形されており、上述したカソード電極１４ｂ、蒸着材料１４ａ、絶縁部材１０、トリガ電極１２は、アノード電極１３とは非接触の状態で、その内部に配置されている。
【００３６】
チャンバー２の外部には、トリガ電源１７とアーク電源１８とが設けられており、各電源１７、１８の正電位側の端子は、それぞれトリガ電極１２とアノード電極１３に接続され、負電位側の端子は、ともにカソード電極１４ｂに接続されている。
【００３７】
基板ホルダー３は、チャンバー２内で、アノード電極１３の開口部と平行に対向して配置されており、上記構成の蒸着装置１を用いて薄膜を形成するには、まず薄膜形成対象である基板４をチャンバー２内に搬入し、基板ホルダー３に保持させる。
【００３８】
次に、不図示の真空排気系によって、チャンバー２内を１０-8Ｐａ程度の高真空雰囲気にした後、アーク電源１８を起動し、アノード電極１３に対して、蒸着材料１４に負電圧を印加する。
【００３９】
その状態でトリガ電源１７を起動し、トリガ電極１２に正のパルス電圧を印加すると、蒸着材料１４ａの側面２４とトリガ電極１２の側面２２との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、蒸着材料の側面２４から蒸着材料１４ａの構成物質が蒸発し、蒸気が発生する。
【００４０】
その蒸気によってアノード電極１３内の圧力が上昇し、アノード電極１３と蒸着材料１４ａの間の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料１４ａとアノード電極１３との間でアーク放電が発生する。
【００４１】
アーク放電により、蒸着材料１４ａが蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１４ａの側面２４からアノード電極１３に向けて大量に放出される。
蒸着材料１４ａとカソード電極１４ｂとは直線状に配置されているため、アーク放電によってアーク電流が蒸着材料１４ａ及びカソード電極１４ｂ内を直線的に流れ、アノード電極１３内に磁場を形成する。
【００４２】
その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１３の開口部方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極１３に向けて放出された荷電微粒子３１は、飛行方向が開口部側に曲げられ、チャンバー２内に放出され、開口部に対向配置された基板４の表面に到達すると、薄膜を成長させる。
【００４３】
蒸着材料１４ａの側面２４からは、荷電微粒子３１の他、電荷を有さない中性粒子や、正電荷を有していても電荷量に比べて質量が大きい巨大粒子３３もアノード電極１３に向けて放出されるが、それらの巨大粒子３２、３３は、アノード電極１３内の磁場による力をほとんど受けないため、そのまま直進し、アノード電極１３の内周面に衝突し、大部分はそこに付着する。
【００４４】
又、巨大粒子の一部はアノード電極１３の開口部に向けて飛行するが、開口部の上方には防着板１９が設けられており、巨大粒子は防着板１９に付着するため、いずれにしてもチャンバー２内には放出されない。
【００４５】
従って、基板４表面には、巨大粒子３３は到達しにくくなり、質量が小さい荷電微粒子３１が到達できるので、その結果、基板４表面に、結晶性の優れた薄膜を形成できる。
【００４６】
上述したように、トリガ放電及びアーク放電の発生時には、蒸着材料の表面からは荷電微粒子や巨大粒子が大量に放出されるが、蒸着材料の側面に沿う方向に放出される荷電微粒子や巨大粒子の数は非常に少ないため、絶縁部材の側面に付着する巨大粒子も又非常に少ない。
【００４７】
従って、絶縁部材の側面に付着した巨大粒子が再蒸発し、基板表面に付着する量を少なくすることができるため、従来に比して膜質の良好な薄膜を成膜する事ができる。
さらに、絶縁部材１０に付着する巨大粒子の量を減らすことにより、絶縁劣化が生じるまでの時間を長くすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、蒸着材料１４ａを円柱状に、トリガ電極１２をリング状にし、絶縁部材１０を円筒状にして、それぞれの直径が一定になるように構成したが、本発明はこれに限らず、例えば、図２(ａ)に示すように、蒸着材料１４ａ及び絶縁部材１０の直径が、先端に向かうにつれて大きくなるように構成してもよいし、又、図２(ｂ)に示すように、蒸着材料１４ａ及び絶縁部材１０の直径が、蒸着材料の先端に向かうにつれて小さくなるように構成してもよい。
【００４９】
また、絶縁部材１０の周囲に、リング状の溝が形成され、その溝中に、リング状のトリガ電極が埋め込まれるものとしているが、本発明はこれに限らず、絶縁部材１０の側面の一部に凹部を設け、その凹部内にトリガ電極を設ける構成にしても良い。
【００５０】
以下で、本発明の他の実施形態について説明する。図３(ａ)の符号４１に、本発明の他の実施形態の蒸着装置の一例を示す。
この蒸着装置４１は、チャンバー４２と、基板ホルダー４３と、蒸着源４５とを有しているが、このうちチャンバー４２、基板ホルダー４３は、それぞれ図１(ａ)のチャンバー２、基板ホルダー３と同じ構成であるため、説明を省略する。
【００５１】
図３(ａ)に示す蒸着源４５は、真空槽４２の底部に気密に取り付けられたフランジ５５と、フランジ５５に固定された略円筒形状の絶縁部材５０と、絶縁部材５０に挿入された円柱形形状のカソード電極５４ｂと、絶縁部材５０の周囲に設けられたアノード電極５３とを有している。
【００５２】
このうちカソード電極５４ｂは円柱形形状に成形され、他方、絶縁部材５０は円筒形形状に成形されており、カソード電極５４ｂは、絶縁部材５０内に挿入されている。絶縁部材５０の先端近傍の周囲には、リング状に形成されたトリガ電極５２が固着されている。
【００５３】
また、カソード電極５４ｂの先端には、円柱状の蒸着材料５４ａが固着されており、先端部分が絶縁部材５０の先端から突き出されている。
アノード電極５３は網状であって、網状のアノード電極５３が図３(ｂ)、(ｃ)に示すように円筒形形状に成形されており、上述したカソード電極５４ｂ、蒸着材料５４ａ、絶縁部材５０、トリガ電極５２の周囲を取り囲むように配置されている。
アノード電極５３の周囲には、筒状の防着材６０が配置され、開口部の上方には防着板５９が配置されている。
【００５４】
また、チャンバー４２の外部には、トリガ電源５７とアーク電源５８とが設けられており、各電源５７、５８の正電位側の端子は、それぞれトリガ電極５２とアノード電極５３に接続され、負電位側の端子は、ともにカソード電極５４ｂに接続されている。
【００５５】
基板ホルダー７３は、チャンバー４２内で、アノード電極５３の開口部と平行に対向して配置されており、上記構成の蒸着装置４１を用いて薄膜を形成する場合には、まず薄膜形成対象である基板４４をチャンバー４２内に搬入し、基板ホルダー４３に保持させる。
【００５６】
次に、不図示の真空排気系によって、チャンバー４２内を１０-8Ｐａ程度の高真空雰囲気にした後、アーク電源５８を起動し、アノード電極５３に対して、蒸着材料５４ａに負電圧を印加する。
【００５７】
その状態でトリガ電源５７を起動し、トリガ電極５２に正のパルス電圧を印加すると、蒸着材料５４ａの側面とトリガ電極５２との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、側面から蒸着材料５４ａの蒸気が発生する。
【００５８】
その蒸気によってアノード電極５３内の圧力が上昇し、アノード電極５３と蒸着材料５４ａの間の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料５４ａとアノード電極５３との間でアーク放電が発生する。
【００５９】
アーク放電により、蒸着材料５４ａが蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料５４ａの側面からアノード電極５３に向けて大量に放出される。
アノード電極５３に向けて放出された荷電微粒子は、アーク電流によって生じる磁場により、飛行方向が開口部側に曲げられ、チャンバー４２内に放出され、開口部に対向配置された基板４４の表面に到達すると、薄膜を成長させる。
【００６０】
このとき、図４(ａ)に示すように、蒸着材料５４ａの側面から放出された巨大粒子の大部分は、網状のアノード電極５３の側面にある多数の孔を通ってアノード電極５３の外部へと放出されるので、アノード電極５３の側壁に衝突して反跳する巨大粒子は、従来に比して少なくなる。
【００６１】
