JP2005163150A - 三次元スパッタ成膜装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な立体構造をもつ各種の機械部品や、プラスチックボトルなどの基材の表面に、これを回転運動や移動をさせることなく、三次元的に高速かつ均一に薄膜を形成し得る新規な三次元高速スパッタによる成膜法を提供する。
【解決手段】 不活性ガスが導入される真空チャンバー２内に対の高周波アンテナコイル５，５を離間して対向配置し、このアンテナコイル５，５にスパッタターゲット５ｂ，５ｃを一体的に設け、該対の高周波アンテナコイル５，５に高周波電力を供給することにより真空チャンバー２内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるとともに、該対の高周波アンテナコイル５，５の間のスパッタ空間に、表面が三次元形状を有する基材Ｓを投入して、該基材Ｓの表面に堆積膜を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複雑な立体構造をもつ金属加工物やプラスチック容器などの基材の表面に、金属などの種々の成膜材料からなる薄膜を三次元的に高速かつ均一に成膜するための三次元スパッタ成膜装置、並びに、三次元スパッタ成膜方法に関する。

プレナー型マグネトロンスパッタ法をはじめとする各種のスパッタ法による成膜技術は超微細加工技術や高度な表面処理技術の分野を中心に益々重要になってきている。このために従来型の各種スパッタ法を改良する他、種々の機能を付加した高性能なスパッタ法が開発されている。

例えば、平板ターゲットを用いた従来型のマグネトロンスパッタ装置のスパッタ空間に高周波コイルを設置して動作ガス圧力の下限を引き下げたり、スパッタ粒子のイオン化の割合を高めることがなされている。

また、二つの平板スパッタターゲットを対向させ、これに垂直方向の磁界を作用させて強磁性体の高速スパッタをも可能にした対向ターゲット型高速スパッタ装置が開発され、実用化している。

しかしながら、これらの高速スパッタ法では、スパッタ速度を高めるためにターゲットに密接して特別な構造を持つ磁石を配置する必要があるのでターゲット周辺部の構造が非常に複雑大型になる。しかもスパッタターゲットがプラズマを発生させるための放電電極（陰極）を兼ねているのでその形状と配置に大幅な制約がある。

これらの問題を改善するために誘導結合型高周波放電によってターゲット近傍に予め高密度プラズマを発生させるようにした高速スパッタ装置が開発され、非特許文献１に開示されている。
高周波放電プラズマを利用した高速スパッタ装置、山下睦雄：日本真空協会誌「真空」、Ｖｏｌ.44，Ｎｏ5，（2001）512〜519頁

しかしながら、これまでに開発されている各種高速スパッタ装置では、スパッタ粒子がある程度の方向性（指向性）をもっている。

したがって、平面（二次元）構造をもつ基板表面への成膜には適しているが、凹凸の激しい表面や立体（三次元）構造をもつ基板、例えばプラスチックボトル、球形基板やボルトネジの全面に均一な膜厚で同時に高速成膜することは殆どできない。

このような立体構造をもつ基板表面にスパッタ法による成膜を行う方法として、従来、複数組のスパッタ源を基板の周辺に用意するか、あるいは基板を回転運動や移動させるか、さらにはこれら両者を組み合わせた大掛かりで複雑な機構を設けることが考えられているが、装置の構成が複雑且つ大型で、高価となるだけでなく、その操作性や生産性においても難点がある。

そこで、本発明は、固定した対のスパッタ源によって、立体構造をもつ基材に対して、これを回転運動や移動をさせることなく、全面にわたって均一かつ高速に成膜し得る三次元スパッタ成膜装置ならびに方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、次の技術的手段を講じた。

即ち、本発明の三次元スパッタ成膜装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内を所定圧力に保持すべく真空チャンバー内のガスを排気する排気管と、真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるべく真空チャンバー内に離間して対向配置される少なくとも一対の高周波アンテナコイルと、該高周波アンテナコイルに高周波電力を供給するプラズマ励起用電源装置と、成膜を行う三次元表面を有する基材に直流若しくは高周波バイアス電圧を印加する基材用バイアス電源装置とを備え、該アンテナコイルに、成膜材料からなるスパッタターゲットが一体的に設けられ、対の高周波アンテナコイルの間の空間に前記基材が配置されるものである。

