蒸着装置
【課題】ドロップレットによる欠陥の無い薄膜を形成する。
【解決手段】
蒸着源３０と成膜対象物５の間に回転翼型のフィルタ装置２０を配置し、回転軸線２５を中心に回転させると、質量が大きく飛行速度が遅い巨大粒子はフィルタ装置２０の羽根部材２２に衝突し、質量が小さく飛行速度が速い微小粒子は羽根部材２２間を通過し、成膜対象物５に到達する。ドロップレットが除去されるので、欠陥のない平坦な薄膜が得られる。
【解決手段】
蒸着源３０と成膜対象物５の間に回転翼型のフィルタ装置２０を配置し、回転軸線２５を中心に回転させると、質量が大きく飛行速度が遅い巨大粒子はフィルタ装置２０の羽根部材２２に衝突し、質量が小さく飛行速度が速い微小粒子は羽根部材２２間を通過し、成膜対象物５に到達する。ドロップレットが除去されるので、欠陥のない平坦な薄膜が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜を形成する技術にかかり、特に、同軸型真空アーク蒸着源を用いて薄膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０の符号１０１は、従来技術の蒸着装置を示している。
この蒸着装置１０１は真空槽１１１を有しており、該真空槽１１１の内部には同軸型真空アーク蒸着源１３０が配置されている。
【０００３】
同軸型真空アーク蒸着源１３０は、円筒形のアノード電極１３１と、アノード電極１３１の内部に配置されたカソード電極１４３と、カソード電極１４３の近傍に配置されたトリガ電極１４２とを有している。トリガ電極１４２とカソード電極１４３との間にはアルミナ製の円板形状の碍子１４１がはさみこまれて図中には示されていないがネジで固定されている。アノード電極１３１は接地され、カソード電極１４３とトリガ電極１４２は電源１４０に接続されている。
【０００４】
真空槽１１１には、真空排気系１１９が接続されている。真空排気系１１９を動作させ、真空槽１１１内を真空排気し、電源１４０によってアノード電極１３１とカソード電極１４３の間に電圧を印加した状態でトリガ電極１４２にパルス状のトリガ電圧を印加し、トリガ電極１４２とカソード電極１４３の間に碍子１４１側面を介して側面放電が発生し、これをトリガ放電と呼ぶ。トリガ放電が発生すると、トリガ放電で発した電子の一部がアノード電極側に飛行する。このトリガ放電によりカソード電極１４３とアノード電極１３１との間にアーク放電が誘起される。
【０００５】
そのアーク放電により、カソード電極１４３に大きなアーク電流が流れ、それによってカソード電極１４３が溶融すると、カソード電極１４３を構成する蒸着材料の粒子がアノード電極１３１内に放出される。
【０００６】
アノード電極１３１内に放出された粒子は、アーク電流が形成する磁場や、放電によって形成されるプラズマ中の電子から力を受け、真空槽１１１内に放出される。
【０００７】
放出された粒子の飛行方向には、ホルダ１１２が配置されている。該ホルダ１１２には、半導体ウェハ等の成膜対象物１１５が配置されており、成膜対象物１１５表面に蒸着材料粒子が到達すると、薄膜が成長する。
【０００８】
アーク電流はコンデンサの放電によって供給されるので短時間で消滅する。コンデンサの充電とトリガ放電によるアーク放電の誘起を繰り返し行うと所望膜厚の薄膜を成長させることができる。膜成長の際、ホルダ１１２は、モータ１１７と回転軸１２１によって回転され、成膜対象物５の表面に成長する薄膜が均一な厚みになるようにされている。
【０００９】
上記のような同軸型真空アーク蒸着源１３０では、１回のアーク放電によって形成される薄膜の膜厚はコンデンサの充電量によって制御でき、また、得られる薄膜の膜厚は、アーク放電一回当たりの膜厚と放電回数によって制御することができる。
従って、成膜される膜が１〜２ｎｍ程度の非常に薄い膜であっても、膜厚精度が高い。
【００１０】
また粒子の飛行速度は、最大１００００ｍ／秒（文献Ｊ，Ｖａｃ．Ｓｅｃ．Ｊｐｎ．（真空Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．９，２００４ ｐ１３）と早いため非常に平坦な膜を形成することができる（Ｕｌｖａｃ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｎｏ．４９ １９９８ ｐ９）。
【００１１】
この特徴は磁性デバイス特にＭＲＡＭ等の磁性、非磁性材料をｎｍの薄膜で積層させていくプロセスに向いている。例えば、Ｃｏ・ＦｅＮｉ／Ｔａ／Ｐｙ／Ｉｒ・Ｍｎ等をｎｍで積層させなければならず、この時に４つのガンを搭載した装置を用いれば積層させることができる。特に同軸型真空アーク蒸着源ではカソード材の合金に比率が成膜しても膜内でカソード材料の合金比率を保存することが確認されているので非常に容易に合金を成膜することができる。
【００１２】
同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置や、後述するフィルタ装置等は、例えば下記文献に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２８２５５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８９９号公報
【特許文献３】特開平１０−３０１６９号公報
【特許文献４】特開平８−１７６８０５号公報
【特許文献５】特開２００２−２２０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の同軸型真空アーク蒸着源装置ではｎｍの厚みで制御良く成膜できるものの、ドロプレットが多量に発生し、薄膜中にドロプレットが混入する問題があった。これでは、デバイスとして機能しない。
【００１４】
同軸型真空アーク蒸着源１３０から放出される粒子には、原子状態に近い微小粒子の他、カソード材から液層で発生するもの（約φ５０〜１００μｍ）やカソード材から液層で発生し、その液層のまま、アノード電極内面で衝突し、砕けて小さい液層に変化するもの（粒経：φ１〜５μｍ）が存在する。
従来技術の蒸着装置１０１では、成膜対象物５の表面に、上記各粒子が到達し、欠陥の原因になっている。
【００１５】
本発明では、蒸着量を減らすことなく成膜対象物に到達する巨大粒子(ドロプレット)を無くし、ｎｍの制御性と平坦性の良さを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された蒸着源と、成膜対象物が配置されるホルダとを有し、前記蒸着源は、筒状のアノード電極と、蒸着材料で構成され、前記アノード電極で囲まれた領域内に配置されたカソード電極と、前記カソード電極近傍に配置されたトリガ電極とを有し、前記カソード電極と前記トリガ電極との間にトリガ放電を発生させ、前記カソード電極と前記アノード電極の間にアーク放電を誘起させ、前記カソード電極を蒸発させ、前記アノード電極の開口から蒸着材料粒子を放出させ、前記ホルダに配置された成膜対象物表面に薄膜を成長させる成膜装置であって、前記蒸着源と前記ホルダとの間に細長の羽根部材を複数有するフィルタ装置を配置し、前記羽根部材を移動させ、飛行速度が遅い蒸着材料粒子を前記羽根部材に付着させ、飛行速度が速い蒸着材料粒子を通過させ、前記成膜対象物表面に到達させるように構成された蒸着装置である。
