JP2021535554A - 均一な高密度プラズマシートを発生させ処理するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、一様な高密度プラズマシートを発生及び処理するための方法に関する。当該方法は、プラズマ源を利用することによってプラズマを発生させるステップと、チャンバの内部において磁場及び／又は電磁場を利用することによってプラズマを抑制及び制限するステップと、を備えている。プラズマは、チャンバの内部において一様な高密度シートとして伝播される。

Description

本発明は、プラズマを発生及び処理するための方法に関する。より具体的には、本発明は、材料を基材に蒸着させるために高密度プラズマから成る一の均一なシートを利用する方法に関する。

高密度プラズマは、多岐に渡る工業分野で利用されている。例えば、このようなプラズマは、表面洗浄若しくは表面処理の用途で、表面構造若しくは表面密度を修正するエッチングの用途で、又は薄膜の蒸着の用途利用可能とされる。高密度プラズマの幅広で連続的なシートを発生するための現在の方法は、作動プラズマ（working plasma）を発生するために、プラズマチャンバを具備するプラズマ源（すなわち遠隔プラズマ源）を必要とする。このようなプラズマ源の例としては、幅広い作動プラズマを生成するために多くのアンテナを必要とする多重ループアンテナ装置が挙げられる。しかしながら、このような多重ループアンテナシステムによって発生されるプラズマの均一性を制御することは困難である。多重ループアンテナが、プラズマ均一性を実現するために、正確な等価電力及び相当周波数に同調される必要があるからである。また、多重ループアンテナ装置は、多重プラズマを発生させるので、大量の電力を消費する。

本発明は、均一な高密度プラズマシートを発生及び処理するための方法であって、プラズマ源を利用してチャンバの内部にプラズマを発生するステップと、プラズマが均一な高密度シートとしてチャンバの内部で伝播されるように、磁場及び／又は静電場を利用してプラズマを当該チャンバの内部において抑制すると共に閉じ込めるステップと、プラズマが処理面と相互作用するように、プラズマを処理面の上方を通過させるステップと、を備えている方法に関する。

本発明における方法は、１０^１１ｃｍ^−３より高い密度でチャンバの内部に形成されている局在化された線形プラズマを形成及び制限（すなわち整形）することができる装置に基づいている。プラズマ源は、チャンバの内部に配置されている局在化されたプラズマ源と言われる場合がある。最初にプラズマを発生させ、プラズマチャンバから引き出すことなく、高密度プラズマがチャンバの内部に発生及び整形されることが意外にも発見された。言い換えれば、当該システムのプラズマは、チャンバの作業領域において発生、維持、及び整形され、別体の、独立した、又は一体化されていないプラズマチャンバ（一般に、排出管と呼称される）では発生されないので、従来技術に基づくシステムで見られるように、その後にチャンバの作業領域に引き込まれることもない。従って、プラズマ源（すなわちアンテナ又はハウジング）の少なくとも一部分は、プラズマチャンバによって囲まれているハウジング若しくはアンテナ、又はプラズマチャンバの一部分であるハウジングを必要としないで、チャンバの一体的な又は一体化された要素を形成している。

プラズマチャンバが線形の高密度プラズマ源にとって必要でない又は線形の高密度プラズマ源の基本的な要件ではないことは予想外である。プラズマチャンバ（例えば、排出管を囲んでいるコイルアンテナ又はプラズマチャンバの内部に配置されたアンテナ及びハウジング）が、プラズマがチャンバの内部で処理されるように整形される前に、プラズマを発生及び抑制する必要があるからである。対照的に、本発明における方法は、高密度プラズマがチャンバのガス状媒体の中に発生及び維持されることに基づいている。単純にアンテナ自体をチャンバの内部に収容すなわち内蔵させることが適切であるということが発見された。これにより、本発明における方法を利用することによって、関連するプラズマ処理装置の設計要件が大幅に単純化されるからである。

プラズマ源は、アンテナを備えており、アンテナは、チャンバを通じて延在している長さを有している。磁場及び／又は電磁場は、アンテナの長さに対して直角な一の方向においてシートとしてプラズマを伝播させ、アンテナの長さとアンテナの長手方向軸線とに対して垂直な他の方向においてプラズマの伝播を制限することによって、プラズマを抑制し且つ整形する。１つ以上の磁石が、単一の線形プラズマ源すなわち単一のアンテナの長さから発せられるシートすなわち一枚の薄膜プラズマとして、チャンバの全体に亘ってプラズマを整形及び伝播させるために利用される。このことは、多くのアンテナ及び磁石が非収束プラズマ雲すなわち処理面又は標的と接触可能とされるビームを生成するように配置されている従来技術に基づく非効率的な広域プラズマ処理装置で利用されるコントラスト法と同様である。本発明における方法の重要な特徴は、アンテナによって作用されるＲＦ電力が他のプラズマ発生システムより遙かに広大な空間に亘って伝播されるように、プラズマが適切なレベルで磁化されることと、磁場がアンテナに対して方向づけられることである。

磁場及び／又は電磁場は、２０ガウスより低い磁場強度を有している。本発明における方法によって発生されるプラズマは、従来技術に基づく動作領域（５０ガウス〜２００ガウス）より低い最小４．８ガウスの磁場強度で操作可能とされることが意外にも発見された。遙かに低い磁場強度を利用してプラズマを操作することによって、有害な又は意図しない交差プラズマ源干渉なしで単一のチャンバの内部において複数のプラズマ源を利用することができるので、同一のチャンバの内部において複数の同時プラズマ処理を行うことができる。

