JP2008202075A

JP2008202075A - プラズマアシスト蒸着装置およびプラズマアシスト蒸着方法

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Publication number: JP2008202075A
Application number: JP2007037538A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Ishii; 良治石井; Takayuki Nakajima; 隆幸中嶋; Hidemi Nakajima; 英実中島; Takumi Suemoto; 匠末本
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP4775280B2

Abstract

【課題】蒸着プロセスでの最適な条件となる圧力よりも高い圧力でないと有効にプラズマを発生できない問題を解決する。
【解決手段】マイクロ波を伝播させる導波管を有し、前記導波管からマイクロ波を導入する真空容器を有し、前記導波管の出口を塞ぎ前記真空容器内の空間を前記導波管内の空間から隔離する誘電体を有し、前記誘電体の先に設置したマイクロ波ホーンアンテナを有し、前記ホーンアンテナの側壁を貫通して前記ホーンアンテナの内部に設置し前記マイクロ波に共振する長さを有する第１のガスパイプを有し、前記第１のガスパイプの先端のガス導入口からガスを前記マイクロ波ホーンアンテナ内に導入してプラズマを発生する機構を有し、前記真空容器内に設置した蒸発源を有し、前記蒸発源と蒸着対象の基材との間に設置した第２のガスパイプを有するプラズマアシスト蒸着装置を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空成膜プロセスに用いるプラズマを安定的に発生させて反応性蒸着を行う方法に関する。

蒸着やＣＶＤ（化学的気相堆積法）による真空薄膜形成で、膜の硬度を向上させることや密着性を向上させるためにプラズマアシスト蒸着処理、もしくはプラズマＣＶＤプロセスなどが有効とされている。プラズマを発生させるためには、放電や熱、光などを電離エネルギーとして利用しイオンや電子を生成し維持することで得られる。放電によるプラズマは電界によるイオン・電子の加速、衝突、電離について減圧化において容易に行えるため利便性の高い方法として知られている。電界の発生には、直流（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ，ＤＣ）方式、交流（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔ，ＡＣ）方式、高周波（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＲＦ）方式、マイクロ波（Ｍｉｃｒｏ
Ｗａｖｅ，ＭＷ）方式などが代表例として挙げられる。ＭＷ方式以外では電界の中でプラズマを維持することから、陽極と陰極の間にプラズマを発生させるが、ＭＷ方式では電極を必要としない無極放電が可能となる。具体的には導波管または空洞共振器内の強い電界を利用することでプラズマ密度の高い放電が得られる。

特許文献１が開示するように、真空中で蒸発源に設置した蒸発対象物質を電子ビーム加熱法で加熱し蒸発させて、蒸発した原子または分子をマイクロ波でイオン化し、あるいは励起させマイクロ波プラズマを発生させる。その原子または分子を合成樹脂フィルムなどの基材に蒸着させることで、基材のガスバリア性を向上させるコーティング層を形成する。しかし、マイクロ波プラズマを発生させるためには、真空容器の幅と略同等の幅を有するマイクロ波ホーンアンテナが必要であり装置が大規模になる問題があった。また、マイクロ波ホーンアンテナに無数の孔を形成しておき、その孔と空間の数を調整しマイクロ波に対するインピーダンスを変えて調整し空間とマイクロ波のインピーダンスの範囲を近づける必要がある。そのため、大きな圧力変動に対して効率よくマイクロ波エネルギーを伝達しないという問題があった。

特許文献２が開示するように、ＥＣＲプラズマを利用すると、マイクロ波の２．４５ＧＨｚと磁場による共鳴作用によって低圧力での高密度なプラズマが比較的簡単に得られるが、そのために大掛かりな磁石が必要である問題があり、蒸発対象物質を加熱する電子ビームの軌道を曲げてしまい、電子ビーム加熱法で蒸発対象物質を蒸発させることを難しくする問題があった。

また、蒸着中のチャンバー内部に酸素を入れることで反応性蒸着が行えるが、例えば酸化アルミニウム等のガスバリア性のある蒸着膜は単に酸素ガスを導入するだけではその特性が得られず基材のガスバリア性を改善することができない問題があった。

