JP2003166056A - Plasma sputtering method for forming thin film, and film- forming apparatus - Google Patents

Plasma sputtering method for forming thin film, and film- forming apparatus

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JP2003166056A
JP2003166056A JP2002206085A JP2002206085A JP2003166056A JP 2003166056 A JP2003166056 A JP 2003166056A JP 2002206085 A JP2002206085 A JP 2002206085A JP 2002206085 A JP2002206085 A JP 2002206085A JP 2003166056 A JP2003166056 A JP 2003166056A
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substrate
film
sheet
plasma
magnet array
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JP2002206085A
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Japanese (ja)
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Shotaro Tomoma
昌太郎 友眞
Shigeyuki Ishii
成行 石井
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HORIE GLASS KK
Toyama Prefecture
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HORIE GLASS KK
Toyama Prefecture
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma-assisted sputtering method for forming a thin film, which deposits a large area of crystallized and highly dense thin-film on a substrate, and to provide a film-forming apparatus. <P>SOLUTION: This method comprises arranging several pairs of microwave antennas, vertically to the travelling direction of the substrate to be thin-film- deposited, namely on both the transverse sides of the substrate, in the plasma sputtering apparatus using magnetron, and irradiating the substrate surface with microwave from both transverse sides of the substrate, to form assisted plasma in proximity to the substrate surface; and arranging a set of magnets consisting of several magnets beneath the substrate, forming an arched mirror magnetic field for confining plasma, in a region where the assisted plasma is to be formed in proximity to the substrate surface, vibrating the set of magnets in a transverse direction of the substrate, enhancing effective strength of the arched magnetic field above the substrate surface, and achieving uniformity of the assisted plasma in the transverse direction of the substrate, all over the surface of a large area. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマスパッタ
リングによる薄膜形成方法及び成膜装置に関し、特にプ
ラズマ増強領域を有するスパッタリングによる大面積の
薄膜形成方法及び成膜装置に関する。
The present invention relates to a thin film forming method and a film forming apparatus by plasma sputtering, and more particularly to a large area thin film forming method and a film forming apparatus by sputtering having a plasma enhanced region.

【0002】[0002]

【従来の技術】シート状の基板面に光学薄膜等の機能性
薄膜を工業的に連続成膜するプロセスとして、WET法
(Sol−Gel法)、CVD法及びPVD法の三方式
が工業用プロセスとして実用化されている。これらのプ
ロセスのうち、薄膜の組成、膜の層数及び基板材質の種
類により最適な方式が選択されている。
2. Description of the Related Art As a process for industrially continuously forming a functional thin film such as an optical thin film on a sheet-shaped substrate surface, three methods, a WET method (Sol-Gel method), a CVD method and a PVD method are industrial processes. Has been put into practical use. Among these processes, the optimum method is selected depending on the composition of the thin film, the number of layers of the film, and the kind of substrate material.

【0003】基板サイズが大面積(例えば、1m×2m
以上)の工業的連続生産の場合は、大面積における膜品
質の均一性、多層膜を実現することの容易性、及び基板
加熱を要しない等の理由により、実用プロセスとして
は、PVD法のうちのマグネトロンスパッタリング方式
が標準プロセスとして用いられている。この方式は、許
容温度上限の厳しいプラスチック基板の場合にも、唯一
の実用的な連続的成膜プロセスである。この標準的なス
パッタリング連続成膜プロセスは、数々の部分的な改良
がなされ、その結果、大面積全域にわたる膜品質の均質
性と、高速度の成膜、即ち、生産性とに関して現在市場
で要求される多くの薄膜の成膜プロセスとしての技術的
要求を十分に満たすものとなっている。
The substrate size is large (for example, 1 m × 2 m).
In the case of the industrial continuous production described above), the PVD method is a practical process as a practical process because of the uniformity of film quality in a large area, the ease of realizing a multilayer film, and the fact that substrate heating is not required. Magnetron sputtering method is used as a standard process. This method is the only practical continuous film forming process even for a plastic substrate having a strict upper limit of allowable temperature. This standard sputtering continuous deposition process has undergone several partial improvements resulting in current market demands for film quality homogeneity over large areas and fast deposition, or productivity. It satisfies the technical requirements as a film forming process for many thin films.

【0004】しかし、この標準的なプロセスも、新しい
機能膜、例えば、大面積のTiO2−SiO2 系光活性
シート材(ガラス基板、プラスチック基板)や、耐候性
に優れ低コストで生産可能な大面積無反射プラスチック
材等の成膜の形成には実用性に問題がある。前者のシー
ト材にはアナターゼ形の結晶構造をもつTiO2 膜、後
者のプラスチック材には、より緻密な構造を有する膜が
要求されている。これまでも、マグネトロン磁場の改良
(アンバランストマグネトロン)が行われたが、TiO
2 膜の場合、その膜構造はアモルファスであり、基板を
350℃以上に予熱するか、成膜工程の後で更に二次的
な450℃以上の加熱プロセスを追加しなければ結晶構
造を有する薄膜を得ることはできない。また、プラスチ
ック基板(例えば、MMA基板)上に成膜された無反射
膜の耐候性は、ガラス基板上に成膜された無反射の耐候
性に比較してかなり劣るものである。
However, this standard process is also capable of producing a new functional film, for example, a large area TiO 2 —SiO 2 type photoactive sheet material (glass substrate, plastic substrate), excellent weather resistance and at low cost. There is a problem in practicability in forming a film of a large-area antireflection plastic material or the like. The former sheet material is required to have a TiO 2 film having an anatase-type crystal structure, and the latter plastic material is required to have a more dense structure. Until now, improvements in the magnetron magnetic field (unbalanced magnetron) have been made, but TiO
In the case of two films, the film structure is amorphous, and a thin film having a crystalline structure unless the substrate is preheated to 350 ° C. or higher or a secondary heating process of 450 ° C. or higher is added after the film formation process. Can't get Further, the weather resistance of the antireflection film formed on the plastic substrate (for example, MMA substrate) is considerably inferior to that of the antireflection film formed on the glass substrate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述した、マグネトロ
ンスパッタリング方式の利点を有し、更に、膜構造の改
質(結晶化、緻密化、内部応力のコントロール)機能を
追加する大面積連続成膜プロセスの実用化が要望されて
いる。
A large-area continuous film forming process which has the advantages of the magnetron sputtering method described above and further has a function of modifying the film structure (crystallization, densification, control of internal stress). Is required to be put into practical use.

【0006】典型的な成膜環境(典型的な走行基板とス
パッタリングカソード、アノードの配置)において、膜
構造の改質を行うために、基板表面近傍のプラズマ密度
を103 〜104 倍に増強し成膜直前で飛来分子(原
子)を高内部エネルギーレベルに励起すると、その際、
プラズマ密度の温度の上昇はイオン衝撃となって、逆に
膜構造を劣化させる問題がある。
In a typical film forming environment (a typical traveling substrate, sputtering cathode and anode arrangement), the plasma density near the substrate surface is increased 10 3 to 10 4 times in order to modify the film structure. When the flying molecules (atoms) are excited to a high internal energy level immediately before film formation,
The rise in the temperature of the plasma density causes ion bombardment, which conversely deteriorates the film structure.

【0007】従って、本発明は、プラズマ密度を増強す
るだけではなく、そのレベル、密度の空間的分布(基板
との幾何学的関係)などを最適化し、且つ、これらを精
密に制御して、基板を予熱することなく結晶化、緻密化
が達成できる装置及び方法を得ようとするものである。
Therefore, the present invention not only enhances the plasma density, but also optimizes the level, the spatial distribution of the density (geometrical relationship with the substrate), etc., and controls them precisely, An object of the present invention is to obtain an apparatus and method that can achieve crystallization and densification without preheating the substrate.