従って、アノード電極５３の側壁に衝突して反跳し、基板方向に飛行し、基板表面に付着する巨大粒子の数を少なくすることができるので、従来に比して膜質が良好な薄膜を得ることができる。
【００６２】
更に、アノード電極５３の周囲には防着材６０が設けられているので、アノード電極５３の外部へ巨大粒子が放出されると、防着材６０の内壁に付着し、巨大粒子がチャンバー４２の内壁に付着して汚染されないようにすることができる。
【００６３】
なお、図３(ａ)の蒸着装置４１では、図３(ｂ)、(ｃ)に示すように側面が網状にされたアノード電極５３を用いたが、本発明はこれに限らず、例えば図４(ｂ)、(ｃ)に示すように、螺旋状に形成されたアノード電極６３を用いてもよい。
【００６４】
以下で、本発明のその他の実施形態について説明する。
図５の符号７１に、本発明のその他の実施形態の蒸着方法に用いる蒸着装置を示す。
【００６５】
この蒸着装置７１は、チャンバー７２と、チャンバー７２の内部底面に取り付けられた蒸着源７５と、蒸着源７５と対向配置された基板ホルダー７３とを有している。図５には、チャンバー７２の底部の一部のみを示しており、チャンバー７２の側部や上部の壁は図示していない。
【００６６】
この蒸着源７５は、フランジ８５と、柱状の絶縁部材８０ｃと、金属からなるカソード取付台８４ｂと、柱状の蒸着材料８４ａと、円筒状の絶縁管８０ａと、リング状のトリガ電極８２と、円筒状のアノード電極８３と、トリガ配線８２ａと、カソード配線８４ｃと、ガス導入系９０と、遮蔽板９４と、駆動機構９６とを有している。
【００６７】
フランジ８５は、チャンバー７２の底部に気密に取り付けられており、フランジ８５上には、絶縁部材８０ｃが配置されている。絶縁部材８０ｃ上には、カソード取付台８４ｂの底面が固定されており、カソード取付台８４ｂの先端には、蒸着材料８４ａが固定されている。
【００６８】
その蒸着材料８４ａの周囲には、円筒状の絶縁管８０ａが配置されており、蒸着材料８４ａの先端は絶縁管８０ａから露出するようにされている。絶縁管８０ａの周囲にはリング状の溝が形成されており、その溝に、リング状のトリガ電極８２が固定されている。
【００６９】
カソード取付台８４ｂの底面にはカソード配線８４ｃの一端が接続されており、カソード配線８４ｃの他端は絶縁部材８０ｃに設けられた孔を通してチャンバー７２の外部に引き出されている。
【００７０】
トリガ電極８２にはトリガ配線８２ａの一端が接続されており、トリガ配線８２ａの他端は絶縁部材８０ｃに設けられた孔を通ってチャンバー７２の外部に引き出されている。
【００７１】
蒸着材料８４ａ、絶縁管８０ａ、トリガ電極８２、絶縁部材８０ｃの周囲には、アノード電極８３が配置されている。
チャンバー７２の外部には、トリガ電源８７と、アーク電源８８とが設けられており、トリガ電源８７の正極は、絶縁部材８０ｃから引き出されたトリガ電極８２ａに接続されており、負極は、絶縁部材８０ｃから引き出されたカソード配線８４ｃに接続されており、トリガ電極８２ａとカソード配線８４ｃとの間に電圧が印加できるように構成されている。
【００７２】
他方、アーク電源８８の正極は、フランジ８５に接続されており、負極はカソード配線８４ｃに接続されている。フランジ８５は、アノード電極８３とともに導電体からなり、アノード電極８３はフランジ８５に直接取り付けられているので、アーク電源８８を起動すると、アノード電極８３とカソード配線８４ｃとの間に、電圧を印加することができるように構成されている。
【００７３】
上述したガス導入系９０は、ガス導入継手９２と、仕切バルブ９１ｄと、マスフロコントローラ９１ｃと、仕切バルブ９１ｂと、圧力調整器９１ａと、ガスボンベ９３とを有しており、これらがこの順で接続され、ガス導入継手９２はフランジ８５を貫通しており、ガスボンベ９３の元栓を開いた状態で仕切バルブ９１ｂ、９１ｄを開くと、ガスボンベ９３中のガスをチャンバー７２内に導入することができるようにされている。
【００７４】
そして、圧力調整器９１ａは、ガスボンベ９３内のガスの吐出圧力を調整することができるようにされており、マスフロコントローラ９１ｃは、チャンバー７２内に導入されるガスの流量を調整することができるようにされている。
【００７５】
駆動機構９６は、フランジ８５を貫通して設けられた円筒状の回転導入機構９５ｂと、シャフト９５ａと、ロータリアクチュエータ９５ｅとを有している。回転導入機構９５ｂは、内部に不図示の駆動軸を有しており、シャフト９５ａと、ロータリアクチュエータ９５ｅとは、駆動軸の上部と底部とにそれぞれ取り付けられている。ロータリアクチュエータ９５ｅには、ガス導入管９５ｃとガス排気管９５ｄとが接続されており、ガス導入管９５ｃから圧搾空気が導入されると、回転導入機構９５ｂ内の駆動軸を所定角度回転させ、駆動軸に接続されたシャフト９５ａを所定角度回転させることができるようにされている。
【００７６】
シャフト９５ａの先端には、遮蔽板９４が取り付けられており、シャフト９５ａが所定角度回転すると、遮蔽板９４を水平面内で所定角度回転させることができ、遮蔽板９４を、アノード電極８３の上方位置に配置することも、上方位置から撤去することもできるようにされている。
【００７７】
上記構成の蒸着装置７１を用いて薄膜を形成するには、予めチャンバー７２内を、不図示の真空排気系で真空排気して真空状態にし、ガスボンベ９３の元栓を開栓し、圧力調整器９１ａで吐出圧力を適正な値に調整する。次いで仕切バルブ９１ｂ、９１ｄを開放し、マスフロコントローラ９１ｃにより流量を調整して、ガスボンベ９３中のガスをガス導入継手９２からチャンバー７２内に導入する。
【００７８】
ガスが導入されると、チャンバー７２内の内部圧力が上昇する。内部圧力が所定圧力まで上昇したらアーク電源８８を起動し、カソード配線８４ｃに負極性の電圧を印加するとともに、トリガ電源８７を起動して、トリガ電極８２とカソード配線８４ｃとの間にパルス状の電圧を印加する。ここでは所定圧力を、０．００１Torr程度とする。
【００７９】
パルス状の電圧をトリガ電極８２とカソード配線８４ｃとの間に印加することにより、トリガ放電が発生する。チャンバー７２内の圧力が高いと、放電が生じ易くなるため、低電圧を印加してもトリガ放電は確実に発生する。こうして発生したトリガ放電により、カソード配線８４ｃとアノード電極８３との間にアーク放電が生じる。
【００８０】
その後所定回数(２０〜３０回)、パルス状の電圧をトリガ電極８２とカソード配線８４ｃとの間に印加して、トリガ放電及びアーク放電を行なう。
所定回数トリガ放電及びアーク放電をすることにより、絶縁管８０ａの上面に蒸着材料８４ａから放出された導電粒子が付着して、トリガ電極８２と蒸着材料８４ａとの間の絶縁耐圧が低下する。従って、低圧条件で、低電圧を印加してもトリガ放電を生じさせることができる。
【００８１】
トリガ放電及びアーク放電が所定回数終了したら、マスフロコントローラ９１ｃにより、ガス流量を徐々に減じて、仕切バルブ９１ｂ、９１ｄを閉じ、ガス導入継手９２からのガス導入を中止する。
【００８２】
不図示の真空排気系により終始チャンバー７２内は真空排気されているので、ガス導入管からガスの導入が停止されると、チャンバー７２内の圧力は低下する。ここではチャンバー内の圧力は約１０-6Torr〜１０-7Torr程度まで低下するものとする。
【００８３】
かかる真空状態を維持しながら薄膜形成対象である基板７４をチャンバー７２内に搬入し、基板ホルダー７３に保持させておくとともに、ガス導入管９５ｃから圧搾空気をロータリアクチュエータ９５ｅに導入し、駆動機構９６のシャフト９５ａを所定角度回転させ、遮蔽板９４を、アノード電極８３の開口部の上方に位置させておく。
【００８４】
この状態で、トリガ電源８７から、パルス状の電圧をトリガ電極８２に印加すると、トリガ放電が生じ、トリガ放電によってアーク放電が生じる。
アーク放電により、蒸着材料８４ａが蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料８４ａの側面からアノード電極８３に向けて大量に放出され、アーク電流によって生じる磁場により、飛行方向がアノード電極８３の開口部側に曲げられる。また、放電により、蒸着材料８４ａの表面に付着していた異物を蒸着材料８４ａの表面から飛ばすことにより、蒸着材料８４ａの表面をクリーニングすることができる。
【００８５】
クリーニングをしている間は、遮蔽板９４は、アノード電極８３の開口部の上方に位置しており、蒸着材料８４ａが蒸発してもその蒸気は基板には達しないので、異物が蒸気とともに基板７４の表面に到達して、基板表面が汚染されないようにすることができる。
【００８６】