以下に公知文献を記す。
特許第３３６０８４８号公報特開平８−６０３７３号公報

特に、プラズマアシスト蒸着処理では、プラズマを利用する圧力の条件は、蒸着プロセスでの最適な条件となる圧力よりも高い圧力でないと有効にプラズマを発生できない問題
があった。つまり、プラズマを有効に発生させ維持しようとして圧力を設定すると蒸着の成膜レートや膜の品質を低下させることとなり、逆に蒸着の成膜レートや膜の品質を維持しようと圧力を設定するとプラズマが発生しないといった問題があった。

また、電磁波の波長に比べて十分広い空間では、電界強度の分布が一定とならずに放電プラズマが発生しないという問題があった。特に波長の短い電磁波であるマイクロ波を用いているので、プラズマが発生しないときは、電磁波のエネルギーが金属メッシュ（電磁波漏洩防止シールド）などを加熱してエネルギーを消費する不具合を生じる問題があった。また、プラズマが発生してもプロセスに必要な部分ではなく例えば配管の裏側や覗き窓近傍など目的の場所以外でプラズマが発生することがあり、熱に弱い場所を破損する問題があった。

本発明は、この課題を解決するために、マイクロ波を伝播させる導波管を有し、前記導波管からマイクロ波を導入する真空容器を有し、前記導波管の出口を塞ぎ前記真空容器内の空間を前記導波管内の空間から隔離する誘電体を有し、前記誘電体の先に設置したマイクロ波ホーンアンテナを有し、前記ホーンアンテナの側壁を貫通して前記ホーンアンテナの内部に設置し前記マイクロ波に共振する長さを有する第１のガスパイプを有し、前記第１のガスパイプの先端のガス導入口からガスを前記マイクロ波ホーンアンテナ内に導入してプラズマを発生する機構を有し、前記真空容器内に設置した蒸発源を有し、前記蒸発源と蒸着対象の基材との間に設置した第２のガスパイプを有することを特徴とするプラズマアシスト蒸着装置である。

また、本発明は、上記マイクロ波の波長がλであるとき、上記第１のガスパイプの上記ホーンアンテナの側壁への設置位置を上記誘電体からλ／２のパイプ取り付け距離に設置し、前記第１のガスパイプの上記マイクロ波ホーンアンテナの内壁から先端部までのパイプ長さをλ／４にしたことを特徴とする上記のプラズマアシスト蒸着装置である。

また、本発明は、上記マイクロ波ホーンアンテナの形状が、上記導波管と同じ形状であることを特徴とする上記のプラズマアシスト蒸着装置である。

また、本発明は、上記蒸発源が金属材料を蒸発させるものであり、上記金属材料の蒸気に、上記第１のガスパイプから酸素を供給して発生させた酸素プラズマに上記第２のガスパイプから酸素ガスを加えることで得た酸素プラズマを加えることで金属酸化物を得、前記金属酸化物を上記基材に成膜することを特徴とする上記のプラズマアシスト蒸着装置である。

また、本発明は、マイクロ波を導波管に伝播させ、前記導波管からマイクロ波を真空容器に導入し、前記導波管のマイクロ波の出口を誘電体で塞ぐことで前記真空容器内の空間と前記導波管内の空間を隔離し、前記真空容器内の圧力をプラズマを発生させやすい圧力範囲内の圧力に設定し、前記導波管内の圧力を前記圧力範囲と異なる圧力に設定し、前記誘電体の先に設置したマイクロ波ホーンアンテナの側壁を貫通して前記ホーンアンテナの内部に前記マイクロ波に共振する長さの第１のガスパイプを設定し、前記第１のガスパイプの先端のガス導入口でプラズマを発生させ、前記真空容器内に蒸発源を設置し、前記蒸着源と蒸着対象の基材との間に第２のガスパイプを設置してガスを導入することを特徴とするプラズマアシスト蒸着方法である。

また、本発明は、上記マイクロ波の波長がλであるとき、上記第１のガスパイプの上記ホーンアンテナの側壁への設置位置を上記誘電体からλ／２のパイプ取り付け距離に設置し、前記第１のガスパイプの前記マイクロ波ホーンアンテナの内壁から先端部までのパイ
プ長さをλ／４にしたことを特徴とする上記のプラズマアシスト蒸着方法である。