高周波アンテナコイルとしては円形コイルを好適に採用でき、その他、スパッタ空間の周りを立体的に取り囲むように湾曲させたコイルを用いることも可能である。円形コイルの巻数は、要求されるプラズマ密度が得られれば特に限定されるものではないが、巻数３〜８程度が好適である。高周波アンテナコイルの材質としては、アルミニウム、銅若しくはカーボンなどの適宜の材料を採用できる。この高周波アンテナコイルは真空チャンバー内に設置されるためにプラズマに接するが、コイルの表面近傍にはイオンシースが生じ、これによってコイルの各巻線間やコイル−接地間の電気的絶縁を直流的にも高周波的にも保つことが可能である。また、高周波アンテナコイルそれ自体、インピーダンス整合回路を構成する。なお、高周波アンテナコイルを管状部材によって形成すれば、該コイル内に冷媒を流通させることでコイルを冷却させることが可能である。

プラズマ励起用電源装置は、高周波アンテナコイルに高周波電力を供給し、これによりスパッタ空間に高密度の誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるためのものである。この電源装置の周波数は４ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ、最大出力３ｋＷ程度とすることができ、スパッタによる成膜中にアンテナコイルに入射する電力は、放電ガスの種類、真空チャンバーの構造や大きさ、高周波アンテナコイルの特性などによって適宜のものとすることができる。電源装置としてパルス発振器を用いてパルス電圧を高周波アンテナコイルに印加する場合、チャンバー内の雰囲気温度上昇を抑制でき、基材がプラスチック容器などの融点の低い材料からなる場合に好適である。また、対の高周波アンテナコイルに供給する高周波電力の位相を互いに１８０度変えることにより、真空チャンバー内のプラズマ密度を大幅に増加させることができる。また、両コイルに印加する高周波電圧の値を独立して変えることができ、これによれば、真空チャンバー内のプラズマ密度の分布を変えることができ、成膜速度の向上と同時に膜厚分布の制御をも行うことができる。

基材の三次元表面の形状は適宜のものであってよく、プラスチックボトルのように周面並びに底面を有するもの、管や棒のように周面を有するものの他、山形状のもの、凹凸溝を有する板状部材、ネジ溝を有するボルトなどを挙げることができる。

なお、プラズマをより効率的にスパッタ空間に閉じこめるために、高周波アンテナコイルの外側にプラズマ遮蔽用の遮蔽板を配設することが好ましい。これによれば、チャンバー内におけるプラズマの分散が緩和され、プラズマがチャンバーの中央に集中するようになり、成膜速度の一層の向上、薄膜の均質性の向上が図られる。また、真空チャンバーの外周の適当な箇所に磁石を設置することによりチャンバー内の磁場を制御することによってもプラズマ密度の向上を図ることができる。このプラズマ遮蔽板の中心部には孔を設けることができ、この孔を小さくすると、プラズマはアンテナコイル内にほぼ完全に閉じこめられてその密度をさらに増す。

また、ガス供給管をアンテナコイルとほぼ同径のリング状のガス導入配管により構成し、このガス導入配管を各高周波アンテナコイルの軸方向内側にそれぞれ近接配置し、リング状ガス供給管の周方向複数箇所に、高周波アンテナコイルに向けて不活性ガスを供給するガス供給孔を設けることもできる。ガス供給孔は、０．５ｍｍ程度の微小孔により構成するのがよい。これによれば、ターゲット材料であるアンテナコイルへ積極的に不活性ガスを供給することで、ターゲット材料のスパッタ量を増加させることができる。

上記本発明装置において、高周波アンテナコイル自体が成膜材料からなり、該アンテナコイルがスパッタターゲットであってよい。また、前記スパッタターゲットは、高周波アンテナコイルの内側に沿って取り付けられたコイル状の部材であってもよい。

さらに、対の高周波アンテナコイルの間の空間に、該コイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する磁界印加装置を備えることができる。