【0008】更に、本発明は、現在、実用化されている
インライン・マグネトロンスパッタリング装置に組合み
込んで使用できるECR(電子サイクロトロン共鳴)プ
ラズマ支援のスパッタリング薄膜製造装置及び方法を提
供するものである。
Furthermore, the present invention provides an ECR (electron cyclotron resonance) plasma assisted sputtering thin film manufacturing apparatus and method which can be used in combination with an in-line magnetron sputtering apparatus which is currently in practical use.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】基板上に薄膜を形成する
従来のマグネトロンプラズマスパッタリング方式の成膜
環境に適合するように、特別に設計されたアンテナを使
用するマイクロ波ECRプラズマ源と、アーチ状ミラー
磁場とを組み合わせたプラズマ支援方式により、基板近
傍空間のプラズマ密度を数桁増強するための支援プラズ
マを形成する。
[MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] A microwave ECR plasma source using an antenna specially designed so as to be compatible with a deposition environment of a conventional magnetron plasma sputtering system for forming a thin film on a substrate, and an arch shape. A plasma assist method combined with a mirror magnetic field forms an assist plasma for enhancing the plasma density in the space near the substrate by several orders of magnitude.

【0010】そのため、複数の特殊配列の磁石から成る
マグネット配列(磁石バンク)を基板の一方の側に配置
して、基板の他方の側の表面近傍に磁力線がアーチ状に
なるようにミラー磁場を形成してシート状のプラズマ保
持領域を作る。加えて、基板の進行方向と直角方向すな
わち基板幅の両側であって、好ましくは基板の上記他方
の側の表面より離れた位置に一対又は複数対の特殊マイ
クロ波アンテナを配置して、上記基板の進行方向と直角
方向の両側から基板の上記他方の側の表面近傍にマイク
ロ波を放射して上記領域に電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマを発生させ、これを上記領域に保持して補強支援プ
ラズマを形成する。好ましくは、このマグネット配列を
基板の幅方向に振動(周期的に運動)させ、その振動の
周期と振幅を調節して、基板の上記他方の側の表面のア
ーチ状磁場の有効強度を高くし、且つ、大面積の面に亘
ってその支援プラズマの基板幅方向の均一性を達成す
る。
Therefore, a magnet array (magnet bank) made up of a plurality of specially arranged magnets is arranged on one side of the substrate, and a mirror magnetic field is formed so that magnetic lines of force are arched near the surface on the other side of the substrate. It is formed to form a sheet-shaped plasma holding region. In addition, a pair or a plurality of pairs of special microwave antennas are arranged at a position perpendicular to the traveling direction of the substrate, that is, on both sides of the substrate width, and preferably at a position distant from the surface of the other side of the substrate, Microwaves are radiated from both sides in the direction orthogonal to the traveling direction of the substrate to the surface of the other side of the substrate to generate electron cyclotron resonance plasma in the above region, and this is held in the above region to form a reinforcement assisting plasma. . Preferably, the magnet array is vibrated (moves periodically) in the width direction of the substrate, and the period and amplitude of the vibration are adjusted to increase the effective strength of the arched magnetic field on the other surface of the substrate. And, the uniformity of the assisting plasma in the substrate width direction is achieved over the surface of a large area.

【0011】特開平6−220631号公報、特開平6
−45093号公報及び特開平7−183098号公報
には、マグネトロンの磁界とマイクロ波との協働による
ECRを利用するスパッタリング装置が開示されてい
る。これらはいずれも、基板に面する側のターゲット面
とは反対側のターゲット面上に磁石を有し、かつ基板に
面する側のターゲット面の近傍にマイクロ波が照射され
て、該ターゲット面の近傍にECR領域が形成されるも
のである。
JP-A-6-220631, JP-A-6-20631
Japanese Patent Laid-Open No. 45093 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-183098 disclose a sputtering apparatus that uses ECR by the cooperation of a magnetic field of a magnetron and a microwave. Each of these has a magnet on the target surface on the side opposite to the target surface on the side facing the substrate, and is irradiated with microwaves in the vicinity of the target surface on the side facing the substrate. The ECR area is formed in the vicinity.

【0012】これに対して、本願発明は、上記のように
ターゲット面近傍ではなく、基板の薄膜が形成される表
面近傍にECR領域が形成され、そこに補強支援プラズ
マが形成されるのである。これを達成するために磁石
は、ターゲットに面する側とは反対側の基板面近傍に配
置され、かつマイクロ波は、ターゲットに面する側の基
板面近傍に放射されるのである。一実施態様において、
放射されたマイクロ波は、基板の進行方向と直角方向、
即ち、ターゲットの長手方向に長い距離に亘りビーム状
に伝播し、ビーム状の電磁場を形成する。この電磁場
が、ターゲットに面する側とは反対側の基板面近傍に配
置された磁石により形成されるアーチ状ミラー磁場と協
働して、ターゲットに面する側の基板面近傍に「長い距
離をカバーするシート状プラズマ」を形成するのであ
る。本発明では、かかる構成を採ることにより、上記の
従来技術では到底達成することができなかったところの
上記本発明の効果、即ち、大面積連続成膜を達成し得る
と共に、膜構造の改質(結晶化、緻密化、内部応力のコ
ントロール)をなし得るのである。
On the other hand, in the present invention, the ECR region is formed near the surface of the substrate on which the thin film is formed, and the reinforcing assist plasma is formed there, not near the target surface as described above. In order to achieve this, the magnet is arranged near the surface of the substrate opposite to the side facing the target, and the microwave is radiated in the vicinity of the surface of the substrate facing the target. In one embodiment,
The radiated microwave is in the direction perpendicular to the traveling direction of the substrate,
That is, it propagates in a beam shape over a long distance in the longitudinal direction of the target to form a beam-shaped electromagnetic field. This electromagnetic field cooperates with an arched mirror magnetic field formed by a magnet arranged near the surface of the substrate opposite to the side facing the target, to generate a "long distance" near the surface of the substrate facing the target. This forms a sheet-like plasma that covers. In the present invention, by adopting such a configuration, the effect of the present invention that could not be achieved at all by the above-described conventional technology, that is, large area continuous film formation can be achieved, and the film structure can be modified. (Crystallization, densification, control of internal stress) can be achieved.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は本発明によるスパッタリン
グ装置の構造の一例を示すものである。図2は、スパッ
タリングシステムに用いられる従来方式のスパッタリン
グ装置構造を示すものである。図1及び図2において、
装置は真空チャンバー内に配置される。TPはマグネト
ロンターゲット3表面近傍に生じるTプラズマを表し、
SPは本願発明によって基板1の表面近傍に生じるSプ
ラズマ(支援プラズマ)を表す。図示のように、従来の
スパッタリング装置ではマグネトロンカソード2の磁石
3近傍のみに強いプラズマ領域(TP)が存在するが、
本発明の装置では基板表面近傍にも強いプラズマ領域
(SP)が生成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of the structure of a sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 2 shows the structure of a conventional sputtering apparatus used in a sputtering system. 1 and 2,
The device is placed in a vacuum chamber. TP represents T plasma generated near the surface of the magnetron target 3,
SP represents S plasma (assisting plasma) generated in the vicinity of the surface of the substrate 1 according to the present invention. As shown in the figure, in the conventional sputtering apparatus, a strong plasma region (TP) exists only near the magnet 3 of the magnetron cathode 2,
In the device of the present invention, a strong plasma region (SP) is also generated near the substrate surface.