また、本発明は、前記蒸着源を複数有し、前記各蒸着源から放出された前記蒸着材料粒子は前記同じ成膜対象物に到達するように配置された請求項１記載の蒸着装置であって、前記各蒸着源の開口の中心軸線は互いに所定角度で傾き、前記各蒸着源から前記成膜対象物には、異なる角度で前記蒸着材料粒子が入射するように前記各蒸着源は配置され、前記各蒸着源と前記成膜対象物との間には、前記フィルタ装置がそれぞれ配置された蒸着装置である。
前記羽根部材は回転軸を中心に放射状に配置され、前記回転軸を中心に回転するように構成された蒸着装置である。
また、本発明は、前記蒸着材料粒子が衝突する前記羽根部材の衝突表面は、前記回転軸の回転軸線に対して傾けられ、前記衝突表面に衝突して反射した蒸着材料粒子は、前記蒸着源側に戻されるように構成された蒸着装置である。
【００１７】
本発明は上記のように構成されており、カソード電極を構成する物質の粒子の飛行経路と交差するように羽根部材を移動させ、飛行速度の遅い粒子を羽根部材に衝突させ、通過させない。所定の飛行速度よりも早い粒子は通過し、成膜対象物表面に到達する。
【００１８】
成膜対象物は一の回転軸線を中心として回転させるため、羽根部材をその回転軸線を中心とする放射状に配置し、回転軸線回りに回転させることで、粒子の飛行経路と交差させてると良い。
【発明の効果】
【００１９】
微小粒子だけが成膜対象物に到達するので、ドロップレットによる欠陥の無い膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１の符号１は、本発明の蒸着装置である。
この蒸着装置１は、真空槽１１と、該真空槽１１内に配置された一乃至複数台の同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂとを有してる(ここでは同じ構造の蒸着源が二台配置されている)。真空槽１１はステンレス等の合金で作成されている。
【００２１】
同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂの内部構造を図２に示す。
同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂは、円筒形の金属板から成るアノード電極３１と、蒸着材料が円柱状に成形されて成るカソード電極４３と、リング状の金属から成るトリガ電極４２とを有している。
【００２２】
アノード電極３１の底面には、底壁５０が取りつけられており、該底壁５０上に、絶縁性の支持部材（以下碍子と呼ぶ）４１が配置されている。碍子４１は円柱形であり、カソード電極４３は碍子４１の先端に取りつけられている。トリガ電極４２は、碍子４１に嵌め込まれており、従って、トリガ電極４２は碍子４１の外周に装着されている。カソード電極４３とトリガ電極４２の間は所定距離だけ離間され、絶縁性が確保されている。
【００２３】
カソード電極４３とトリガ電極４２は、アノード電極３１の内部に位置し、その中心軸線がアノード電極３１の中心軸線とが一致するように配置されている。符号４９は、カソード電極４３とトリガ電極４２とアノード電極３１に共通の中心軸線を示している。
【００２４】
トリガ電極４２とカソード電極４３の位置関係は、トリガ電極４２よりもカソード電極４３の方が開口３２に近い位置に配置されている。
【００２５】
碍子４１の内部には、真っ直ぐな直線状配線４５が中心軸線４９に沿って配置されている。該直線状配線４５の上端はカソード電極４３に接続されている。下端は底壁５０の下部に突き出され、後述するアノード電源４７の負電圧側端子が接続されている。
【００２６】
アノード電極３１の外部であって、アノード電極３１の開口３２と面する位置には、フィルタ装置２０とホルダ１２とがこの順序で配置されている。即ち、フィルタ装置２０はホルダ１２と同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂの間に配置されており、中心軸線４９は、フィルタ装置２０とホルダ１２の両方に交差している。
【００２７】
図３は、フィルタ装置２０とホルダ１２を説明するための斜視図である。
ホルダ１２は円盤状であり、フィルタ装置２０に面する表面は、一乃至複数枚の基板をホルダ１２の中心と重ならない位置に保持できるように構成されている。図３の符号５は、ホルダ１２に保持された状態の成膜対象物(基板)を示している。
【００２８】
ホルダ１２の裏面側のホルダ１２の中心位置には、中空回転軸１３が接続されている。中空回転軸１３の中心軸線２５は、ホルダ１２の表面に対して垂直にされており、中心軸線２５を回転軸線として中空回転軸１３を回転させると、ホルダ１２に保持された基板は、中心軸線２５と垂直な平面と平行に旋回移動するように構成されている。即ち、各成膜対象物５は、ホルダ１２の中心を中心として回転する。
【００２９】
フィルタ装置２０は回転翼型であり、回転軸２１と、細長の複数の羽根板２２と、リング２３とを有している。
回転軸２１は、リング２３の中心を通っており、回転軸２１のリング２３の中心上の位置には、各羽根板２２の一端が、直接又は不図示のハブを介して固定されている。
【００３０】
各羽根板２２の他端は、リング２３に接続されている。リング２３が位置する平面と回転軸２１とは、垂直になるように配置されている。従って、回転軸２１の回転軸線とリング２３の中心軸線とは一致し、各羽根板２２は、該回転軸２１を中心とする放射状に配置されている。
【００３１】
隣接する羽根板２２と羽根板２２の間には扇状の隙間２４が形成されており、この隙間２４を後述する蒸着材料の粒子が通過できるようにされている。
【００３２】
回転軸２１は、中空回転軸１３に挿通されており、中空回転軸１３の中心軸線２５は、回転軸２１の回転軸線、及びリング２０の中心軸線にもなっている。回転軸２１と中空回転軸１３とは、同一方向にも異なる方向にも回転できるようにされており、また、同じ回転速度でも、異なる回転速度でも回転できるようにもされている。図１の符号１７と符号１４は、回転軸２１と中空回転軸１３をそれぞれ別個に回転させるモータである。
【００３３】
同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂは、そのアノード電極３１の開口３２が、フィルタ装置２０の中心とリング２３の間に向くように配置されており、ホルダ１２が回転すると、ホルダ１２に保持された成膜対象物５は、二台の同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂのアノード電極３１の開口に面する位置を交互に通過するように構成されている。
【００３４】
真空槽１１の外部には電源装置４０が配置されている。電源装置４０は、アーク電源４７とトリガ電源４６とコンデンサユニット４８とを有している。アノード電極３１と真空槽１１とは接地電位に接続されており、アノード電極３１は、アーク電源４７に接続され、トリガ電極４２はトリガ電源４６に接続されている。
【００３５】
アーク電源４７とトリガ電源４６により、アノード電極３１には負電圧が印加され、トリガ電極４２には正電圧が印加されるように構成されている。
【００３６】
上記蒸着装置１を用い、成膜対象物５の表面に薄膜を形成する工程について説明する。下記例では、二台の同軸側アーク蒸着源３０ａ、３０ｂを一緒に動作させるが、一台だけ動作させてもよい。
