JP2014070236A - Magnetron sputter film deposition apparatus, magnetron sputter film deposition method, and film member manufactured using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低圧下で高密度のプラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置を用いたマグネトロンスパッタ成膜装置、マグネトロンスパッタ成膜方法、およびそれを用いて製造されるフィルム部材に関する。 The present invention relates to a magnetron sputtering film forming apparatus using a microwave plasma generating apparatus capable of generating high-density plasma under a low pressure, a magnetron sputtering film forming method, and a film member manufactured using the same.
機能性樹脂フィルムを用いたタッチパネル、有機EL(Electro Luminescence)デバイス、薄膜太陽電池等のフレキシブルエレクトロニクスの開発が進んでいる。機能性樹脂フィルムを用いた製品には、軽量、薄型、フレキシブルといった利点があるが、従来のガラス基板品と比較して、寿命が短いという課題もある。機能性樹脂フィルムは、基材の樹脂フィルムに機能性薄膜を積層して構成される。このため、空気中の酸素や水蒸気が、基材を通して機能性薄膜へ進入したり、基材に含まれるガスや揮発性成分がアウトガスとして出てくることにより、機能性薄膜が劣化しやすい。例えば、フレキシブル有機ELデバイスにおいて、空気中の酸素や水蒸気が、基材を通ってホール輸送層、電子輸送性発光層へ進入すると、ホール輸送層や電子輸送性発光層が劣化する。これにより、輝度が低下したり、発光しなくなるおそれがある。したがって、基材と陽極との間にガスバリア膜を介装させて、基材を通過した酸素や水蒸気が、ホール輸送層や電子輸送性発光層へ進入することを抑制している(例えば、特許文献1参照)。 Development of flexible electronics such as a touch panel using a functional resin film, an organic EL (Electro Luminescence) device, and a thin-film solar cell is progressing. A product using a functional resin film has advantages such as light weight, thinness, and flexibility, but also has a problem that its lifetime is shorter than that of a conventional glass substrate product. The functional resin film is configured by laminating a functional thin film on a base resin film. For this reason, the functional thin film is likely to be deteriorated when oxygen or water vapor in the air enters the functional thin film through the base material or gas or a volatile component contained in the base material comes out as an outgas. For example, in a flexible organic EL device, when oxygen or water vapor in the air enters the hole transport layer and the electron transporting light emitting layer through the substrate, the hole transport layer and the electron transporting light emitting layer are deteriorated. Thereby, there exists a possibility that a brightness | luminance may fall or it may stop light-emission. Therefore, a gas barrier film is interposed between the base material and the anode to prevent oxygen or water vapor that has passed through the base material from entering the hole transport layer or the electron transport light emitting layer (for example, patents). Reference 1).
ガスバリア膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜等が知られている。しかしながら、従来のガスバリア膜のガスバリア性(酸素、水蒸気およびアウトガスの低透過性)は、充分ではない。このため、機能性薄膜の劣化を抑制できていない。 As the gas barrier film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like is known. However, the gas barrier property (low permeability of oxygen, water vapor and outgas) of the conventional gas barrier film is not sufficient. For this reason, deterioration of the functional thin film cannot be suppressed.
通常、ガスバリア膜は、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)等により、形成される。スパッタによる成膜方法としては、二極スパッタ法や、マグネトロンスパッタ法等がある。なかでも、DC(直流)マグネトロンスパッタ法(DCパルス方式を含む)が、成膜速度等の観点から多用されている。しかし、DCマグネトロンスパッタ法には、ターゲットに一定の高電圧を印加しないと、プラズマが安定しなかったり、プラズマが生成しないという不具合がある。このため、通常は、ターゲットに数百ボルトの高電圧を印加する。印加電圧が高いと、ターゲットから、クラスター粒子のような粒子径の非常に大きな粒子が飛び出す頻度が高くなる。粒子径が大きく、そのばらつきも大きい粒子が基材に付着すると、形成される膜の表面に大きな凹凸が生じてしまう。ガスバリア膜の凹凸が大きいと、凹部に酸素や水分等が吸着したり、凸部に電解が集中することにより、機能性薄膜を劣化させてしまう。したがって、機能性樹脂フィルムにおいて、実用に耐えられる製品寿命を達成するためには、ガスバリア膜の性能の向上および表面の凹凸の低減が、極めて重要になる。 Usually, the gas barrier film is formed by sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like. Examples of the film forming method by sputtering include a bipolar sputtering method and a magnetron sputtering method. Among these, a DC (direct current) magnetron sputtering method (including a DC pulse method) is frequently used from the viewpoint of film formation speed and the like. However, the DC magnetron sputtering method has a problem that plasma is not stabilized or plasma is not generated unless a constant high voltage is applied to the target. For this reason, usually, a high voltage of several hundred volts is applied to the target. When the applied voltage is high, the frequency with which particles having a very large particle size such as cluster particles are ejected from the target increases. When particles having a large particle diameter and large variations adhere to the substrate, large irregularities are generated on the surface of the formed film. If the unevenness of the gas barrier film is large, oxygen, moisture or the like is adsorbed in the concave portion, or electrolysis concentrates on the convex portion, thereby deteriorating the functional thin film. Therefore, in order to achieve a product life that can withstand practical use in a functional resin film, it is extremely important to improve the performance of the gas barrier film and reduce the surface roughness.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ガスバリア性に優れ、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法を提供することを課題とする。また、ガスバリア性に優れ、表面の凹凸が小さいガスバリア膜を有するフィルム部材を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a magnetron sputter film forming apparatus and a magnetron sputter film forming method capable of forming a thin film having excellent gas barrier properties and small surface irregularities. Is an issue. It is another object of the present invention to provide a film member having a gas barrier film that has excellent gas barrier properties and small surface irregularities.
(1)上記課題を解決するため、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、基材と、該基材に対向する対向面を有するバッキングプレート、該対向面に配置されるターゲット、および該バッキングプレートを挟んで該ターゲットと反対側に配置される磁石部材を有するマグネトロンスパッタカソードと、該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射するマイクロ波プラズマ生成装置と、を備え、該ターゲットから飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、該マイクロ波プラズマ生成装置は、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、を備え、該基材と該ターゲットとの間のプラズマ密度は、該基材付近よりも該ターゲット付近で大きく、該ターゲットの表面において電子サイクロトロン共鳴(ECR)が生じることを特徴とする。 (1) In order to solve the above problems, a magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention includes a base material, a backing plate having a facing surface facing the base material, a target disposed on the facing surface, and the backing plate. A magnetron sputtering cathode having a magnet member disposed on the opposite side of the target across the substrate, and a microwave plasma generator for irradiating microwave plasma between the base material and the target, from the target A magnetron sputtering film forming apparatus for forming a thin film by attaching sputtered sputtered particles to the surface of the substrate, wherein the microwave plasma generating apparatus includes a rectangular waveguide for transmitting microwaves and the rectangular waveguide. A slot antenna having a slot disposed on one surface of the tube and through which the microwave passes, and the slot of the slot antenna. And a surface of the plasma generation region side is provided with a dielectric part parallel to the incident direction of the microwave incident from the slot, and the plasma density between the substrate and the target is The electron cyclotron resonance (ECR) occurs on the surface of the target that is larger in the vicinity of the target than in the vicinity of the substrate.
本発明者は、DCマグネトロンスパッタ法による成膜について鋭意研究を重ねた結果、マグネトロンスパッタを、マイクロ波プラズマを照射しながら行えば、ターゲットから飛び出した粒子にエネルギーを与えることにより、粒子径を微細化し、かつ整えることができるため、膜の表面の凹凸を小さくできるという見地に至った。しかしながら、通常、マグネトロンスパッタは、不純物の侵入を抑制して膜質を維持するために、マグネトロンプラズマ(マグネトロン放電で生成するプラズマ)が安定な一定の低圧下で行われる。成膜時の圧力としては、0.5〜1.0Pa程度が望ましい。一方、一般的なマイクロ波プラズマ生成装置は、5Pa以上の比較的高圧下でマイクロ波プラズマを生成する(例えば、特許文献2参照)。このため、従来のマイクロ波プラズマ生成装置を用いた場合、マグネトロンスパッタを行う1Pa以下の低圧下では、マイクロ波プラズマを生成することが難しい。この理由は、次のように考えられる。 As a result of intensive research on film formation by the DC magnetron sputtering method, the present inventor found that if magnetron sputtering is performed while irradiating with microwave plasma, the particle diameter is reduced by applying energy to the particles ejected from the target. It was possible to reduce the unevenness on the surface of the film. However, in general, magnetron sputtering is performed under a constant low pressure in which magnetron plasma (plasma generated by magnetron discharge) is stable in order to suppress intrusion of impurities and maintain film quality. The pressure during film formation is preferably about 0.5 to 1.0 Pa. On the other hand, a general microwave plasma generation apparatus generates microwave plasma under a relatively high pressure of 5 Pa or more (see, for example, Patent Document 2). For this reason, when a conventional microwave plasma generator is used, it is difficult to generate microwave plasma under a low pressure of 1 Pa or less in which magnetron sputtering is performed. The reason is considered as follows.
図12に、従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。図12に示すように、マイクロ波プラズマ生成部9は、導波管90と、スロットアンテナ91と、誘電体部92と、を有している。スロットアンテナ91は、導波管90の前方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ91は、導波管90の前壁を形成している。スロットアンテナ91には、複数の長孔状のスロット910が形成されている。誘電体部92は、スロット910を覆うように、スロットアンテナ91の前面(チャンバー側)に配置されている。導波管90の右端から伝送されたマイクロ波は、図中前後方向の白抜き矢印Y1で示すように、スロット910を通過して、誘電体部92に入射する。誘電体部92に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Y2で示すように、誘電体部92の前面920に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマPが生成される。 FIG. 12 is a perspective view of a microwave plasma generation unit in a conventional microwave plasma generation apparatus. As illustrated in FIG. 12, the microwave plasma generation unit 9 includes a waveguide 90, a slot antenna 91, and a dielectric unit 92. The slot antenna 91 is disposed so as to close the front opening of the waveguide 90. That is, the slot antenna 91 forms the front wall of the waveguide 90. The slot antenna 91 is formed with a plurality of slot-like slots 910. The dielectric portion 92 is disposed on the front surface (chamber side) of the slot antenna 91 so as to cover the slot 910. The microwave transmitted from the right end of the waveguide 90 passes through the slot 910 and is incident on the dielectric portion 92 as indicated by a white arrow Y1 in the front-rear direction in the drawing. The microwave incident on the dielectric portion 92 propagates along the front surface 920 of the dielectric portion 92 as indicated by the white arrow Y2 in the left-right direction in the drawing. Thereby, the microwave plasma P is generated.
ここで、スロット910から誘電体部92へ入射するマイクロ波の入射方向(矢印Y1)と、誘電体部92の前面920と、は直交する。このため、誘電体部92に入射したマイクロ波は、生成したマイクロ波プラズマPに遮られ、進行方向を90°変えて、誘電体部92の前面920を伝播する(矢印Y2)。このように、生成したマイクロ波プラズマPに対して垂直にマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマPに伝播しにくい。このため、低圧下でのプラズマ生成が難しいと考えられる。 Here, the incident direction (arrow Y1) of the microwave that enters the dielectric portion 92 from the slot 910 and the front surface 920 of the dielectric portion 92 are orthogonal to each other. For this reason, the microwave incident on the dielectric part 92 is blocked by the generated microwave plasma P and propagates through the front surface 920 of the dielectric part 92 by changing the traveling direction by 90 ° (arrow Y2). As described above, since the microwave is perpendicularly incident on the generated microwave plasma P, the microwave that is the plasma source is difficult to propagate to the microwave plasma P. For this reason, it is considered that plasma generation under low pressure is difficult.
そこで、本発明者は、生成するマイクロ波プラズマに対するマイクロ波の入射方向に着目し、1Pa以下の低圧下でもマイクロ波プラズマを生成することができるマイクロ波プラズマ生成装置を開発した。図4に、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。図4は、マイクロ波プラズマ生成部の一実施形態を示す図である。図4は、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を、何ら限定するものではない。 In view of this, the present inventor has focused on the incident direction of the microwave with respect to the generated microwave plasma, and has developed a microwave plasma generating apparatus capable of generating microwave plasma even under a low pressure of 1 Pa or less. FIG. 4 is a perspective view of a microwave plasma generation unit in the microwave plasma generation apparatus of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a microwave plasma generation unit. FIG. 4 is not intended to limit the microwave plasma generation apparatus of the present invention.