【0014】図2に示す従来のスパッタリング装置の構
成要素の他に、図1に示す本発明の装置に追加する構成
要素は、マイクロ波放射用ヘリカルアンテナA1〜A4
及びA5〜A8、アンテナへの電力供給用マイクロ波用
導波管4、マイクロ波電源(図示せず)、アーチ状ミラ
ー磁場を生成するためのマグネット配列5、マグネット
配列を基板横方向に振動するための駆動装置K1、K2
プラズマ強度のモニターとその制御を目的とするSPプ
ラズマ制御用機器(図示せず)がある。ヘリカルアンテ
ナA1〜A4及びA5〜A8は、基板に平行に基板横方
向の両側にそれぞれ対にして配列されたアンテナ列で、
基板表面上にプラズマ発生用のマイクロ波を導入するた
めのものである。これらアンテナ及びマグネットの配列
構成については後述する。搬送ロール6は基板を搬送す
るためのものである。また、マグネット配列を基板幅方
向に振動するための駆動装置を設けて、マグネット配列
を基板幅方向に振動することもできる。マグネット配列
を基板幅方向に振動させる振幅は0〜100mm、振動
周期は0〜0.5Hzであり、振動モード(振動波形)
は三角波形、正弦波形等の任意の形状にすることができ
る。
In addition to the constituent elements of the conventional sputtering apparatus shown in FIG. 2, constituent elements added to the apparatus of the present invention shown in FIG. 1 are the helical antennas A1 to A4 for microwave radiation.
And A5 to A8, a microwave waveguide 4 for supplying power to the antenna, a microwave power supply (not shown), a magnet array 5 for generating an arched mirror magnetic field, and the magnet array is vibrated in the lateral direction of the substrate. Drives K 1 , K 2 , for
There is an SP plasma control device (not shown) for the purpose of monitoring and controlling the plasma intensity. The helical antennas A1 to A4 and A5 to A8 are antenna rows arranged in pairs parallel to the substrate on both sides in the lateral direction of the substrate.
It is for introducing microwaves for plasma generation onto the substrate surface. The arrangement configuration of these antennas and magnets will be described later. The transport roll 6 is for transporting the substrate. It is also possible to provide a drive device for vibrating the magnet array in the width direction of the substrate to vibrate the magnet array in the width direction of the substrate. The amplitude that vibrates the magnet array in the board width direction is 0 to 100 mm, the vibration cycle is 0 to 0.5 Hz, and the vibration mode (vibration waveform)
Can have an arbitrary shape such as a triangular waveform or a sine waveform.

【0015】本発明においては、上記のように基板を真
空チャンバー内に略水平に搬送し得るほか、基板を真空
チャンバー内に略垂直乃至垂直から20度傾いた状態で
搬送することもできる。好ましくは、基板は略垂直に搬
送される。この場合においても、同様に上記の図1及び
図2の説明が適用される。基板を垂直に搬送する方法は
公知であり、例えば、垂直にされた基板の上端近傍の表
面を両側から一対のロールで複数箇所において挟み付
け、かつ基板の下端を複数のロール上に載せて、これら
ロールを回転せしめることにより搬送する方法、及び基
板を搬送用の枠内にセットして、枠上部をチェーンで吊
るし枠下端を複数のロール上に載せて、チェーンを移動
することによりロールを回転せしめて搬送する方法等が
挙げられる。
In the present invention, the substrate can be transferred into the vacuum chamber substantially horizontally as described above, or the substrate can be transferred into the vacuum chamber substantially vertically or in a state of being inclined by 20 degrees from the vertical. Preferably, the substrate is transported substantially vertically. Also in this case, the above description of FIGS. 1 and 2 is similarly applied. A method of vertically transporting the substrate is known, for example, the surface of the vertically adjacent substrate in the vicinity of the upper end is sandwiched at a plurality of positions by a pair of rolls from both sides, and the lower end of the substrate is placed on a plurality of rolls. A method of transporting these rolls by rotating them, or setting the substrate in a transport frame, suspending the top of the frame with a chain and placing the bottom of the frame on multiple rolls, and rotating the rolls by moving the chains. Examples include a method of carrying the material at least.

【0016】図3は現在、実用化されている基板水平搬
送型のインライン・マグネトロンプラズマスパッタリン
グシステムの一例を模式的に示すものである。合計12
基のスパッタリング装置が基板の進行方向に直列に配列
されている。ゾーン1乃至4の各ゾーンに3基のスパッ
タリング装置が配列されている。現在のドライプロセス
による薄膜機能材製品の膜構成は多くの場合多層膜であ
り、それぞれの膜は、ゾーン1乃至4に設置された各ス
パッタリング装置を通過する過程で逐次積層され多層膜
構造となる。一般的に多層膜の中に、特定の膜機能やそ
の性能を左右する重要な役を担う層が存在する。例え
ば、光触媒膜としては、アナターゼ結晶化したTiO2
光活性膜であり、耐候性が高くかつ機械的強度の大きな
機能膜としては、高緻密なSi34膜である。そのよう
な高機能膜層を形成するために、本発明の装置を例えば
ゾーン3内に設置する。
FIG. 3 schematically shows an example of a substrate horizontal transfer type in-line magnetron plasma sputtering system which is currently in practical use. 12 in total
The base sputtering devices are arranged in series in the traveling direction of the substrate. Three sputtering devices are arranged in each of zones 1 to 4. The film structure of the thin film functional material product by the present dry process is a multilayer film in many cases, and each film is sequentially laminated in the process of passing through each sputtering device installed in zones 1 to 4 to form a multilayer film structure. . Generally, in a multilayer film, there is a layer that plays an important role in controlling a specific film function and its performance. For example, as the photocatalyst film, anatase crystallized TiO 2 is used.
As a functional film which is a photoactive film and has high weather resistance and large mechanical strength, a highly dense Si 3 N 4 film is used. To form such a high-performance membrane layer, the device of the present invention is installed, for example, in zone 3.

【0017】図4は、基板横方向片側に配置したヘリカ
ルアンテナA1〜A4の配列構成の例を示すものであ
る。ヘリカルアンテナとして、特公平7―50844号
公報記載のようなものを用いて、マイクロ波を高い放射
効率で基板表面上に沿って放射して、高密度プラズマを
基板表面近傍に生成することができる。図1及び図4に
示すアンテナA1〜A8は例示的に示したもので、基板
表面に沿って基板近傍にプラズマを高密度に発生できる
ものであれば、アンテナの形状、数及び配列の仕方はこ
れに限定されない。
FIG. 4 shows an example of the arrangement of the helical antennas A1 to A4 arranged on one side of the substrate in the lateral direction. As the helical antenna described in Japanese Patent Publication No. 7-50844, microwaves can be radiated along the substrate surface with high radiation efficiency to generate high-density plasma near the substrate surface. . The antennas A1 to A8 shown in FIGS. 1 and 4 are shown as an example, and the shape, number, and arrangement of the antennas are not limited as long as they can generate a high density of plasma near the substrate along the surface of the substrate. It is not limited to this.

【0018】本装置で用いられるマイクロ波発振器は、
好ましくは産業用実用周波数である2.45GHz、マ
イクロ波出力電力5乃至15kWのものを2台用いる。
マイクロ波電力は連続可変として発生プラズマの密度を
調節するのが好ましい。
The microwave oscillator used in this device is
Preferably, two units having an industrial practical frequency of 2.45 GHz and a microwave output power of 5 to 15 kW are used.
The microwave power is preferably continuously variable to adjust the density of the generated plasma.