【００３７】
先ず、真空槽１１に接続された真空排気系１９を動作させ、真空槽１１内を所定圧力まで真空排気し、真空雰囲気を維持した状態で真空槽１１内に成膜対象物を搬入し、ホルダ１２に保持させる。
【００３８】
符号５はホルダ１２に保持された成膜対象物であり、該成膜対象物５は、例えば半導体ウェハである。
【００３９】
電源４０内のアノード電源４７やトリガ電源４６を動作させ、カソード電極４３に負電圧(−１００Ｖ)を印加した状態で、トリガ電極４２にパルス状のトリガ電圧(＋３．４ｋＶ)を印加すると、トリガ電極４２とカソード電極４３の間の碍子４１表面にトリガ放電(沿面放電)が生じ、カソード電極４３と碍子４１の交叉点から電子が発生し、その電子は碍子４１の沿面を走るが、一部はアノード電極３１に電子が飛行する。
【００４０】
アノード電極３１側に放出された電子により、アノード電極３１とカソード電極４３の間の放電耐圧が低下すると、アノード電極３１とカソード電極４３の間にアーク放電が発生する。
【００４１】
アーク放電が発生するとカソード電極４３に大きなアーク電流が流れ、カソード電極４３が溶融し、アノード電極３１内部に、カソード電極４３を構成する蒸着材料の荷電粒子や中性粒子、電子が多量に放出される。
【００４２】
コンデンサユニット４８内のコンデンサ(８８００μＦ)の放電により、１４００Ａ〜２０００Ａのアーク電流が１ｍ秒程度維持される。
【００４３】
アノード電極３１内に放出された粒子のうち、電子はアノード電極３１に引き寄せられ、正の荷電粒子はアノード電極３１から反発力を受ける。
【００４４】
正電荷を有していても質量が大きな粒子(電荷／質量の値が小さな荷電粒子)や中性粒子はアノード電極３１に衝突し、そこに付着するが、一部は衝突の際に小片に分解し、アノード電極３１の壁面から離脱する。
【００４５】
アーク電流が直線状配線４５を流れると磁場が発生し、その影響によって、アノード電極３１の内部空間に放出された電子はカソード電極に流れる電流により形成される磁場によりローレンツ力を受けアノード電極３１の開口３２から真空槽１１内(アノード電極３１の外部)に放出される。他方、正の荷電粒子は放出された電子に引き寄せられ、やはり開口３２から真空槽１１内に放出される。
【００４６】
放出された粒子は、フィルタ装置２０に向かい、アノード電極３１やカソード電極４３の中心軸線２５と平行に飛行する。
真空槽１１内に放出された粒子の中には、液層の状態のもの等の巨大粒子や、原子に近い状態の微小粒子が含まれる。
【００４７】
回転軸２１と中空回転軸１３とは別個独立に回転させられており、ホルダ１２はゆっくり、フィルタ装置２０はホルダ１２よりも早く回転している。
【００４８】
アノード電極３１の中心軸線２５の延長線上にはフィルタ装置２０とホルダ１２が位置しており、真空槽１１内に放出された粒子はフィルタ装置２０に向かって飛行するため、その粒子は羽根部材２２間の隙間２４に侵入する。
【００４９】
各羽根部材２２は、アノード電極３０ａ、３０ｂやカソード電極４３の中心軸線４９に沿った方向に、一定の長さＬを有している。この長さＬは羽根部材２２間の隙間２４の厚みであり、隙間２４内に侵入した粒子が。長さＬの距離を通過する間に、羽根部材２２に衝突しなければフィルタ装置２０の裏面位置の成膜対象物５表面に到達する。他方、羽根部材２２の衝突すると、衝突した粒子は羽根部材２２に付着し、又は跳ね返され、成膜対象物５には到達できない。
【００５０】
質量が小さい粒子は高速に飛行するため、微小粒子の大部分はフィルタ装置２０を通過し、成膜対象物５に到達するのに対し、質量が大きな粒子は飛行速度が遅く、羽根部材２２に衝突しやすい。
羽根部材２２の回転速度を設定することにより、所望の飛行速度以下の粒子を羽根部材２２に衝突させることができる。
【００５１】
飛行速度と質量とは相関関係にあり質量が小さい程高速である。従って、羽根部材２２の回転速度を設定することにより、所望質量未満の粒子だけを成膜対象物５に到達させることができる。
【００５２】
図４は、衝突の模式図であり、アノード電極３１から放出された粒子のうち、巨大粒子３５は、羽根部材２２の進行方向前方に向いた面に衝突し、他方、微小粒子３４は隙間２４を通過し、成膜対象物５の表面に到達する様子を示している。
【００５３】
巨大粒子３５が羽根部材２２の進行方向前方に向いた面に衝突したとき、巨大粒子３５の全部が羽根部材２２に付着するとは限らず、一部が羽根部材２２から離脱したり、反跳粒子が生じたりする。
【００５４】
同図符号θは、羽根部材２２の進行方向前方に向いた面と、羽根部材２２の回転の平面とが成す角度を示しており、θ＝９０°でもよいが、０＜θ＜９０°に設定しておくと、衝突によって生じた粒子は蒸着源３０ａ、３０ｂ側に跳ね返され、成膜対象物５に到達することはない。
【００５５】
微小粒子の飛行速度は１００００ｍ／秒であり、質量の大きな粒子の飛行速度は４０〜５０ｍ／秒である。羽根部材２２を３０００ｒｐｍで回転させると、微小粒子だけが通過し、質量が大きな粒子は羽根部材２２に衝突し、付着する。付着物は羽根部材２２の向心力により、中心に向かって移動する。
【００５６】
アーク電流はコンデンサユニット４８から供給されており、コンデンサの放電が終了するとアーク電流は消滅する。従って、アーク電流が流れる時間は短い。コンデンサユニット４８は放電後、アーク電源４７によって充電される。
【００５７】
コンデンサユニット４８が所定電圧まで充電された後、トリガ電極４２でのトリガ放電によって再度放電させ、アーク電流を流すと、成膜対象物５の表面に薄膜が積層される。従って、コンデンサユニット４８の充電とトリガ放電を所望回数繰り返し行うことで、成膜対象物５の表面に所望膜厚の薄膜を成長させることができる。
【００５８】
図８は、従来技術の蒸着装置１０１によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真である。ドロップレットによる突起が見られる。
【００５９】
図９は、本発明の蒸着装置１によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真である。突起のない平坦な薄膜が得られている。
【００６０】
なお、カソード電極４３は、タングステン、タンタル、アルミニウム、チタン等の金属、それらの合金等のトリガ放電やアーク放電が生じ得る導電性物質を用いることができる。
【００６１】
真空槽１１の内部やアノード電極３１の内部に反応性ガスを導入し、反応生成物の薄膜を形成することもできる。例えば、酸素、窒素等の他、メタン等の化合物ガスも用いることができる。
なお、上記アノード電極３１は円筒形状であったが、四角や六角形の筒であってもよい。
【００６２】
上記例では、二台の同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂを中心軸線２５の両側に、片側一個ずつ配置したが、大型基板には、より多数の同軸型真空アーク蒸着源を用いることができる。図５は、片側に６個の同軸型真空アーク蒸着源３０ｃが配置されている例である。
【００６３】
上記は、基板等に成膜した実施例を示したが、照射対象物は平板な基板に限定されるものではなく、凹凸があってもよい。
【００６４】