また、同時点において磁力線の向きが同方向若しくは逆方向となるように前記高周波電圧乃至パルス電圧を各高周波アンテナコイルに印加させてもよい。このように磁力線の方向を制御することにより、相乗効果によってプラズマ密度の一層の向上が期待できる。

また、プラズマ励起用電源装置は、高周波アンテナコイルにバイアス電圧を印加する直流電源装置を備えることができる。このバイアス電圧の印加により、コイルスパッタターゲットを高速にスパッタすることができる。なお、この場合、磁力線の向きが同方向若しくは逆方向となるように前記バイアス電圧を各高周波アンテナコイルに印加させることができ、また、バイアス電圧を、磁力線の向きが同方向となるように各高周波アンテナコイルに印加することもできる。

また、基材として、棒状乃至線状の長尺部材を用いることができる。この場合、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させる移送装置をさらに備えることができる。

また、基材を、対の高周波アンテナコイルの間のスパッタ空間に支持する基材支持部材を備えることができる。この支持部材は、基材を対の高周波アンテナコイルの間の空間に投入し及び該空間から離脱させるように往復動可能に構成することができる。これによれば、三次元形状の基材を容易に対のコイル間に設置させることができ、成膜後も容易に取り出すことが可能となる。さらに、プラズマが安定した後に該プラズマ中に基材を投入することが可能となり、形成される薄膜の均質性の一層の向上に役立つ。

また、本発明の三次元スパッタ成膜方法は、真空チャンバー内に少なくとも一対の高周波アンテナコイルを離間して対向配置し、該アンテナコイルに、成膜材料からなるスパッタターゲットを一体的に設け、高周波アンテナコイルに高周波電力を供給することにより真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるとともに、対の高周波アンテナコイルの間の空間に表面が三次元形状を呈する基材を投入して、対の高周波アンテナコイルの間に生じるプラズマ中で、前記ターゲットからのスパッタ粒子を基材の三次元表面に堆積させて堆積膜を形成するものである。

上記本発明方法において、高周波アンテナコイル自体を成膜材料により製作し、該アンテナコイルをスパッタターゲットとすることができる。また、前記スパッタターゲットは、高周波アンテナコイルの内側に沿って取り付けられるコイル状の部材であってよい。

さらに、対の高周波アンテナコイルの間の空間に、該コイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加してスパッタを行わせることも可能である。

また、同時点において磁力線の向きが同方向若しくは逆方向となるように前記高周波電力を各高周波アンテナコイルに供給することができる。

また、磁力線の向きが同方向若しくは逆方向となるようにバイアス電圧を各高周波アンテナコイルに印加することもできる。

基材は棒状乃至線状の長尺部材であってよく、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させることにより、該長尺の基材の外周面に長手方向に連続して薄膜を形成することも可能である。

本発明によれば、高周波プラズマスパッタにおいて高周波プラズマを発生させるプラズマ発生源として真空チャンバー内に設けられる対の高周波アンテナコイルを採用し、この対の高周波アンテナコイルに高周波電力を供給することによる誘導結合型高周波放電プラズマを励起することで、プラズマの高密度化が図られるとともに、三次元形状の基材を収容可能な大きな空間を真空チャンバーの中央部に設けることができ、かつ、この収容空間にプラズマを集約させることが可能となり、プラズマの高密度化による成膜速度の高速化、広い範囲にわたってプラズマ密度を均一化することによる薄膜の高品質化を図ることができる。また、対のスパッタ源から複雑な三次元立体構造を持つ基材の全面に亘って膜厚が均一な薄膜を形成することができるので、装置を小型で簡単な構造にすることができ、しかも、基材の周囲で発生する高密度スパッタ粒子が基材に向かって集中しながら飛翔するので、成膜速度と成膜材料の利用効率を大幅に向上することができる。また、対の高周波アンテナコイルの間で起きる相乗効果によってスパッタ速度だけでなくスパッタ粒子のイオン化割合がより一層高くなるので、高速イオンプレーティングによる高品質の薄膜を得ることが可能となる。したがって、本発明は、研究用のみならず、大型生産用装置としても多方面へ応用することができる。