【0019】図5はアーチ状ミラー磁場を形成させる磁
石配列の一例を示したもので、基板横方向(Y軸)に4
個の磁石から成る列を基板進行方向(X軸)に2列配列
したものである。図5(a)は平面図、図5(b)はY
軸に沿う断面図である。図6は磁石配列の例を示すもの
で、図6(a)は磁石を直交配列にした場合、図6
(b)は磁石を斜交配列した場合を示す。図7は磁石配
列の一部分の斜視図で、アーチ状ミラー磁場の発生する
様子を例示的に示すものである。X方向の磁場強度分布
を調整するために必要に応じて磁極間にシムを挿入す
る。磁石の代表的な寸法は20×50×50mmであ
る。
FIG. 5 shows an example of a magnet array for forming an arched mirror magnetic field.
Two rows of magnets are arranged in the substrate traveling direction (X axis). 5A is a plan view and FIG. 5B is Y.
It is sectional drawing which follows an axis. FIG. 6 shows an example of a magnet arrangement, and FIG. 6A shows a case where the magnets are arranged in an orthogonal arrangement.
(B) shows the case where the magnets are obliquely arranged. FIG. 7 is a perspective view of a part of the magnet array, and exemplarily shows how the arched mirror magnetic field is generated. Shims are inserted between the magnetic poles as needed to adjust the magnetic field strength distribution in the X direction. The typical dimensions of the magnet are 20 x 50 x 50 mm.

【0020】基板表面からマグネット配列上面までの距
離H0は15mm以下で、基板表面からアンテナ中心線
までの距離H1は25〜50mmである。
The distance H 0 from the substrate surface to the magnet array upper surface is 15 mm or less, and the distance H 1 from the substrate surface to the antenna center line is 25 to 50 mm.

【0021】基板下側表面からマグネット配列上面まで
の距離は5mm以上とする。マグネット配列を、このよ
うにターゲットとは反対側の基板面側に設けることによ
り、基板表面近傍の局部磁場形成が容易になるばかりで
なく、マグネットをスパッタリング汚染から完全に保護
することができる。
The distance from the lower surface of the substrate to the upper surface of the magnet array is 5 mm or more. By providing the magnet array on the side of the substrate surface opposite to the target in this way, not only the local magnetic field formation near the substrate surface can be facilitated, but also the magnets can be completely protected from sputtering contamination.

【0022】基板の厚みは、基板の大きさに依存し、通
常1〜15mmである。ガラス基板においては、2.5
×3.7mのような大面積のものでは通常3〜15mm
程度であり、比較的面積の小さいものでは通常1〜6m
m程度である。基板としては、ガラス、セラミックス、
プラスチックスに限らず、非鉄系の多くの金属材料を使
用することができる。また、下記のプラスチックフィル
ム又はシートを使用することもできる。
The thickness of the substrate depends on the size of the substrate and is usually 1 to 15 mm. 2.5 for glass substrates
× 3 to 15 mm for large area such as 3.7 m
It is about 1 to 6 m for relatively small areas
It is about m. Substrates include glass, ceramics,
Not limited to plastics, many non-ferrous metal materials can be used. Further, the following plastic film or sheet can also be used.

【0023】支援プラズマの強度は、マイクロ波の発振
強度を変えて精密調整する。プラズマの強度はその分光
スペクトルにより直接モニタしてもよい。
The intensity of the assisting plasma is finely adjusted by changing the oscillation intensity of the microwave. The intensity of plasma may be directly monitored by its spectrum.

【0024】本発明では、アンテナ及びマグネット配列
を上述のように構成して、基板近傍のプラズマ(SP)
の密度を高密度に、且つ、基板幅に亘り均一にすること
ができる。また、そのSPプラズマ密度をマイクロ波入
力電力とアンテナの基板面からの高さを調節して、自由
に変えることができる。例えば、マイクロ波入力電力を
0〜10kW連続可変とする。
In the present invention, the antenna and the magnet array are constructed as described above, and the plasma (SP) near the substrate is formed.
Can be made high in density and uniform over the width of the substrate. Further, the SP plasma density can be freely changed by adjusting the microwave input power and the height of the antenna from the substrate surface. For example, the microwave input power is continuously variable from 0 to 10 kW.

【0025】本発明において、真空チャンバー内の圧力
は、好ましくは0.01〜3Pa、より好ましくは0.
01〜0.3Paである。該圧力が1Pa以上のとき
は、導波管内の圧力を好ましくは0.01〜0.3P
a、より好ましくは0.3Pa近傍に、例えば、真空ポ
ンプ等を用いて調節することが好ましい。
In the present invention, the pressure in the vacuum chamber is preferably 0.01 to 3 Pa, more preferably 0.
It is 01 to 0.3 Pa. When the pressure is 1 Pa or more, the pressure in the waveguide is preferably 0.01 to 0.3P.
It is preferable to adjust the pressure to a, more preferably around 0.3 Pa, for example, using a vacuum pump or the like.

【0026】本発明の構成によると、最大プラズマ密度
の実測値は1010〜11/cm3であり、これは従来のプラ
ズマ支援なしのスパッタリング装置における同位置の実
測値の約104倍高い。
According to the configuration of the present invention, the measured maximum plasma density is 10 10 to 11 / cm 3 , which is about 10 4 times higher than the measured value at the same position in the conventional plasma-assisted sputtering apparatus.

【0027】また、上記本発明のプラズマスパッタリン
グ法及び装置を使用して、プラスチックフィルム又はシ
ート(基板)上に薄膜を形成することができる。これに
より、例えば、TiO2のアナターゼ型結晶構造を有す
る薄膜をプラスチックフィルム又はシート上に施与する
ことができ、また、著しく良好な耐候性を有する無反射
膜をプラスチックフィルム又はシート上に施与すること
ができる。
A thin film can be formed on a plastic film or sheet (substrate) by using the plasma sputtering method and apparatus of the present invention. Thereby, for example, a thin film having an anatase type crystal structure of TiO 2 can be applied on a plastic film or sheet, and a non-reflective film having remarkably good weather resistance can be applied on the plastic film or sheet. can do.

【0028】図11は、上記のプラスチックフィルム又
はシート上に薄膜を形成するためのスパッタリング装置
の構造の一例を示すものであり、プラスチックフィルム
又はシートの進行方向に対して直角方向から見た側面図
である。該スパッタリング装置は、上記のスパッタリン
グ装置と基本的に同一の構成であり、これを中空の円筒
ロールの外周面上を走行するプラスチックフィルム又は
シート上への薄膜形成に応用したものである。該スパッ
タリング装置において、図11に示したように、左側の
ロールから巻き取られたプラスチックフィルム又はシー
トは、中空の円筒ロール106の外周面上を搬送され
る。そして、中空の円筒ロールの所定位置において、マ
グネトロンカソード(ターゲット)から放出された金属
が該プラスチックフィルム又はシート上に施与される。
その後、該プラスチックフィルム又はシートは右側のロ
ールに巻き取られる。図11では、マグネトロンカソー
ド102及びマグネット配列105は夫々1個である
が、所望により複数個、好ましくは2〜3個を並べるこ
とができる。これにより異なる種類の複数の薄膜をプラ
スチックフィルム又はシート上にコーティングすること
ができる。コーティングされる物質としては、例えば、
TiO2、SiO2、Al23等が挙げられる。各薄膜の
厚さは、用途等により適宜変更することができるが、通
常、30〜300nmである。
FIG. 11 shows an example of the structure of a sputtering apparatus for forming a thin film on the above plastic film or sheet, and is a side view seen from a direction perpendicular to the traveling direction of the plastic film or sheet. Is. The sputtering apparatus has basically the same structure as the above-mentioned sputtering apparatus, and is applied to the formation of a thin film on a plastic film or sheet running on the outer peripheral surface of a hollow cylindrical roll. In the sputtering apparatus, as shown in FIG. 11, the plastic film or sheet wound from the left roll is conveyed on the outer peripheral surface of the hollow cylindrical roll 106. Then, at a predetermined position of the hollow cylindrical roll, the metal released from the magnetron cathode (target) is applied onto the plastic film or sheet.
The plastic film or sheet is then wound up on the right roll. In FIG. 11, the number of the magnetron cathodes 102 and the number of the magnet arrays 105 are each one, but a plurality, preferably two or three, can be arranged if desired. This allows multiple thin films of different types to be coated on a plastic film or sheet. As the substance to be coated, for example,
TiO 2, SiO 2, Al 2 O 3 and the like. The thickness of each thin film can be appropriately changed depending on the application and the like, but is usually 30 to 300 nm.