図６の符号２は、表面に凹凸のある成膜対象物６に薄膜を形成する成膜装置を示している。
この成膜装置２は、真空槽５１を有しており、該真空槽１２の内部には、ホルダ５２が配置され、成膜対象物６が、該ホルダ５２に保持されている。
【００６５】
真空槽５１の内部のホルダ５２とは反対側の位置には、図２の内部構造を有する複数台の同軸型真空アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄが配置されている。
各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄの開口は、それぞれ成膜対象物６に向けられており、成膜対象物６には、複数の同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄが放出する蒸着材料粒子が到達するようになっている。
【００６６】
各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄと成膜対象物６の間には、上記実施例のフィルタ装置２０と同じ構造のフィルタ装置２０ｃ、２０ｄが配置されており、各フィルタ装置２０ｃ、２０ｄの回転によって質量の大きな粒子が除去され、質量の小さな蒸着材料粒子だけが成膜対象物６に到達できるようになっている。
【００６７】
各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄの中心軸線は、互いに平行になっておらず所定角度傾けられている。従って、各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄから放出され、フィルタ装置２０ｃ、２０ｄを通過した質量の小さな粒子は、異なる角度で成膜対象物６に入射する。
ここでは各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄのカソード電極４３は、同じ蒸着材料で構成されており、均一な膜質の薄膜が形成される。
【００６８】
図７の符号３は、本発明の他の例の成膜装置を示している。該成膜装置３の内部にはホルダ６２が配置されている。
同図の符号７は、凸型レンズを作成するための凸型金型から成る成膜対象物であり、ホルダ６２によって保持されている。
【００６９】
ホルダ６２と対向する位置にはフィルタ装置２０ｇが配置されており、ホルダ６２の側方にも、一乃至複数台のフィルタ装置２０ｅ、２０ｆが配置されている。
【００７０】
各フィルタ装置２０ｅ、２０ｆ、２０ｇの後方には、一乃至複数台の同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2、３０ｇ、３０ｆが配置されている。ここではフィルタ装置は側面に二カ所、底面に一カ所配置され、底面のフィルタ装置２０ｅの後方に二台の同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2が配置されている。
【００７１】
各同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2、３０ｇ、３０ｆの開口は、ホルダ６２上の成膜対象物７に向けられており、各同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2、３０ｇ、３０ｆから放出された蒸着材料粒子のうち、回転するフィルタ装置２０ｅ、２０ｇ、２０ｆを通過した質量の小さな粒子が成膜対象物７に多方向から到達し、成膜対象物７表面に薄膜が形成される。
【００７２】
Ｌ1〜Ｌ3は１６〜２０ｃｍである。これでφ部分は訳φ１０ｃｍに均一にプラズマが広がるため凸状の部材でも均一に照射することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、半導体のゲート電極やゲート絶縁膜、トレンチのバリア層、磁性デバイスの磁性材料の成膜、更に機械部品のコーティング等に使用することができる。また、カーボンナノチューブの触媒層を形成することもできる。
【００７４】
本発明のフィルタ装置と保欄だを同軸上に回転軸を配置し、ホルダ後方に単数あるいは複数配置した同軸型真空アーク蒸着源を用いることでドロップレットのない単層あるいは複数の積層された薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の蒸着源を説明するための図
【図２】蒸着源の構造を説明するための断面図
【図３】フィルタ装置の構造を説明するための斜視図
【図４】フィルタ装置の動作を説明するための部分拡大図
【図５】蒸着源を多数配置した蒸着装置
【図６】本発明の他の例の蒸着装置を説明するための図
【図７】本発明の他の例の蒸着装置を説明するための図
【図８】従来技術の蒸着装置によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真
【図９】本発明の蒸着装置によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真
【図１０】従来技術の蒸着装置
【符号の説明】
【００７６】
１……蒸着装置
５……成膜対象物
１１……真空槽
１２、５２、６２……ホルダ
２０……フィルタ装置
２１……回転軸
２２……羽根部材
２５……回転軸線
３０……蒸着源
３１……アノード電極
４２……トリガ電極
４３……カソード電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜を形成する技術にかかり、特に、同軸型真空アーク蒸着源を用いて薄膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０の符号１０１は、従来技術の蒸着装置を示している。
この蒸着装置１０１は真空槽１１１を有しており、該真空槽１１１の内部には同軸型真空アーク蒸着源１３０が配置されている。
【０００３】
同軸型真空アーク蒸着源１３０は、円筒形のアノード電極１３１と、アノード電極１３１の内部に配置されたカソード電極１４３と、カソード電極１４３の近傍に配置されたトリガ電極１４２とを有している。トリガ電極１４２とカソード電極１４３との間にはアルミナ製の円板形状の碍子１４１がはさみこまれて図中には示されていないがネジで固定されている。アノード電極１３１は接地され、カソード電極１４３とトリガ電極１４２は電源１４０に接続されている。
【０００４】
真空槽１１１には、真空排気系１１９が接続されている。真空排気系１１９を動作させ、真空槽１１１内を真空排気し、電源１４０によってアノード電極１３１とカソード電極１４３の間に電圧を印加した状態でトリガ電極１４２にパルス状のトリガ電圧を印加し、トリガ電極１４２とカソード電極１４３の間に碍子１４１側面を介して側面放電が発生し、これをトリガ放電と呼ぶ。トリガ放電が発生すると、トリガ放電で発した電子の一部がアノード電極側に飛行する。このトリガ放電によりカソード電極１４３とアノード電極１３１との間にアーク放電が誘起される。
【０００５】
そのアーク放電により、カソード電極１４３に大きなアーク電流が流れ、それによってカソード電極１４３が溶融すると、カソード電極１４３を構成する蒸着材料の粒子がアノード電極１３１内に放出される。
【０００６】