さらに、本発明は、対のスパッタ源から、平面基板表面はもとより複雑な立体構造をもつ基材の表面にこれの回転運動や移動をさせることなく金属薄膜や化合物薄膜を低温で高速且つ均一に成膜することを可能にする。これによって、金属やガラス製の各種加工製品の表面処理だけでなく、加工性に優れたプラスチックその他適宜の材料からなる容器の外表面の耐気性、耐水性を確保するための処理が可能になる。したがって、例えば、ビールや炭酸飲料用プラスチックボトルや薬剤容器、並びに、今後莫大な需要が期待されているバイオ新薬用容器のバリア性向上への応用が大いに期待できる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る三次元スパッタ成膜装置１を示し、該装置１は、真空チャンバー２と、該真空チャンバー２内にアルゴンガスなどのプラズマ発生用の不活性ガス（放電サポートガス）等を供給するガス供給管３と、真空チャンバー２内を所定圧力に保持するべく真空チャンバー２内のガスを排気する排気管４と、真空チャンバー２内に誘導結合型高周波放電によって高密度プラズマを発生させるべく真空チャンバー２内に離間して対向配置される対の高周波アンテナコイル５，５と、該高周波アンテナコイル５，５に高周波電力を供給するプラズマ励起用電源装置６と、高周波アンテナコイル５，５によって発生されたプラズマ中にプラスチックボトルＳ（基材）を支持するボトル支持部材７（三次元形状基材支持部材）と、プラズマ遮蔽板８と、基材Ｓに直流若しくは高周波バイアス電圧を印加する基材用バイアス電源装置９とを備えている。

真空チャンバー２は、例えば直径３００〜５００ｍｍの円筒状を呈しており、金属、例えばステンレス鋼からなり、接地されている。ガス供給管３は、真空チャンバー２に付設したガスタンクから真空チャンバー２へサポートガスを導入するガス供給系を構成するものであり、その管構成は適宜のものであってよい。図示実施例では、ガス供給管３は、対の高周波アンテナコイル５，５の軸方向一方側に設けられており、その反対側に排気管４が設けられている。排気管４は真空ポンプに接続されており、真空チャンバー２内を真空吸引することにより、成膜中のチャンバー内圧力を０．０５Ｐａ〜２０Ｐａ程度の真空度とすることができるようになっている。

プラズマ励起用の高周波アンテナコイル５は、その断面が図２に示すような二重管構造を呈し、内側は例えば銅製パイプを螺旋状に加工してなる銅コイル５ａにより構成され、外側は例えばアルミニウム製パイプを螺旋状に加工してなるアルミコイル５ｂにより構成される。本実施形態では、この外側のアルミコイル５ｂがスパッタターゲットとなり、アルミニウム原子をアルミコイル５ｂ表面からスパッタさせ、これをボトルＳの表面に堆積させることでアルミニウム薄膜をボトルＳの表面に形成させるようになっている。なお、アンテナコイル５は、直径１００ｍｍ〜２５０ｍｍ、巻き数４〜８となるように螺旋状に曲げ加工してなるものとすることができる。銅コイル５ａの内部には冷媒を流通させて、コイル５の冷却を行うことができる。

対の高周波アンテナコイル５，５は、プラスチックボトルなどの基材Ｓをその間に投入できるように離間して対向配置されている。この対のコイル５，５の離間距離は適宜のものであってよいが、基材であるプラスチックボトルＳの幅よりも広くしておくことが好ましい。この対の高周波アンテナコイル５，５の両外側にプラズマ遮蔽板８を配設している。このプラズマ遮蔽板８は、例えば、ＳＵＳ製の板材やメッシュグリッド電極などからなり、高周波エネルギーによって発生するプラズマを対のアンテナコイル５，５内に閉じこめてプラズマ密度の一層の向上を図っている。

プラズマ励起用電源装置６は、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源装置１０と、高周波アンテナコイル５，５にコイル材料をスパッタするためのバイアス電圧を印加するための直流電源装置１１と、平衡型のインピーダンス整合回路１２とを備えている。対の高周波アンテナコイル５，５は直列に接続され、これら高周波アンテナコイル５，５が、インピーダンス整合回路１２を介して高周波電源装置１０に接続されているとともに、直流電源装置１１に接続されている。高周波電源装置１０と直流電源装置１１との相互干渉を避ける為に、直流電源装置１１には、コンデンサ１３とインダクター１４とで構成される低域フィルター（ＬＰＦ）を直列に接続してある。直流電源装置１１としては、例えば、０Ｖ〜−１０００Ｖまで可変の電源を用いることができる。