【0029】中空の円筒ロール106はプラスチックフ
ィルム又はシートを搬送するためのものであり、好まし
くは非強磁性体(常磁性体)、例えば、アルミニウム、
銅等により構成され得る。
The hollow cylindrical roll 106 is for conveying a plastic film or sheet, and is preferably a non-ferromagnetic material (paramagnetic material) such as aluminum.
It may be made of copper or the like.

【0030】プラスチックフィルム又はシートの厚み
は、通常0.01〜2.0mm、好ましくは0.05〜
0.5mmである。プラスチックフィルム又はシートと
しては、公知の材質のもの全てを使用することができ
る。例えば、ポリメタクリル酸メチル(MMA)、ポリ
アクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリ
コール、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチ
ラール、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リカーボネート等が挙げられる。
The thickness of the plastic film or sheet is usually 0.01 to 2.0 mm, preferably 0.05 to 2.0 mm.
It is 0.5 mm. As the plastic film or sheet, all known materials can be used. Examples thereof include polymethyl methacrylate (MMA), polymethyl acrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyethylene, polypropylene, polyethylene glycol, polyethylene terephthalate, polyvinyl butyral, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and polycarbonate.

【0031】[0031]

【実施例】【Example】

【実施例1】図8は、本発明による一実施例のプラズマ
支援スパッタリング薄膜製造装置の一部分を模式的に示
した斜視図である。AR1〜AR4は基板進行方向右側
のアンテナ配列、AL1〜AL4は基板進行方向左側の
アンテナ配列である。この装置は従来のスパッタリング
装置と同様な真空チャンバー7内に配置された。図9
は、図8に示す装置が真空チャンバー7内に配置された
場合の一部分の基板横方向断面図である。図10は、基
板下方に配置されたマグネット配列の斜視図である。磁
石は、軟鉄製ヨークの上に基板横方向にNx=20個が
幅3000mmに亘って配置され、基板進行方向(Y軸
方向)にNy=4列を長さ400mmに亘って配置され
た。
[Embodiment 1] FIG. 8 is a perspective view schematically showing a part of a plasma-assisted sputtering thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. AR1 to AR4 are antenna arrays on the right side in the board traveling direction, and AL1 to AL4 are antenna arrays on the left side in the board traveling direction. This device was placed in a vacuum chamber 7 similar to a conventional sputtering device. Figure 9
FIG. 9 is a partial lateral cross-sectional view of the substrate when the apparatus shown in FIG. 8 is arranged in the vacuum chamber 7. FIG. 10 is a perspective view of a magnet array arranged below the substrate. As for the magnets, Nx = 20 magnets were arranged on the soft iron yoke in the lateral direction of the substrate over a width of 3000 mm, and Ny = 4 rows were arranged over a length of 400 mm in the substrate traveling direction (Y-axis direction).

【0032】基板の寸法は2.5×3.7m(幅3.7
m)、厚みは6mmで、基板の進行方向(Y方向)標準
速度は1m/分であった。
The size of the substrate is 2.5 × 3.7 m (width 3.7).
m), the thickness was 6 mm, and the standard speed in the traveling direction (Y direction) of the substrate was 1 m / min.

【0033】磁石は寸法が20×50×50mmのもの
を、基板幅方向に20個、基板進行方向に4列に配列し
たマグネット配列とした。磁石は、住友特殊金属製NM
X―48の残留磁束が1.4Tのものであった。
The magnets had a size of 20 × 50 × 50 mm, and 20 magnets were arranged in the substrate width direction, and the magnets were arranged in four rows in the substrate advancing direction. The magnet is NM made by Sumitomo Special Metals
The residual magnetic flux of X-48 was 1.4T.

【0034】マイクロ波発振装置は東芝製TMG−49
1ARの周波数が2.45GHz、出力5kWのものが
2個である。導波管は東芝製WRJ―2の20kW用が
2系統であった。
The microwave oscillator is TMG-49 manufactured by Toshiba.
There are two 1AR frequencies of 2.45 GHz and an output of 5 kW. There were two waveguides for Toshiba WRJ-2 for 20 kW.

【0035】マイクロ波電力計は、東芝製TMU−61
3A入射反射電力モニタ用であった。
The microwave power meter is TMU-61 manufactured by Toshiba.
It was for 3A incident reflected power monitor.

【0036】通常用いられる排気装置(図示せず)を用
いて真空チャンバーの真空度を0.3Paとした。
The degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 0.3 Pa using a commonly used exhaust device (not shown).

【0037】アルゴンプラズマ生成用ガスを真空チャン
バー内に導入した。
An argon plasma generating gas was introduced into the vacuum chamber.

【0038】TiO2(アナターゼ結晶層を80重量%
含む)膜が250nmの厚さで、基板上に堆積した。
TiO 2 (80% by weight of anatase crystal layer
A film of 250 nm thick was deposited on the substrate.

【0039】[0039]

【実施例2】図12は、プラスチックフィルム上に薄膜
を形成するための、本発明のプラズマ支援スパッタリン
グ薄膜製造装置の一部分を模式的に示した図である。図
12の上図はプラスチックフィルム101の進行方向に
対して直角方向から見た側面図であり、かつ図12の下
図は平面図である。AR1〜AR4は基板進行方向右側
のアンテナ配列、AL1〜AL4は基板進行方向左側の
アンテナ配列である。当該スパッタリングゾーン中に
は、マグネトロンカソード(スパッタリングターゲッ
ト:102)が設置されている。102はチタンであ
る。該マグネトロンカソードに対応する位置におけるプ
ラスチックフィルムの下側にマグネット配列(105)
が設置されている。該マグネット配列及びそれを構成す
る磁石は実施例1で使用したものと同じである。この装
置は従来のスパッタリング装置と同様な真空チャンバー
内に配置された。プラスチックフィルムは、図11に示
したと同様の方法で中空の円筒ロール106上を搬送さ
れる。該中空の円筒ロール106はアルミニウム製であ
り、各寸法は、外径500mm、内径490mm(厚さ
5mm)、幅3000mmであった。また、該中空の円
筒ロール内に冷却水が通された。
[Embodiment 2] FIG. 12 is a diagram schematically showing a part of a plasma-assisted sputtering thin film manufacturing apparatus of the present invention for forming a thin film on a plastic film. The upper view of FIG. 12 is a side view seen from the direction perpendicular to the traveling direction of the plastic film 101, and the lower view of FIG. 12 is a plan view. AR1 to AR4 are antenna arrays on the right side in the board traveling direction, and AL1 to AL4 are antenna arrays on the left side in the board traveling direction. A magnetron cathode (sputtering target: 102) is installed in the sputtering zone. 102 is titanium. A magnet array (105) under the plastic film at a position corresponding to the magnetron cathode.
Is installed. The magnet array and the magnets constituting it are the same as those used in the first embodiment. This device was placed in a vacuum chamber similar to a conventional sputtering device. The plastic film is conveyed on the hollow cylindrical roll 106 in the same manner as shown in FIG. The hollow cylindrical roll 106 was made of aluminum, and each dimension had an outer diameter of 500 mm, an inner diameter of 490 mm (thickness of 5 mm) and a width of 3000 mm. Further, cooling water was passed through the hollow cylindrical roll.

