成膜装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于例如电弧离子镀方法的成膜装置。
【背景技术】
[0002]电弧离子镀(以下简称为“AIP”)方法为一种离子镀方法，其中使用真空电弧放电来蒸发固体材料。在此方法中，被蒸发材料的电离率高，并且可形成具有优异的附着力的膜。
[0003]在AIP方法中，在真空中在作为阴极的靶(蒸发源)与阳极之间引起真空电弧放电的发生以蒸发和离子化靶表面上的材料，离子沉积在向其施加了负偏压的工件表面上，从而形成膜。
[0004]在使用AIP方法的用来形成膜的相关技术的成膜装置中，如图6中所示，筒状蒸发源901与封闭构件902的封闭表面形成容器，其中封闭构件允许蒸发源901的内部为封闭的空间。在此呈真空的容器中，使得蒸发源释放离子以在设置于容器中的工件W的表面上形成膜(例如，参见日本专利申请公开第2013-36106号(JP 2013-36106 A))。
【发明内容】
[0005]在JP 2013-36106 A公开的成膜装置中，当通过在呈真空的所述容器中使得蒸发源释放离子而在工件的表面上形成薄膜时，可用简单的配置提高成膜效率。在此成膜装置中，作为阴极的蒸发源形成为筒状，并且其开口用封闭构件封闭。例如，封闭构件接地并且起到阳极的作用。因此，所述容器中生成的电子流向封闭构件而产生电流。因此，封闭构件可能被焦耳加热至高温。在此情况下，例如，封闭构件与蒸发源之间的密封材料可能因所述热而劣化。
[0006]本发明提供了一种成膜装置，所述成膜装置能够抑制在封闭筒状蒸发源的内部空间的封闭构件中生成的焦耳热。
[0007]根据本发明的一个方面，成膜装置包括筒状蒸发源、封闭构件和辅助电极。筒状蒸发源配置为将工件容纳在蒸发源的内部空间中。筒状蒸发源配置为通过电弧放电从所述蒸发源释放离子以便所述离子沉积在工件的表面上。封闭构件封闭所述内部空间。辅助电极沿着筒状蒸发源的内壁表面设置。辅助电极配置为接地或是被施加以正电压以便所述内部空间的电子流向辅助电极。
[0008]在根据该方面的成膜装置中，筒状蒸发源的内部空间为由封闭构件封闭的封闭空间，其中自筒状蒸发源的内壁表面生成的离子通过电弧放电而释放。可使用例如适宜的真空装置使得筒状蒸发源的内部空间处于高真空状态。筒状蒸发源的材料根据待在工件上形成的膜的材料来选择而无任何特别的限制。例如，可使用Ti(钛)、Cr(铬)或W(钨)。使用适宜的气体供给措施，例如，可向处于高真空状态的筒状蒸发源的内部空间中供给工艺气体如N2(氮)、Ar(氩)或烃。
[0009]封闭构件通过自外部电源向筒状蒸发源施加放电电压并且自偏置电源向容纳在筒状蒸发源的内部空间中的工件施加偏压而接地。结果使得在作为阴极的筒状蒸发源与作为阳极的封闭构件之间发生电弧放电，以致高密度的电流集中在筒状蒸发源的内壁表面的电弧点上并释放离子。此时，其次，电子发射向筒状蒸发源的内部空间。当离子沉积在筒状蒸发源的内部空间中的工件的表面上而在其上形成膜时，发射向所述内部空间的电子流向封闭构件。
[0010]例如，在JP 2013-36106 A公开的相关技术的成膜装置中，如图6中所示，接地的阳极仅由封闭蒸发源901的封闭构件902形成。因此，阳极的面积不足，因而长期放电可能不稳定。另外，蒸发源901的内部空间的电子e密集地流向封闭构件902而生成电流，以致封闭构件902被焦耳加热。结果，封闭构件902因长期放电而被加热到高温，并且在封闭构件902和蒸发源901之间保持真空的密封构件如0-形环或垫片(特氟龙片材)可能因热而受损。
[0011]另一方面，在根据本发明的成膜装置中，使得电子能够从筒状蒸发源的内部空间流动的辅助电极沿着筒状蒸发源的内壁表面设置。即，例如，辅助电极被接地或是被施加以正电压，所述正电压低于筒状蒸发源的电压，以便如封闭构件的情况一样起到阳极的作用。另外，如果不提供辅助电极，则封闭构件将接收一部分流动的电子。结果，流向封闭构件的电子的量减少，在封闭构件中生成的电流的量减少，并且在封闭构件中生成的焦耳热的量可得到抑制。
[0012]在根据该方面的成膜装置中，筒状蒸发源可为阴极。封闭构件和辅助电极可为具有内部冷却结构的阳极。结果，阳极的面积因辅助电极而增至比相关技术的大，并且可使得筒状蒸发源的内部空间中的电弧放电稳定。