クリーニングが終了したと推定される時点で、ガス導入管９５ｃから圧搾空気をロータリアクチュエータ９５ｅに導入し、駆動機構９６のシャフト９５ａを所定角度回転させることにより、遮蔽板９４を、アノード電極８３の開口部の上方から撤去させる。すると、アノード電極８３の開口部に対向配置された基板４４の表面に到達するので、基板表面に薄膜が成長する。こうして成長された薄膜は、クリーニングされた蒸着材料８４ａで成膜されているので、薄膜の膜質は、従来に比して良くなる。
【００８７】
なお、図６に示すように、蒸着装置７１を用いた上述の蒸着方法では、遮蔽板９４を駆動機構９６により水平面内で回転させることで、アノード電極８３の上方に配置したり、上方から撤去したりしているが、本発明はこれに限らず、遮蔽板９４を所定距離平行移動することで、アノード電極８３の上方に配置された遮蔽板９４を、アノード電極８３の上方から撤去するような構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】(ａ)：本発明の一実施形態の蒸着装置を説明する断面図 (ｂ)：本発明の一実施形態の蒸着源を説明する断面図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の他の蒸着源を説明する断面図 (ｂ)：本発明の一実施形態のその他の蒸着源を説明する断面図
【図３】(ａ)：本発明の他の実施形態の蒸着装置を説明する断面図 (ｂ)：本発明の他の実施形態のアノード電極を説明する平面図 (ｃ)：本発明の他の実施形態のアノード電極を説明する側面図
【図４】(ａ)：本発明の他の実施形態の蒸着源を説明する断面図 (ｂ)：本発明の他の実施形態における他のアノード電極を説明する平面図 (ｃ)：本発明の他の実施形態における他のアノード電極を説明する側面図
【図５】本発明のその他の実施形態の蒸着装置を説明する第１の断面図
【図６】本発明のその他の実施形態の蒸着装置を説明する第２の断面図
【図７】(ａ)：従来の蒸着装置の構成を説明する断面図 (ｂ)：従来の蒸着源の動作を説明する断面図
【図８】(ａ)：従来の問題点を説明する第１の断面図 (ｂ)：従来の問題点を説明する第２の断面図
【符号の説明】
【００８９】
１、４１、７１……蒸着装置 ２、４２、７２……チャンバー ５、４５、７５……蒸着源 １０、５０、８０……絶縁部材 １２、４２、８２……トリガ電極 １３、４３、８３……アノード電極 １４ａ、５４ａ、８４ａ……蒸着材料 １４ｂ、５４ｂ、８４ｃ……カソード電極 ６０……防着材
９２……ガス導入継手 ９４……遮蔽板
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着源、蒸着装置及び蒸着方法に係り、特に、同軸型真空アーク蒸着源と、その蒸着源を用いた蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜は、従来より、半導体装置や液晶表示装置等の種々の分野に用いられており、スパッタリング装置や蒸着装置等の薄膜形成装置によって、金属薄膜や磁性薄膜等の多種の薄膜が形成されている。
それらのうち、同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置は、高真空雰囲気で薄膜を形成できることから、近年注目されている技術である。
【０００３】
従来の蒸着装置の一例を図７の符号１０１に示す。この蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、真空槽１０２の内部上面に取り付けられた基板ホルダー１０３と、基板ホルダー１０３に対向して設けられた蒸着源１０５とを有している。
【０００４】
蒸着源１０５は、真空槽１０２の底部に気密に取り付けられたフランジ１１５と、フランジ１１５に固定された円筒形形状の絶縁部材１１０と、絶縁部材１１０に挿入された円柱形形状のカソード電極１１４ｂとを有している。カソード電極１１４ｂの先端には、導電性材料が円柱形形状に成形されて成る蒸着材料１１４ａが固定されており、カソード電極１１４ｂと蒸着材料１１４ａは、先端部分から蒸着材料１１４ａだけが突き出されるように、絶縁部材１１０内に挿入されている。
【０００５】
絶縁部材１１０の先端部分の外周には、リング形状のトリガ電極１１２が設けられており、蒸着材料１１４ａを中心として、絶縁部材１１０やトリガ電極１１２の周囲には、トリガ電極１１２とは非接触の状態で、円筒形形状のアノード電極１１３が配置されている。
【０００６】
真空槽１０２の外部には、トリガ電源１１７とアーク電源１１８とが設けられており、トリガ電源１１７の一端はトリガ電極１１２に接続され、他端はカソード電極１１４ｂに接続されている。また、アーク電源１１８の一端はアノード電極１１３に、他端はカソード電極１１４ｂにそれぞれ接続されている。
【０００７】
上記のような構成の蒸着装置１０１を用いて、基板表面に薄膜を形成する場合には、まず、真空槽１０２内に基板１０４を搬入して、基板ホルダー１０３に保持させて蒸着源１０５と対向配置させておき、真空槽１０２内を高真空雰囲気にしておく。
【０００８】
次いで、アーク電源１１８により、アノード電極１１３に対して、カソード電極１１４ｂに負の電圧を印加した状態で、トリガ電源１１７により、トリガ電極１１２にパルス状の電圧を印加すると、トリガ電極１１２と蒸着材料１１４ａとの間でトリガ放電が発生し、それによって、アノード電極１１３と蒸着材料１１４ａとの間にアーク放電が誘起される。
【０００９】
そのアーク放電により、蒸着材料１１４ａが蒸発すると、図７(ｂ)の符号１３１に示すような正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１１４ａの側面１２１からアノード電極１１３に向けて大量に放出される。
【００１０】
蒸着材料１１４ａとカソード電極１１４ｂとは直線状に配置されているため、アーク放電によって生じたアーク電流ｉは、蒸着材料１１４ａ及びカソード電極１１４ｂ内を直線的に流れ、アノード電極１１３内に磁場を形成する。
【００１１】
その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１１３の開口部方向に押しやる力Ｆを及ぼすので、アノード電極１１３に向けて放出された荷電微粒子１３１は、飛行方向が開口部側に曲げられ、真空槽１０２内に放出され、開口部には基板１０４が対面して配置されており、真空槽内に放出された微小粒子１３１は、基板１０４表面に到達すると、薄膜を成長させる。
【００１２】
蒸着材料１１４ａの側面１２１からは、荷電微粒子１３１の他、電荷を有さない中性粒子１３２や、正電荷を有していても電荷量に比べて質量が大きい巨大粒子１３３もアノード電極１１３に向けて放出されるが、それらの粒子１３２、１３３には、力Ｆが加わらないか、加わっても影響が小さいため、そのまま直進し、アノード電極１１３の内周面に衝突し、大部分はそこに付着し、真空槽１０２内には放出されない。さらに、一部の巨大粒子１３５、１３６は、蒸着材料１１４ａの先端面から、アノード電極１１３の開口部へ向けて放出されるが、アノード電極１１３の上方には防着板１１９が設けられており、アノード電極１１３の開口部へ向けて放出された巨大粒子１３５、１３６は、防着板１１９に付着し、真空槽内１０２内には放出されない。
【００１３】
従って、基板１０４表面には、巨大粒子１３３は到達しにくく、質量が小さい荷電微粒子１３１が到達できるので、その結果、基板１０４の表面に、緻密な薄膜を形成できるようになっている。
【００１４】
しかしながら、上記した蒸着装置１０１では、図８(ａ)に示すように、大部分の巨大粒子１３３1はアノード電極１１３に向けて放出されるものの、一部の巨大粒子１３３2は絶縁部材１１０の沿面１１０ａに付着する。すると、放電時に絶縁部材１１０の沿面１１０ａから付着した粒子が飛散し、ダストとして基板１０４の表面に到達してしまうことにより、薄膜の膜質が悪くなってしまう。
【００１５】
また、絶縁部材１１０の沿面１１０ａに巨大粒子１３３が大量に付着すると、トリガ電極１１２と蒸着材料１１４ａとの間のインピーダンスが低下して、トリガ電極１１２と蒸着材料１１４ａとの間に、トリガ放電を発生させる電圧を印加することができなくなってしまい、トリガ放電が生じなくなってしまう(以下で絶縁劣化と称する)。これに対し、沿面１１０ａに、全く導電粒子が付着していない状態では、放電電圧を高くしないとトリガ放電が生じなくなってしまう。
【００１６】
さらに、アノード電極１１３に向けて巨大粒子１３３が放出されると、図８(ｂ)に示すように大部分の巨大粒子１３３3はアノード電極１１３の内周面に付着するが、一部の巨大粒子１３３4はアノード電極１１３表面で反跳して基板１０４方向へ飛び、基板１０４に付着してしまうため、薄膜の膜質が劣化してしまう。