【0040】プラスチックフィルムとしては、幅2.7
m、厚み0.05mmのポリメタクリル酸メチルを使用
した。該プラスチックフィルムの進行方向の標準速度は
10m/分であった。
The width of the plastic film is 2.7.
Polymethylmethacrylate having a thickness of m and a thickness of 0.05 mm was used. The standard speed in the traveling direction of the plastic film was 10 m / min.

【0041】マイクロ波発振装置(MWPS)、導波管
(WG)、マイクロ波電力計及び排気装置はいずれも実
施例1と同一のものを使用した。真空チャンバーの真空
度を0.3Paとし、アルゴンプラズマ生成用ガスを真
空チャンバー内に導入した
The microwave oscillating device (MWPS), the waveguide (WG), the microwave power meter, and the exhaust device were all the same as in Example 1. The degree of vacuum in the vacuum chamber was set to 0.3 Pa, and an argon plasma generation gas was introduced into the vacuum chamber.

【0042】TiO2(アナターゼ結晶層)膜が40n
mの厚さでプラスチックフィルム上に堆積した。
TiO 2 (anatase crystal layer) film is 40 n
m thickness was deposited on a plastic film.

【0043】表1及び表2は、本発明と従来技術による
スパッタリング装置の比較を示したものである。
Tables 1 and 2 show a comparison between the sputtering apparatus according to the present invention and the prior art.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、基板表面近傍に高密
度、均一且つ微調節を可能とすることができるので、従
来標準マグネトロンスパッタリング方式では得られなか
った、大面積の結晶化膜、ならびに、高品質膜、高緻密
膜、適正内部応力保持膜を得ることができる。
According to the present invention, since it is possible to achieve high density, uniform and fine adjustment in the vicinity of the substrate surface, it is possible to obtain a large-area crystallized film, which has not been obtained by the conventional standard magnetron sputtering method. It is possible to obtain a high quality film, a highly dense film, and a proper internal stress retaining film.

【0047】本発明によって得られるガラス又はプラス
チック基板を用いることにより大面積の光活性窓材(光
触媒特性、超親水性を持つ高機能窓材)を得ることがで
きる。また、本発明によって得られるプラスチックフィ
ルム又はシートは、例えば、食品の包装、医薬品の包
装、医療機器等に有用である。
By using the glass or plastic substrate obtained by the present invention, a large-area photoactive window material (high-performance window material having photocatalytic properties and superhydrophilicity) can be obtained. Further, the plastic film or sheet obtained by the present invention is useful for, for example, food packaging, pharmaceutical packaging, medical equipment and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるスパッタリング装置の構造の概略
を示す。
FIG. 1 shows a schematic structure of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】従来方式のスパッタリング装置の構造の概略を
示す。
FIG. 2 shows a schematic structure of a conventional sputtering apparatus.

【図3】典型的なインライン・マグネトロンプラズマス
パッタリングシステムの略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a typical in-line magnetron plasma sputtering system.

【図4】本発明による基板横方向片側に配置したヘリカ
ルアンテナA1〜A4の配列構成の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of an arrangement configuration of helical antennas A1 to A4 arranged on one side of a substrate in the lateral direction according to the present invention.

【図5】本発明による基板表面近傍にアーチ状ミラー磁
場を形成させる磁石配列の一例を示す。
FIG. 5 shows an example of a magnet array for forming an arched mirror magnetic field near the surface of a substrate according to the present invention.

【図6】本発明による磁石配列の例で、図(a)は磁石
を直交配列にした場合、図(b)は磁石を斜交配列した
場合を示す。
6A and 6B show examples of a magnet array according to the present invention, where FIG. 6A shows a case where the magnets are arranged orthogonally, and FIG. 6B shows a case where the magnets are arranged obliquely.

【図7】本発明による磁石配列の一部分の斜視図で、ア
ーチ状ミラー磁場の発生する様子を例示的に示す。
FIG. 7 is a perspective view of a portion of a magnet array according to the present invention, illustrating how an arcuate mirror magnetic field is generated.

【図8】本発明による1実施例のプラズマ支援スパッタ
リング薄膜製造装置の一部を模式的に示した斜視図であ
る。
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a part of the plasma-assisted sputtering thin film manufacturing apparatus of one embodiment according to the present invention.

【図9】図8に示す装置が真空チャンバー内に配置され
た場合の一部分の基板横方向断面図である。
9 is a lateral cross-sectional view of a part of the substrate when the apparatus shown in FIG. 8 is arranged in a vacuum chamber.

【図10】図8に示す装置で、基板下方に配置されるマ
グネット配列の斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of a magnet array arranged below the substrate in the apparatus shown in FIG.

【図11】プラスチックフィルム又はシート上に薄膜を
形成するための本発明のスパッタリング装置の構造の一
例を示すものであり、
FIG. 11 shows an example of the structure of a sputtering apparatus of the present invention for forming a thin film on a plastic film or sheet,

【図12】プラスチックフィルム上に薄膜を形成するた
めの、本発明のスパッタリング装置の一部分を模式的に
示した図である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a part of the sputtering apparatus of the present invention for forming a thin film on a plastic film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板 2:デュアルマグネトロンカソード 3:デュアルマグネトロンカソード中の磁石 4:マイクロ波用導波管 5:マグネット配列 6:基板搬送ロール 7:真空チャンバー 101:プラスチックフィルム又はシート(基板) 102:デュアルマグネトロンカソード 103:デュアルマグネトロンカソード中の磁石 105:マグネット配列 106:プラスチックフィルム又はシート搬送用中空ロ
ール A1〜A8、AR1〜AR4、AL1〜AL4:マイク
ロ波放射用アンテナ SP:基板近傍のプラズマ TP:マグネトロンカソードのターゲット表面近傍のプ
ラズマ領域 K1、K2、K:マグネット配列振動駆動装置
1: Substrate 2: Dual Magnetron Cathode 3: Magnet in Dual Magnetron Cathode 4: Microwave Waveguide 5: Magnet Arrangement 6: Substrate Transfer Roll 7: Vacuum Chamber 101: Plastic Film or Sheet (Substrate) 102: Dual Magnetron Cathode 103: Magnets in dual magnetron cathode 105: Magnet array 106: Hollow rolls A1 to A8, AR1 to AR4, AL1 to AL4 for conveying plastic film or sheet: Microwave radiation antenna SP: Plasma near the substrate TP: Magnetron cathode Areas K 1 , K 2, K near the target surface of the magnet: Magnet array vibration drive device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 成行 富山県射水郡小杉町黒河5180 富山県立大 学内 Fターム(参考) 4K029 AA11 AA25 BA46 BA48 CA05 DC43 DC46 DC48 KA03    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shigeyuki Ishii             5180 Kurokawa, Kosugi-cho, Imizu-gun, Toyama Prefecture Toyama Prefectural University             On campus F-term (reference) 4K029 AA11 AA25 BA46 BA48 CA05                       DC43 DC46 DC48 KA03