図4に示すように、マイクロ波プラズマ生成部40は、導波管41と、スロットアンテナ42と、誘電体部43と、誘電体部固定板44と、を有している。導波管41の左端後方には、マイクロ波を伝送する管体部51が接続されている。スロットアンテナ42は、導波管41の上方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ42は、導波管41の上壁を形成している。スロットアンテナ42には、複数の長孔状のスロット420が形成されている。誘電体部43は、スロット420を覆うように、スロットアンテナ42の上面に配置されている。 As shown in FIG. 4, the microwave plasma generation unit 40 includes a waveguide 41, a slot antenna 42, a dielectric part 43, and a dielectric part fixing plate 44. A tubular body 51 that transmits microwaves is connected to the left end of the waveguide 41. The slot antenna 42 is disposed so as to close the upper opening of the waveguide 41. That is, the slot antenna 42 forms the upper wall of the waveguide 41. The slot antenna 42 is formed with a plurality of slots 420 having a long hole shape. The dielectric portion 43 is disposed on the upper surface of the slot antenna 42 so as to cover the slot 420.
管体部51から伝送されたマイクロ波は、図中上下方向の白抜き矢印Y1で示すように、スロット420を通過して、誘電体部43に入射する。誘電体部43に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Y2で示すように、主に誘電体部43の前面430に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマP1が生成される。ここで、スロット420から誘電体部43に入射するマイクロ波の入射方向は、誘電体部43の前面430(プラズマ生成領域側の表面)に平行である。生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマP1に伝播しやすい。このため、1Pa以下の低圧下においてもプラズマ生成が可能になると考えられる。 The microwave transmitted from the tube part 51 passes through the slot 420 and enters the dielectric part 43 as indicated by the vertical arrow Y1 in the vertical direction in the drawing. The microwave incident on the dielectric portion 43 propagates mainly along the front surface 430 of the dielectric portion 43 as indicated by the white arrow Y2 in the left-right direction in the drawing. Thereby, the microwave plasma P1 is generated. Here, the incident direction of the microwave incident on the dielectric part 43 from the slot 420 is parallel to the front surface 430 (surface on the plasma generation region side) of the dielectric part 43. Since the microwave is incident along the generated microwave plasma, the microwave that is the plasma source easily propagates to the microwave plasma P1. For this reason, it is considered that plasma can be generated even under a low pressure of 1 Pa or less.
このように、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させることにより、1Pa以下の低圧下においても、マイクロ波プラズマを生成することができる。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を用いると、低圧下でマイクロ波プラズマを照射しながら、マグネトロンスパッタによる成膜を行うことが可能になる。これにより、印加電圧を下げることができるため、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しが、抑制される。また、低圧下でマグネトロンスパッタを行うことにより、不純物の侵入を抑制すると共に、ターゲット粒子の平均自由行程を長くすることができる。これにより、形成される薄膜の膜質が向上する。 As described above, according to the microwave plasma generation apparatus of the present invention, microwave plasma can be generated even under a low pressure of 1 Pa or less by making the microwave incident along the generated microwave plasma. Therefore, when the microwave plasma generation apparatus of the present invention is used, film formation by magnetron sputtering can be performed while irradiating microwave plasma under a low pressure. Thereby, since an applied voltage can be lowered | hung, the jumping out from the target of a particle | grain with a large particle diameter like a cluster particle is suppressed. Further, by performing magnetron sputtering under a low pressure, it is possible to suppress the intrusion of impurities and to increase the mean free path of the target particles. Thereby, the film quality of the formed thin film improves.
また、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、基材付近のプラズマ密度よりも、ターゲット付近のプラズマ密度が大きく、ターゲットの表面において電子サイクロトロン共鳴(ECR)が生じる。また、マイクロ波プラズマをターゲット上に照射することにより、ターゲット表面の電子密度が高くなる。ターゲット表面にECRを生成させることにより、ターゲット表面の電子密度が高くなると共に電子の運動エネルギーが大きくなり、スパッタエネルギーが大きくなる。これにより、ターゲットから飛び出すスパッタ粒子の数が増え、粒子径も大きくなる。その結果、成膜速度が大きくなる。そして、生成したスパッタ粒子は、基材とターゲットとの間に照射されるマイクロ波プラズマにより、微細化され、粒子径が整い、比較的平坦な膜となる。したがって、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い薄膜を高速に形成することができる。また、ターゲット表面にECRが生成しない場合と比較して、スパッタエネルギーが大きくなるため、成膜速度が格段に大きくなる。また、ターゲット付近よりも基材付近のプラズマ密度を小さくすることで、プラズマによる基材の損傷を小さくして、基材の熱変形等を抑制することができる。 Further, according to the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention, the plasma density near the target is larger than the plasma density near the substrate, and electron cyclotron resonance (ECR) occurs on the surface of the target. Further, by irradiating the target with microwave plasma, the electron density on the target surface is increased. By generating ECR on the target surface, the electron density on the target surface increases and the kinetic energy of electrons increases, resulting in an increase in sputtering energy. As a result, the number of sputtered particles jumping out of the target increases, and the particle size also increases. As a result, the film forming speed increases. And the sputtered particle | grains produced | generated are refined | miniaturized by the microwave plasma irradiated between a base material and a target, a particle diameter is adjusted, and it becomes a comparatively flat film | membrane. Therefore, according to the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention, it is possible to form a thin film with high density, small unevenness, and extremely high gas barrier properties at high speed. In addition, since the sputtering energy is higher than when no ECR is generated on the target surface, the deposition rate is significantly increased. Moreover, by making the plasma density near the base material smaller than the vicinity of the target, damage to the base material due to plasma can be reduced, and thermal deformation of the base material can be suppressed.
(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記マイクロ波プラズマ生成装置は、さらに、前記誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、該支持板の裏面に配置され前記プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、を備え、該誘電体部から該磁場中に伝播する前記マイクロ波によりECRを発生させながらマイクロ波プラズマを照射する構成とする方がよい。 (2) Preferably, in the configuration of the above (1), the microwave plasma generation device is further disposed on the back surface of the dielectric portion and supports the dielectric portion, and on the back surface of the support plate. And a permanent magnet that forms a magnetic field in the plasma generation region, and is preferably configured to irradiate microwave plasma while generating ECR from the microwave propagating into the magnetic field from the dielectric portion. .
本構成のマイクロ波プラズマ生成装置においては、プラズマ生成領域側の面を「表面」とし、表面に背向する面を「裏面」と称する。本構成においては、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させる(上記(1)の構成)と共に、ECRを発生させながらマイクロ波プラズマを照射する。以下に、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の一例を説明する。 In the microwave plasma generation apparatus of this configuration, the surface on the plasma generation region side is referred to as “front surface”, and the surface facing away from the surface is referred to as “back surface”. In this configuration, microwaves are incident along the generated microwave plasma (configuration (1) above), and microwave plasma is irradiated while generating ECR. Below, an example of the microwave plasma production | generation part in the microwave plasma production | generation apparatus of this structure is demonstrated.
図5に、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。図5中、図4と対応する部材は、同じ符号で示す。図5は、マイクロ波プラズマ生成部の一実施形態を示す図である(後述する実施形態参照)。説明の便宜上、ここでは、後述する実施形態において誘電体部の表面側に配置されるスリット板を、省略して示す。図5は、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を、何ら限定するものではない。 FIG. 5 is a perspective view of a microwave plasma generation unit in the microwave plasma generation apparatus of this configuration. In FIG. 5, the members corresponding to those in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a microwave plasma generation unit (see the embodiment described later). For convenience of explanation, here, a slit plate disposed on the surface side of the dielectric portion in the embodiment described later is omitted. FIG. 5 is not intended to limit the microwave plasma generation apparatus of the present invention.
図5に示すように、マイクロ波プラズマ生成部40は、導波管41と、スロットアンテナ42と、誘電体部43と、支持板45と、永久磁石46と、を有している。誘電体部43の後方には、支持板45を介して、永久磁石46が八個配置されている。八個の永久磁石46は、いずれも前側がN極、後側がS極である。各々の永久磁石46から前方に向かって、磁力線Mが生じている。これにより、誘電体部43の前方(プラズマ生成領域)には、磁場が形成されている。 As shown in FIG. 5, the microwave plasma generation unit 40 includes a waveguide 41, a slot antenna 42, a dielectric part 43, a support plate 45, and a permanent magnet 46. Eight permanent magnets 46 are arranged behind the dielectric part 43 via a support plate 45. Each of the eight permanent magnets 46 has an N pole on the front side and an S pole on the rear side. Magnetic field lines M are generated from each permanent magnet 46 toward the front. Thereby, a magnetic field is formed in front of the dielectric part 43 (plasma generation region).
生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数ωceに従って、磁力線M方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波と呼ばれる右回りの円偏波を励起する。電子サイクロトロン波が前方に伝播し、その角周波数ωがサイクロトロン角周波数ωceに一致すると、電子サイクロトロン波が減衰し、波動エネルギーが電子に吸収される。すなわち、ECRが生じる。例えば、マイクロ波の周波数が2.45GHzの場合、磁束密度87.5mTで、ECRが生じる。ECRによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Mに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ECRにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、誘電体部43の前方に、高密度のECRプラズマP1ECRが生成される。 Electrons in the generated microwave plasma perform a clockwise turning motion with respect to the direction of the magnetic force line M in accordance with the cyclotron angular frequency ωce . On the other hand, the microwave propagating in the microwave plasma excites a clockwise circular polarization called an electron cyclotron wave. When the electron cyclotron wave propagates forward and its angular frequency ω matches the cyclotron angular frequency ω ce , the electron cyclotron wave is attenuated and wave energy is absorbed by the electrons. That is, ECR occurs. For example, when the frequency of the microwave is 2.45 GHz, ECR occurs at a magnetic flux density of 87.5 mT. Electrons whose energy has been increased by ECR collide with surrounding neutral particles while being restrained by the magnetic lines of force M. Thereby, neutral particles are ionized one after another. Electrons generated by ionization are also accelerated by ECR and further ionize neutral particles. In this way, high-density ECR plasma P1 ECR is generated in front of the dielectric portion 43.
このように、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ECRを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、1Pa以下の低圧下、さらには0.01Pa以下の極低圧下においても、プラズマを生成することができる。したがって、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置を用いると、低圧下あるいは極低圧下でECRプラズマを照射しながら、マグネトロンスパッタによる成膜を行うことが可能になる。これにより、ターゲット表面のプラズマ密度を高めることができる。また、ターゲットから飛び出したスパッタ粒子は、基材とターゲットとの間に照射される高密度のECRプラズマにより、微細化される。したがって、本構成のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、より緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い薄膜を形成することができる。 As described above, according to the microwave plasma generation apparatus of the present configuration, the microwave is incident along the generated microwave plasma and the plasma density is increased by using the ECR. Can generate plasma even under an extremely low pressure of 0.01 Pa or less. Therefore, when the microwave plasma generating apparatus having this configuration is used, it is possible to perform film formation by magnetron sputtering while irradiating ECR plasma under low pressure or extremely low pressure. Thereby, the plasma density of the target surface can be increased. The sputtered particles that have jumped out of the target are refined by high-density ECR plasma that is irradiated between the base material and the target. Therefore, according to the magnetron sputtering film forming apparatus of this configuration, it is possible to form a thin film with higher density, less unevenness, and extremely high gas barrier properties.
なお、上記特許文献3には、マイクロ波によりECRを発生させるマイクロ波プラズマ生成装置が開示されている。特許文献3のマイクロ波プラズマ生成装置においては、空芯コイルにより磁場を形成している。しかしながら、空芯コイルを用いると、コイル径等に規制されるため、長尺状の広範囲にプラズマを生成することができない。この点、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置によると、長尺状の矩形導波管を用いて、長手方向にスロットを配置することにより、長尺状のECRプラズマを生成することができる。したがって、マグネトロンスパッタ成膜装置に組み込むことにより、大面積の薄膜を形成することができる。 Note that Patent Document 3 discloses a microwave plasma generation apparatus that generates ECR by microwaves. In the microwave plasma generator of Patent Document 3, a magnetic field is formed by an air-core coil. However, if an air-core coil is used, it is restricted by the coil diameter or the like, and thus plasma cannot be generated over a long and wide area. In this regard, according to the microwave plasma generation apparatus of this configuration, a long ECR plasma can be generated by arranging slots in the longitudinal direction using a long rectangular waveguide. Therefore, a large-area thin film can be formed by incorporating it into a magnetron sputtering film forming apparatus.
また、上記特許文献4には、ECRを利用したマグネトロンスパッタ成膜装置が開示されている。特許文献4のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、成膜する基材の裏側に、磁石を配置して、基材の表面近傍にECRプラズマを生成している。しかしながら、基材の裏側に磁石を配置すると、形成される薄膜の厚さにばらつきが生じやすい。加えて、薄膜が着色しやすいという問題もある。また、特許文献4のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ヘリカルアンテナからマイクロ波を放射している。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しにくい。また、磁場による、アンテナからプラズマ生成領域への指向性もない。さらに、ターゲット付近のプラズマ密度を大きくすることができないため、ターゲットの表面にECRは生じない。 Further, Patent Document 4 discloses a magnetron sputtering film forming apparatus using ECR. In the magnetron sputtering film forming apparatus of Patent Document 4, a magnet is disposed on the back side of a base material to be formed, and ECR plasma is generated near the surface of the base material. However, if a magnet is disposed on the back side of the base material, the thickness of the thin film formed tends to vary. In addition, there is a problem that the thin film is easily colored. Moreover, in the magnetron sputter film-forming apparatus of patent document 4, the microwave is radiated | emitted from the helical antenna. For this reason, it is difficult for the microwave to propagate uniformly throughout the plasma generation region. In addition, there is no directivity from the antenna to the plasma generation region due to the magnetic field. Furthermore, since the plasma density in the vicinity of the target cannot be increased, no ECR occurs on the surface of the target.