【００１７】
また、放電の瞬間にカソードターゲット材が蒸発してアノード電極１１３とカソード電極１１４との間の空間の圧力が高くなると、荷電微粒子１３１同士の衝突頻度が高くなるため基板１０４に到達し得る荷電微粒子１３１の量が少なくなり、成膜レートが低下してしまうという問題もある。
また、カソード材料の表面に異物が付着していると、放電の際にその異物が基板方向に飛来し、膜中に不純物として混入し、膜質が劣化してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、同軸型真空アーク蒸着源を用いて形成する薄膜の品質を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に、前記蒸着材料と非接触の状態で配置されたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記アノード電極内には、中心軸線が前記アノード電極の中心軸線と同一方向に向くように、筒状の絶縁部材が設けられ、前記蒸着材料は、その先端の側面が前記絶縁部材の側面と面一になるように前記絶縁部材に取り付けられ、前記蒸着材料の近傍の前記絶縁部材の側面には、凹部が設けられ、前記凹部内には、前記トリガ電極が設けられ、前記トリガ電極の表面と、前記蒸着材料の側面と、前記トリガ電極及び前記蒸着材料の間にある前記絶縁部材の側面とが、面一になるようにされたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸着源であって、前記蒸着材料と、前記絶縁部材の直径は、前記蒸着材料の先端に向かうにつれて大きくなるか又は小さくなるように構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の蒸着源であって、前記凹部は、前記絶縁部材の周囲に形成された溝であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、アノード電極と、前記アノード電極の近傍に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記アノード電極は、網状に形成され、前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲を取り囲むように配置されたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、アノード電極と、前記アノード電極近傍に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、前記アノード電極は、螺旋状に形成され、前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲に、前記アノード電極が巻き回されたことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の蒸着源であって、前記アノード電極の周囲を取り囲むように配置された筒状の防着材を更に有することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、蒸着装置であって、真空槽を有し、該真空槽に、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の蒸着源が設けられたことを特徴とする。
請求項８記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を高くして、所定回数トリガ放電とアーク放電とを行なう工程と、前記真空槽内を真空状態にし、真空状態を維持した状態で前記基板ホルダに基板を保持させ、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間に配置しておく工程と、トリガ放電とアーク放電とを行ない、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間から撤去して、前記基板表面に前記蒸着物質の構成物質を付着させる工程とを有することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、所定の成膜圧力内で前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ、前記基板ホルダーに保持された基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、前記基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる前に、前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を前記成膜圧力よりも高い放電安定化圧力にして、所定回数トリガ放電とアーク放電を複数回生じさせ、前記トリガ放電の電圧を低下させる放電安定化工程と、前記真空槽内を前記放電安定化圧力よりも低い圧力にし、前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ前記蒸着材料をクリーニングするクリーニング工程と、を有する蒸着方法である。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の蒸着方法であって、前記クリーニング工程中は、前記遮蔽板を前記蒸着源の前記開口と前記基板ホルダーの間に位置させておくことを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の蒸着方法であって、前記クリーニング工程中は、前記基板ホルダーに前記基板を保持させておくことを特徴とする。
【００２０】
本発明の蒸着源は上述のように構成されており、絶縁部材の側面と、トリガ電極の表面と、蒸着材料の側面とが、面一になるように構成されている。
トリガ電極と蒸着材料との間に電圧を印加して、トリガ放電を発生させると、蒸着材料の側面から荷電微粒子や巨大粒子が放射状に放出されるが、蒸着材料の側面に沿う方向に放出される荷電微粒子や巨大粒子の数は非常に少ない。
【００２１】
このため、蒸着材料の側面と同一平面上にある絶縁部材の側面に飛来し、付着する導電粒子の数は非常に少なく、絶縁部材に付着した巨大粒子が再蒸発して基板表面に付着する量を少なくすることができ、従来に比して膜質の良好な薄膜を成膜することができる。
【００２２】
また、絶縁部材の側面に付着する巨大粒子の量を減らすことにより、絶縁劣化によりトリガ放電が生じなくなるまでの時間を長くすることができる。我々が行ったトリガ電極の寿命実験では、従来の蒸着源がＦｅを蒸着材料として１００００回でトリガ電極と蒸着材間が短絡したが、本発明の蒸着源では同じＦｅの蒸着材で７００００回以上の寿命が確認されている。
【００２３】
なお、本発明の蒸着源では、アノード電極を網状に形成して、蒸着材料と、トリガ電極との周囲を取り囲むように配置してもよい。
このように構成することにより、放電時にアノード電極の側面に向けて巨大粒子が飛来しても、大部分の巨大粒子は、網状のアノード電極に設けられた多数の孔からアノード電極の外部へと放出される。従って、アノード電極の内壁に衝突して反跳し、基板に向けて飛来する巨大粒子の量は従来に比して非常に少なくなるので、膜質の良好な薄膜を成膜する事ができる。
【００２４】
さらに、蒸着材料の蒸発時に蒸着材料の構成物質の蒸気が発生しても、アノード電極で囲まれた空間の圧力が過度に上昇しない。従って、蒸着材料の構成粒子同士の衝突頻度が低下し、基板方向へ飛行する粒子数が増大するので、成膜レートを向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の蒸着源において、筒状の防着材を、アノード電極の周囲を取り囲むように配置してもよい。このように構成することにより、アノード電極の外部へ飛来した巨大粒子は防着材の内壁に付着し、防着材の外部にある真空槽の内壁には付着しないため、真空槽内が汚染されないようにすることができる。
さらに、本発明の蒸着装置によれば、上述した本発明の蒸着源を有しているので、膜質の良い薄膜を基板表面に成膜することができる。
【００２６】
また、本発明の蒸着方法によれば、ガス導入手段よりガスを真空槽内に導入して真空槽内の圧力を高くして、放電が発生しやすい状態にして、所定回数トリガ放電とアーク放電とを行なっている。
【００２７】
予めトリガ放電とアーク放電とを所定回数行なうことにより、蒸着材料から導電粒子が放出され、その一部は絶縁部材の表面に付着して、トリガ電極と蒸着材料との間の絶縁耐圧が低下するので、真空槽内の圧力が低圧の場合にも確実にトリガ放電を生じさせることができる。