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マグネトロンカソードを内部に有する真
空チャンバー内でプラズマスパッタリングにより基板上
に薄膜を形成する方法において、(a1)複数の磁石か
ら成るマグネット配列を、上記基板の、上記マグネトロ
ンカソードとは反対側に配置して、上記基板の、上記マ
グネトロンカソード側の表面近傍に磁力線がアーチ状に
なるようにミラー磁場を形成してシート状のプラズマ保
持領域を作る工程、及び(a2)上記基板の進行方向と
直角方向の両側から基板の上記他方の側の表面近傍にマ
イクロ波を放射して上記領域に電子サイクロトロン共鳴
プラズマを発生させ、これを上記領域に保持して補強支
援プラズマとする工程を含むスパッタリング薄膜形成方
法。
1. A method for forming a thin film on a substrate by plasma sputtering in a vacuum chamber having a magnetron cathode therein, wherein (a1) a magnet array composed of a plurality of magnets is arranged opposite to the magnetron cathode of the substrate. And forming a sheet-shaped plasma holding region by forming a mirror magnetic field so that the magnetic force lines are arched near the surface of the substrate on the magnetron cathode side of the substrate, and (a2) advancing the substrate. Direction from a direction perpendicular to the direction of the substrate to radiate a microwave in the vicinity of the surface on the other side of the substrate to generate an electron cyclotron resonance plasma in the region, which is held in the region to be a reinforcement assisting plasma. Sputtering thin film formation method.
【請求項2】 (a3)上記マグネット配列を基板幅方
向に振動して、上記基板幅方向に亘って上記補強支援プ
ラズマを略均一にする工程を更に含む請求項1記載のス
パッタリング薄膜形成方法。
2. The method of forming a sputtering thin film according to claim 1, further comprising the step of: (a3) vibrating the magnet array in a substrate width direction to make the reinforcement assisting plasma substantially uniform over the substrate width direction.
【請求項3】 上記工程(a1)において、上記マグネ
ット配列を、上記基板の、上記マグネトロンカソードと
は反対側に配置することが、複数の磁石を上記基板進行
方向と略直角に一列に配置して磁石列を構成し、複数の
上記磁石列を互いに略平行に上記基板の進行方向に沿っ
て配置したことから成る請求項1又は2記載のスパッタ
リング薄膜形成方法。
3. In the step (a1), the magnet array is arranged on the side of the substrate opposite to the magnetron cathode so that the plurality of magnets are arranged in a line substantially perpendicular to the substrate traveling direction. 3. The method for forming a sputtering thin film according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the magnet rows are arranged substantially parallel to each other along the traveling direction of the substrate.
【請求項4】 上記工程(a2)において、マイクロ波
を放射することが、上記基板幅の両側にヘリカルアンテ
ナを複数対で配置して、上記基板の、上記マグネトロン
カソード側の表面上に基板面に沿って放射することから
成る請求項1〜3のいずれか一つに記載のスパッタリン
グ薄膜形成方法。
4. In the step (a2), the step of radiating a microwave is performed by arranging a plurality of pairs of helical antennas on both sides of the substrate width, and by arranging a plurality of pairs of helical antennas on the surface of the substrate on the magnetron cathode side. The method for forming a sputtering thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the sputtering thin film is formed along a line.
【請求項5】 上記工程(a3)において、上記マグネ
ット配列を基板幅方向に振動することが、正弦波形状又
は三角波形状に周期的に振動することから成る請求項2
〜4のいずれか一つに記載のスパッタリング薄膜形成方
法。
5. The vibrating the magnet array in the substrate width direction in the step (a3) comprises periodically vibrating in a sine wave shape or a triangular wave shape.
4. The method for forming a sputtering thin film according to any one of 4 to 4.
【請求項6】 上記基板が、真空チャンバー内を略水平
又は略垂直乃至垂直から20度傾いた状態で搬送される
請求項1〜5のいずれか一つに記載のスパッタリング薄
膜形成方法。
6. The method for forming a sputtering thin film according to claim 1, wherein the substrate is transported in a vacuum chamber in a state of being substantially horizontal or substantially vertical or inclined by 20 degrees from vertical.
【請求項7】 マグネトロンカソードを内部に有する真
空チャンバー内でプラズマスパッタリングによりプラス
チックフィルム又はシート上に薄膜を形成する方法にお
いて、(a0)上記プラスチックフィルム又はシート
を、中空の円筒ロールを回転することにより、その外周
面上を搬送せしめる工程、(a1)複数の磁石から成る
マグネット配列を、上記中空の円筒ロールの内側かつ内
周面近傍に該中空の円筒ロールと独立して配置して、上
記プラスチックフィルム又はシートの、上記マグネトロ
ンカソード側の表面近傍に磁力線がアーチ状になるよう
にミラー磁場を形成してシート状のプラズマ保持領域を
作る工程、及び(a2)上記プラスチックフィルム又は
シートの進行方向と直角方向の両側から、上記プラスチ
ックフィルム又はシートの、上記マグネトロンカソード
側の表面近傍にマイクロ波を放射して上記領域に電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを発生させ、これを上記領域
に保持して補強支援プラズマとする工程を含むスパッタ
リング薄膜形成方法。
7. A method for forming a thin film on a plastic film or sheet by plasma sputtering in a vacuum chamber having a magnetron cathode therein, comprising: (a0) rotating the hollow cylindrical roll of the plastic film or sheet. And (a1) disposing a magnet array composed of a plurality of magnets inside the hollow cylindrical roll and near the inner peripheral surface independently of the hollow cylindrical roll, A step of forming a sheet-shaped plasma holding region by forming a mirror magnetic field in the vicinity of the surface of the film or sheet on the side of the magnetron cathode so that the magnetic force lines are arched; and (a2) the advancing direction of the plastic film or sheet From both sides in the right angle direction, A method of irradiating a microwave near the surface of the magnetron cathode side to generate an electron cyclotron resonance plasma in the region, and holding the electron cyclotron resonance plasma in the region to form a reinforcement assisting plasma.
【請求項8】 (a3)上記マグネット配列を、上記プ
ラスチックフィルム又はシートの幅方向に振動して、上
記プラスチックフィルム又はシートの幅方向に亘って上
記補強支援プラズマを略均一にする工程を更に含む請求
項7記載のスパッタリング薄膜形成方法。
8. (a3) The method further includes a step of vibrating the magnet array in the width direction of the plastic film or sheet to make the reinforcing assistance plasma substantially uniform in the width direction of the plastic film or sheet. The method for forming a sputtering thin film according to claim 7.
【請求項9】 上記工程(a1)において、上記マグネ
ット配列を、上記中空の円筒ロールの内側かつ内周面近
傍に配置することが、複数の磁石を上記プラスチックフ
ィルム又はシートの進行方向と略直角に一列に配置して
磁石列を構成し、複数の上記磁石列を互いに略平行に上
記プラスチックフィルム又はシートの進行方向に沿って
配置したことから成る請求項7又は8記載のスパッタリ
ング薄膜形成方法。
9. In the step (a1), the magnet array is arranged inside the hollow cylindrical roll and in the vicinity of the inner peripheral surface thereof so that the plurality of magnets are substantially perpendicular to the traveling direction of the plastic film or sheet. 9. The sputtering thin film forming method according to claim 7, wherein the plurality of magnet rows are arranged in parallel with each other to form a magnet row, and the plurality of magnet rows are arranged substantially parallel to each other along the traveling direction of the plastic film or sheet.
【請求項10】 上記工程(a2)において、マイクロ
波を放射することが、上記プラスチックフィルム又はシ
ートの幅の両側にヘリカルアンテナを複数対で配置し
て、上記プラスチックフィルム又はシートの上記表面上
に、上記プラスチックフィルム又はシート面に沿って放
射することから成る請求項7〜9のいずれか一つに記載
のスパッタリング薄膜形成方法。
10. In the step (a2), the step of radiating a microwave is performed by arranging a plurality of pairs of helical antennas on both sides of the width of the plastic film or sheet so that the helical antenna is provided on the surface of the plastic film or sheet. The method for forming a sputtering thin film according to any one of claims 7 to 9, comprising radiating along the surface of the plastic film or sheet.