本実施形態の配線接続例によれば、高周波電源装置１０から各高周波アンテナコイル５，５に供給される高周波電力の位相が同位相であるため、各高周波アンテナコイル５，５に高周波電力を供給することにより生じる磁力線の向きは、同時点においては軸方向に同方向となる。また、直流電源装置１１により印加されるバイアス電圧も、各高周波アンテナコイル５に同じ方向に印加されているため、このバイアス電圧によって励起される磁界の磁力線の向きも同方向となる。

前記ボトル支持部材７は、例えばステンレス鋼からなるロッド状部材からなり、プラスチックボトルＳを対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に投入し及び該空間から離脱させるように流体圧シリンダなどの適宜の駆動装置によって往復動可能に構成されている。プラスチックボトルＳを離脱させる方法は適宜のものであってよく、例えば、図示例では、真空チャンバー２の中央部に基材投入室２ａを設け、この基材投入室２ａに投入されたプラスチックボトルＳを支持して対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に投入し得るように支持部材７を構成できる。なお、基材投入室２ａにプラズマが逃げることを防止するため、基材投入室２ａと真空チャンバー内とをプラズマ遮蔽格子などで仕切ってもよい。

前記基材用バイアス電源装置９は、直流電源装置１５と、高周波電源装置１６と、これら電源装置を選択的に切り替えるためのスイッチ１７とを備え、ボトル支持部材７を介してプラスチックボトルＳに、例えば０〜−３００Ｖの所定の直流バイアス電圧、若しくは、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電圧を選択的に印加し得るように構成されている。なお、高周波電源装置１６にはインピーダンス整合回路（マッチングボックス）１８を介して接続されるようにしている。

上記実施形態の装置を用いて高周波スパッタ法によりプラスチックボトルＳの表面に薄膜を成膜するには、まず、真空チャンバー２内を排気した後、真空チャンバー２内にアルゴンガスを導入してそのガス圧力を所定圧力、例えば１Ｐａとなるように調整する。次に、所定の高周波電力、例えば６００Ｗの高周波電力を高周波アンテナコイル５，５に印加する。すると、真空チャンバー２内に生じる高周波エネルギーによりアルゴンガスの高周波放電が始まり、高周波アンテナコイル５の中で１０¹²／ｃｍ³台の高密度プラズマが発生して、アルゴンガス特有の赤紫色で強く発光する。さらに、高周波アンテナコイル５，５に所定の直流バイアス電圧を印加すると、対のアンテナコイル間でプラズマ電子運動に関する相乗効果が生じてプラズマ密度がさらに増加し、スパッタターゲットとなるアルミコイル５ｂの内径側表面で高速スパッタ蒸発が起きる。

また、プラズマが安定した後、支持部材７を駆動してプラスチックボトルＳを対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に投入する。上記のようにして発生した高密度のスパッタ粒子は、雰囲気ガス等との衝突によって散乱しながらも、対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に置かれたプラスチックボトルＳに向かって集中するように飛翔し、ボトルＳの外表面全体に亘って均一に堆積する。この飛翔中にスパッタ粒子は高周波エネルギーによって発生するプラズマ電子やアルゴンイオンとの衝突によるイオン化だけでなく、準安定状態に励起したアルゴン原子からイオン化に必要なエネルギーを受け取ってイオン化するペニング効果によって非常に高い割合でイオン化する。したがって、基材であるボトルＳを負電位にバイアスすると、これに入射するイオン化スパッタ粒子のエネルギーを制御しながら成膜することができ、より均質な薄膜形成を行うことができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、高周波アンテナコイル５は、図３に示すように、例えば銅コイル５ａの内面に沿って成膜材料からなるコイル状のスパッタターゲット５ｃを一体的に取り付けたものとすることができる。このスパッタターゲット５ｃは、例えば、長尺のアルミニウム板材を螺旋状に加工することにより構成されるものであり、銅コイル５ａ内面に溶接若しくは嵌め込み等の適宜の手段によって取り付けることができる。