この点、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置においては、誘電体部の裏面側に永久磁石を配置して、マイクロ波を誘電体部の表面に沿って伝播させる。つまり、基材の近傍には、永久磁石を配置しない。したがって、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置により形成される薄膜においては、厚さのばらつきや着色の問題は生じにくい。 In this regard, in the microwave plasma generation apparatus of the present invention, a permanent magnet is disposed on the back surface side of the dielectric portion, and the microwave is propagated along the surface of the dielectric portion. That is, no permanent magnet is disposed in the vicinity of the base material. Therefore, in the thin film formed by the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention, thickness variations and coloring problems are unlikely to occur.
(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に次式(I)を満たす磁場を形成する構成とする方がよい。
B≧f・2πm/e ・・・(I)
[B:磁束密度(T)、f:マイクロ波の周波数(Hz)、m:電子の質量(kg)、e:電子の電荷(C)]
本構成によると、ターゲットの表面において、確実にECRを生成することができる。
(3) Preferably, in the configuration of the above (1) or (2), the magnet member may be configured to form a magnetic field satisfying the following formula (I) on the surface of the target.
B ≧ f · 2πm / e (I)
[B: magnetic flux density (T), f: microwave frequency (Hz), m: electron mass (kg), e: electron charge (C)]
According to this configuration, ECR can be reliably generated on the surface of the target.
(4)好ましくは、上記(3)の構成において、前記マイクロ波の周波数が2.45GHzの場合、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に磁束密度が87.5mT以上の磁場を形成する構成とする方がよい。 (4) Preferably, in the configuration of (3) above, when the frequency of the microwave is 2.45 GHz, the magnet member forms a magnetic field having a magnetic flux density of 87.5 mT or more on the surface of the target. Better to do.
マイクロ波の周波数が2.45GHzの場合、上記式(I)を満足する磁束密度は、87.5mT以上になる。したがって、本構成によると、ターゲットの表面において、確実にECRを生成することができる。 When the frequency of the microwave is 2.45 GHz, the magnetic flux density that satisfies the above formula (I) is 87.5 mT or more. Therefore, according to this configuration, ECR can be reliably generated on the surface of the target.
(5)好ましくは、上記(1)ないし(4)のいずれかの構成において、前記スロットアンテナは、前記矩形導波管のH面に配置される構成とする方がよい。 (5) Preferably, in any one of the configurations (1) to (4), the slot antenna is configured to be disposed on the H surface of the rectangular waveguide.
スロットアンテナには、スロットが形成される。矩形導波管のE面にスロットを設けても、マイクロ波放射エネルギーの制御が難しい。本構成によると、矩形導波管のH面の特定位置にスロットが設けられるため、マイクロ波放射エネルギーの制御がしやすく、高密度のプラズマを生成することができる。 A slot is formed in the slot antenna. Even if a slot is provided on the E surface of the rectangular waveguide, it is difficult to control the microwave radiation energy. According to this configuration, since the slot is provided at a specific position on the H plane of the rectangular waveguide, the microwave radiation energy can be easily controlled, and high-density plasma can be generated.
(6)好ましくは、上記(1)ないし(5)のいずれかの構成において、前記マイクロ波プラズマ生成装置は、さらに、前記誘電体部の前記表面側に配置されスリットを有するスリット板を備え、該誘電体部の該表面で生成したマイクロ波プラズマは、該スリットを通過して照射される構成とする方がよい。 (6) Preferably, in any one of the configurations (1) to (5), the microwave plasma generation apparatus further includes a slit plate disposed on the surface side of the dielectric portion and having a slit, It is preferable that the microwave plasma generated on the surface of the dielectric portion is irradiated through the slit.
本構成によると、スリットの大きさや形成する位置を調整することにより、マイクロ波プラズマ(ECRプラズマを含む)の照射方向を調整することができる。すなわち、スリットの大きさや形成する位置を調整して、基材付近のプラズマ密度よりもターゲット付近のプラズマ密度が大きくなるように、マイクロ波プラズマを照射することができる。これにより、基材の熱変形等を抑制しつつ、ターゲットの表面に効率良くECRを生成することができる。 According to this configuration, the irradiation direction of microwave plasma (including ECR plasma) can be adjusted by adjusting the size of the slit and the position to be formed. That is, by adjusting the size of the slit and the position to be formed, the microwave plasma can be irradiated so that the plasma density near the target becomes larger than the plasma density near the substrate. Thereby, ECR can be efficiently generated on the surface of the target while suppressing thermal deformation or the like of the base material.
(7)好ましくは、上記(1)ないし(6)のいずれかの構成において、前記磁石部材は、前記バッキングプレートの中央部に配置される中央部磁石と、該中央部磁石を囲むように該バッキングプレートの周縁部に配置される周縁部磁石と、を有し、該中央部磁石のターゲット側端部の極性はN極であり、該周縁部磁石のターゲット側端部の極性はS極である構成とする方がよい。 (7) Preferably, in any one of the configurations (1) to (6), the magnet member includes a central magnet disposed in a central portion of the backing plate, and the central magnet so as to surround the central magnet. A peripheral magnet disposed on the peripheral edge of the backing plate, the polarity at the target side end of the central magnet is N pole, and the polarity at the target side end of the peripheral magnet is S pole It is better to have a configuration.
マイクロ波プラズマ生成装置から照射されるマイクロ波プラズマは、マグネトロンスパッタカソードに配置される磁石部材のS極に引きつけられる。マグネトロンスパッタカソードにおいて、周縁部磁石は、中央部磁石を囲むように配置される。このため、周縁部磁石の方が、中央部磁石よりも、マイクロ波プラズマ生成装置に近い。ここで、マイクロ波プラズマは、ターゲット表面近傍に照射される。したがって、周縁部磁石のターゲット側端部の極性をS極にすると、マイクロ波プラズマをターゲット方向に引き寄せやすくなり、ターゲット表面におけるECRの生成を促進することができる。 The microwave plasma irradiated from the microwave plasma generator is attracted to the south pole of the magnet member disposed on the magnetron sputter cathode. In the magnetron sputtering cathode, the peripheral magnet is disposed so as to surround the central magnet. For this reason, the peripheral magnet is closer to the microwave plasma generator than the central magnet. Here, the microwave plasma is irradiated near the target surface. Therefore, when the polarity at the end on the target side of the peripheral magnet is the S pole, the microwave plasma can be easily attracted toward the target, and the generation of ECR on the target surface can be promoted.
(8)好ましくは、上記(1)ないし(7)のいずれかの構成において、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に平衡磁場を形成する構成とする方がよい。 (8) Preferably, in any one of the configurations (1) to (7), the magnet member may be configured to form an equilibrium magnetic field on the surface of the target.
磁石部材によりターゲット表面に形成される磁場は、平衡状態でも非平衡状態でもよい。平衡状態の場合、ターゲット表面で磁場が閉じているため、生成したプラズマは、ターゲット表面に留まりやすい。一方、非平衡状態の場合、磁力線の一部が基材の方向に延びることにより、ターゲット表面のプラズマが、磁力線に沿って基材近傍まで拡散しやすくなる。その結果、プラズマにより、基材が損傷を受けるおそれがある。この点、本構成によると、プラズマによる基材の損傷を小さくして、基材の熱変形等を抑制することができる。 The magnetic field formed on the target surface by the magnet member may be in an equilibrium state or a non-equilibrium state. In the equilibrium state, since the magnetic field is closed on the target surface, the generated plasma tends to stay on the target surface. On the other hand, in the non-equilibrium state, part of the magnetic lines of force extend in the direction of the base material, so that the plasma on the target surface easily diffuses to the vicinity of the base material along the magnetic field lines. As a result, the substrate may be damaged by the plasma. In this respect, according to the present configuration, damage to the base material due to plasma can be reduced, and thermal deformation or the like of the base material can be suppressed.
(9)好ましくは、上記(1)ないし(8)のいずれかの構成において、前記基材への成膜は、0.01Pa以上5Pa以下の圧力下で行われる構成とする方がよい。 (9) Preferably, in any one of the configurations (1) to (8), the film formation on the base material is performed under a pressure of 0.01 Pa to 5 Pa.
上述したように、マイクロ波プラズマ生成装置によると、1Pa以下の低圧下でも安定したプラズマを生成することができる。また、マイクロ波プラズマを照射することにより、ターゲット近傍の強磁場中においても、低圧下で安定したプラズマが生成される。後の実施例で示すように、低圧下でスパッタ成膜を行うことにより、ガスバリア性が高い薄膜を、大きな成膜速度で形成することができる。 As described above, the microwave plasma generation apparatus can generate stable plasma even under a low pressure of 1 Pa or less. In addition, by irradiating microwave plasma, stable plasma is generated under a low pressure even in a strong magnetic field near the target. As shown in a later example, a thin film having a high gas barrier property can be formed at a high film formation rate by performing sputter film formation under a low pressure.
(10)本発明のマグネトロンスパッタ成膜方法は、上記(1)ないし(9)のいずれかの構成のマグネトロンスパッタ成膜装置を用い、該マグネトロンスパッタ成膜装置のチャンバー内を所定の真空度に保持する減圧工程と、該チャンバー内にガスを導入し、所定の圧力下で、前記ターゲットの表面に生成されるECRプラズマで該ターゲットをスパッタすることにより、前記基材の表面に薄膜を形成する成膜工程と、を有することを特徴とする。 (10) The magnetron sputtering film forming method of the present invention uses the magnetron sputtering film forming apparatus having any one of the constitutions (1) to (9), and the inside of the chamber of the magnetron sputter film forming apparatus has a predetermined degree of vacuum. A thin film is formed on the surface of the substrate by introducing a gas into the chamber and sputtering the target with ECR plasma generated on the surface of the target under a predetermined pressure. And a film forming step.
本発明のマグネトロンスパッタ成膜方法によると、ターゲット表面にECRを生成させて、ECRプラズマでターゲットをスパッタすることにより、緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い薄膜を形成することができる。また、ターゲット表面にECRが生成しない場合と比較して、スパッタエネルギーが大きくなるため、ガスバリア性が高い薄膜を、大きな成膜速度で形成することができる。また、ターゲット付近よりも基材付近のプラズマ密度が小さいため、プラズマによる基材の損傷を小さくして、基材の熱変形等を抑制することができる。 According to the magnetron sputtering film forming method of the present invention, by forming ECR on the target surface and sputtering the target with ECR plasma, it is possible to form a thin film with high density, small unevenness, and extremely high gas barrier properties. In addition, since the sputtering energy is higher than when no ECR is generated on the target surface, a thin film with high gas barrier properties can be formed at a high deposition rate. Further, since the plasma density in the vicinity of the base material is smaller than that in the vicinity of the target, damage to the base material due to plasma can be reduced, and thermal deformation of the base material can be suppressed.
(11)本発明のフィルム部材は、樹脂フィルムからなる基材と、該基材の表裏少なくとも一方側に配置されるガスバリア膜と、を有し、該ガスバリア膜は、上記(10)の構成のマグネトロンスパッタ成膜方法により形成されることを特徴とする。 (11) The film member of the present invention has a base material made of a resin film and a gas barrier film disposed on at least one side of the base material, and the gas barrier film has the structure of (10) above. It is formed by a magnetron sputtering film forming method.
本発明のフィルム部材は、ガスバリア性に優れ、表面の凹凸が小さい。したがって、本発明のフィルム部材を用いると、例えば有機ELデバイスにおいて、ホール輸送層や電子輸送性発光層への酸素、水蒸気およびアウトガスの進入を、抑制することができる。また、表面の凹凸が少ないため、電解の集中等が生じにくく、ホール輸送層や電子輸送性発光層の劣化を抑制することができる。その結果、製品寿命を延ばすことができる。 The film member of the present invention has excellent gas barrier properties and small surface irregularities. Therefore, when the film member of the present invention is used, for example, in an organic EL device, entry of oxygen, water vapor, and outgas to the hole transport layer and the electron transporting light emitting layer can be suppressed. Moreover, since there are few surface unevenness | corrugations, the concentration of electrolysis etc. is hard to produce, and deterioration of a hole transport layer or an electron transport light emitting layer can be suppressed. As a result, the product life can be extended.