【請求項11】 上記工程(a3)において、上記マグ
ネット配列を上記プラスチックフィルム又はシートの幅
方向に振動することが、正弦波形状又は三角波形状に周
期的に振動することから成る請求項8〜10のいずれか
一つに記載のスパッタリング薄膜形成方法。
11. The vibrating the magnet array in the width direction of the plastic film or sheet in the step (a3) comprises periodically vibrating in a sine wave shape or a triangular wave shape. The method for forming a sputtering thin film according to any one of 1.
【請求項12】 プラズマスパッタリング用マグネトロ
ンカソードを内部に含む真空チャンバーを有し、表面に
薄膜が形成される基板と上記マグネトロンカソードのタ
ーゲットとの間にプラズマ形成空間が形成される成膜装
置において、上記基板の、上記マグネトロンカソードと
は反対の側に配置された、複数の磁石から成るマグネッ
ト配列、及び上記基板の進行方向と直角方向の基板幅の
両側に配置された、一対又は複数対のマイクロ波アンテ
ナを有する成膜装置。
12. A film forming apparatus having a vacuum chamber containing a magnetron cathode for plasma sputtering therein, wherein a plasma forming space is formed between a substrate on which a thin film is formed and a target of the magnetron cathode. A magnet array composed of a plurality of magnets arranged on the side of the substrate opposite to the magnetron cathode, and a pair or a plurality of pairs of micros arranged on both sides of the substrate width in a direction perpendicular to the traveling direction of the substrate. Deposition apparatus having a wave antenna.
【請求項13】 上記マグネット配列を上記基板幅方向
に振動させる駆動装置を更に有する請求項12記載の成
膜装置。
13. The film forming apparatus according to claim 12, further comprising a driving device that vibrates the magnet array in the substrate width direction.
【請求項14】 上記マイクロ波アンテナがヘリカルア
ンテナである請求項12又は13記載の成膜装置。
14. The film forming apparatus according to claim 12, wherein the microwave antenna is a helical antenna.
【請求項15】 上記マグネット配列が、上記基板に平
行な平面上に縦横の行列に配列された複数の磁石から成
る請求項12〜14のいずれか一つに記載の成膜装置。
15. The film forming apparatus according to claim 12, wherein the magnet array is composed of a plurality of magnets arranged in a matrix extending vertically and horizontally on a plane parallel to the substrate.
【請求項16】 上記マグネット配列が、上記基板進行
方向に隣り合う磁石列が互いに基板幅方向にずれている
ことから成る請求項15記載の成膜装置。
16. The film forming apparatus according to claim 15, wherein the magnet array is configured such that magnet rows adjacent to each other in the substrate advancing direction are displaced from each other in the substrate width direction.
【請求項17】 上記マグネット配列を上記基板幅方向
に振動させる駆動装置が、上記基板の両側にそれぞれ配
置されることから成る請求項12〜16のいずれか一つ
に記載の成膜装置。
17. The film forming apparatus according to claim 12, wherein drive devices for vibrating the magnet array in the substrate width direction are arranged on both sides of the substrate, respectively.
【請求項18】 上記マグネット配列を上記基板幅方向
に振動させる駆動装置が、上記マグネット配列を正弦波
形状又は三角波形状に周期的に振動させることから成る
請求項12〜17のいずれか一つに記載の成膜装置。
18. The driving device for vibrating the magnet array in the width direction of the substrate comprises periodically vibrating the magnet array in a sine wave shape or a triangular wave shape. The film forming apparatus described.
【請求項19】 上記基板が、真空チャンバー内に略水
平又は略垂直乃至垂直から20度傾いた状態で配置され
る請求項12〜18のいずれか一つに記載の成膜装置。
19. The film forming apparatus according to claim 12, wherein the substrate is arranged in a vacuum chamber in a state of being substantially horizontal or substantially vertical or inclined from the vertical by 20 degrees.
【請求項20】 プラズマスパッタリング用マグネトロ
ンカソードを内部に含む真空チャンバーを有し、表面に
薄膜が形成されるプラスチックフィルム又はシートと上
記マグネトロンカソードのターゲットとの間にプラズマ
形成空間が形成される成膜装置において、上記プラスチ
ックフィルム又はシートを、中空の円筒ロールを回転す
ることにより、その外周面上を搬送せしめる該中空の円
筒ロール、上記中空の円筒ロールの内側かつ内周面近傍
に該中空の円筒ロールと独立して配置された、複数の磁
石から成るマグネット配列、及び上記プラスチックフィ
ルム又はシートの進行方向と直角方向の上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅の両側に配置された、一対又は
複数対のマイクロ波アンテナを有する成膜装置。
20. A film forming method, comprising a vacuum chamber containing a magnetron cathode for plasma sputtering therein, and forming a plasma forming space between a plastic film or sheet having a thin film formed on a surface thereof and a target of the magnetron cathode. In the apparatus, the plastic film or sheet, by rotating the hollow cylindrical roll, the hollow cylindrical roll to be conveyed on the outer peripheral surface, the hollow cylinder inside the hollow cylindrical roll and near the inner peripheral surface A magnet array composed of a plurality of magnets arranged independently of the rolls, and a pair or plural pairs of microwaves arranged on both sides of the width of the plastic film or sheet in a direction perpendicular to the traveling direction of the plastic film or sheet. A film forming apparatus having an antenna.
【請求項21】 上記マグネット配列を上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅方向に振動させる駆動装置を更
に有する請求項20記載の成膜装置。
21. The film forming apparatus according to claim 20, further comprising a driving device that vibrates the magnet array in the width direction of the plastic film or sheet.
【請求項22】 上記マイクロ波アンテナがヘリカルア
ンテナである請求項20又は21記載の成膜装置。
22. The film forming apparatus according to claim 20, wherein the microwave antenna is a helical antenna.
【請求項23】 上記マグネット配列が、上記プラスチ
ックフィルム又はシートに平行な平面上に縦横の行列に
配列された複数の磁石から成る請求項20〜22のいず
れか一つに記載の成膜装置。
23. The film forming apparatus according to claim 20, wherein the magnet array is composed of a plurality of magnets arranged in a matrix in a vertical and horizontal directions on a plane parallel to the plastic film or sheet.
【請求項24】 上記マグネット配列が、上記プラスチ
ックフィルム又はシートの進行方向に隣り合う磁石列が
互いにプラスチックフィルム又はシート幅方向にずれて
いることから成る請求項23記載の成膜装置。
24. The film forming apparatus according to claim 23, wherein the magnet array is configured such that magnet rows adjacent to each other in a traveling direction of the plastic film or sheet are displaced from each other in a width direction of the plastic film or sheet.
【請求項25】 上記マグネット配列を上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅方向に振動させる駆動装置が、
上記プラスチックフィルム又はシートの両側にそれぞれ
配置されることから成る請求項20〜24のいずれか一
つに記載の成膜装置。
25. A drive device for vibrating the magnet array in the width direction of the plastic film or sheet,
The film forming apparatus according to any one of claims 20 to 24, which is arranged on both sides of the plastic film or sheet.
【請求項26】 上記マグネット配列を上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅方向に振動させる駆動装置が、
上記マグネット配列を正弦波形状又は三角波形状に周期
的に振動させることから成る請求項20〜25のいずれ
か一つに記載の成膜装置。
26. A drive device for vibrating the magnet array in the width direction of the plastic film or sheet,
The film forming apparatus according to any one of claims 20 to 25, wherein the magnet array is periodically vibrated in a sine wave shape or a triangular wave shape.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009144192A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Fujifilm Corp Reactive sputtering apparatus, and reactive sputtering method
CN102041481A (en) * 2009-09-18 2011-05-04 罗门哈斯电子材料有限公司 Method of making durable articles

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