【００２８】
次いで、真空槽内を真空状態にし、真空状態を維持した状態で基板ホルダに基板を保持させ、遮蔽板を蒸着源と基板との間に配置してトリガ放電とアーク放電とを行なうと、蒸着材料の表面に異物が付着していても、その異物を飛ばして、蒸着材料表面をクリーニングすることができる。このとき、蒸着材料表面から異物が飛んでも、異物は遮蔽板に付着して、基板表面には到達できないので、基板表面が異物によって汚染されないようにすることができる。
【００２９】
その後、遮蔽板を蒸着源と基板との間から撤去し、トリガ放電とアーク放電をして、蒸着材料の構成物質を放出させることにより、表面がクリーニングされた蒸着材料から蒸着材料を放出させることができるので、膜質の良好な薄膜を成膜することができる。
【発明の効果】
【００３０】
薄膜成膜中に巨大粒子が基板表面に到達しないので、緻密な薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１(ａ)の符号１は本発明の蒸着装置であり、チャンバー２を有している。チャンバー２内部には、基板ホルダー３と、同軸型真空アーク方式の蒸着源５とが配置されている。
【００３２】
この蒸着源５は、真空槽２の底部に気密に取り付けられたフランジ１５と、フランジ１５に固定された略円筒形状の絶縁部材１０と、絶縁部材１０に挿入された円柱形形状のカソード電極１４ｂと、絶縁部材１０の周囲に設けられたアノード電極１３とを有している。
【００３３】
カソード電極１４ｂは円柱形形状に成形され、他方、絶縁部材１０は円筒形形状に成形されており、カソード電極１４ｂは、絶縁部材１０内に挿入されている。
絶縁部材１０の先端近傍の側面には、リング状の溝が形成されており、この溝に、リング状に形成されたトリガ電極１２がはめ込まれて固定されている。
【００３４】
また、カソード電極１４ｂの先端には、円柱状の蒸着材料１４ａが固定されている。そして図１(ｂ)に示すように、蒸着材料１４ａの側面２４と、絶縁部材１０の側面２０と、トリガ電極１２の表面２２とは、面一になるようにされている。
【００３５】
アノード電極１３は円筒形形状に成形されており、上述したカソード電極１４ｂ、蒸着材料１４ａ、絶縁部材１０、トリガ電極１２は、アノード電極１３とは非接触の状態で、その内部に配置されている。
【００３６】
チャンバー２の外部には、トリガ電源１７とアーク電源１８とが設けられており、各電源１７、１８の正電位側の端子は、それぞれトリガ電極１２とアノード電極１３に接続され、負電位側の端子は、ともにカソード電極１４ｂに接続されている。
【００３７】
基板ホルダー３は、チャンバー２内で、アノード電極１３の開口部と平行に対向して配置されており、上記構成の蒸着装置１を用いて薄膜を形成するには、まず薄膜形成対象である基板４をチャンバー２内に搬入し、基板ホルダー３に保持させる。
【００３８】
次に、不図示の真空排気系によって、チャンバー２内を１０-8Ｐａ程度の高真空雰囲気にした後、アーク電源１８を起動し、アノード電極１３に対して、蒸着材料１４に負電圧を印加する。
【００３９】
その状態でトリガ電源１７を起動し、トリガ電極１２に正のパルス電圧を印加すると、蒸着材料１４ａの側面２４とトリガ電極１２の側面２２との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、蒸着材料の側面２４から蒸着材料１４ａの構成物質が蒸発し、蒸気が発生する。
【００４０】
その蒸気によってアノード電極１３内の圧力が上昇し、アノード電極１３と蒸着材料１４ａの間の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料１４ａとアノード電極１３との間でアーク放電が発生する。
【００４１】
アーク放電により、蒸着材料１４ａが蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料１４ａの側面２４からアノード電極１３に向けて大量に放出される。
蒸着材料１４ａとカソード電極１４ｂとは直線状に配置されているため、アーク放電によってアーク電流が蒸着材料１４ａ及びカソード電極１４ｂ内を直線的に流れ、アノード電極１３内に磁場を形成する。
【００４２】
その磁場は、正電荷を有する粒子に対し、アノード電極１３の開口部方向に押しやる力を及ぼすので、アノード電極１３に向けて放出された荷電微粒子３１は、飛行方向が開口部側に曲げられ、チャンバー２内に放出され、開口部に対向配置された基板４の表面に到達すると、薄膜を成長させる。
【００４３】
蒸着材料１４ａの側面２４からは、荷電微粒子３１の他、電荷を有さない中性粒子や、正電荷を有していても電荷量に比べて質量が大きい巨大粒子３３もアノード電極１３に向けて放出されるが、それらの巨大粒子３２、３３は、アノード電極１３内の磁場による力をほとんど受けないため、そのまま直進し、アノード電極１３の内周面に衝突し、大部分はそこに付着する。
【００４４】
又、巨大粒子の一部はアノード電極１３の開口部に向けて飛行するが、開口部の上方には防着板１９が設けられており、巨大粒子は防着板１９に付着するため、いずれにしてもチャンバー２内には放出されない。
【００４５】
従って、基板４表面には、巨大粒子３３は到達しにくくなり、質量が小さい荷電微粒子３１が到達できるので、その結果、基板４表面に、結晶性の優れた薄膜を形成できる。
【００４６】
上述したように、トリガ放電及びアーク放電の発生時には、蒸着材料の表面からは荷電微粒子や巨大粒子が大量に放出されるが、蒸着材料の側面に沿う方向に放出される荷電微粒子や巨大粒子の数は非常に少ないため、絶縁部材の側面に付着する巨大粒子も又非常に少ない。
【００４７】
従って、絶縁部材の側面に付着した巨大粒子が再蒸発し、基板表面に付着する量を少なくすることができるため、従来に比して膜質の良好な薄膜を成膜する事ができる。
さらに、絶縁部材１０に付着する巨大粒子の量を減らすことにより、絶縁劣化が生じるまでの時間を長くすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、蒸着材料１４ａを円柱状に、トリガ電極１２をリング状にし、絶縁部材１０を円筒状にして、それぞれの直径が一定になるように構成したが、本発明はこれに限らず、例えば、図２(ａ)に示すように、蒸着材料１４ａ及び絶縁部材１０の直径が、先端に向かうにつれて大きくなるように構成してもよいし、又、図２(ｂ)に示すように、蒸着材料１４ａ及び絶縁部材１０の直径が、蒸着材料の先端に向かうにつれて小さくなるように構成してもよい。
【００４９】
また、絶縁部材１０の周囲に、リング状の溝が形成され、その溝中に、リング状のトリガ電極が埋め込まれるものとしているが、本発明はこれに限らず、絶縁部材１０の側面の一部に凹部を設け、その凹部内にトリガ電極を設ける構成にしても良い。
【００５０】
以下で、本発明の他の実施形態について説明する。図３(ａ)の符号４１に、本発明の他の実施形態の蒸着装置の一例を示す。
この蒸着装置４１は、チャンバー４２と、基板ホルダー４３と、蒸着源４５とを有しているが、このうちチャンバー４２、基板ホルダー４３は、それぞれ図１(ａ)のチャンバー２、基板ホルダー３と同じ構成であるため、説明を省略する。
【００５１】
図３(ａ)に示す蒸着源４５は、真空槽４２の底部に気密に取り付けられたフランジ５５と、フランジ５５に固定された略円筒形状の絶縁部材５０と、絶縁部材５０に挿入された円柱形形状のカソード電極５４ｂと、絶縁部材５０の周囲に設けられたアノード電極５３とを有している。
【００５２】
このうちカソード電極５４ｂは円柱形形状に成形され、他方、絶縁部材５０は円筒形形状に成形されており、カソード電極５４ｂは、絶縁部材５０内に挿入されている。絶縁部材５０の先端近傍の周囲には、リング状に形成されたトリガ電極５２が固着されている。
【００５３】
また、カソード電極５４ｂの先端には、円柱状の蒸着材料５４ａが固着されており、先端部分が絶縁部材５０の先端から突き出されている。
アノード電極５３は網状であって、網状のアノード電極５３が図３(ｂ)、(ｃ)に示すように円筒形形状に成形されており、上述したカソード電極５４ｂ、蒸着材料５４ａ、絶縁部材５０、トリガ電極５２の周囲を取り囲むように配置されている。
アノード電極５３の周囲には、筒状の防着材６０が配置され、開口部の上方には防着板５９が配置されている。
【００５４】
また、チャンバー４２の外部には、トリガ電源５７とアーク電源５８とが設けられており、各電源５７、５８の正電位側の端子は、それぞれトリガ電極５２とアノード電極５３に接続され、負電位側の端子は、ともにカソード電極５４ｂに接続されている。