また、対の高周波アンテナコイル５の間のスパッタ空間に、該コイル５の軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する磁界印加装置をさらに備えることもできる。このような磁界印加装置としては、真空チャンバ２に内蔵若しくは付設される永久磁石や電磁石などを挙げることができる。高周波アンテナコイル５の軸心に対して垂直方向の弱い磁界、好ましくは２×１０^-3Ｔ程度の磁界をスパッタ空間である対の高周波アンテナコイル５の間に重畳することにより、スパッタ空間のプラズマ密度を大幅に増加させると共に動作ガス圧力の下限を１０^-1Ｐａ台から１０^-2Ｐａ台へ一桁程度引き下げることが出来る。スパッタ粒子が基材Ｓの周囲から出発する本発明のスパッタ方式においては、このようにして動作ガス圧力を引き下げることによって形成される薄膜の膜厚の均一性を損なうことなくスパッタ粒子の輸送効率を高め、成膜速度を大きく向上させることができる。

また、ガス供給管３から導入されるサポートガスに、メタンガスなどの原料ガスや酸素ガスを混合すると、反応性スパッタリングのみならず、スパッタによる成膜と同時に、基材表面でプラズマＣＶＤによる気相成長を行わせることや、金属酸化物を基材表面に成膜することも可能である。かかる複合機能により、本実施形態の装置は、酸化アルミニウム系薄膜や、導電性ダイヤモンド状炭素（DLC:N又はDAC:N）膜などをも成膜可能である。

また、上記実施形態に係る装置１は、棒状乃至線状の長尺部材を基材として、その外周面に長手方向に連続して薄膜を形成することにも応用できる。かかる本発明の他の実施形態は、図４に示されており、上記実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

本実施形態では、対の高周波アンテナコイル５，５の軸心に沿って線状部材Ｓ（基材）が連続移送され、真空チャンバー２内を通過する際にコイルターゲット５，５からのスパッタにより表面に薄膜を高速かつ均一に成膜するように構成されている。真空チャンバー２の軸方向両端部には、線状部材Ｓを案内保持するホルダー部１９が設けられ、両ホルダー部１９に案内されることによって線状部材Ｓが対の高周波アンテナコイル５の軸心に沿うようになっている。線状部材Ｓは繰り出しドラム２０から繰り出されて真空チャンバー２内を通過し、巻き取りドラム２１に巻き取られる。プラズマ遮蔽板８の中央部には、線状部材Ｓが通過するための貫通孔８ａが設けられている。また、線状部材Ｓには、真空チャンバー２の内部又は外部の所定位置で基材用バイアス電源装置９の電源出力端子９ａに接触され、この接触部を介して線状部材Ｓにバイアス電圧を印加するようにしている。

上記した各実施形態において、各アンテナコイル５の電源配線を変更することによって、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように高周波電源装置１０による高周波電圧が各高周波アンテナコイルに印加されるとともに、磁力線が対の高周波アンテナコイル５，５の中心部に向かうように直流電源装置１１によるバイアス電圧が各高周波アンテナコイルに印加されるようにすることもできる。かかる構成によれば、対のアンテナコイル５，５の間の空間では、その両側のアンテナコイル５，５からの高周波エネルギーが作用して、コイル径よりも大きく広がるようにプラズマが励起される。したがって、より大きな基材Ｓの三次元表面に対してスパッタリング法による薄膜成長を均一かつ高速に行うことができる。

また、ガス供給管３を、真空チャンバー２の周方向複数箇所に設けて、周方向複数箇所から均一に放電サポートガスを真空チャンバー２内に導入することも可能である。

また、高周波アンテナコイルは、２対或いは３対設けて、複数対の高周波アンテナコイル５，５を２軸若しくは３軸上に直交配置させることもでき、このように、基材Ｓを取り囲むようにそれぞれの対の高周波アンテナコイル５，５を基材Ｓに対して異なる向きに対向させることにより、一層のプラズマ密度の向上と、プラズマの三次元的な均一性の向上とが図られる。