ガスバリア膜は、基材の表裏両側のうち、一方だけに配置されてもよく、両側に配置されてもよい。ガスバリア膜を基材の表裏両側に配置すると、酸素および水蒸気の低透過性を、より向上させることができる。例えば、基材の表裏両側にガスバリア膜を配置する場合には、基材の表面および裏面に対して、上記マグネトロンスパッタ成膜を各々一回ずつ行えばよい。また、基材とガスバリア膜との間には、中間層が配置されてもよい。 A gas barrier film | membrane may be arrange | positioned only at one among the front and back both sides of a base material, and may be arrange | positioned at both sides. When the gas barrier film is disposed on both the front and back sides of the substrate, the low permeability of oxygen and water vapor can be further improved. For example, when the gas barrier films are arranged on both the front and back sides of the substrate, the magnetron sputtering film formation may be performed once for each of the front and back surfaces of the substrate. An intermediate layer may be disposed between the base material and the gas barrier film.
以下、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置、マグネトロンスパッタ成膜方法、およびフィルム部材の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a magnetron sputtering film forming apparatus, a magnetron sputtering film forming method, and a film member of the present invention will be described.
<第一実施形態>
[マグネトロンスパッタ成膜装置]
まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の構成について説明する。図1に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図2に、同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図を示す。図3に、マグネトロンスパッタカソードにおける磁石部材の上面図を示す。前出図5に、マイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。説明の便宜上、各々の図面中、部材の厚さや長さを誇張して示す。また、図3においては、磁石部材にハッチングを施して示す。
<First embodiment>
[Magnetron sputtering deposition system]
First, the configuration of the magnetron sputtering film forming apparatus of this embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view in the left-right direction of the magnetron sputtering film forming apparatus of this embodiment. FIG. 2 shows a cross-sectional view in the front-rear direction of the magnetron sputtering film forming apparatus. FIG. 3 shows a top view of the magnet member in the magnetron sputtering cathode. FIG. 5 is a perspective view of a microwave plasma generation unit in the microwave plasma generation apparatus. For convenience of explanation, the thickness and length of members are exaggerated in each drawing. In FIG. 3, the magnet member is shown hatched.
図1、図2に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置1は、チャンバー8と、基材20と、基材支持部材21と、マグネトロンスパッタカソード3と、マイクロ波プラズマ生成装置4と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetron sputtering film forming apparatus 1 includes a chamber 8, a base material 20, a base material support member 21, a magnetron sputter cathode 3, and a microwave plasma generation device 4. ing.
チャンバー8は、アルミニウム製であって、直方体箱状を呈している。チャンバー8の左壁には、キャリアガス供給孔80が穿設されている。キャリアガス供給孔80には、アルゴン(Ar)ガスをチャンバー8内に供給するためのガス供給管(図略)の下流端が接続されている。チャンバー8の右壁には、第一ガス供給孔81および第二ガス供給孔82が穿設されている。第一ガス供給孔81には、窒素(N2)ガスをチャンバー8内に供給するためのガス供給管(図略)の下流端が接続されている。同様に、第二ガス供給孔82には、酸素(O2)ガスをチャンバー8内に供給するためのガス供給管(図略)の下流端が接続されている。チャンバー8の下壁には、排気孔83が穿設されている。排気孔83には、チャンバー8の内部のガスを排出するための真空排気装置(図略)が接続されている。 The chamber 8 is made of aluminum and has a rectangular parallelepiped box shape. A carrier gas supply hole 80 is formed in the left wall of the chamber 8. The carrier gas supply hole 80 is connected to a downstream end of a gas supply pipe (not shown) for supplying argon (Ar) gas into the chamber 8. A first gas supply hole 81 and a second gas supply hole 82 are formed in the right wall of the chamber 8. A downstream end of a gas supply pipe (not shown) for supplying nitrogen (N 2 ) gas into the chamber 8 is connected to the first gas supply hole 81. Similarly, a downstream end of a gas supply pipe (not shown) for supplying oxygen (O 2 ) gas into the chamber 8 is connected to the second gas supply hole 82. An exhaust hole 83 is formed in the lower wall of the chamber 8. A vacuum exhaust device (not shown) for exhausting the gas inside the chamber 8 is connected to the exhaust hole 83.
基材支持部材21は、テーブル部210と一対の脚部211とを有する。テーブル部210は、ステンレス鋼製であって、中空の長方形板状を呈している。テーブル部210の内部には、冷却液が充填されている。テーブル部210は、冷却液が循環することにより、冷却されている。一対の脚部211は、テーブル部210の上面に、左右方向に離間して配置されている。一対の脚部211は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。一対の脚部211の外周面は、絶縁層で被覆されている。テーブル部210は、一対の脚部211を介して、チャンバー8の上壁に取り付けられている。 The substrate support member 21 includes a table portion 210 and a pair of leg portions 211. The table part 210 is made of stainless steel and has a hollow rectangular plate shape. The table portion 210 is filled with a cooling liquid. The table unit 210 is cooled by circulating the coolant. The pair of leg portions 211 are arranged on the upper surface of the table portion 210 so as to be separated in the left-right direction. Each of the pair of leg portions 211 is made of stainless steel and has a cylindrical shape. The outer peripheral surfaces of the pair of leg portions 211 are covered with an insulating layer. The table part 210 is attached to the upper wall of the chamber 8 via a pair of leg parts 211.
基材20は、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムであり、長方形状を呈している。基材20は、テーブル部210の下面に貼り付けられている。 The substrate 20 is a polyethylene naphthalate (PEN) film and has a rectangular shape. The base material 20 is attached to the lower surface of the table unit 210.
マグネトロンスパッタカソード3は、ターゲット30と、バッキングプレート31と、磁石部材32と、ケース33と、アースシールド34と、を備えている。 The magnetron sputtering cathode 3 includes a target 30, a backing plate 31, a magnet member 32, a case 33, and an earth shield 34.
ケース33は、ステンレス鋼製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。ケース33の左右方向長さは1000mm、前後方向長さは100mmである。ケース33は、直流パルス電源35に接続されている。 The case 33 is made of stainless steel and has a rectangular parallelepiped box shape opening upward. The length of the case 33 in the left-right direction is 1000 mm, and the length in the front-rear direction is 100 mm. The case 33 is connected to a DC pulse power source 35.
バッキングプレート31は、銅製であって、長方形板状を呈している。バッキングプレート31の厚さは、10mmである。バッキングプレート31は、ケース33の上部開口を覆うように配置されている。バッキングプレート31の上面は、基材20に対向する対向面に含まれる。バッキングプレート31の下面には、磁石部材32の上端部が収容される溝部310が形成されている。溝部310の深さは、5mmである。 The backing plate 31 is made of copper and has a rectangular plate shape. The thickness of the backing plate 31 is 10 mm. The backing plate 31 is disposed so as to cover the upper opening of the case 33. The upper surface of the backing plate 31 is included in a facing surface that faces the substrate 20. On the lower surface of the backing plate 31, a groove portion 310 that accommodates the upper end portion of the magnet member 32 is formed. The depth of the groove part 310 is 5 mm.
ターゲット30は、アルミニウム製であり、長方形薄板状を呈している。ターゲット30の厚さは6mmである。ターゲット30は、バッキングプレート31の上面に配置されている。ターゲット30は、基材20と対向して配置されている。ターゲット30から基材20までの距離は、100mmである。 The target 30 is made of aluminum and has a rectangular thin plate shape. The thickness of the target 30 is 6 mm. The target 30 is disposed on the upper surface of the backing plate 31. The target 30 is disposed to face the base material 20. The distance from the target 30 to the base material 20 is 100 mm.
磁石部材32は、ケース33の内側に配置されている。磁石部材32は、図3に示すように、18個の中央部磁石320と、38個の周縁部磁石321と、を有している。中央部磁石320および周縁部磁石321は、いずれもネオジム磁石である。中央部磁石320は、各々、幅25mm、長さ50mm、厚さ30mmの直方体状を呈している。中央部磁石320は、ケース33の中央部において、左右方向に連なる直線状に配置されている。中央部磁石320の各々の上端部は、バッキングプレート31の下面に形成された溝部310に収容されている。中央部磁石320の上端部の極性はN極、下端部の極性はS極である。周縁部磁石321は、各々、幅15mm、長さ50mm、厚さ30mmの直方体状を呈している。周縁部磁石321は、ケース33の周縁部にリング状に配置されている。周縁部磁石321は、中央部磁石320を囲むように配置されている。周縁部磁石321の各々の上端部は、バッキングプレート31の下面に形成された溝部310に収容されている。周縁部磁石321の上端部の極性はS極、下端部の極性はN極である。 The magnet member 32 is disposed inside the case 33. As shown in FIG. 3, the magnet member 32 has 18 central magnets 320 and 38 peripheral magnets 321. The center magnet 320 and the peripheral magnet 321 are both neodymium magnets. Each of the central magnets 320 has a rectangular parallelepiped shape with a width of 25 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 30 mm. The center magnet 320 is arranged in a straight line extending in the left-right direction at the center of the case 33. Each upper end of the central magnet 320 is accommodated in a groove 310 formed on the lower surface of the backing plate 31. The polarity of the upper end of the central magnet 320 is N pole, and the polarity of the lower end is S pole. Each of the peripheral magnets 321 has a rectangular parallelepiped shape having a width of 15 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 30 mm. The peripheral portion magnet 321 is arranged in a ring shape on the peripheral portion of the case 33. The peripheral magnet 321 is disposed so as to surround the central magnet 320. Each upper end of the peripheral magnet 321 is accommodated in a groove 310 formed on the lower surface of the backing plate 31. The polarity of the upper end of the peripheral magnet 321 is the S pole, and the polarity of the lower end is the N pole.
中央部磁石320および周縁部磁石321により、ターゲット30の上面に平衡磁場M1が形成されている。ターゲット30の上面における磁束密度は、中央部が320mT、周縁部が190mTである。 An equilibrium magnetic field M <b> 1 is formed on the upper surface of the target 30 by the central magnet 320 and the peripheral magnet 321. The magnetic flux density on the upper surface of the target 30 is 320 mT at the center and 190 mT at the periphery.
アースシールド34は、ケース33、ターゲット30、およびバッキングプレート31の周囲を囲うように配置されている。ケース33の下面周縁部とチャンバー8の下壁との間には、アースシールド34が介在している。 The ground shield 34 is disposed so as to surround the case 33, the target 30, and the backing plate 31. An earth shield 34 is interposed between the lower peripheral edge of the case 33 and the lower wall of the chamber 8.
マイクロ波プラズマ生成装置4は、マイクロ波プラズマ生成部40と、マイクロ波伝送部50と、を備えている。マイクロ波伝送部50は、管体部51と、マイクロ波電源52と、マイクロ波発振器53と、アイソレータ54と、パワーモニタ55と、EH整合器56と、を有している。マイクロ波発振器53、アイソレータ54、パワーモニタ55、およびEH整合器56は、管体部51により連結されている。管体部51は、チャンバー8の後壁に穿設された導波孔を通って、マイクロ波プラズマ生成部40の導波管41の後側に接続されている。 The microwave plasma generation device 4 includes a microwave plasma generation unit 40 and a microwave transmission unit 50. The microwave transmission unit 50 includes a tube unit 51, a microwave power source 52, a microwave oscillator 53, an isolator 54, a power monitor 55, and an EH matching unit 56. The microwave oscillator 53, the isolator 54, the power monitor 55, and the EH matching unit 56 are connected by the tube part 51. The tube part 51 is connected to the rear side of the waveguide 41 of the microwave plasma generation part 40 through a waveguide hole formed in the rear wall of the chamber 8.
マイクロ波プラズマ生成部40は、導波管41と、スロットアンテナ42と、誘電体部43と、支持板45と、永久磁石46と、スリット板47と、を有している。図5に示すように、導波管41は、アルミニウム製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。導波管41は、左右方向に延在している。導波管41は、本発明における矩形導波管に含まれる。スロットアンテナ42は、アルミニウム製であって、長方形板状を呈している。スロットアンテナ42は、導波管41の開口部を上方から塞いでいる。すなわち、スロットアンテナ42は、導波管41の上壁を形成している。スロットアンテナ42は、導波管41のH面に配置されている。スロットアンテナ42には、スロット420が四つ形成されている。スロット420は、左右方向に延びる長孔状を呈している。スロット420は、電界が強い位置に配置されている。 The microwave plasma generation unit 40 includes a waveguide 41, a slot antenna 42, a dielectric part 43, a support plate 45, a permanent magnet 46, and a slit plate 47. As shown in FIG. 5, the waveguide 41 is made of aluminum and has a rectangular parallelepiped box shape opening upward. The waveguide 41 extends in the left-right direction. The waveguide 41 is included in the rectangular waveguide in the present invention. The slot antenna 42 is made of aluminum and has a rectangular plate shape. The slot antenna 42 closes the opening of the waveguide 41 from above. That is, the slot antenna 42 forms the upper wall of the waveguide 41. The slot antenna 42 is disposed on the H surface of the waveguide 41. Four slots 420 are formed in the slot antenna 42. The slot 420 has a long hole shape extending in the left-right direction. The slot 420 is disposed at a position where the electric field is strong.
