JP5080294B2 - イオンガン及び成膜装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、この方式のイオンガンは、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。
このイオンガンはリニアイオン源と称されるもので、上記の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台の電源で実行することができるという利点を有し、低コスト、高信頼性なものである。
しかしながら、リニアイオンガンは、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上記の一般的なイオンガンと比べて電流密度が小さいという問題点があった。
例えば、一般的なイオンガンの一つである高周波(RF)イオンガンの電流密度が4〜5mA/cm2であるのに比べて、リニアイオンガンの電流密度は約半分の2mA/cm2であった。
スパッタ成膜用途では、プロセスの高速化を図るために少なくとも上記の高周波(RF)イオンガン程度に電流密度を向上させる必要があった。
したがって、これまで生産性の観点から高周波(RF)イオンガン等が使用されていたプロセスにおいてもリニアイオンガンが使用できるようになり、イオンガンの用途が拡大されたものとなる。
したがって、これまで生産性の観点から高周波(RF)イオンガン等が使用されていたプロセスにおいてもリニアイオンガンが使用できるようになり、イオンガンの用途が拡大されたものとなる。
この成膜装置では、従来のリニアイオンガンと比べて約1.5倍もしくはそれ以上のビーム電流が得られるイオンガンを備えているので、プロセスの生産性が改善される。
また、リニアイオンガンの特徴である口径の長手方向を1m以上にすることが容易であることから、インライン方式の大型基板成膜装置等の大型基板成膜向け用途についても可能になる等、用途を飛躍的に拡大することができる。
また、リニアイオンガンの特徴である口径の長手方向を1m以上にすることが容易であるので、インライン方式の大型基板成膜装置等の大型基板成膜向け各種装置に適用することが可能になり、本発明のイオンガンを搭載することができる装置の種類を飛躍的に拡大することができる。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
このイオンガン1は、例えば、全長400mm×幅l00mm×高さ80mmの大きさのもので、SS400等の鋼、あるいはさび難いSUS430、SUS304等のステンレス鋼から構成されスリット状の開口部11が形成された陰極2と、SmCo(サマリウムコバルト)合金により構成され開口部11の幅方向に磁場を発生させる磁石3と、この磁場に対して略垂直方向に電界を生じさせるように陰極2の裏面から離間して配置された陽極4と、を備え、陰極2の表面の開口部11からイオンビームBが引き出されるものである。
このイオンガン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、内部に水等の冷却媒体が流れる冷却パイプ6が複数設けられている。
図3は、開口部11の断面形状を示す断面図であり、以下の説明においては、陰極2の裏面とは、イオンガン1の内部側(陽極4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。
なお、このイオンガン1における電流密度とは、発生するビーム電流を開口部11で囲まれる面積Sで除した数値である。
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。
図4は、陽極材料として、ステンレス鋼(SUS304)を熱処理し、部分的に強磁性化(弱磁性材化と称する)したものを用いた場合の放電特性(図中A)を示す図である。比較のために、従来の熱処理しないステンレス鋼(SUS304)を使用した場合の放電特性(図中B)も示している。なお、縦軸はビーム電流(mA)、横軸は印加電圧(放電電圧;V)であり、イオンガンにArガスを50sccm流したときの測定室圧力は7×10−2Paである。
ステンレス鋼(SUS304)は、常温で面心立方構造を有し(オーステナイト)非磁性である。これを600℃以上に加熟し、急冷することにより、結晶構造が一部マルテンサイトとなり、磁性を有するようになる。即ち、非磁性のオーステナイト相内にマルテンサイト相がミクロ的に分散した状態になる。
この一部磁性材化したステンレス鋼(SUS304)は、例えば、溶接などにより高温にし、自然空冷しても得られる。上記実験に使用した磁性化した材料は、このようにして得られたものであり、これを、ここでは弱磁性材と称する。
ここでは、陽極の材料として、従来のステンレス鋼(SUS304)(図中S(非磁性材))、弱磁性材化したステンレス鋼(SUS304)(図中A(弱磁性材))、強磁性材であるステンレス鋼(SUS430)(図中B(強磁性材))を使用した場合のそれぞれのビーム電流を示している。