本発明は、金属やガラス素材からなる種々の立体構造物の表面に高速に高品質の薄膜を形成できるとともに、ビールや炭酸飲料用プラスチックボトルや、薬剤容器、並びに、今後莫大な需要が期待されているバイオ新薬用容器のバリア性を飛躍的に向上し、また、加工性に優れたプラスチックその他適宜の材料からなる容器の外表面の耐湿性、耐水性を確保できる。

本発明の一実施形態に係る三次元スパッタ成膜装置の全体簡略断面図である。 同装置の高周波アンテナコイルの拡大断面図である。 高周波アンテナコイルの他の実施例を示す全体断面図である。 本発明の他の実施形態に係る三次元スパッタ成膜装置の全体簡略断面図である。

符号の説明

１ 三次元スパッタ成膜装置
２ 真空チャンバー
３ 放電サポートガス供給管
４ 排気管
５ 高周波アンテナコイル
５ｂ，５ｃ スパッタターゲット
６ プラズマ励起用電源装置
７ 基材支持部材
８ プラズマ遮蔽板
９ 基材用バイアス電源装置
１０ 高周波電源装置
１１ 直流電源装置

Claims (14)

1. 真空チャンバーと、真空チャンバー内を所定圧力に保持すべく真空チャンバー内のガスを排気する排気管と、真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるべく真空チャンバー内に離間して対向配置される少なくとも一対の高周波アンテナコイルと、該高周波アンテナコイルに高周波電力を供給するプラズマ励起用電源装置と、成膜を行う三次元表面を有する基材に直流若しくは高周波バイアス電圧を印加する基材用バイアス電源装置とを備え、該アンテナコイルに、成膜材料からなるスパッタターゲットが一体的に設けられ、対の高周波アンテナコイルの間の空間に前記基材が配置される、三次元スパッタ成膜装置。
2. 請求項１において、高周波アンテナコイル自体が成膜材料からなり、該アンテナコイルがスパッタターゲットである、三次元スパッタ成膜装置。
3. 請求項１において、前記スパッタターゲットは、高周波アンテナコイルの内側に沿って取り付けられたコイル状の部材である、三次元スパッタ成膜装置。
4. 請求項１，２又は３において、対の高周波アンテナコイルの間の空間に、該コイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する磁界印加装置をさらに備える、三次元スパッタ成膜装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力が各高周波アンテナコイルに供給される、三次元スパッタ成膜装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項において、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力が各高周波アンテナコイルに供給される、三次元スパッタ成膜装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、基材は棒状乃至線状の長尺部材であり、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させる移送装置をさらに備える、三次元スパッタ成膜装置。
8. 真空チャンバー内に少なくとも一対の高周波アンテナコイルを離間して対向配置し、該アンテナコイルに、成膜材料からなるスパッタターゲットを一体的に設け、高周波アンテナコイルに高周波電力を供給することにより真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるとともに、対の高周波アンテナコイルの間の空間に表面が三次元形状を呈する基材を投入して、対の高周波アンテナコイルの間に生じるプラズマ中で、前記ターゲットからのスパッタ粒子を基材の三次元表面に堆積させて堆積膜を形成する、三次元スパッタ成膜方法。
9. 請求項８において、高周波アンテナコイル自体を成膜材料により製作し、該アンテナコイルをスパッタターゲットとする、三次元スパッタ成膜方法。
10. 請求項８において、前記スパッタターゲットは、高周波アンテナコイルの内側に沿って取り付けられるコイル状の部材である、三次元スパッタ成膜方法。
11. 請求項８，９又は１０において、対の高周波アンテナコイルの間の空間に、該コイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加してスパッタを行わせる、三次元スパッタ成膜方法。
12. 請求項８〜１１のいずれか１項において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力を各高周波アンテナコイルに印加する、三次元スパッタ成膜方法。
13. 請求項８〜１２のいずれか１項において、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力を各高周波アンテナコイルに印加する、三次元スパッタ成膜方法。
14. 請求項８〜１３のいずれか１項において、基材は棒状乃至線状の長尺部材であり、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させることにより、該長尺の基材の外周面に長手方向に連続して薄膜を形成する、三次元スパッタ成膜方法。

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