また、本発明は、上記マイクロ波ホーンアンテナの形状が、上記導波管と同じ形状であることを特徴とする上記のプラズマアシスト蒸着方法である。

また、本発明は、上記蒸発源が金属材料を蒸発させるものであり、前記金属材料の蒸気に、上記第１のガスパイプから酸素を供給して発生させた酸素プラズマに上記第２のガスパイプから酸素ガスを加えることで得た酸素プラズマを加えることで金属酸化物を得、前記金属酸化物を上記基材に成膜することを特徴とする上記のプラズマアシスト蒸着方法である。

本発明により、真空チャンバー内部が広い空間となっても第１のガスパイプがアンテナとなり、ガス噴出口のみにプラズマの発生個所を集中させ、そのプラズマを真空容器８全体に供給することができる。よって、真空容器中の場所を選ばずにプラズマにより効果的に蒸着やＣＶＤ等の成膜プロセスを実施できる。また、ＥＣＲプラズマのようにマイクロ波とプラズマの共鳴磁場、すなわち周波数２．４５ＧＨｚの場合、８７５×１０^-4［Ｔ］（＝８７５［ガウス］）の強磁場を作らなくとも圧力が低い条件でも安定してプラズマを生成することができるため、電子ビーム加熱式の蒸着源の電子ビームの軌道を曲げることなくプラズマアシスト蒸着が簡単に行える。これによって、蒸着での最適な圧力範囲を維持しながらも、プラズマによるアシスト効果を望めるため、高品質な蒸着膜を得ることができる効果がある。

以下、本発明の実施形態を図１から図４を用いて詳細に説明する。本実施形態は、図１のように、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器６、そのマイクロ波を伝播させる導波管１、導波管１の途中に挿入してマイクロ波のインピーダンスを調整する整合器７、導波管１からマイクロ波を導入する真空容器８、導波管１の出口を塞ぎ真空容器８内の空間を導波管１内の空間から隔離する誘電体２、その誘電体２の先に設置したマイクロ波ホーンアンテナ３と、マイクロ波ホーンアンテナ３の内部にその側壁を貫通する第１のガスパイプ４を設置する。このうち、マイクロ波プラズマ発生部が、図２のように、導波管１と誘電体２と図２の右側が開口するマイクロ波ホーンアンテナ３と、第１のガスパイプ４とから構成される。

図１のマイクロ波発振器６は、マグネトロンを代表とする一般的なマイクロ波管を使用することができ工業用割り当て周波数の２．４５ＧＨｚを用いる。導波管１は、発振周波数によって形状が決まるが、電磁界の進行方向によって各種モードが選べるがＴＥ波の基本モードの利用を考慮し、ＥＩＡＪ形名ＷＲＪ−２（内径寸法１０９．２２×５４．６１ｍｍ）を使う。

マイクロ波のインピーダンスを調整する整合器７は、Ｅ−Ｈチューナー、スタブチューナー、４Ｅチューナーなどが挙げられるがどれを用いても構わない。

誘電体２は、導波管１内と真空容器８内の圧力を異ならせるために用いる。プラズマを発生させやすい圧力範囲は０．１［Ｐａ］〜１０［Ｐａ］程度であるので、真空容器８内の圧力はその範囲に設定し、導波管１内の圧力はそれより２桁程度高くするか低くして導波管１内にプラズマが発生しないようにさせる。これにより、真空容器８内のみにプラズマを発生させることができる。もし、導波管１内が０．１〜１０［Ｐａ］の圧力範囲であるならば、導波管１内でもプラズマが発生してしまい余分なエネルギーを消費するばかりか、希望する場所にプラズマが発生しない不都合が生じる。誘電体２は、マイクロ波の誘
電損失が低くかつ圧力差があっても変形しない材料が好ましく、単結晶の誘電体材料が、誘電損失が低くなるので望ましい。