【００５５】
基板ホルダー７３は、チャンバー４２内で、アノード電極５３の開口部と平行に対向して配置されており、上記構成の蒸着装置４１を用いて薄膜を形成する場合には、まず薄膜形成対象である基板４４をチャンバー４２内に搬入し、基板ホルダー４３に保持させる。
【００５６】
次に、不図示の真空排気系によって、チャンバー４２内を１０-8Ｐａ程度の高真空雰囲気にした後、アーク電源５８を起動し、アノード電極５３に対して、蒸着材料５４ａに負電圧を印加する。
【００５７】
その状態でトリガ電源５７を起動し、トリガ電極５２に正のパルス電圧を印加すると、蒸着材料５４ａの側面とトリガ電極５２との間でトリガ放電(沿面放電)が発生し、側面から蒸着材料５４ａの蒸気が発生する。
【００５８】
その蒸気によってアノード電極５３内の圧力が上昇し、アノード電極５３と蒸着材料５４ａの間の絶縁耐圧が低下すると、蒸着材料５４ａとアノード電極５３との間でアーク放電が発生する。
【００５９】
アーク放電により、蒸着材料５４ａが蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料５４ａの側面からアノード電極５３に向けて大量に放出される。
アノード電極５３に向けて放出された荷電微粒子は、アーク電流によって生じる磁場により、飛行方向が開口部側に曲げられ、チャンバー４２内に放出され、開口部に対向配置された基板４４の表面に到達すると、薄膜を成長させる。
【００６０】
このとき、図４(ａ)に示すように、蒸着材料５４ａの側面から放出された巨大粒子の大部分は、網状のアノード電極５３の側面にある多数の孔を通ってアノード電極５３の外部へと放出されるので、アノード電極５３の側壁に衝突して反跳する巨大粒子は、従来に比して少なくなる。
【００６１】
従って、アノード電極５３の側壁に衝突して反跳し、基板方向に飛行し、基板表面に付着する巨大粒子の数を少なくすることができるので、従来に比して膜質が良好な薄膜を得ることができる。
【００６２】
更に、アノード電極５３の周囲には防着材６０が設けられているので、アノード電極５３の外部へ巨大粒子が放出されると、防着材６０の内壁に付着し、巨大粒子がチャンバー４２の内壁に付着して汚染されないようにすることができる。
【００６３】
なお、図３(ａ)の蒸着装置４１では、図３(ｂ)、(ｃ)に示すように側面が網状にされたアノード電極５３を用いたが、本発明はこれに限らず、例えば図４(ｂ)、(ｃ)に示すように、螺旋状に形成されたアノード電極６３を用いてもよい。
【００６４】
以下で、本発明のその他の実施形態について説明する。
図５の符号７１に、本発明のその他の実施形態の蒸着方法に用いる蒸着装置を示す。
【００６５】
この蒸着装置７１は、チャンバー７２と、チャンバー７２の内部底面に取り付けられた蒸着源７５と、蒸着源７５と対向配置された基板ホルダー７３とを有している。図５には、チャンバー７２の底部の一部のみを示しており、チャンバー７２の側部や上部の壁は図示していない。
【００６６】
この蒸着源７５は、フランジ８５と、柱状の絶縁部材８０ｃと、金属からなるカソード取付台８４ｂと、柱状の蒸着材料８４ａと、円筒状の絶縁管８０ａと、リング状のトリガ電極８２と、円筒状のアノード電極８３と、トリガ配線８２ａと、カソード配線８４ｃと、ガス導入系９０と、遮蔽板９４と、駆動機構９６とを有している。
【００６７】
フランジ８５は、チャンバー７２の底部に気密に取り付けられており、フランジ８５上には、絶縁部材８０ｃが配置されている。絶縁部材８０ｃ上には、カソード取付台８４ｂの底面が固定されており、カソード取付台８４ｂの先端には、蒸着材料８４ａが固定されている。
【００６８】
その蒸着材料８４ａの周囲には、円筒状の絶縁管８０ａが配置されており、蒸着材料８４ａの先端は絶縁管８０ａから露出するようにされている。絶縁管８０ａの周囲にはリング状の溝が形成されており、その溝に、リング状のトリガ電極８２が固定されている。
【００６９】
カソード取付台８４ｂの底面にはカソード配線８４ｃの一端が接続されており、カソード配線８４ｃの他端は絶縁部材８０ｃに設けられた孔を通してチャンバー７２の外部に引き出されている。
【００７０】
トリガ電極８２にはトリガ配線８２ａの一端が接続されており、トリガ配線８２ａの他端は絶縁部材８０ｃに設けられた孔を通ってチャンバー７２の外部に引き出されている。
【００７１】
蒸着材料８４ａ、絶縁管８０ａ、トリガ電極８２、絶縁部材８０ｃの周囲には、アノード電極８３が配置されている。
チャンバー７２の外部には、トリガ電源８７と、アーク電源８８とが設けられており、トリガ電源８７の正極は、絶縁部材８０ｃから引き出されたトリガ電極８２ａに接続されており、負極は、絶縁部材８０ｃから引き出されたカソード配線８４ｃに接続されており、トリガ電極８２ａとカソード配線８４ｃとの間に電圧が印加できるように構成されている。
【００７２】
他方、アーク電源８８の正極は、フランジ８５に接続されており、負極はカソード配線８４ｃに接続されている。フランジ８５は、アノード電極８３とともに導電体からなり、アノード電極８３はフランジ８５に直接取り付けられているので、アーク電源８８を起動すると、アノード電極８３とカソード配線８４ｃとの間に、電圧を印加することができるように構成されている。
【００７３】
上述したガス導入系９０は、ガス導入継手９２と、仕切バルブ９１ｄと、マスフロコントローラ９１ｃと、仕切バルブ９１ｂと、圧力調整器９１ａと、ガスボンベ９３とを有しており、これらがこの順で接続され、ガス導入継手９２はフランジ８５を貫通しており、ガスボンベ９３の元栓を開いた状態で仕切バルブ９１ｂ、９１ｄを開くと、ガスボンベ９３中のガスをチャンバー７２内に導入することができるようにされている。
【００７４】
そして、圧力調整器９１ａは、ガスボンベ９３内のガスの吐出圧力を調整することができるようにされており、マスフロコントローラ９１ｃは、チャンバー７２内に導入されるガスの流量を調整することができるようにされている。
【００７５】
駆動機構９６は、フランジ８５を貫通して設けられた円筒状の回転導入機構９５ｂと、シャフト９５ａと、ロータリアクチュエータ９５ｅとを有している。回転導入機構９５ｂは、内部に不図示の駆動軸を有しており、シャフト９５ａと、ロータリアクチュエータ９５ｅとは、駆動軸の上部と底部とにそれぞれ取り付けられている。ロータリアクチュエータ９５ｅには、ガス導入管９５ｃとガス排気管９５ｄとが接続されており、ガス導入管９５ｃから圧搾空気が導入されると、回転導入機構９５ｂ内の駆動軸を所定角度回転させ、駆動軸に接続されたシャフト９５ａを所定角度回転させることができるようにされている。
【００７６】
シャフト９５ａの先端には、遮蔽板９４が取り付けられており、シャフト９５ａが所定角度回転すると、遮蔽板９４を水平面内で所定角度回転させることができ、遮蔽板９４を、アノード電極８３の上方位置に配置することも、上方位置から撤去することもできるようにされている。
【００７７】
上記構成の蒸着装置７１を用いて薄膜を形成するには、予めチャンバー７２内を、不図示の真空排気系で真空排気して真空状態にし、ガスボンベ９３の元栓を開栓し、圧力調整器９１ａで吐出圧力を適正な値に調整する。次いで仕切バルブ９１ｂ、９１ｄを開放し、マスフロコントローラ９１ｃにより流量を調整して、ガスボンベ９３中のガスをガス導入継手９２からチャンバー７２内に導入する。
【００７８】
ガスが導入されると、チャンバー７２内の内部圧力が上昇する。内部圧力が所定圧力まで上昇したらアーク電源８８を起動し、カソード配線８４ｃに負極性の電圧を印加するとともに、トリガ電源８７を起動して、トリガ電極８２とカソード配線８４ｃとの間にパルス状の電圧を印加する。ここでは所定圧力を、０．００１Torr程度とする。
【００７９】
パルス状の電圧をトリガ電極８２とカソード配線８４ｃとの間に印加することにより、トリガ放電が発生する。チャンバー７２内の圧力が高いと、放電が生じ易くなるため、低電圧を印加してもトリガ放電は確実に発生する。こうして発生したトリガ放電により、カソード配線８４ｃとアノード電極８３との間にアーク放電が生じる。
【００８０】
その後所定回数(２０〜３０回)、パルス状の電圧をトリガ電極８２とカソード配線８４ｃとの間に印加して、トリガ放電及びアーク放電を行なう。
所定回数トリガ放電及びアーク放電をすることにより、絶縁管８０ａの上面に蒸着材料８４ａから放出された導電粒子が付着して、トリガ電極８２と蒸着材料８４ａとの間の絶縁耐圧が低下する。従って、低圧条件で、低電圧を印加してもトリガ放電を生じさせることができる。
【００８１】