誘電体部43は、石英製であって、直方体状を呈している。誘電体部43は、スロットアンテナ42の上面前側に配置されている。誘電体部43は、スロット420を上方から覆っている。前述したように、誘電体部43の前面430は、スロット420から入射するマイクロ波の入射方向Y1に対して平行に配置されている。前面430は、誘電体部におけるプラズマ生成領域側の表面に含まれる。 The dielectric portion 43 is made of quartz and has a rectangular parallelepiped shape. The dielectric part 43 is disposed on the front side of the upper surface of the slot antenna 42. The dielectric part 43 covers the slot 420 from above. As described above, the front surface 430 of the dielectric portion 43 is disposed in parallel to the incident direction Y1 of the microwave incident from the slot 420. The front surface 430 is included in the surface on the plasma generation region side in the dielectric portion.
支持板45は、ステンレス鋼製であって、平板状を呈している。支持板45は、スロットアンテナ42の上面において、誘電体部43の後面(裏面)に接するように配置されている。支持板45の内部には、冷媒通路450が形成されている。冷媒通路450は、左右方向に延在するU字状を呈している。冷媒通路450の右端は、冷却管451に接続されている。冷媒通路450は、冷却管451を介して、チャンバー8の外部において、熱交換器およびポンプ(共に図略)に接続されている。冷却液は、冷媒通路450→冷却管451→熱交換器→ポンプ→冷却管451→再び冷媒通路450という経路を循環している。冷却液の循環により、支持板45は冷却されている。 The support plate 45 is made of stainless steel and has a flat plate shape. The support plate 45 is disposed on the upper surface of the slot antenna 42 so as to be in contact with the rear surface (back surface) of the dielectric portion 43. A refrigerant passage 450 is formed inside the support plate 45. The refrigerant passage 450 has a U shape extending in the left-right direction. The right end of the refrigerant passage 450 is connected to the cooling pipe 451. The refrigerant passage 450 is connected to a heat exchanger and a pump (both not shown) outside the chamber 8 via a cooling pipe 451. The coolant circulates in the path of the refrigerant passage 450 → the cooling pipe 451 → the heat exchanger → the pump → the cooling pipe 451 → the refrigerant passage 450 again. The support plate 45 is cooled by the circulation of the coolant.
永久磁石46は、ネオジム磁石であり、直方体状を呈している。永久磁石46は、支持板45の後面(裏面)に八個配置されている。八個の永久磁石46は、左右方向に連続して直列に配置されている。八個の永久磁石46は、いずれも前側がN極、後側がS極である。各々の永久磁石46から前方に向かって、磁力線Mが生じている。これにより、誘電体部43の前方のプラズマ生成領域に、磁場が形成されている。 The permanent magnet 46 is a neodymium magnet and has a rectangular parallelepiped shape. Eight permanent magnets 46 are arranged on the rear surface (back surface) of the support plate 45. The eight permanent magnets 46 are arranged in series continuously in the left-right direction. Each of the eight permanent magnets 46 has an N pole on the front side and an S pole on the rear side. Magnetic field lines M are generated from each permanent magnet 46 toward the front. Thereby, a magnetic field is formed in the plasma generation region in front of the dielectric part 43.
スリット板47は、ステンレス鋼製であって、左右方向に延在する平板状を呈している。スリット板47は、誘電体部43の前方を覆うように、配置されている。スリット板47は、導波管41の前壁および取付部材48により、支持されている。スリット板47の中央付近には、左右方向に延びるスリット470が形成されている。スリット470は、幅25mmの長孔状を呈している。 The slit plate 47 is made of stainless steel and has a flat plate shape extending in the left-right direction. The slit plate 47 is disposed so as to cover the front of the dielectric portion 43. The slit plate 47 is supported by the front wall of the waveguide 41 and the mounting member 48. A slit 470 extending in the left-right direction is formed near the center of the slit plate 47. The slit 470 has a long hole shape with a width of 25 mm.
[マグネトロンスパッタ成膜方法]
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置1による成膜方法について説明する。本実施形態においては、PENフィルム(基材)の表面に、ガスバリア膜としての酸窒化アルミ膜(AlON膜)を成膜する。本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜方法は、減圧工程と成膜工程とを有している。減圧工程においては、真空排気装置(図略)を作動させて、チャンバー8の内部のガスを排気孔83から排出し、チャンバー8の内部を約0.008Paの減圧状態にする。
[Magnetron sputtering film forming method]
Next, a film forming method using the magnetron sputter film forming apparatus 1 will be described. In this embodiment, an aluminum oxynitride film (AlON film) as a gas barrier film is formed on the surface of the PEN film (base material). The magnetron sputtering film forming method of this embodiment includes a pressure reducing process and a film forming process. In the decompression step, a vacuum exhaust device (not shown) is operated to exhaust the gas inside the chamber 8 from the exhaust hole 83, and the inside of the chamber 8 is brought into a decompressed state of about 0.008 Pa.
成膜工程においては、まず、キャリアガスのArガスをチャンバー8内へ供給する。続いて、原料ガスのN2ガスをチャンバー8内へ供給する。これにより、チャンバー8内の圧力を、約0.4Paにする。また、必要に応じて、原料ガスのO2ガスをチャンバー8内へ供給する。 In the film forming process, first, Ar gas as a carrier gas is supplied into the chamber 8. Subsequently, N 2 gas as a source gas is supplied into the chamber 8. Thereby, the pressure in the chamber 8 is set to about 0.4 Pa. Further, O 2 gas as a raw material gas is supplied into the chamber 8 as necessary.
次に、マイクロ波電源52をオンにする。マイクロ波電源52をオンにすると、マイクロ波発振器53が、周波数2.45GHzのマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部51内を伝播する。ここで、アイソレータ54は、マイクロ波プラズマ生成部40から反射されたマイクロ波が、マイクロ波発振器53に戻るのを抑制する。パワーモニタ55は、発生したマイクロ波の出力と、反射したマイクロ波の出力と、をモニタリングする。EH整合器56は、マイクロ波の反射量を調整する。管体部51内を通過したマイクロ波は、導波管41の内部を伝播する。導波管41の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ42のスロット420に進入する。そして、図5中白抜き矢印Y1で示すように、スロット420を通過して、誘電体部43に入射する。誘電体部43に入射したマイクロ波は、同図中白抜き矢印Y2で示すように、主に誘電体部43の前面430に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、アルゴンガスが電離して、誘電体部43の前方にマイクロ波プラズマが生成される。生成したマイクロ波プラズマは、スリット470を通過して前方およびターゲット30方向に照射される。 Next, the microwave power source 52 is turned on. When the microwave power source 52 is turned on, the microwave oscillator 53 generates a microwave having a frequency of 2.45 GHz. The generated microwave propagates in the tubular body portion 51. Here, the isolator 54 suppresses the microwave reflected from the microwave plasma generation unit 40 from returning to the microwave oscillator 53. The power monitor 55 monitors the output of the generated microwave and the output of the reflected microwave. The EH matching device 56 adjusts the amount of reflected microwaves. The microwaves that have passed through the tube part 51 propagate inside the waveguide 41. The microwave propagating inside the waveguide 41 enters the slot 420 of the slot antenna 42. Then, as indicated by a hollow arrow Y1 in FIG. The microwave that has entered the dielectric portion 43 propagates mainly along the front surface 430 of the dielectric portion 43, as indicated by a hollow arrow Y2 in FIG. Due to the strong electric field of the microwave, the argon gas is ionized and a microwave plasma is generated in front of the dielectric portion 43. The generated microwave plasma passes through the slit 470 and is irradiated in the forward direction and the target 30 direction.
マイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数に従って、磁力線M方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波を励起する。電子サイクロトロン波の角周波数は、磁束密度87.5mTで、サイクロトロン角周波数に一致する。これにより、ECRが生じる。ECRによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Mに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ECRにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、ECRプラズマが生成される。 Electrons in the microwave plasma perform a clockwise turning motion with respect to the direction of the magnetic field line M according to the cyclotron angular frequency. On the other hand, the microwave propagating through the microwave plasma excites the electron cyclotron wave. The angular frequency of the electron cyclotron wave is a magnetic flux density of 87.5 mT and matches the cyclotron angular frequency. This causes ECR. Electrons whose energy has been increased by ECR collide with surrounding neutral particles while being restrained by the magnetic lines of force M. Thereby, neutral particles are ionized one after another. Electrons generated by ionization are also accelerated by ECR and further ionize neutral particles. In this way, ECR plasma is generated.
次に、直流パルス電源35をオンにして、マグネトロンスパッタカソード3に電圧を印加する。ターゲット30の上面における磁束密度は、中央部が320mT、周縁部が190mTである。これにより、ターゲット30の上面には、マグネトロン放電および照射されたマイクロ波プラズマによりECRが生じ、ECRプラズマP2が生成する。ECRプラズマP2の密度は、基材20付近よりもターゲット30付近で大きい。生成したECRプラズマP2(アルゴンイオン)によりターゲット30をスパッタして、ターゲット30からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット30から飛び出したスパッタ粒子は、N2ガスおよびO2ガスと反応しながら基材20に向かって飛散して、基材20の下面に付着する。基材20に向かう間においても、スパッタ粒子にECRプラズマが照射される。このようにして、基材20の下面に、AlON膜を形成する。基材20(PENフィルム)とAlON膜とからなるフィルム部材は、本発明のフィルム部材に含まれる。 Next, the DC pulse power supply 35 is turned on, and a voltage is applied to the magnetron sputtering cathode 3. The magnetic flux density on the upper surface of the target 30 is 320 mT at the center and 190 mT at the periphery. Thereby, ECR is generated on the upper surface of the target 30 by magnetron discharge and irradiated microwave plasma, and ECR plasma P2 is generated. The density of the ECR plasma P2 is greater near the target 30 than near the substrate 20. The target 30 is sputtered by the generated ECR plasma P2 (argon ions), and sputtered particles are knocked out of the target 30. The sputtered particles that have jumped out of the target 30 scatter toward the base material 20 while reacting with the N 2 gas and the O 2 gas, and adhere to the lower surface of the base material 20. The ECR plasma is irradiated on the sputtered particles even while heading toward the substrate 20. In this way, an AlON film is formed on the lower surface of the substrate 20. The film member consisting of the base material 20 (PEN film) and the AlON film is included in the film member of the present invention.
[作用効果]
次に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、マグネトロンスパッタ成膜方法、およびフィルム部材の作用効果について説明する。
[Function and effect]
Next, the effects of the magnetron sputtering film forming apparatus, the magnetron sputtering film forming method, and the film member of this embodiment will be described.
本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置4において、誘電体部43の前面430は、スロットアンテナ42に対して垂直に配置されている。これにより、スロット420から誘電体部43へ入射するマイクロ波の入射方向Y1が、誘電体部43の前面430に対して平行になる。この場合、マイクロ波は、生成するマイクロ波プラズマに沿うように入射される。したがって、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマに伝播しやすい。 In the microwave plasma generation apparatus 4 of the present embodiment, the front surface 430 of the dielectric part 43 is disposed perpendicular to the slot antenna 42. Thereby, the incident direction Y1 of the microwave that enters the dielectric portion 43 from the slot 420 is parallel to the front surface 430 of the dielectric portion 43. In this case, the microwave is incident along the generated microwave plasma. Therefore, the microwave that is the plasma source is easily propagated to the microwave plasma.
また、誘電体部43の前方には、磁場が形成されている。磁力線Mは、誘電体部43から前方に延びている。誘電体部43からマイクロ波が磁場中に伝播することにより、ECRが発生する。これにより、誘電体部43の前方に、ECRプラズマが生成される。このように、マイクロ波プラズマ生成装置4によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ECRを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、0.4Pa程度の低圧下においても、ECRプラズマを生成することができる。 A magnetic field is formed in front of the dielectric portion 43. The magnetic field lines M extend forward from the dielectric part 43. As the microwave propagates from the dielectric part 43 into the magnetic field, ECR is generated. Thereby, ECR plasma is generated in front of the dielectric portion 43. As described above, according to the microwave plasma generation apparatus 4, the microwave is incident along the generated microwave plasma and the plasma density is increased by using ECR, so that even under a low pressure of about 0.4 Pa. ECR plasma can be generated.
マグネトロンスパッタ成膜装置1によると、ターゲット30の上面においてECRが生じている。このため、ターゲット30上面の電子密度が高くなると共に電子の運動エネルギーが大きくなり、スパッタエネルギーが大きくなる。これにより、粒子径が比較的大きく、かつ粒子径のばらつきが小さいスパッタ粒子が生成される。そして、生成したスパッタ粒子は、基材20とターゲット30との間に照射されるECRプラズマにより、微細化される。したがって、マグネトロンスパッタ成膜装置1によると、緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高いAlON膜を形成することができる。また、ターゲット30上面にECRが生成しない場合と比較して、スパッタエネルギーが大きくなるため、成膜速度を大きくすることができる。また、ターゲット30付近のプラズマ密度よりも、基材20付近のプラズマ密度の方が小さい。したがって、プラズマによる基材20の損傷が小さく、基材20の熱変形等が抑制される。 According to the magnetron sputtering film forming apparatus 1, ECR occurs on the upper surface of the target 30. For this reason, the electron density on the upper surface of the target 30 increases, the kinetic energy of electrons increases, and the sputtering energy increases. As a result, sputtered particles having a relatively large particle size and a small variation in particle size are generated. The generated sputtered particles are refined by ECR plasma irradiated between the base material 20 and the target 30. Therefore, according to the magnetron sputter deposition apparatus 1, it is possible to form an AlON film that is dense and has small irregularities and extremely high gas barrier properties. Further, since the sputtering energy is higher than when no ECR is generated on the upper surface of the target 30, the film formation rate can be increased. Moreover, the plasma density near the base material 20 is smaller than the plasma density near the target 30. Therefore, damage to the base material 20 due to plasma is small, and thermal deformation or the like of the base material 20 is suppressed.