アノード電極１３１内に放出された粒子は、アーク電流が形成する磁場や、放電によって形成されるプラズマ中の電子から力を受け、真空槽１１１内に放出される。
【０００７】
放出された粒子の飛行方向には、ホルダ１１２が配置されている。該ホルダ１１２には、半導体ウェハ等の成膜対象物１１５が配置されており、成膜対象物１１５表面に蒸着材料粒子が到達すると、薄膜が成長する。
【０００８】
アーク電流はコンデンサの放電によって供給されるので短時間で消滅する。コンデンサの充電とトリガ放電によるアーク放電の誘起を繰り返し行うと所望膜厚の薄膜を成長させることができる。膜成長の際、ホルダ１１２は、モータ１１７と回転軸１２１によって回転され、成膜対象物５の表面に成長する薄膜が均一な厚みになるようにされている。
【０００９】
上記のような同軸型真空アーク蒸着源１３０では、１回のアーク放電によって形成される薄膜の膜厚はコンデンサの充電量によって制御でき、また、得られる薄膜の膜厚は、アーク放電一回当たりの膜厚と放電回数によって制御することができる。
従って、成膜される膜が１〜２ｎｍ程度の非常に薄い膜であっても、膜厚精度が高い。
【００１０】
また粒子の飛行速度は、最大１００００ｍ／秒（文献Ｊ，Ｖａｃ．Ｓｅｃ．Ｊｐｎ．（真空Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．９，２００４ ｐ１３）と早いため非常に平坦な膜を形成することができる（Ｕｌｖａｃ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｎｏ．４９ １９９８ ｐ９）。
【００１１】
この特徴は磁性デバイス特にＭＲＡＭ等の磁性、非磁性材料をｎｍの薄膜で積層させていくプロセスに向いている。例えば、Ｃｏ・ＦｅＮｉ／Ｔａ／Ｐｙ／Ｉｒ・Ｍｎ等をｎｍで積層させなければならず、この時に４つのガンを搭載した装置を用いれば積層させることができる。特に同軸型真空アーク蒸着源ではカソード材の合金に比率が成膜しても膜内でカソード材料の合金比率を保存することが確認されているので非常に容易に合金を成膜することができる。
【００１２】
同軸型真空アーク蒸着源を用いた蒸着装置や、後述するフィルタ装置等は、例えば下記文献に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２８２５５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８９９号公報
【特許文献３】特開平１０−３０１６９号公報
【特許文献４】特開平８−１７６８０５号公報
【特許文献５】特開２００２−２２０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の同軸型真空アーク蒸着源装置ではｎｍの厚みで制御良く成膜できるものの、ドロプレットが多量に発生し、薄膜中にドロプレットが混入する問題があった。これでは、デバイスとして機能しない。
【００１４】
同軸型真空アーク蒸着源１３０から放出される粒子には、原子状態に近い微小粒子の他、カソード材から液層で発生するもの（約φ５０〜１００μｍ）やカソード材から液層で発生し、その液層のまま、アノード電極内面で衝突し、砕けて小さい液層に変化するもの（粒経：φ１〜５μｍ）が存在する。
従来技術の蒸着装置１０１では、成膜対象物５の表面に、上記各粒子が到達し、欠陥の原因になっている。
【００１５】
本発明では、蒸着量を減らすことなく成膜対象物に到達する巨大粒子(ドロプレット)を無くし、ｎｍの制御性と平坦性の良さを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された蒸着源と、成膜対象物が配置されるホルダとを有し、前記蒸着源は、筒状のアノード電極と、蒸着材料で構成され、前記アノード電極で囲まれた領域内に配置されたカソード電極と、前記カソード電極近傍に配置されたトリガ電極とを有し、前記カソード電極と前記トリガ電極との間にトリガ放電を発生させ、前記カソード電極と前記アノード電極の間にアーク放電を誘起させ、前記カソード電極を蒸発させ、前記アノード電極の開口から蒸着材料粒子を放出させ、前記ホルダに配置された成膜対象物表面に薄膜を成長させる成膜装置であって、前記蒸着源と前記ホルダとの間に細長の羽根部材を複数有するフィルタ装置を配置し、前記羽根部材を移動させ、飛行速度が遅い蒸着材料粒子を前記羽根部材に付着させ、飛行速度が速い蒸着材料粒子を通過させ、前記成膜対象物表面に到達させるように構成された蒸着装置である。
また、本発明は、前記蒸着源を複数有し、前記各蒸着源から放出された前記蒸着材料粒子は前記同じ成膜対象物に到達するように配置された請求項１記載の蒸着装置であって、前記各蒸着源の開口の中心軸線は互いに所定角度で傾き、前記各蒸着源から前記成膜対象物には、異なる角度で前記蒸着材料粒子が入射するように前記各蒸着源は配置され、前記各蒸着源と前記成膜対象物との間には、前記フィルタ装置がそれぞれ配置された蒸着装置である。
前記羽根部材は回転軸を中心に放射状に配置され、前記回転軸を中心に回転するように構成された蒸着装置である。
また、本発明は、前記蒸着材料粒子が衝突する前記羽根部材の衝突表面は、前記回転軸の回転軸線に対して傾けられ、前記衝突表面に衝突して反射した蒸着材料粒子は、前記蒸着源側に戻されるように構成された蒸着装置である。
【００１７】
本発明は上記のように構成されており、カソード電極を構成する物質の粒子の飛行経路と交差するように羽根部材を移動させ、飛行速度の遅い粒子を羽根部材に衝突させ、通過させない。所定の飛行速度よりも早い粒子は通過し、成膜対象物表面に到達する。
【００１８】
成膜対象物は一の回転軸線を中心として回転させるため、羽根部材をその回転軸線を中心とする放射状に配置し、回転軸線回りに回転させることで、粒子の飛行経路と交差させてると良い。
【発明の効果】
【００１９】
微小粒子だけが成膜対象物に到達するので、ドロップレットによる欠陥の無い膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１の符号１は、本発明の蒸着装置である。
この蒸着装置１は、真空槽１１と、該真空槽１１内に配置された一乃至複数台の同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂとを有してる(ここでは同じ構造の蒸着源が二台配置されている)。真空槽１１はステンレス等の合金で作成されている。
【００２１】
同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂの内部構造を図２に示す。
同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂは、円筒形の金属板から成るアノード電極３１と、蒸着材料が円柱状に成形されて成るカソード電極４３と、リング状の金属から成るトリガ電極４２とを有している。
【００２２】
アノード電極３１の底面には、底壁５０が取りつけられており、該底壁５０上に、絶縁性の支持部材（以下碍子と呼ぶ）４１が配置されている。碍子４１は円柱形であり、カソード電極４３は碍子４１の先端に取りつけられている。トリガ電極４２は、碍子４１に嵌め込まれており、従って、トリガ電極４２は碍子４１の外周に装着されている。カソード電極４３とトリガ電極４２の間は所定距離だけ離間され、絶縁性が確保されている。