トリガ放電及びアーク放電が所定回数終了したら、マスフロコントローラ９１ｃにより、ガス流量を徐々に減じて、仕切バルブ９１ｂ、９１ｄを閉じ、ガス導入継手９２からのガス導入を中止する。
【００８２】
不図示の真空排気系により終始チャンバー７２内は真空排気されているので、ガス導入管からガスの導入が停止されると、チャンバー７２内の圧力は低下する。ここではチャンバー内の圧力は約１０-6Torr〜１０-7Torr程度まで低下するものとする。
【００８３】
かかる真空状態を維持しながら薄膜形成対象である基板７４をチャンバー７２内に搬入し、基板ホルダー７３に保持させておくとともに、ガス導入管９５ｃから圧搾空気をロータリアクチュエータ９５ｅに導入し、駆動機構９６のシャフト９５ａを所定角度回転させ、遮蔽板９４を、アノード電極８３の開口部の上方に位置させておく。
【００８４】
この状態で、トリガ電源８７から、パルス状の電圧をトリガ電極８２に印加すると、トリガ放電が生じ、トリガ放電によってアーク放電が生じる。
アーク放電により、蒸着材料８４ａが蒸発すると、正電荷を有する荷電微粒子が、蒸着材料８４ａの側面からアノード電極８３に向けて大量に放出され、アーク電流によって生じる磁場により、飛行方向がアノード電極８３の開口部側に曲げられる。また、放電により、蒸着材料８４ａの表面に付着していた異物を蒸着材料８４ａの表面から飛ばすことにより、蒸着材料８４ａの表面をクリーニングすることができる。
【００８５】
クリーニングをしている間は、遮蔽板９４は、アノード電極８３の開口部の上方に位置しており、蒸着材料８４ａが蒸発してもその蒸気は基板には達しないので、異物が蒸気とともに基板７４の表面に到達して、基板表面が汚染されないようにすることができる。
【００８６】
クリーニングが終了したと推定される時点で、ガス導入管９５ｃから圧搾空気をロータリアクチュエータ９５ｅに導入し、駆動機構９６のシャフト９５ａを所定角度回転させることにより、遮蔽板９４を、アノード電極８３の開口部の上方から撤去させる。すると、アノード電極８３の開口部に対向配置された基板４４の表面に到達するので、基板表面に薄膜が成長する。こうして成長された薄膜は、クリーニングされた蒸着材料８４ａで成膜されているので、薄膜の膜質は、従来に比して良くなる。
【００８７】
なお、図６に示すように、蒸着装置７１を用いた上述の蒸着方法では、遮蔽板９４を駆動機構９６により水平面内で回転させることで、アノード電極８３の上方に配置したり、上方から撤去したりしているが、本発明はこれに限らず、遮蔽板９４を所定距離平行移動することで、アノード電極８３の上方に配置された遮蔽板９４を、アノード電極８３の上方から撤去するような構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】(ａ)：本発明の一実施形態の蒸着装置を説明する断面図 (ｂ)：本発明の一実施形態の蒸着源を説明する断面図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の他の蒸着源を説明する断面図 (ｂ)：本発明の一実施形態のその他の蒸着源を説明する断面図
【図３】(ａ)：本発明の他の実施形態の蒸着装置を説明する断面図 (ｂ)：本発明の他の実施形態のアノード電極を説明する平面図 (ｃ)：本発明の他の実施形態のアノード電極を説明する側面図
【図４】(ａ)：本発明の他の実施形態の蒸着源を説明する断面図 (ｂ)：本発明の他の実施形態における他のアノード電極を説明する平面図 (ｃ)：本発明の他の実施形態における他のアノード電極を説明する側面図
【図５】本発明のその他の実施形態の蒸着装置を説明する第１の断面図
【図６】本発明のその他の実施形態の蒸着装置を説明する第２の断面図
【図７】(ａ)：従来の蒸着装置の構成を説明する断面図 (ｂ)：従来の蒸着源の動作を説明する断面図
【図８】(ａ)：従来の問題点を説明する第１の断面図 (ｂ)：従来の問題点を説明する第２の断面図
【符号の説明】
【００８９】
１、４１、７１……蒸着装置 ２、４２、７２……チャンバー ５、４５、７５……蒸着源 １０、５０、８０……絶縁部材 １２、４２、８２……トリガ電極 １３、４３、８３……アノード電極 １４ａ、５４ａ、８４ａ……蒸着材料 １４ｂ、５４ｂ、８４ｃ……カソード電極 ６０……防着材
９２……ガス導入継手 ９４……遮蔽板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のアノード電極と、
前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料の近傍に、前記蒸着材料と非接触の状態で配置されたトリガ電極とを有し、
前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記アノード電極内には、中心軸線が前記アノード電極の中心軸線と同一方向に向くように、筒状の絶縁部材が設けられ、
前記蒸着材料は、その先端の側面が前記絶縁部材の側面と面一になるように前記絶縁部材に取り付けられ、
前記蒸着材料の近傍の前記絶縁部材の側面には、凹部が設けられ、
前記凹部内には、前記トリガ電極が設けられ、
前記トリガ電極の表面と、前記蒸着材料の側面と、前記トリガ電極及び前記蒸着材料の間にある前記絶縁部材の側面とが、面一になるようにされたことを特徴とする蒸着源。
【請求項２】
前記蒸着材料と、前記絶縁部材の直径は、前記蒸着材料の先端に向かうにつれて大きくなるか又は小さくなるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸着源。
【請求項３】
前記凹部は、前記絶縁部材の周囲に形成された溝であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蒸着源。
【請求項４】
アノード電極と、
前記アノード電極の近傍に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、
前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記アノード電極は、網状に形成され、前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲を取り囲むように配置されたことを特徴とする蒸着源。
【請求項５】
アノード電極と、
前記アノード電極近傍に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、
前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記アノード電極は、螺旋状に形成され、
前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲に、前記アノード電極が巻き回されたことを特徴とする蒸着源。
【請求項６】
前記アノード電極の周囲を取り囲むように配置された筒状の防着材を更に有することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の蒸着源。
【請求項７】
真空槽を有し、該真空槽に、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の蒸着源が設けられたことを特徴とする蒸着装置。
【請求項８】
真空槽と、
前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、
前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、
前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、
前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、
前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を高くして、所定回数トリガ放電とアーク放電とを行なう工程と、
前記真空槽内を真空状態にし、真空状態を維持した状態で前記基板ホルダに基板を保持させ、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間に配置しておく工程と、
トリガ放電とアーク放電とを行ない、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間から撤去して、前記基板表面に前記蒸着物質の構成物質を付着させる工程とを有することを特徴とする蒸着方法。
【請求項９】
真空槽と、
前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、