ターゲット30の上面には、中央部磁石320および周縁部磁石321により、平衡磁場M1が形成されている。この場合、ターゲット30上面に生成したECRプラズマP2は、基材20方向に拡散しにくい。したがって、プラズマによる基材20の熱変形等を抑制することができる。ターゲット30の上面の磁束密度は、中央部が320mT、周縁部が190mTである。マイクロ波プラズマ生成装置4にて使用するマイクロ波周波数は、2.45GHzである。したがって、ターゲット30の上面に、確実にECRが生成される。マイクロ波プラズマ生成装置4に近い周縁部磁石321の上端部の極性は、S極である。よって、マイクロ波プラズマ生成装置4から照射されるマイクロ波プラズマを、ターゲット30方向に引き寄せることができる。これにより、ECRの生成を促進することができる。 A balanced magnetic field M <b> 1 is formed on the upper surface of the target 30 by the central magnet 320 and the peripheral magnet 321. In this case, the ECR plasma P <b> 2 generated on the upper surface of the target 30 is difficult to diffuse in the direction of the base material 20. Therefore, thermal deformation of the base material 20 due to plasma can be suppressed. The magnetic flux density on the upper surface of the target 30 is 320 mT at the center and 190 mT at the periphery. The microwave frequency used in the microwave plasma generator 4 is 2.45 GHz. Therefore, ECR is reliably generated on the upper surface of the target 30. The polarity at the upper end of the peripheral magnet 321 close to the microwave plasma generation device 4 is the S pole. Therefore, the microwave plasma irradiated from the microwave plasma generator 4 can be drawn toward the target 30. Thereby, the production | generation of ECR can be accelerated | stimulated.
マイクロ波プラズマ生成部40において、誘電体部43の前方には、スリット板47が配置されている。スリット板47には、幅25mmの長孔状のスリット470が、形成されている。誘電体部43の前面430で生成したマイクロ波プラズマを、スリット470を通過させることにより、ECRプラズマを、基材20方向ではなくターゲット30方向に照射することができる。これにより、ターゲット30付近のプラズマ密度を、基材20付近のプラズマ密度よりも大きくすることができる。その結果、基材20の熱変形等を抑制しつつ、ターゲット30の上面に効率良くECRを生成させることができる。 In the microwave plasma generation unit 40, a slit plate 47 is disposed in front of the dielectric unit 43. The slit plate 47 is formed with a long slit 470 having a width of 25 mm. By passing the microwave plasma generated on the front surface 430 of the dielectric part 43 through the slit 470, the ECR plasma can be irradiated in the direction of the target 30 instead of in the direction of the substrate 20. Thereby, the plasma density near the target 30 can be made larger than the plasma density near the substrate 20. As a result, it is possible to efficiently generate ECR on the upper surface of the target 30 while suppressing thermal deformation or the like of the base material 20.
マイクロ波プラズマ生成装置4において、導波管41は、左右方向に延びる長尺の箱状を呈している。スロット420は、左右方向に直列に配置されている。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置4によると、長尺状のECRプラズマを生成することができる。よって、マグネトロンスパッタ成膜装置1によると、長尺状の大面積のAlON膜を形成することができる。また、八個の永久磁石46は、誘電体部43の後方に配置されている。そして、誘電体部43の前方に形成された磁場中に、マイクロ波を伝播させる。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しやすい。また、八個の永久磁石46は、支持板45の後面に配置されている。支持板45の内部には、冷媒通路450が形成されている。冷却液が冷媒通路450を通って循環することにより、支持板45は冷却されている。このため、永久磁石46の温度が上昇しにくい。したがって、温度上昇により、永久磁石46の磁性が低下するおそれは小さい。よって、プラズマ生成時においても、安定した磁場が形成される。 In the microwave plasma generation apparatus 4, the waveguide 41 has a long box shape extending in the left-right direction. The slots 420 are arranged in series in the left-right direction. Therefore, according to the microwave plasma generation apparatus 4, it is possible to generate a long ECR plasma. Therefore, according to the magnetron sputtering film forming apparatus 1, a long and large AlON film can be formed. The eight permanent magnets 46 are arranged behind the dielectric part 43. Then, the microwave is propagated in the magnetic field formed in front of the dielectric part 43. For this reason, the microwave easily propagates uniformly throughout the plasma generation region. Further, the eight permanent magnets 46 are disposed on the rear surface of the support plate 45. A refrigerant passage 450 is formed inside the support plate 45. The support plate 45 is cooled by circulating the coolant through the coolant passage 450. For this reason, it is difficult for the temperature of the permanent magnet 46 to rise. Therefore, there is little possibility that the magnetism of the permanent magnet 46 will decrease due to the temperature rise. Therefore, a stable magnetic field is formed even during plasma generation.
本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜方法により形成されたAlON膜は、緻密で表面の凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い。したがって、製造されたフィルム部材は、有機ELデバイス等に好適である。 The AlON film formed by the magnetron sputtering film forming method of this embodiment is dense, has small surface irregularities, and has extremely high gas barrier properties. Therefore, the manufactured film member is suitable for an organic EL device or the like.
<第二実施形態>
本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置との相違点は、中央部磁石の幅を小さくして磁力を弱めることにより、ターゲットの上面に非平衡磁場を形成した点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Second embodiment>
The difference between the magnetron sputtering film forming apparatus of this embodiment and the magnetron sputtering film forming apparatus of the first embodiment is that a non-equilibrium magnetic field is formed on the upper surface of the target by reducing the magnetic force by reducing the width of the central magnet This is the point. Therefore, only the differences will be described here.
本実施形態のマグネトロンスパッタカソードにおいても、第一実施形態と同様に、磁石部材は、18個の中央部磁石と、38個の周縁部磁石と、を有している(前出図3参照)。本実施形態においては、中央部磁石として、幅15mm、長さ50mm、厚さ30mmの直方体状のネオジム磁石を用いた。これにより、ターゲットの上面に非平衡磁場が形成される。ターゲットの上面における磁束密度は、中央部が240mT、周縁部が180mTである。 Also in the magnetron sputter cathode of this embodiment, the magnet member has 18 center magnets and 38 peripheral magnets as in the first embodiment (see FIG. 3 above). . In this embodiment, a rectangular parallelepiped neodymium magnet having a width of 15 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 30 mm was used as the central magnet. Thereby, a non-equilibrium magnetic field is formed on the upper surface of the target. The magnetic flux density on the upper surface of the target is 240 mT at the center and 180 mT at the periphery.
本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法と同様の作用効果を有している。また、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、中央部磁石と周縁部磁石との磁力バランスを崩すことにより、ターゲット上面に非平衡状態を形成した。この場合、磁力線の一部が基材の方向に延びるため、ターゲット表面に生成したプラズマが、磁力線に沿って基材近傍まで拡散する。したがって、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法によると、成膜速度をより大きくすることができる。 The magnetron sputtering film forming apparatus and magnetron sputtering film forming method of this embodiment have the same functions and effects as those of the magnetron sputtering film forming apparatus and magnetron sputtering film forming method of the first embodiment with respect to common parts. doing. In the magnetron sputtering film forming apparatus of this embodiment, a non-equilibrium state is formed on the upper surface of the target by breaking the magnetic force balance between the central magnet and the peripheral magnet. In this case, since part of the magnetic force lines extend in the direction of the base material, the plasma generated on the target surface diffuses to the vicinity of the base material along the magnetic force lines. Therefore, according to the magnetron sputtering film forming apparatus and the magnetron sputtering film forming method of this embodiment, the film forming speed can be further increased.
<その他>
以上、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法の実施形態について説明した。しかしながら、マグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法の実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiments of the magnetron sputtering film forming apparatus and the magnetron sputtering film forming method of the present invention have been described above. However, the embodiments of the magnetron sputtering film forming apparatus and the magnetron sputtering film forming method are not limited to the above-described forms. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
例えば、上記実施形態においては、マグネトロンスパッタカソードにおける磁石部材を、中央部磁石および周縁部磁石により構成した。しかし、磁石部材は、ターゲットの表面にECRが生成される磁場を形成できればよく、磁石部材の構成、配置形態、使用する磁石の種類、数、大きさ等は、特に限定されない。例えば、磁石として、ネオジム磁石ではなく、サマリウムコバルト磁石を用いてもよい。上記実施形態においては、中央部磁石のターゲット側端部の極性をN極に、周縁部磁石のターゲット側端部の極性をS極にした。しかし、中央部磁石と周縁部磁石とを、各々、極性を反対にして配置してもよい。また、マイクロ波の周波数に応じて、ターゲット表面の磁束密度を変更してもよい。上記実施形態においては、マイクロ波プラズマの生成に、周波数2.45GHzのマイクロ波を用いた。しかし、マイクロ波の周波数は、2.45GHz帯に限定されるものではなく、300MHz〜100GHzの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、8.35GHz、1.98GHz、915MHz等が挙げられる。 For example, in the above embodiment, the magnet member in the magnetron sputtering cathode is constituted by the central magnet and the peripheral magnet. However, the magnet member only needs to be able to form a magnetic field in which ECR is generated on the surface of the target, and the configuration, arrangement, type, number, size, and the like of the magnet member are not particularly limited. For example, instead of a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet may be used as the magnet. In the said embodiment, the polarity of the target side edge part of a center part magnet was made into N pole, and the polarity of the target side edge part of a peripheral part magnet was made into S pole. However, you may arrange | position a center part magnet and a peripheral part magnet so that polarity may respectively be reversed. Further, the magnetic flux density on the target surface may be changed according to the frequency of the microwave. In the above embodiment, microwaves having a frequency of 2.45 GHz are used for generating microwave plasma. However, the frequency of the microwave is not limited to the 2.45 GHz band, and any frequency band may be used as long as it is a frequency band of 300 MHz to 100 GHz. Examples of the frequency band in this range include 8.35 GHz, 1.98 GHz, 915 MHz, and the like.
上記実施形態においては、マイクロ波プラズマ生成部の誘電体部の前方にスリット板を配置した。この場合、スリット幅は、上記実施形態に限定されない。スリット幅を調整することにより、マイクロ波プラズマ(ECRプラズマ)の照射方向を調整すればよい。また、スリット板を配置しなくてもよい。例えば、マイクロ波プラズマ生成部の角度を変えるなどして、マイクロ波プラズマを、ターゲット方向に照射してもよい。 In the above embodiment, the slit plate is disposed in front of the dielectric part of the microwave plasma generation part. In this case, the slit width is not limited to the above embodiment. The irradiation direction of microwave plasma (ECR plasma) may be adjusted by adjusting the slit width. Moreover, it is not necessary to arrange a slit plate. For example, the microwave plasma may be irradiated in the target direction by changing the angle of the microwave plasma generation unit.
上記実施形態においては、誘電体部の裏面側に永久磁石を配置して、ECRを発生させながらマイクロ波プラズマを照射した。しかし、前出図4に示したように、永久磁石を備えないマイクロ波プラズマ生成部を用いて、ECRを発生させずにマイクロ波プラズマを照射してもよい。 In the above embodiment, a permanent magnet is disposed on the back surface side of the dielectric portion, and microwave plasma is irradiated while generating ECR. However, as shown in FIG. 4, the microwave plasma generation unit that does not include a permanent magnet may be used to irradiate microwave plasma without generating ECR.
スロットアンテナの材質、スロットの数、形状、配置等は、特に限定されない。例えば、スロットアンテナの材質は、非磁性の金属であればよく、アルミニウムの他、ステンレス鋼や真鍮等でも構わない。また、スロットは、一列ではなく、二列以上に配置されていてもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。誘電体部の材質、形状についても、特に限定されない。誘電体部の材質としては、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英の他、酸化アルミニウム(アルミナ)等が好適である。 The material of the slot antenna, the number of slots, the shape, the arrangement, etc. are not particularly limited. For example, the material of the slot antenna may be a nonmagnetic metal, and may be stainless steel or brass in addition to aluminum. Further, the slots may be arranged in two or more rows instead of one row. The number of slots may be odd or even. Further, the slots may be arranged in a zigzag shape by changing the arrangement angle of the slots. The material and shape of the dielectric part are not particularly limited. As a material of the dielectric portion, a material having a low dielectric constant and hardly absorbing microwaves is desirable. For example, aluminum oxide (alumina) other than quartz is suitable.