図5から、従来のものに比べて、強磁性材であるステンレス鋼(SUS430)の場合は1.5倍のビーム電流が得られており、弱磁性材化したステンレス鋼(SUS304)の場合は2倍のビーム電流が得られていることが分かった。
従来のように、磁力線の向きが全て電界に垂直(磁力線B0のみ)になっている場合は、プラズマを閉じ込める領域を生じない。一方、磁力線の向きが一部電界と略平行(磁力線B1、磁力線B2)になっている場合は、プラズマ閉じ込め領域12が生じる。即ち、磁力線B0、B1、B2による磁場配位がプラズマ閉じ込め領域12を構成し、この領域12にプラズマpを閉じ込めるように作用する。
また、数ミリ幅の狭い放電領域においては、この電界と、それに平行な方向の磁場とにより、電子の軌道が螺旋状になり、気体分子をイオン化する距離が伸びる。
以上の二つの要因によりプラズマ密度が向上するために、放散電流が増加し、ビーム電流が向上する。
図7は、本実施形態のイオンガンを搭載した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。
このインラインスパッタ成膜装置21は、ガラス基板22を大気中から真空中に導入するロードロックイン室23と、このガラス基板22上に異なる種類の金属やセラミックスの薄膜を成膜する複数の成膜室24〜26と、成膜されたガラス基板22を大気中に取り出すロードロックアウト室27とから構成されている。
なお、成膜室24と成膜室25とは連通部28により連通されており、同様に成膜室25と成膜室26とは連通部29により連通された状態となっている。
さらに、成膜室26内には、酸化を促進するための酸化源となる本実施形態のイオンガン1が設けられている。
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26内にイオンガン1を設けている。
ここでは、ガラス基板22上に、金属電極、誘電体膜等を成膜した後、Taからなるバリア膜、MgOからなる保護膜を順次成膜する場合を例にとることとする。
ターゲット34としては、プラズマディスプレイ(PDP)の電極、誘電体膜等を順次成膜するために、電極成膜用ターゲット、誘電体膜成膜用ターゲット等の各種ターゲットから必要に応じて選択して用いる。
また、ターゲット35としては、プラズマディスプレイ(PDP)のバリア膜を成膜するためのタンタル(Ta)ターゲットを、ターゲット36としては、プラズマディスプレイ(PDP)の保護膜を成膜するための酸化マグネシウム(MgO)ターゲットを、それぞれ選択して用いる。
次いで、このガラス基板22を成膜室26に搬送し、この成膜室26内にて、MgOターゲットを用いて400nmの膜厚のMgOからなる保護膜を成膜する。
これら成膜室24〜26内においては、ガラス基板22を所定速度で移動しつつ、各処理を行う。
このイオンガン1に酸素(O2)ガスを、例えば40sccm流して酸素イオン(O−2)及び酸素ラジカル(O)を生成し、ガラス基板22上に化学量論的組成のMgO膜を堆積させる。
このMgO膜は、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%とすることができる。したがって、このMgO膜を保護膜とすることで、緻密で長寿命な保護膜を容易に得ることができる。その結果、プラズマディスプレイ(PDP)の誘電体膜の保護膜として極めて有効なものとなる。
2 陰極
3 磁石
4 陽極
5 ヨーク
6 水冷用パイプ
11 開口部
11a 垂直部
11b 傾斜部
12 プラズマ閉じ込め領域
21 インラインスパッタ成膜装置
22 ガラス基板
23 ロードロックイン室
24〜26 成膜室
27 ロードロックアウト室
28、29 連通部
31〜33 マグネトロンスパッタ装置
34〜36 ターゲット
37、38 ゲートバルブ
B イオンビーム
p プラズマ
θ 傾斜角度
Claims (3)
- 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、前記磁場に対して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して配置された陽極と、を備え、前記陰極の表面の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、
前記陽極を構成する材料が弱磁性材であることを特徴とするイオンガン。 - 前記弱磁性材は、ステンレス鋼を熱処理により部分的に強磁性化してなるものであることを特徴とする請求項1記載のイオンガン。
- 請求項1または2記載のイオンガンと、マグネトロンスパッタ装置とを備えたことを特徴とする成膜装置。
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