マイクロ波ホーンアンテナ３と第１のガスパイプ４の組み合わせで、第１のガスパイプ４の形状はマイクロ波によって生ずる電界エネルギーを受けるアンテナとして重要な役割を果す。マイクロ波ホーンアンテナ３内部にその側壁を貫通する第１のガスパイプ４を設置し、第１のガスパイプ４のマイクロ波ホーンアンテナ３内部での長さをマイクロ波に共振する長さにすることで、第１のガスパイプ４の先端のガス導入口５に電界を集中させることにより、そのガス導入口から反応性ガスを導入したときに、そのガス導入口で反応性ガスが特に強い電界を受け、その個所に集中させてプラズマを発生させることができる。特に図２のように、誘電体２から第１のガスパイプのマイクロ波ホーンアンテナ３の取り付け位置までのパイプ取り付け距離１０をマイクロ波の波長λの１／２とし、図２および図３のように、マイクロ波ホーンアンテナ３の内壁からの第１のガスパイプの先端部までのパイプ長さ１１をマイクロ波の波長λの１／４の長さにすることで、インピーダンスを大きくすることで電界強度が最大となるため、より好ましい。

第１のガスパイプ４への最大電界を決める上でマイクロ波ホーンアンテナ３は接地されていることが重要である。基準電位０からマイクロ波の波長λの１／４の長さにすることで、電界強度が最大となるからである。

マイクロ波ホーンアンテナ３は導波管１と同じ大きさ形状であっても構わない。プラズマを安定発生することが目的であるため、一般的な形状である空間へ向かって開口が広がっていく必要はない。この理由は、マイクロ波が空間へ伝播する以前にプラズマを発生させるためにエネルギーが消費され、そのプラズマが真空容器８の全体に送られるからである。マイクロ波ホーンアンテナ３は導波管１と同じ大きさ形状にすることで、装置が小型化できる効果がある。

このマイクロ波プラズマ発生部を公知の真空蒸着法と組み合わせることで、プラズマアシスト蒸着法として用いることができる。その場合の基材９は、金属、ガラス、プラスチックなどの種々の材料に対応でき、基材９の厚さはフィルム、シート、パネルなど特に制限はない。蒸着では１０^-3［Ｐａ］から１０^-2［Ｐａ］の圧力範囲で行うことが多いが、第１のガスパイプ４をアンテナとして用いたプラズマ発生部はそれらの圧力範囲でもプラズマを発生することが可能である。よって、蒸着材料がプラズマにより活性化され基材９への着力向上や膜の緻密化が実現できる。また、第１のガスパイプ４のアンテナが共振することでマイクロ波プラズマを安定に発生させるので、これにより発生したプラズマが、電子ビーム蒸発式の蒸発源１４のルツボの帯電を緩和し、蒸発源１４のルツボからの電子ビームの反射電子や散乱電子が基材９に入射して帯電させる帯電障害を緩和させる効果がある。

ここで挙げられる反応性ガスは、各種化合物を組成できるガスであり、具体的には、酸素、アンモニアなどの活性ガスである。例えば、酸素は反応性ガスとして金属蒸気から金属酸化物の膜を作成することができ、アンモニアやプラズマにより活性化された窒素からは窒化物の膜が作成することができる。具体的には、蒸発源１４に設置した金属アルミニウムを電子ビーム加熱法によって蒸発させアルミニウム蒸気を発生させ、その蒸気中に酸素を吹付け、酸素を酸素プラズマにすることで、酸素プラズマのアシストによって高品質な酸化アルミニウム膜を作成することができる。ここで言う高品質は、ガスバリア性の高いということである。

図４のように、第２のガスパイプ１３を基材９の下に、蒸発源１４の上に設置する。この第２のガスパイプ１３には、反応性ガスを真空容器８中へ導入する孔を設ける。蒸発源
１４上に設置した第２のガスパイプ１３の孔を蒸発粒子が塞ぐことを防ぐために、防着シールド１２を設け、第２のガスパイプ１３の孔を防着シールド１２側、すなわち、下側に向ける。これによって、第２のガスパイプ１３の孔づまりを防ぎガスの流れを確保することができる。