[0013]辅助电极可包括向筒状蒸发源的内部空间供给工艺气体的气体通路。结果，气体通路沿着筒状蒸发源的内壁表面设置使得电子很可能流向其，并且辅助电极及其很可能被加热至较高温度的周围构件被工艺气体主动冷却，这可抑制温度的升高。即，用于供给工艺气体的气体通路起到封闭构件和辅助电极的内部冷却结构的作用。因此，可高效地抑制辅助电极及其周围构件的热变形。另外，可防止在辅助电极附近保持真空的密封构件等的损坏。例如，密封构件如0-形环或垫片的耐热温度可减小。
[0014]另外，辅助电极在筒状蒸发源的电弧点附近可具有气体通路的气体排出孔以便工艺气体可被供给到蒸发源的电弧点附近的区域。结果，在处于高真空状态的筒状蒸发源的内部空间中，在电弧点附近的区域中可高效地生成等离子体而使得电弧放电稳定。
[0015]这里，例如，当使用Ti或Ti合金作为蒸发源的材料时，可使用含有C2H2 (乙炔)的工艺气体。结果，很可能在筒状蒸发源的内壁表面上产生熔点比Ti的熔点高的TiC(碳化钛)。由于电弧放电，不仅筒状蒸发源的金属材料的离子而且作为熔融金属颗粒的液滴被释放到筒状蒸发源的内部空间。当这些液滴被引入到工件表面上的膜中时，膜的表面粗糙度可能劣化。然而，当在筒状蒸发源的内壁表面上产生熔点比Ti的熔点高的TiC时，可使得由TiC产生的液滴的颗粒尺寸小于由Ti产生的液滴的颗粒尺寸。相应地，工件上膜的表面粗糙度可减小。
[0016]在筒状蒸发源和辅助电极之间可设置屏蔽构件以阻止在其间的放电。当作为阳极的辅助电极沿着作为阴极的筒状蒸发源的内壁表面设置时，阳极和阴极相互足够靠近而引起直接放电。结果，构成筒状蒸发源的金属材料的离子可能低效地沉积在工件的表面上。因此，通过屏蔽构件阻止筒状蒸发源与辅助电极之间的放电，构成筒状蒸发源的金属材料的离子可高效地沉积在工件的表面上。
[0017]这里，屏蔽构件可绝缘于筒状蒸发源和辅助电极。例如，屏蔽构件可通过具有电绝缘性的绝缘构件固定到辅助电极、筒状蒸发源或封闭构件。这里，屏蔽构件不接地。结果，屏蔽构件电绝缘于筒状蒸发源和辅助电极以便可使得电位与筒状蒸发源的内部空间的等离子体相同，并且可高效地阻止筒状蒸发源与辅助电极之间的放电。
[0018]在根据该方面的成膜装置中，辅助电极如封闭构件的情况一样起到阳极的作用。另外，如果不提供辅助电极，则封闭构件接收一部分流动的电子。结果，与相关技术的成膜装置相比，流向封闭构件的电子的量减少，在封闭构件中生成的电流的量减少，并且在封闭构件中生成的焦耳热的量可得到抑制。
【附图说明】
[0019]本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中:
[0020]图1为示意性地示出了根据本发明的成膜装置的一个实施方案的分解透视图；
[0021]图2为示出了图1中示出的成膜装置的一部分的放大截面图；
[0022]图3A为示出了由TiC产生的液滴的示意图；
[0023]图3B为示出了由Ti产生的液滴的示意图；
[0024]图4为示出了图2中示出的成膜装置的一个变型例的放大截面图；
[0025]图5A为示出了辅助电极的一个变型例的示意性透视图；
[0026]图5B为示出了辅助电极的一个变型例的示意性透视图；
[0027]图5C为示出了辅助电极的一个变型例的示意性透视图；
[0028]图?为示出了辅助电极的一个变型例的示意性透视图；和
[0029]图6为示出了相关技术的成膜装置的放大截面图。
【具体实施方式】
[0030]下文中，将结合附图基于一个实施方案描述根据本发明的成膜装置。
[0031]图1为示意性地示出了根据本发明的成膜装置100的一个实施方案的分解透视图。图2为示出了图1中示出的成膜装置100的一部分的放大截面图。
[0032]根据本发明的成膜装置100包括:筒状蒸发源1，其具有容纳工件W的内部空间1A ;和封闭内部空间1A的封闭构件2A、2B，其中通过电弧放电自蒸发源1释放的离子i沉积在工件W的表面上以在其上形成膜。根据本发明的成膜装置100的主要特征在于，辅助电极3沿着蒸发源1的内壁表面la设置，其中辅助电极3接地或是被施加以正电压以便蒸发源1的内部空间1A的电子e可流向辅助电极3。下文中，将描述根据本发明的成膜装置100的该实施方案。
[0033]例如，蒸发源1形成为筒状并且在其中具有内部空间1A。蒸发源1的