【００２３】
カソード電極４３とトリガ電極４２は、アノード電極３１の内部に位置し、その中心軸線がアノード電極３１の中心軸線とが一致するように配置されている。符号４９は、カソード電極４３とトリガ電極４２とアノード電極３１に共通の中心軸線を示している。
【００２４】
トリガ電極４２とカソード電極４３の位置関係は、トリガ電極４２よりもカソード電極４３の方が開口３２に近い位置に配置されている。
【００２５】
碍子４１の内部には、真っ直ぐな直線状配線４５が中心軸線４９に沿って配置されている。該直線状配線４５の上端はカソード電極４３に接続されている。下端は底壁５０の下部に突き出され、後述するアノード電源４７の負電圧側端子が接続されている。
【００２６】
アノード電極３１の外部であって、アノード電極３１の開口３２と面する位置には、フィルタ装置２０とホルダ１２とがこの順序で配置されている。即ち、フィルタ装置２０はホルダ１２と同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂの間に配置されており、中心軸線４９は、フィルタ装置２０とホルダ１２の両方に交差している。
【００２７】
図３は、フィルタ装置２０とホルダ１２を説明するための斜視図である。
ホルダ１２は円盤状であり、フィルタ装置２０に面する表面は、一乃至複数枚の基板をホルダ１２の中心と重ならない位置に保持できるように構成されている。図３の符号５は、ホルダ１２に保持された状態の成膜対象物(基板)を示している。
【００２８】
ホルダ１２の裏面側のホルダ１２の中心位置には、中空回転軸１３が接続されている。中空回転軸１３の中心軸線２５は、ホルダ１２の表面に対して垂直にされており、中心軸線２５を回転軸線として中空回転軸１３を回転させると、ホルダ１２に保持された基板は、中心軸線２５と垂直な平面と平行に旋回移動するように構成されている。即ち、各成膜対象物５は、ホルダ１２の中心を中心として回転する。
【００２９】
フィルタ装置２０は回転翼型であり、回転軸２１と、細長の複数の羽根板２２と、リング２３とを有している。
回転軸２１は、リング２３の中心を通っており、回転軸２１のリング２３の中心上の位置には、各羽根板２２の一端が、直接又は不図示のハブを介して固定されている。
【００３０】
各羽根板２２の他端は、リング２３に接続されている。リング２３が位置する平面と回転軸２１とは、垂直になるように配置されている。従って、回転軸２１の回転軸線とリング２３の中心軸線とは一致し、各羽根板２２は、該回転軸２１を中心とする放射状に配置されている。
【００３１】
隣接する羽根板２２と羽根板２２の間には扇状の隙間２４が形成されており、この隙間２４を後述する蒸着材料の粒子が通過できるようにされている。
【００３２】
回転軸２１は、中空回転軸１３に挿通されており、中空回転軸１３の中心軸線２５は、回転軸２１の回転軸線、及びリング２０の中心軸線にもなっている。回転軸２１と中空回転軸１３とは、同一方向にも異なる方向にも回転できるようにされており、また、同じ回転速度でも、異なる回転速度でも回転できるようにもされている。図１の符号１７と符号１４は、回転軸２１と中空回転軸１３をそれぞれ別個に回転させるモータである。
【００３３】
同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂは、そのアノード電極３１の開口３２が、フィルタ装置２０の中心とリング２３の間に向くように配置されており、ホルダ１２が回転すると、ホルダ１２に保持された成膜対象物５は、二台の同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂのアノード電極３１の開口に面する位置を交互に通過するように構成されている。
【００３４】
真空槽１１の外部には電源装置４０が配置されている。電源装置４０は、アーク電源４７とトリガ電源４６とコンデンサユニット４８とを有している。アノード電極３１と真空槽１１とは接地電位に接続されており、アノード電極３１は、アーク電源４７に接続され、トリガ電極４２はトリガ電源４６に接続されている。
【００３５】
アーク電源４７とトリガ電源４６により、アノード電極３１には負電圧が印加され、トリガ電極４２には正電圧が印加されるように構成されている。
【００３６】
上記蒸着装置１を用い、成膜対象物５の表面に薄膜を形成する工程について説明する。下記例では、二台の同軸側アーク蒸着源３０ａ、３０ｂを一緒に動作させるが、一台だけ動作させてもよい。
【００３７】
先ず、真空槽１１に接続された真空排気系１９を動作させ、真空槽１１内を所定圧力まで真空排気し、真空雰囲気を維持した状態で真空槽１１内に成膜対象物を搬入し、ホルダ１２に保持させる。
【００３８】
符号５はホルダ１２に保持された成膜対象物であり、該成膜対象物５は、例えば半導体ウェハである。
【００３９】
電源４０内のアノード電源４７やトリガ電源４６を動作させ、カソード電極４３に負電圧(−１００Ｖ)を印加した状態で、トリガ電極４２にパルス状のトリガ電圧(＋３．４ｋＶ)を印加すると、トリガ電極４２とカソード電極４３の間の碍子４１表面にトリガ放電(沿面放電)が生じ、カソード電極４３と碍子４１の交叉点から電子が発生し、その電子は碍子４１の沿面を走るが、一部はアノード電極３１に電子が飛行する。
【００４０】
アノード電極３１側に放出された電子により、アノード電極３１とカソード電極４３の間の放電耐圧が低下すると、アノード電極３１とカソード電極４３の間にアーク放電が発生する。
【００４１】
アーク放電が発生するとカソード電極４３に大きなアーク電流が流れ、カソード電極４３が溶融し、アノード電極３１内部に、カソード電極４３を構成する蒸着材料の荷電粒子や中性粒子、電子が多量に放出される。
【００４２】
コンデンサユニット４８内のコンデンサ(８８００μＦ)の放電により、１４００Ａ〜２０００Ａのアーク電流が１ｍ秒程度維持される。
【００４３】
アノード電極３１内に放出された粒子のうち、電子はアノード電極３１に引き寄せられ、正の荷電粒子はアノード電極３１から反発力を受ける。
【００４４】
正電荷を有していても質量が大きな粒子(電荷／質量の値が小さな荷電粒子)や中性粒子はアノード電極３１に衝突し、そこに付着するが、一部は衝突の際に小片に分解し、アノード電極３１の壁面から離脱する。
【００４５】
アーク電流が直線状配線４５を流れると磁場が発生し、その影響によって、アノード電極３１の内部空間に放出された電子はカソード電極に流れる電流により形成される磁場によりローレンツ力を受けアノード電極３１の開口３２から真空槽１１内(アノード電極３１の外部)に放出される。他方、正の荷電粒子は放出された電子に引き寄せられ、やはり開口３２から真空槽１１内に放出される。
【００４６】
放出された粒子は、フィルタ装置２０に向かい、アノード電極３１やカソード電極４３の中心軸線２５と平行に飛行する。
真空槽１１内に放出された粒子の中には、液層の状態のもの等の巨大粒子や、原子に近い状態の微小粒子が含まれる。
【００４７】
回転軸２１と中空回転軸１３とは別個独立に回転させられており、ホルダ１２はゆっくり、フィルタ装置２０はホルダ１２よりも早く回転している。
【００４８】