マイクロ波ホーンアンテナ３は上向きに設置し、導波管１のマイクロ波の出口の誘電体２が蒸発源１４よりも下に位置するようにする。誘電体２を蒸発源１４よりも上に位置した場合、蒸発粒子が誘電体２に付着して蒸着膜を形成して導波管１から供給されるマイクロ波エネルギーの透過を妨害して損失させ、最悪の場合はマイクロ波を全反射してしまい真空容器８内に供給できない。そのため、誘電体２を蒸発源１４よりも下に位置するようにすることで、蒸発粒子の誘電体２への付着を防ぐことができる。

蒸気源１４から蒸発した蒸気中に第２のガスパイプ１３を設置し、第１のガスパイプ４よりも多くの酸素を導入することでより酸化を促進することができる。これにより蒸発粒子と反応性ガスが混合し、プラズマによりエネルギーが加わることでより活性化し反応性が向上する。

これまで説明をしたプラズマ発生部は真空容器８中でフィルム状の基材９をロールで送り出しロールで巻き取る巻取り式真空蒸着装置のアシスト源として利用することができる。この場合は、巻取りをおこなうためにフレキシブルな基材９が用いられ、ロール・トゥ・ロールによって大量生産に適するため、好ましい。その場合、適用するフレキシブルな基材９には特に制限はない。基材９の透明性を重視する場合でも、高分子透明プラスチックの基材９は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。また、基材９のフィルム厚みは限定するものではないが、用途に応じて、６μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。

以下に実施例を示す。
＜実施例１＞
マイクロ波は２．４５ＧＨｚの周波数を用い、導波管１はＥＩＡＪ形名ＷＲＪ−２（内径寸法１０９．２２×５４．６１ｍｍ）、整合器７は４Ｅチューナーを使用した。誘電体２は石英ガラス（１２０ｍｍ×９５ｍｍ厚さ３ｍｍ）を使用して、導波管１内の圧力を真空容器８よりも低くするためにターボポンプによって導波管１内の圧力を１０^-4［Ｐａ］付近とした。図１に概略の構成を示すように、マイクロ波ホーンアンテナ３内のガスパイプはＳＵＳ３１６製の３／８インチのパイプを用いて先端部分はＬ字となるように９０度曲げ加工をした。図２に示すように、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長λは１２２ｍｍであるので、石英ガラスの誘電体２からマイクロ波ホーンアンテナ３の第１のガスパイプ４の取り付け位置までのパイプ取り付け距離１０は、誘電体２からλ／２の６１ｍｍ離した。

図２および図３に示すように、マイクロ波ホーンアンテナ３の内壁からの第１のガスパイプ４の先端部までのパイプ長さ１１はλ／４の３１ｍｍに設定した。そして第１のガスパイプ４から酸素ガスを導入した。また、図４に真空容器８内の詳細な構成を示すように、蒸発源１４と基材９との間に第２のガスパイプ１３を設置し、第２のガスパイプ１３からも酸素ガスを導入した。この実施例１では、第１のガスパイプ４は、マイクロ波ホーンアンテナ３の内側に側壁の垂直に設置したが、第１のガスパイプ４を途中で折り曲げても良い。その場合も、マイクロ波ホーンアンテナ３の内壁からの第１のガスパイプの先端部までのパイプ長さ１１をλ／４にすることで、第１のガスパイプをマイクロ波に共振させることができる。