誘電体部の前方(プラズマ生成領域)に磁場を形成する永久磁石は、ECRを発生させることができれば、その形状、種類、個数、配置形態等は特に限定されない。例えば、永久磁石を一つだけ配置してもよく、複数個を二列以上に配置してもよい。 The shape, type, number, arrangement form, and the like of the permanent magnet that forms a magnetic field in front of the dielectric portion (plasma generation region) are not particularly limited as long as ECR can be generated. For example, only one permanent magnet may be disposed, or a plurality of permanent magnets may be disposed in two or more rows.
永久磁石は、支持板を介して誘電体部の裏面側に配置される。このため、プラズマを生成する際、永久磁石の温度が上昇しやすい。永久磁石の温度がキュリー温度以上になると、磁性が失われてしまう。このため、上記実施形態においては、永久磁石の温度上昇を抑制するため、支持板の冷却手段として、冷媒通路および冷却液を配置した。しかし、支持板の冷却手段の構成は、特に限定されない。支持板の材質や形状も、特に限定されない。また、支持板は、冷却手段を有さなくてもよい。 The permanent magnet is disposed on the back surface side of the dielectric part via the support plate. For this reason, when generating plasma, the temperature of the permanent magnet is likely to rise. When the temperature of the permanent magnet is equal to or higher than the Curie temperature, the magnetism is lost. For this reason, in the said embodiment, in order to suppress the temperature rise of a permanent magnet, the refrigerant path and the cooling fluid were arrange | positioned as a cooling means of a support plate. However, the structure of the cooling means for the support plate is not particularly limited. The material and shape of the support plate are not particularly limited. Moreover, the support plate does not need to have a cooling means.
上記実施形態においては、ターゲットとしてアルミニウムを用い、チャンバー内にArガス、N2ガス、およびO2ガスを導入して、AlON膜を成膜した。しかし、形成する薄膜の種類は、特に限定されない。ターゲットの材料およびガス組成についても、形成する薄膜の種類に応じて、適宜選択すればよい。例えば、ターゲットに酸化インジウム−酸化錫の複合酸化物(ITO)を用い、チャンバー内にArガスを導入すると、ITO膜を成膜することができる。上記実施形態においては、約0.4Paの圧力下で成膜を行った。しかし、成膜時の圧力は、特に限定されない。成膜は、プラズマの安定生成と、成膜速度等を考慮して、適宜最適な圧力下で行えばよい。 In the above embodiment, an AlON film was formed by using aluminum as a target and introducing Ar gas, N 2 gas, and O 2 gas into the chamber. However, the type of thin film to be formed is not particularly limited. What is necessary is just to select suitably also about the material and gas composition of a target according to the kind of thin film to form. For example, when an indium oxide-tin oxide composite oxide (ITO) is used as a target and Ar gas is introduced into the chamber, an ITO film can be formed. In the above embodiment, the film was formed under a pressure of about 0.4 Pa. However, the pressure during film formation is not particularly limited. The film formation may be performed under an optimum pressure as appropriate in consideration of stable generation of plasma and a film formation speed.
基材についても、用途に応じて適宜選択すればよい。上記実施形態のPENフィルムの他、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム、ポリアミド(PA)6フィルム、PA11フィルム、PA12フィルム、PA46フィルム、ポリアミドMXD6フィルム、PA9Tフィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、フッ素樹脂フィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)フィルム、ポリビニルアルコール(PVA)フィルム、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、シクロオレフィンポリマー等のポリオレフィンフィルム等を使用することができる。 What is necessary is just to select suitably also about a base material according to a use. In addition to the PEN film of the above embodiment, for example, polyethylene terephthalate (PET) film, polyphenylene sulfide (PPS) film, polyamide (PA) 6 film, PA11 film, PA12 film, PA46 film, polyamide MXD6 film, PA9T film, polyimide ( PI film, polycarbonate (PC) film, fluororesin film, ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH) film, polyvinyl alcohol (PVA) film, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyolefin film such as cycloolefin polymer Etc. can be used.
チャンバー、基材支持部材、マグネトロンスパッタカソードにおけるバッキングプレート、ケースの材質や形状についても、特に限定されない。例えば、チャンバーは金属製であればよく、なかでも導電性の高い材料を採用することが望ましい。基材支持部材のテーブル部は、冷却されなくてもよい。バッキングプレートには、非磁性の導電性材料を用いればよい。なかでも、導電性および熱伝導性が高い銅等の金属材料が望ましい。ケースには、ステンレス鋼の他、アルミニウム等の金属を用いることができる。 The material and shape of the chamber, the substrate support member, the backing plate in the magnetron sputtering cathode, and the case are not particularly limited. For example, the chamber may be made of metal, and it is desirable to employ a highly conductive material. The table portion of the substrate support member may not be cooled. A nonmagnetic conductive material may be used for the backing plate. Among these, a metal material such as copper having high conductivity and heat conductivity is desirable. The case can be made of metal such as aluminum in addition to stainless steel.
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
<AlON膜の表面状態>
(1)実施例1
上記第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いて、PENフィルムの表面にAlON膜を形成した。以下、部材の符号は、前出図1〜図3および図5に対応している。PENフィルムとしては、帝人デュポンフィルム(株)製「テイジン(登録商標)テトロン(登録商標)フィルムQ65FA(厚さ200μm)」を使用した。
<Surface condition of AlON film>
(1) Example 1
An AlON film was formed on the surface of the PEN film using the magnetron sputtering film forming apparatus of the first embodiment. Hereinafter, the reference numerals of the members correspond to those in FIGS. 1 to 3 and FIG. As the PEN film, “Teijin (registered trademark) Tetron (registered trademark) film Q65FA (thickness: 200 μm)” manufactured by Teijin DuPont Films Ltd. was used.
まず、減圧工程において、真空排気装置(図略)を作動させて、チャンバー8の内部のガスを排気孔83から排出し、チャンバー8内を約0.008Paの減圧状態にした。次に、成膜工程において、Arガスを供給し、チャンバー8の内部圧力を0.7Paとした後、基材20の下面のクリーニング等のため、マイクロ波発振器53の出力を1.2kWにして、マイクロ波プラズマ処理を0.5分間行った。その後、一旦、マイクロ波発振器53の出力をOFFにし、N2ガスおよびO2ガスを流量調整しながら供給して、チャンバー8の内部圧力を0.42Paにした。そして、マイクロ波発振器53の出力を1.2kWとしてECRプラズマを照射すると共に、直流パルス電源35(日本MKS(株)製「RPG−100、Pulsed DC Plasma Generator」)の出力2kW、周波数100kHz、パルス幅3056nsの条件にてマグネトロンスパッタカソード3に電圧を印加して、スパッタ成膜を行った。 First, in the decompression step, a vacuum exhaust device (not shown) was operated to exhaust the gas inside the chamber 8 from the exhaust hole 83, and the inside of the chamber 8 was brought into a decompressed state of about 0.008 Pa. Next, in the film forming process, Ar gas is supplied, the internal pressure of the chamber 8 is set to 0.7 Pa, and then the output of the microwave oscillator 53 is set to 1.2 kW for cleaning the lower surface of the base material 20. Microwave plasma treatment was performed for 0.5 minutes. Thereafter, the output of the microwave oscillator 53 was once turned off, and N 2 gas and O 2 gas were supplied while adjusting the flow rate, so that the internal pressure of the chamber 8 was 0.42 Pa. The output of the microwave oscillator 53 is 1.2 kW, and the ECR plasma is irradiated. The output of the DC pulse power supply 35 (“RPG-100, Pulsed DC Plasma Generator” manufactured by Japan MKS Co., Ltd.) is 2 kW, the frequency is 100 kHz, and the pulse. A voltage was applied to the magnetron sputter cathode 3 under the condition of a width of 3056 ns to perform sputter film formation.
(2)比較例1
マグネトロンスパッタカソード3の構成を変更し、かつ、ECRプラズマを照射せずにAlON膜を成膜した。実施例1で使用したマグネトロンスパッタカソード3との相違点は、次の通りである。まず、磁石部材32として、上記実施形態よりも磁力の低い磁石を使用した。次に、バッキングプレート31の下面に溝部310を形成しないことにより、上記実施形態よりも、磁石部材32を5mm下方に配置した。こうすることにより、ターゲット30上面に、中央部の磁束密度が50mT、周縁部の磁束密度が20mTの平衡磁場を形成した。そして、成膜時の圧力を0.7Paにして、上記実施例1と同じ条件でマグネトロンスパッタカソード3に電圧を印加して、5分間、スパッタ成膜を行った。
(2) Comparative Example 1
The configuration of the magnetron sputtering cathode 3 was changed, and an AlON film was formed without irradiating ECR plasma. Differences from the magnetron sputtering cathode 3 used in Example 1 are as follows. First, a magnet having a lower magnetic force than that of the above embodiment was used as the magnet member 32. Next, by not forming the groove portion 310 on the lower surface of the backing plate 31, the magnet member 32 was disposed 5 mm below the above embodiment. By doing so, an equilibrium magnetic field having a magnetic flux density of 50 mT at the central portion and a magnetic flux density of 20 mT at the peripheral portion was formed on the upper surface of the target 30. And the pressure at the time of film-forming was 0.7 Pa, the voltage was applied to the magnetron sputter cathode 3 on the same conditions as the said Example 1, and sputter film-forming was performed for 5 minutes.
(3)表面状態の評価
実施例1および比較例1のAlON膜の表面を、走査型プローブ顕微鏡(SPM)で観察した。図6に、比較例1のAlON膜のSPM写真を示す。図7に、実施例1のAlON膜のSPM写真を示す。
(3) Evaluation of surface state The surface of the AlON film of Example 1 and Comparative Example 1 was observed with a scanning probe microscope (SPM). FIG. 6 shows an SPM photograph of the AlON film of Comparative Example 1. FIG. 7 shows an SPM photograph of the AlON film of Example 1.
図6、図7を比較すると、実施例1のAlON膜(図7)の方が、比較例1のAlON膜(図6)よりも、膜質がきめ細やかで均一であることがわかる。具体的には、実施例1のAlON膜の粒子径は、65〜110nm程度であった。また、表面粗さを測定したところ(JIS B0601:2001)、Ra=1.8nm、Rz=15.8nmであった。一方、比較例1のAlON膜の粒子径は、100〜350nm程度とばらつきが大きかった。表面粗さについては、Ra=2.7nm、Rz=53.0nmであった。 6 and 7, it can be seen that the AlON film of Example 1 (FIG. 7) has finer and more uniform film quality than the AlON film of Comparative Example 1 (FIG. 6). Specifically, the particle diameter of the AlON film of Example 1 was about 65 to 110 nm. Moreover, when the surface roughness was measured (JIS B0601: 2001), they were Ra = 1.8 nm and Rz = 15.8 nm. On the other hand, the particle diameter of the AlON film of Comparative Example 1 was as large as about 100 to 350 nm. The surface roughness was Ra = 2.7 nm and Rz = 53.0 nm.
<成膜速度>
実施例1に加えて、さらに次の方法でAlON膜を成膜し、各々の成膜速度を比較した。
<Deposition rate>
In addition to Example 1, an AlON film was further formed by the following method, and the film formation rates were compared.
(1)実施例2
非平衡磁場が形成されるマグネトロンスパッタカソードを備える上記第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた以外は、上記実施例1と同様にして、PENフィルムの表面にAlON膜を形成した。なお、成膜時間は、3分間とした。
(1) Example 2
An AlON film was formed on the surface of the PEN film in the same manner as in Example 1 except that the magnetron sputtering film forming apparatus of the second embodiment provided with a magnetron sputtering cathode in which a non-equilibrium magnetic field was formed was used. The film formation time was 3 minutes.
(2)比較例2
実施例1で使用したマグネトロンスパッタ成膜装置において、マグネトロンスパッタカソード3の構成を変更し、かつ、マイクロ波プラズマ生成部40のスリット470の幅を5mmに変更して、AlON膜を成膜した。実施例1で使用したマグネトロンスパッタカソード3との相違点は、上記比較例1と同じである。本構成のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ターゲット30の上面に、ECRは生じない。供給するN2ガスおよびO2ガスの流量を調整し、成膜時の圧力を0.7Paにして、上記実施例1と同様に、5分間、スパッタ成膜を行った。
(2) Comparative Example 2
In the magnetron sputtering film forming apparatus used in Example 1, the configuration of the magnetron sputtering cathode 3 was changed, and the width of the slit 470 of the microwave plasma generation unit 40 was changed to 5 mm to form an AlON film. The difference from the magnetron sputter cathode 3 used in Example 1 is the same as in Comparative Example 1 above. In the magnetron sputtering film forming apparatus of this configuration, no ECR occurs on the upper surface of the target 30. The flow rate of the supplied N 2 gas and O 2 gas was adjusted, the pressure during film formation was set to 0.7 Pa, and sputter film formation was performed for 5 minutes in the same manner as in Example 1 above.