アノード電極３１の中心軸線２５の延長線上にはフィルタ装置２０とホルダ１２が位置しており、真空槽１１内に放出された粒子はフィルタ装置２０に向かって飛行するため、その粒子は羽根部材２２間の隙間２４に侵入する。
【００４９】
各羽根部材２２は、アノード電極３０ａ、３０ｂやカソード電極４３の中心軸線４９に沿った方向に、一定の長さＬを有している。この長さＬは羽根部材２２間の隙間２４の厚みであり、隙間２４内に侵入した粒子が。長さＬの距離を通過する間に、羽根部材２２に衝突しなければフィルタ装置２０の裏面位置の成膜対象物５表面に到達する。他方、羽根部材２２の衝突すると、衝突した粒子は羽根部材２２に付着し、又は跳ね返され、成膜対象物５には到達できない。
【００５０】
質量が小さい粒子は高速に飛行するため、微小粒子の大部分はフィルタ装置２０を通過し、成膜対象物５に到達するのに対し、質量が大きな粒子は飛行速度が遅く、羽根部材２２に衝突しやすい。
羽根部材２２の回転速度を設定することにより、所望の飛行速度以下の粒子を羽根部材２２に衝突させることができる。
【００５１】
飛行速度と質量とは相関関係にあり質量が小さい程高速である。従って、羽根部材２２の回転速度を設定することにより、所望質量未満の粒子だけを成膜対象物５に到達させることができる。
【００５２】
図４は、衝突の模式図であり、アノード電極３１から放出された粒子のうち、巨大粒子３５は、羽根部材２２の進行方向前方に向いた面に衝突し、他方、微小粒子３４は隙間２４を通過し、成膜対象物５の表面に到達する様子を示している。
【００５３】
巨大粒子３５が羽根部材２２の進行方向前方に向いた面に衝突したとき、巨大粒子３５の全部が羽根部材２２に付着するとは限らず、一部が羽根部材２２から離脱したり、反跳粒子が生じたりする。
【００５４】
同図符号θは、羽根部材２２の進行方向前方に向いた面と、羽根部材２２の回転の平面とが成す角度を示しており、θ＝９０°でもよいが、０＜θ＜９０°に設定しておくと、衝突によって生じた粒子は蒸着源３０ａ、３０ｂ側に跳ね返され、成膜対象物５に到達することはない。
【００５５】
微小粒子の飛行速度は１００００ｍ／秒であり、質量の大きな粒子の飛行速度は４０〜５０ｍ／秒である。羽根部材２２を３０００ｒｐｍで回転させると、微小粒子だけが通過し、質量が大きな粒子は羽根部材２２に衝突し、付着する。付着物は羽根部材２２の向心力により、中心に向かって移動する。
【００５６】
アーク電流はコンデンサユニット４８から供給されており、コンデンサの放電が終了するとアーク電流は消滅する。従って、アーク電流が流れる時間は短い。コンデンサユニット４８は放電後、アーク電源４７によって充電される。
【００５７】
コンデンサユニット４８が所定電圧まで充電された後、トリガ電極４２でのトリガ放電によって再度放電させ、アーク電流を流すと、成膜対象物５の表面に薄膜が積層される。従って、コンデンサユニット４８の充電とトリガ放電を所望回数繰り返し行うことで、成膜対象物５の表面に所望膜厚の薄膜を成長させることができる。
【００５８】
図８は、従来技術の蒸着装置１０１によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真である。ドロップレットによる突起が見られる。
【００５９】
図９は、本発明の蒸着装置１によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真である。突起のない平坦な薄膜が得られている。
【００６０】
なお、カソード電極４３は、タングステン、タンタル、アルミニウム、チタン等の金属、それらの合金等のトリガ放電やアーク放電が生じ得る導電性物質を用いることができる。
【００６１】
真空槽１１の内部やアノード電極３１の内部に反応性ガスを導入し、反応生成物の薄膜を形成することもできる。例えば、酸素、窒素等の他、メタン等の化合物ガスも用いることができる。
なお、上記アノード電極３１は円筒形状であったが、四角や六角形の筒であってもよい。
【００６２】
上記例では、二台の同軸型真空アーク蒸着源３０ａ、３０ｂを中心軸線２５の両側に、片側一個ずつ配置したが、大型基板には、より多数の同軸型真空アーク蒸着源を用いることができる。図５は、片側に６個の同軸型真空アーク蒸着源３０ｃが配置されている例である。
【００６３】
上記は、基板等に成膜した実施例を示したが、照射対象物は平板な基板に限定されるものではなく、凹凸があってもよい。
【００６４】
図６の符号２は、表面に凹凸のある成膜対象物６に薄膜を形成する成膜装置を示している。
この成膜装置２は、真空槽５１を有しており、該真空槽１２の内部には、ホルダ５２が配置され、成膜対象物６が、該ホルダ５２に保持されている。
【００６５】
真空槽５１の内部のホルダ５２とは反対側の位置には、図２の内部構造を有する複数台の同軸型真空アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄが配置されている。
各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄの開口は、それぞれ成膜対象物６に向けられており、成膜対象物６には、複数の同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄが放出する蒸着材料粒子が到達するようになっている。
【００６６】
各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄと成膜対象物６の間には、上記実施例のフィルタ装置２０と同じ構造のフィルタ装置２０ｃ、２０ｄが配置されており、各フィルタ装置２０ｃ、２０ｄの回転によって質量の大きな粒子が除去され、質量の小さな蒸着材料粒子だけが成膜対象物６に到達できるようになっている。
【００６７】
各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄの中心軸線は、互いに平行になっておらず所定角度傾けられている。従って、各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄから放出され、フィルタ装置２０ｃ、２０ｄを通過した質量の小さな粒子は、異なる角度で成膜対象物６に入射する。
ここでは各同軸型アーク蒸着源３０ｃ、３０ｄのカソード電極４３は、同じ蒸着材料で構成されており、均一な膜質の薄膜が形成される。
【００６８】
図７の符号３は、本発明の他の例の成膜装置を示している。該成膜装置３の内部にはホルダ６２が配置されている。
同図の符号７は、凸型レンズを作成するための凸型金型から成る成膜対象物であり、ホルダ６２によって保持されている。
【００６９】
ホルダ６２と対向する位置にはフィルタ装置２０ｇが配置されており、ホルダ６２の側方にも、一乃至複数台のフィルタ装置２０ｅ、２０ｆが配置されている。
【００７０】
各フィルタ装置２０ｅ、２０ｆ、２０ｇの後方には、一乃至複数台の同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2、３０ｇ、３０ｆが配置されている。ここではフィルタ装置は側面に二カ所、底面に一カ所配置され、底面のフィルタ装置２０ｅの後方に二台の同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2が配置されている。