前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、
前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、
前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、所定の成膜圧力内で前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ、前記基板ホルダーに保持された基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、
前記基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる前に、
前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を前記成膜圧力よりも高い放電安定化圧力にして、所定回数トリガ放電とアーク放電を複数回生じさせ、前記トリガ放電の電圧を低下させる放電安定化工程と、
前記真空槽内を前記放電安定化圧力よりも低い圧力にし、前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ前記蒸着材料をクリーニングするクリーニング工程と、
を有する蒸着方法。
【請求項１０】
前記クリーニング工程中は、前記遮蔽板を前記蒸着源の前記開口と前記基板ホルダーの間に位置させておく請求項９記載の蒸着方法。
【請求項１１】
前記クリーニング工程中は、前記基板ホルダーに前記基板を保持させておく請求項１０記載の蒸着方法。
【請求項１】
筒状のアノード電極と、
前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料の近傍に、前記蒸着材料と非接触の状態で配置されたトリガ電極とを有し、
前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記アノード電極内には、中心軸線が前記アノード電極の中心軸線と同一方向に向くように、筒状の絶縁部材が設けられ、
前記蒸着材料は、その先端の側面が前記絶縁部材の側面と面一になるように前記絶縁部材に取り付けられ、
前記蒸着材料の近傍の前記絶縁部材の側面には、凹部が設けられ、
前記凹部内には、前記トリガ電極が設けられ、
前記トリガ電極の表面と、前記蒸着材料の側面と、前記トリガ電極及び前記蒸着材料の間にある前記絶縁部材の側面とが、面一になるようにされたことを特徴とする蒸着源。
【請求項２】
前記蒸着材料と、前記絶縁部材の直径は、前記蒸着材料の先端に向かうにつれて大きくなるか又は小さくなるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸着源。
【請求項３】
前記凹部は、前記絶縁部材の周囲に形成された溝であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蒸着源。
【請求項４】
アノード電極と、
前記アノード電極の近傍に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、
前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記アノード電極は、網状に形成され、前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲を取り囲むように配置されたことを特徴とする蒸着源。
【請求項５】
アノード電極と、
前記アノード電極近傍に配置された蒸着材料と、
前記蒸着材料の近傍に配置されたトリガ電極とを有し、
前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成された蒸着源であって、
前記アノード電極は、螺旋状に形成され、
前記蒸着材料と、前記トリガ電極との周囲に、前記アノード電極が巻き回されたことを特徴とする蒸着源。
【請求項６】
前記アノード電極の周囲を取り囲むように配置された筒状の防着材を更に有することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の蒸着源。
【請求項７】
真空槽を有し、該真空槽に、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の蒸着源が設けられたことを特徴とする蒸着装置。
【請求項８】
真空槽と、
前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、
前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、
前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、
前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、
前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を高くして、所定回数トリガ放電とアーク放電とを行なう工程と、
前記真空槽内を真空状態にし、真空状態を維持した状態で前記基板ホルダに基板を保持させ、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間に配置しておく工程と、
トリガ放電とアーク放電とを行ない、前記遮蔽板を前記蒸着源と前記基板との間から撤去して、前記基板表面に前記蒸着物質の構成物質を付着させる工程とを有することを特徴とする蒸着方法。
【請求項９】
真空槽と、
前記真空槽内の底部に配置され、筒状のアノード電極と、前記アノード電極内に配置された蒸着材料と、前記蒸着材料の近傍に設けられたトリガ電極とを有し、前記蒸着材料と前記アノード電極との間に電圧を印加した状態で、前記トリガ電極に電圧を印加すると、該トリガ電極と前記蒸着材料との間にトリガ放電が発生し、前記アノード電極と前記蒸着材料との間にアーク放電が誘起され、前記蒸着材料の構成物質が、前記アノード電極の開口から放出されるように構成されてなる蒸着源と、
前記蒸着源と対向して配置された基板ホルダーと、
前記真空槽内にガスを導入するガス導入手段と、
前記蒸着源の上方に配置され、移動可能な遮蔽板とを有する蒸着装置を用いて、所定の成膜圧力内で前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ、前記基板ホルダーに保持された基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる蒸着方法であって、
前記基板表面に前記蒸着材料の構成物質を付着させる前に、
前記ガス導入手段よりガスを前記真空槽内に導入して前記真空槽内の圧力を前記成膜圧力よりも高い放電安定化圧力にして、所定回数トリガ放電とアーク放電を複数回生じさせ、前記トリガ放電の電圧を低下させる放電安定化工程と、
前記真空槽内を前記放電安定化圧力よりも低い圧力にし、前記トリガ放電と前記アーク放電を生じさせ前記蒸着材料をクリーニングするクリーニング工程と、
を有する蒸着方法。
【請求項１０】
前記クリーニング工程中は、前記遮蔽板を前記蒸着源の前記開口と前記基板ホルダーの間に位置させておく請求項９記載の蒸着方法。
【請求項１１】
前記クリーニング工程中は、前記基板ホルダーに前記基板を保持させておく請求項１０記載の蒸着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１９１５（Ｐ２００９−１９１５Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２６９９（Ｐ２００８−２４２６９９）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【分割の表示】特願平１１−１０８６８０の分割
【原出願日】平成１１年４月１６日（１９９９．４．１６）
【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２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【分割の表示】特願平１１−１０８６８０の分割
【原出願日】平成１１年４月１６日（１９９９．４．１６）
【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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