実施例1、2および比較例2の成膜条件等を、表1に示す。
(3)成膜速度の評価
成膜されたAlON膜の厚さと成膜時間とから、成膜速度を算出した。図8に、実施例1、2および比較例2の成膜速度をグラフで示す。図8に示すように、比較例2と比較して、実施例1、2の成膜速度は、大幅に大きくなった。これは、実施例1、2においては、ターゲット上面にECRが生成されるため、スパッタエネルギーが大きくなったためと考えられる。なお、実施例2においては、成膜速度は大きいが、基材の熱変形が若干認められた。
(3) Evaluation of film forming speed The film forming speed was calculated from the thickness of the formed AlON film and the film forming time. In FIG. 8, the film-forming speed | velocity of Example 1, 2 and the comparative example 2 is shown with a graph. As shown in FIG. 8, compared with Comparative Example 2, the film formation rates of Examples 1 and 2 were significantly increased. This is presumably because in Examples 1 and 2, ECR was generated on the upper surface of the target, so that the sputtering energy was increased. In Example 2, although the film formation rate was high, some thermal deformation of the substrate was observed.
<ガスバリア性>
実施例1、2および比較例2の成膜方法で得られたフィルム部材(PENフィルム/AlON膜)のガス透過率を測定した。なお、実施例1、比較例2については、成膜時間を変更して、種々のAlON膜を成膜した。ガス透過率の測定は、JIS K7126−1:2006、附属書2に準じて行った。測定には、ヘリウム(He)ガスを使用し、PENフィルム側からHeガスを供給した。図9に、各々のフィルム部材における成膜時間とガス透過比率との関係を示す。ここで、「ガス透過比率」とは、PENフィルムの透過率を100%とした時の各フィルム部材の透過比率である。ガス透過比率の値が小さいほど、ガスバリア性が高いことを示す。
<Gas barrier properties>
The gas permeability of the film members (PEN film / AlON film) obtained by the film forming methods of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 was measured. In Example 1 and Comparative Example 2, various AlON films were formed by changing the film formation time. The gas permeability was measured according to JIS K7126-1: 2006, Annex 2. Helium (He) gas was used for the measurement, and He gas was supplied from the PEN film side. FIG. 9 shows the relationship between the film formation time and the gas transmission ratio in each film member. Here, the “gas transmission ratio” is the transmission ratio of each film member when the transmittance of the PEN film is 100%. It shows that gas barrier property is so high that the value of a gas permeation | transmission ratio is small.
図9に示すように、実施例1と比較例2とにおいて、同等のガス透過比率が達成されているフィルム部材同士を比較すると、実施例1は比較例2よりも、成膜時間が約1/5に短縮されることがわかる。また、同じ成膜時間のフィルム部材同士を比較すると、実施例1は比較例2よりも、ガス透過比率が約1/4になった。つまり、実施例1の成膜方法によると、比較例2の成膜方法と比較して、AlON膜のガスバリア性が大幅に向上していることがわかる。同様に、実施例2と比較例2とを比較すると、実施例2の成膜方法において、成膜時間の短縮とガスバリア性の向上が実現されることがわかる。以上より、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置およびマグネトロンスパッタ成膜方法によると、ガスバリア性に優れるAlON膜を短時間で形成できることが確認された。 As shown in FIG. 9, in Example 1 and Comparative Example 2, when film members having the same gas permeation ratio are compared with each other, Example 1 has a film formation time of about 1 as compared with Comparative Example 2. It can be seen that it is shortened to / 5. Further, when film members having the same film formation time were compared with each other, the gas permeation ratio in Example 1 was about ¼ that in Comparative Example 2. That is, according to the film forming method of Example 1, it can be seen that the gas barrier property of the AlON film is greatly improved as compared with the film forming method of Comparative Example 2. Similarly, when Example 2 and Comparative Example 2 are compared, it can be seen that in the film forming method of Example 2, the film forming time is shortened and the gas barrier property is improved. From the above, it was confirmed that the AlON film having excellent gas barrier properties can be formed in a short time according to the magnetron sputtering film forming apparatus and the magnetron sputtering film forming method of the present invention.
<成膜時の圧力の影響>
実施例1の成膜方法において、成膜時の圧力(反応圧力)を変更してAlON膜を成膜し、フィルム部材のガス透過比率および成膜速度に対する圧力の影響を調べた。結果を図10に示す。
<Influence of pressure during film formation>
In the film forming method of Example 1, an AlON film was formed by changing the pressure (reaction pressure) at the time of film formation, and the influence of the pressure on the gas permeation ratio of the film member and the film formation rate was examined. The results are shown in FIG.
図10に示すように、0.4Pa、0.5Pa、0.7Paの圧力において比較すると、圧力が0.7Paになると、成膜速度が低下し、ガス透過比率が大きくなる(つまりガスバリア性が低下する)ことが確認された。 As shown in FIG. 10, when compared at pressures of 0.4 Pa, 0.5 Pa, and 0.7 Pa, when the pressure becomes 0.7 Pa, the film formation rate decreases and the gas permeation ratio increases (that is, the gas barrier property is increased). It was confirmed that the
<マイクロ波プラズマの出力の影響>
実施例1の成膜方法において、マイクロ波プラズマの出力を1.4kWに変更し、成膜時間を2分間にして、AlON膜を成膜し、フィルム部材のガス透過比率に対するマイクロ波プラズマの出力の影響を調べた。結果を図11に示す。
<Influence of microwave plasma output>
In the film forming method of Example 1, the output of microwave plasma was changed to 1.4 kW, the film formation time was set to 2 minutes, an AlON film was formed, and the output of microwave plasma relative to the gas transmission ratio of the film member The influence of was investigated. The results are shown in FIG.
図11に示すように、マイクロ波プラズマの出力を大きくすると、ガス透過比率は小さくなった。つまり、マイクロ波プラズマの出力を大きくすると、AlON膜のガスバリア性が向上することが確認された。 As shown in FIG. 11, when the output of the microwave plasma was increased, the gas transmission ratio was decreased. That is, it was confirmed that the gas barrier property of the AlON film is improved when the output of the microwave plasma is increased.
本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置およびマグネトロンスパッタ成膜方法は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、LED(発光ダイオード)照明、太陽電池、電子ペーパー等に用いられる機能性樹脂フィルムにおける、ガスバリア膜、透明導電膜等の形成に有用である。 The magnetron sputtering film forming apparatus and the magnetron sputtering film forming method of the present invention include, for example, a gas barrier film and a transparent conductive film in a functional resin film used for a touch panel, display, LED (light emitting diode) illumination, solar cell, electronic paper, etc. It is useful for the formation of etc.
1:マグネトロンスパッタ成膜装置。
20:基材、21:基材支持部材、210:テーブル部、211:脚部。
3:マグネトロンスパッタカソード、30:ターゲット、31:バッキングプレート、32:磁石部材、33:ケース、34:アースシールド、35:直流パルス電源、310:溝部、320:中央部磁石、321:周縁部磁石。
4:マイクロ波プラズマ生成装置、40:マイクロ波プラズマ生成部、41:導波管(矩形導波管)、42:スロットアンテナ、43:誘電体部、44:誘電体部固定板、45:支持板、46:永久磁石、47:スリット板、48:取付部材、420:スロット、430:前面、450:冷媒通路、451:冷却管、470:スリット。
50:マイクロ波伝送部、51:管体部、52:マイクロ波電源、53:マイクロ波発振器、54:アイソレータ、55:パワーモニタ、56:EH整合器。
8:チャンバー、80:キャリアガス供給孔、81:第一ガス供給孔、82:第二ガス供給孔、83:排気孔。
M:磁力線、M1:平衡磁場、P1:マイクロ波プラズマ、P1ECR:ECRプラズマ、P2:ECRプラズマ。
1: Magnetron sputtering film forming apparatus.
20: base material, 21: base material support member, 210: table portion, 211: leg portion.
3: magnetron sputtering cathode, 30: target, 31: backing plate, 32: magnet member, 33: case, 34: earth shield, 35: DC pulse power supply, 310: groove, 320: center magnet, 321: peripheral magnet .
4: Microwave plasma generator, 40: Microwave plasma generator, 41: Waveguide (rectangular waveguide), 42: Slot antenna, 43: Dielectric part, 44: Dielectric part fixing plate, 45: Support Plate: 46: Permanent magnet, 47: Slit plate, 48: Mounting member, 420: Slot, 430: Front surface, 450: Refrigerant passage, 451: Cooling pipe, 470: Slit.
50: Microwave transmission part, 51: Tube part, 52: Microwave power supply, 53: Microwave oscillator, 54: Isolator, 55: Power monitor, 56: EH matching device.
8: Chamber, 80: Carrier gas supply hole, 81: First gas supply hole, 82: Second gas supply hole, 83: Exhaust hole.
M: magnetic field lines, M1: equilibrium magnetic field, P1: microwave plasma, P1 ECR : ECR plasma, P2: ECR plasma.
Claims (11)
該基材に対向する対向面を有するバッキングプレート、該対向面に配置されるターゲット、および該バッキングプレートを挟んで該ターゲットと反対側に配置される磁石部材を有するマグネトロンスパッタカソードと、
該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射するマイクロ波プラズマ生成装置と、
を備え、該ターゲットから飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、
該マイクロ波プラズマ生成装置は、
マイクロ波を伝送する矩形導波管と、
該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、
該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、
を備え、
該基材と該ターゲットとの間のプラズマ密度は、該基材付近よりも該ターゲット付近で大きく、該ターゲットの表面において電子サイクロトロン共鳴(ECR)が生じることを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜装置。 A substrate;
A magnetron sputter cathode having a backing plate having an opposing surface facing the substrate, a target disposed on the opposing surface, and a magnet member disposed on the opposite side of the target across the backing plate;
A microwave plasma generator for irradiating microwave plasma between the substrate and the target;
A magnetron sputter deposition apparatus for forming a thin film by adhering sputtered particles jumping out of the target to the surface of the substrate,
The microwave plasma generation apparatus includes:
A rectangular waveguide for transmitting microwaves;
A slot antenna disposed on one surface of the rectangular waveguide and having a slot through which the microwave passes;
A dielectric part that is disposed so as to cover the slot of the slot antenna and whose surface on the plasma generation region side is parallel to the incident direction of the microwave incident from the slot;
With
2. A magnetron sputter deposition apparatus characterized in that a plasma density between the substrate and the target is larger near the target than near the substrate, and electron cyclotron resonance (ECR) occurs on the surface of the target.
該支持板の裏面に配置され前記プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、
を備え、
該誘電体部から該磁場中に伝播する前記マイクロ波によりECRを発生させながらマイクロ波プラズマを照射する請求項1に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。 The microwave plasma generation apparatus further includes a support plate disposed on the back surface of the dielectric portion and supporting the dielectric portion;
A permanent magnet disposed on the back surface of the support plate to form a magnetic field in the plasma generation region;
With
The magnetron sputtering film forming apparatus according to claim 1, wherein microwave plasma is irradiated while generating ECR by the microwave propagating from the dielectric part into the magnetic field.
B≧f・2πm/e ・・・(I)
[B:磁束密度(T)、f:マイクロ波の周波数(Hz)、m:電子の質量(kg)、e:電子の電荷(C)] The magnetron sputtering film forming apparatus according to claim 1, wherein the magnet member forms a magnetic field satisfying the following formula (I) on a surface of the target.
B ≧ f · 2πm / e (I)
[B: magnetic flux density (T), f: microwave frequency (Hz), m: electron mass (kg), e: electron charge (C)]
該誘電体部の該表面で生成したマイクロ波プラズマは、該スリットを通過して照射される請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。 The microwave plasma generation apparatus further includes a slit plate disposed on the surface side of the dielectric part and having a slit,
The magnetron sputtering film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the microwave plasma generated on the surface of the dielectric portion is irradiated through the slit.
該マグネトロンスパッタ成膜装置のチャンバー内を所定の真空度に保持する減圧工程と、
該チャンバー内にガスを導入し、所定の圧力下で、前記ターゲットの表面に生成されるECRプラズマで該ターゲットをスパッタすることにより、前記基材の表面に薄膜を形成する成膜工程と、
を有することを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜方法。 Using the magnetron sputtering film forming apparatus according to any one of claims 1 to 9,
A depressurization step for maintaining the inside of the chamber of the magnetron sputter deposition apparatus at a predetermined degree of vacuum;
A film forming step of forming a thin film on the surface of the substrate by introducing a gas into the chamber and sputtering the target with ECR plasma generated on the surface of the target under a predetermined pressure;
A magnetron sputtering film forming method characterized by comprising:
該ガスバリア膜は、請求項10に記載のマグネトロンスパッタ成膜方法により形成されることを特徴とするフィルム部材。 A base material made of a resin film, and a gas barrier film disposed on at least one side of the base material,
The film member is formed by the magnetron sputtering film forming method according to claim 10.
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