巻取り式真空蒸着装置を用い、基材９はＰＥＴフィルム（東レ社製Ｔ６０、２５μ厚）を用いた。電子ビーム加熱式蒸発を行う蒸発源１４を用い、蒸発源１４に蒸発対象物質として金属Ａｌのインゴット（純度９９．９％）を設置し反応性アシスト蒸着を行った。電子ビームの条件は、ビーム加速電圧４０ｋＶ、ビーム電流０．２８Ａとし、Ａｌインゴットに電子ビームを照射し、Ａｌ蒸気を発生させた。これにより基材９にＡｌ蒸着を行い、基材９の光線透過率が波長３８０ｎｍで４０％となる様にして、第１のガスパイプ４より酸素ガス５０［ｓｃｃｍ］を、第２のガスパイプ１３より酸素ガス２８０［ｓｃｃｍ］をそれぞれ導入した。（ここで、ｓｃｃｍは、standard cc/minであり、1 atm (大気圧 1,013hPa )、0 ℃で規格化された密度の気体を１０^-3リットル毎分供給する量を１単位にしてあらわす気体の供給量である。）これにより得られた真空容器８内の圧力は４．７×１０^-2［Ｐａ］であった。マイクロ波電力を１．０［ｋＷ］にすることでＡｌＯｘ成膜を行った。ＡｌＯｘ膜厚が２０ｎｍとなるように巻取り速度を変化させた。作成したＡｌＯｘ付きフィルムは酸素透過率（ＭＯＣＯＮ製、ＯＸ−ＴＲＡＮ２／２０による酸素透過率測定。測定条件３０℃７０％ＲＨ）、光線透過率（分光器使用、島津製作所製ＵＶ−３１００）、ＡｌＯｘ膜厚（Ｘ線反射率法、リガク製ＡＴＸ−Ｇ）を測定した。

＜比較例１＞
実施例１と同様に、マイクロ波電力を０［ｋＷ］とした以外は同条件でＡｌＯｘ付きのフィルムを作成し、実施例１と同様の評価をした。

＜比較例２＞
実施例１と同様に、第１のガスパイプ４の酸素流量を３００［ｓｃｃｍ］とし、第２のガスパイプ１３の酸素流量を０［ｓｃｃｍ］とした以外は同条件でＡｌＯｘ付きのフィルムを作成し、実施例１と同様の評価をした。

＜比較例３＞
実施例１と同様に、第１のガスパイプ４の酸素流量を０［ｓｃｃｍ］とし、第２のガスパイプ１３の酸素流量を３００［ｓｃｃｍ］とした以外は同条件でＡｌＯｘ付きのフィルムを作成し、実施例１と同様の評価をした。

これらの結果を表１に示す。比較例１はプラズマが無いためガスバリア性は低くなった。比較例２は、酸素ガスがプラズマ発生部には十分存在しているが、第２のガスパイプ１３から酸素ガスを供給しなかったことによりＡｌと反応する酸素が少なかったため光線透過率は低く黒ずんだ膜となった。比較例３はプラズマが発生したり消滅したりと不安定な状態だった。これは、第１のガスパイプ４に酸素ガスが供給されていないためと考えられる。実施例１では酸素透過率が低く、光線透過率も高くなったことから、ＡｌＯｘ膜のバリアが向上したといえる。プラズマを利用しなかった比較例１からもバリア性の差は明らかである。このことはプラズマアシストによって膜質が密に変化したことと、蒸発源１４での電子ビームによるバリア性の劣化要因である帯電障害を緩和したことの２つの要因が考えられるが、いずれにしろ、マイクロ波プラズマによる蒸着により基材９のガスバリア性が向上する効果があった。すなわち、実施例１により、第１のガスパイプ４からも第２のガスパイプ１３からも酸素ガスを供給し、第１のガスパイプ４を共振アンテナとしてマイクロ波プラズマを発生することにより基材９へ蒸着することにより基材９のガスバリア性を向上させる効果があった。

マイクロ波の波長に対して、広い空間があった場合に圧力変化があっても十分に安定したマイクロ波プラズマを発生させることができるため、マイクロ波ホーンアンテナ３と適切な長さのアンテナ兼ガスパイプの第１のガスパイプと、蒸発源１４上の第２のガスパイプの２つのガスパイプを使うことで磁場を発生させる大掛かり装備を不要とし、大規模な装置を用いずに、真空容器８内に、通常のプラズマを発生させる最適な圧力より低い圧力で安定なプラズマを発生しプラズマを維持できる。また、強力な磁場を用いないため電子ビーム加熱式蒸発を行う電子ビームの軌道が曲がる恐れが無いので、蒸発源１４の電子ビームの電流密度を高くして蒸発レートを高いままで基材９への反応性アシスト蒸着が可能となり、生産性が高く高品質な蒸着膜を基材９に形成することができる。