【００７１】
各同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2、３０ｇ、３０ｆの開口は、ホルダ６２上の成膜対象物７に向けられており、各同軸型アーク蒸着源３０ｅ1、３０ｅ2、３０ｇ、３０ｆから放出された蒸着材料粒子のうち、回転するフィルタ装置２０ｅ、２０ｇ、２０ｆを通過した質量の小さな粒子が成膜対象物７に多方向から到達し、成膜対象物７表面に薄膜が形成される。
【００７２】
Ｌ1〜Ｌ3は１６〜２０ｃｍである。これでφ部分は訳φ１０ｃｍに均一にプラズマが広がるため凸状の部材でも均一に照射することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、半導体のゲート電極やゲート絶縁膜、トレンチのバリア層、磁性デバイスの磁性材料の成膜、更に機械部品のコーティング等に使用することができる。また、カーボンナノチューブの触媒層を形成することもできる。
【００７４】
本発明のフィルタ装置と保欄だを同軸上に回転軸を配置し、ホルダ後方に単数あるいは複数配置した同軸型真空アーク蒸着源を用いることでドロップレットのない単層あるいは複数の積層された薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の蒸着源を説明するための図
【図２】蒸着源の構造を説明するための断面図
【図３】フィルタ装置の構造を説明するための斜視図
【図４】フィルタ装置の動作を説明するための部分拡大図
【図５】蒸着源を多数配置した蒸着装置
【図６】本発明の他の例の蒸着装置を説明するための図
【図７】本発明の他の例の蒸着装置を説明するための図
【図８】従来技術の蒸着装置によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真
【図９】本発明の蒸着装置によって形成した薄膜の表面電子顕微鏡写真
【図１０】従来技術の蒸着装置
【符号の説明】
【００７６】
１……蒸着装置
５……成膜対象物
１１……真空槽
１２、５２、６２……ホルダ
２０……フィルタ装置
２１……回転軸
２２……羽根部材
２５……回転軸線
３０……蒸着源
３１……アノード電極
４２……トリガ電極
４３……カソード電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、前記真空槽内に配置された蒸着源と、成膜対象物が配置されるホルダとを有し、
前記蒸着源は、
筒状のアノード電極と、
蒸着材料で構成され、前記アノード電極で囲まれた領域内に配置されたカソード電極と、
前記カソード電極近傍に配置されたトリガ電極とを有し、
前記カソード電極と前記トリガ電極との間にトリガ放電を発生させ、前記カソード電極と前記アノード電極の間にアーク放電を誘起させ、前記カソード電極を蒸発させ、前記アノード電極の開口から蒸着材料粒子を放出させ、前記ホルダに配置された成膜対象物表面に薄膜を成長させる成膜装置であって、
前記蒸着源と前記ホルダとの間に細長の羽根部材を複数有するフィルタ装置を配置し、
前記羽根部材を移動させ、飛行速度が遅い蒸着材料粒子を前記羽根部材に付着させ、飛行速度が速い蒸着材料粒子を通過させ、前記成膜対象物表面に到達させるように構成された蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸着源を複数有し、前記各蒸着源から放出された前記蒸着材料粒子は前記同じ成膜対象物に到達するように配置された請求項１記載の蒸着装置であって、
前記各蒸着源の開口の中心軸線は互いに所定角度で傾き、前記各蒸着源から前記成膜対象物には、異なる角度で前記蒸着材料粒子が入射するように前記各蒸着源は配置され、
前記各蒸着源と前記成膜対象物との間には、前記フィルタ装置がそれぞれ配置された請求項１記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記羽根部材は回転軸を中心に放射状に配置され、前記回転軸を中心に回転するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記蒸着材料粒子が衝突する前記羽根部材の衝突表面は、前記回転軸の回転軸線に対して傾けられ、前記衝突表面に衝突して反射した蒸着材料粒子は、前記蒸着源側に戻されるように構成された請求項３記載の蒸着装置。
【請求項１】
真空槽と、前記真空槽内に配置された蒸着源と、成膜対象物が配置されるホルダとを有し、
前記蒸着源は、
筒状のアノード電極と、
蒸着材料で構成され、前記アノード電極で囲まれた領域内に配置されたカソード電極と、
前記カソード電極近傍に配置されたトリガ電極とを有し、
前記カソード電極と前記トリガ電極との間にトリガ放電を発生させ、前記カソード電極と前記アノード電極の間にアーク放電を誘起させ、前記カソード電極を蒸発させ、前記アノード電極の開口から蒸着材料粒子を放出させ、前記ホルダに配置された成膜対象物表面に薄膜を成長させる成膜装置であって、
前記蒸着源と前記ホルダとの間に細長の羽根部材を複数有するフィルタ装置を配置し、
前記羽根部材を移動させ、飛行速度が遅い蒸着材料粒子を前記羽根部材に付着させ、飛行速度が速い蒸着材料粒子を通過させ、前記成膜対象物表面に到達させるように構成された蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸着源を複数有し、前記各蒸着源から放出された前記蒸着材料粒子は前記同じ成膜対象物に到達するように配置された請求項１記載の蒸着装置であって、
前記各蒸着源の開口の中心軸線は互いに所定角度で傾き、前記各蒸着源から前記成膜対象物には、異なる角度で前記蒸着材料粒子が入射するように前記各蒸着源は配置され、
前記各蒸着源と前記成膜対象物との間には、前記フィルタ装置がそれぞれ配置された請求項１記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記羽根部材は回転軸を中心に放射状に配置され、前記回転軸を中心に回転するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記蒸着材料粒子が衝突する前記羽根部材の衝突表面は、前記回転軸の回転軸線に対して傾けられ、前記衝突表面に衝突して反射した蒸着材料粒子は、前記蒸着源側に戻されるように構成された請求項３記載の蒸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４９５５８（Ｐ２００６−２４９５５８Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７１５２６（Ｐ２００５−７１５２６）
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【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１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【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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