本発明のプラズマアシスト蒸着装置の全体の概略図である本発明のマイクロ波プラズマ発生部の側面の断面図である本発明のマイクロ波プラズマ発生部の正面図である本発明のプラズマアシスト蒸着装置の真空容器内の詳細な構成を示す図である

符号の説明

１・・導波管
２・・誘電体
３・・マイクロ波ホーンアンテナ
４・・第１のガスパイプ
５・・ガス導入口
６・・マイクロ波発振器
７・・整合器
８・・真空容器
９・・基材
１０・・パイプ取り付け距離
１１・・パイプ長さ
１２・・防着シールド
１３・・第２のガスパイプ
１４・・蒸発源

Claims

マイクロ波を伝播させる導波管を有し、前記導波管からマイクロ波を導入する真空容器を有し、前記導波管の出口を塞ぎ前記真空容器内の空間を前記導波管内の空間から隔離する誘電体を有し、前記誘電体の先に設置したマイクロ波ホーンアンテナを有し、前記ホーンアンテナの側壁を貫通して前記ホーンアンテナの内部に設置し前記マイクロ波に共振する長さを有する第１のガスパイプを有し、前記第１のガスパイプの先端のガス導入口からガスを前記マイクロ波ホーンアンテナ内に導入してプラズマを発生する機構を有し、前記真空容器内に設置した蒸発源を有し、前記蒸発源と蒸着対象の基材との間に設置した第２のガスパイプを有することを特徴とするプラズマアシスト蒸着装置。
前記マイクロ波の波長がλであるとき、前記第１のガスパイプの前記ホーンアンテナの側壁への設置位置を前記誘電体からλ／２のパイプ取り付け距離に設置し、前記第１のガスパイプの前記マイクロ波ホーンアンテナの内壁から先端部までのパイプ長さをλ／４にしたことを特徴とする請求項１記載のプラズマアシスト蒸着装置。
前記マイクロ波ホーンアンテナの形状が、前記導波管と同じ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマアシスト蒸着装置。
前記蒸発源が金属材料を蒸発させるものであり、前記金属材料の蒸気に、前記第１のガスパイプから酸素を供給して発生させた酸素プラズマに前記第２のガスパイプから酸素ガスを加えることで得た酸素プラズマを加えることで金属酸化物を得、前記金属酸化物を前記基材に成膜することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のプラズマアシスト蒸着装置。
マイクロ波を導波管に伝播させ、前記導波管からマイクロ波を真空容器に導入し、前記導波管のマイクロ波の出口を誘電体で塞ぐことで前記真空容器内の空間と前記導波管内の空間を隔離し、前記真空容器内の圧力をプラズマを発生させやすい圧力範囲内の圧力に設定し、前記導波管内の圧力を前記圧力範囲と異なる圧力に設定し、前記誘電体の先に設置したマイクロ波ホーンアンテナの側壁を貫通して前記ホーンアンテナの内部に前記マイクロ波に共振する長さの第１のガスパイプを設定し、前記第１のガスパイプの先端のガス導入口でプラズマを発生させ、前記真空容器内に蒸発源を設置し、前記蒸着源と蒸着対象の基材との間に第２のガスパイプを設置してガスを導入することを特徴とするプラズマアシスト蒸着方法。
前記マイクロ波の波長がλであるとき、前記第１のガスパイプの前記ホーンアンテナの側壁への設置位置を前記誘電体からλ／２のパイプ取り付け距離に設置し、前記第１のガスパイプの前記マイクロ波ホーンアンテナの内壁から先端部までのパイプ長さをλ／４にしたことを特徴とする請求項５記載のプラズマアシスト蒸着方法。
前記マイクロ波ホーンアンテナの形状が、前記導波管と同じ形状であることを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマアシスト蒸着方法。
前記蒸発源が金属材料を蒸発させるものであり、前記金属材料の蒸気に、前記第１のガスパイプから酸素を供給して発生させた酸素プラズマに前記第２のガスパイプから酸素ガスを加えることで得た酸素プラズマを加えることで金属酸化物を得、前記金属酸化物を前記基材に成膜することを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項記載のプラズマアシスト蒸着方法。