当該方法は、プラズマチャンバを含んでいないと言える。言い換えれば、プラズマは、独立したプラズマチャンバで発生される遠位プラズマではない。プラズマチャンバ又はプラズマチャンバ壁を設けないことの利益は、一のプラズマ源が大きい動作幅で高密度プラズマを発生させることができることである。例えば、プラズマは、処理チャンバの内部においてアンテナの長さ全体に沿って発生される。このような例示では、プラズマは、１つ以上の磁石によって整形される。単一のプラズマ源が存在するので、プラズマは、広域プラズマ処理を実行するために複数の同調されたアンテナ及び磁石を必要とする従来技術に基づくマルチアンテナ誘導結合プラズマとは対照的に、一のアンテナの幅全体に沿って一様な密度を有している。

基本的に、チャンバは、２つの壁を備えており、アンテナは、２つの壁に接続されていると共に、２つの壁の間に延在しており、局在化された線形プラズマは、アンテナの長さ全体に沿って発生され、これによりアンテナの利用可能な動作長さを最大化することができる。アンテナ及び／又はハウジングは、チャンバの壁に当接又は接触している。チャンバは、略箱状に構成されている。例えば、ハウジングとアンテナとは、チャンバの幅と同じ理想的な幅を具備する高密度プラズマが発生されるように、チャンバの特定の寸法に亘って延在している（すなわち、壁から壁に延在している）。このようなプラズマは、全体に一様な密度を有する高密度プラズマシートを生成するように、アンテナの長さに対して直角な方向においてシートに引き込まれる。また、磁石は、プラズマシートが処理面に対して略平行に伝播されるように、アンテナの長さに対して直角な２つの方向においてプラズマの伝播を制限する。従って、プラズマシートは、処理チャンバに利用可能な最大幅で一様に生成される。

アンテナは、ＲＦ伝送器とされ、ハウジングは、ＲＦ放射線に対して少なくとも部分的に透過である。例えば、利用時に、１つ以上のアンテナが、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数で、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数で、１０ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの周波数で、若しくは約１３．５６ＭＨｚで、又はこれら周波数範囲のうち複数の周波数範囲で動作する無線電力供給システムから電力を供給する。ハウジングは、ハウジングの部分又は区間がＲＦ放射線の伝達に対して不透過であるように形成されているので、透過性を有しているハウジングのセクションのみにプラズマが発生する。例えば、１つ以上の磁石に面しているハウジングの側面の断面のみが、ＲＦ放射線に対して透過性を有している。これにより、ＲＦ放射線は、チャンバの内部において、プラズマを伝播させるのに理想的な方向のみに伝達される。

ハウジングは、利用時に異なる圧力でチャンバに維持される内部容積を有している。このような例示では、ハウジングは、性能を改善するのに十分にアンテナを冷却することができる流体で充填されている。代替的な実施例では、チャンバの外部からの空気は、冷却するために、ハウジングを通じてアンテナを通過する。当該方法は、アンテナのために付加的な冷却設備を必要とすることなく、より高い出力で実行することができる。当該実施例では、アンテナは、修理または交換のために容易にアクセス可能とされる。

１つ以上の磁石のうち少なくとも１つの磁石が、チャンバの内部に配置されている。磁石は、チャンバの設置面積を小さくするために、チャンバの内部に位置決めされている。さらに、磁石は、プラズマ形成を調整及び方向づけるために、チャンバの内部空間で操作可能とされる。従って、プラズマは、チャンバにとって必要とされる正確な形状となるように発生及び整形される。

アンテナとハウジングの内壁との拒理は、アンテナの長さに沿って一定ではない。言い換えると、アンテナは、ハウジングの中心を通過して延在している直線状のワイヤである必要は無い。ワイヤは、アンテナの一方の部分すなわち一方の端部がアンテナの他方の部分すなわち他方の端部と比較してハウジングの内壁に近接しているように、例えばハウジングの中心線からオフセットされた角度でハウジングを通じて延在している。このことは、必要であれば特定用途に応じて、処理チャンバの特定部分におけるプラズマ形成を促進させる。ワイヤの位置が固定される必要は無いので、ワイヤは、例えば間欠的なプラズマの発生が必要とされる場合には、装置の動作の際にハウジングの内壁からさらに離隔するように移動可能とされる。さらに、アンテナは、ハウジングの内部容積を通過する曲がりくねった経路であって、特定用途で有用なプラズマ発生のホットスポットを生成する経路をとっている。アンテナは、螺旋状に巻き付けられたワイヤとされる。巻き付けられたワイヤを設けることによって、改善されたプラズマの発生が可能となる。

装置は、蒸着装置とされ、処理面は、標的及び／又は蒸着面とされ、プラズマシートは、プラズマ処理面において標的及び／又は処理面と略平行とされる方向に伝播される。

本発明の特定の実施例については、添付図面を参照しつつ、以下に例示的に説明する。

スパッタリング装置で利用する用に適用されたプラズマ発生システムの長手方向断面図に表わす好ましいプラズマ処理装置の概略的な断面図である。 プラズマ発生システムの一部分の横断面を表わす、図１の左側から見ると、図１に表わされる概略的な断面図Ａ−Ａ′である。 図１の底から見ると、図１に表わされる概略的な断面図Ｂ−Ｂ′である。

本発明における方法、構造、及び装置の詳細については、図面を参照しつつ、以下の発明の詳細な説明から明らかとなる。

プラズマ処理装置１は、処理チャンバ２と、プラズマ発生システム３と、標的アセンブリ４と、基材アセンブリ５と、関連する電力供給部７を具備する磁石６と、プロセスガス供給システム８とを備えている。

当該実施例では、処理チャンバ２は、最も単純な形態であって、プラズマ発生システム３と標的アセンブリ４と基材アセンブリ５とを少なくとも含んでいる密閉箱とされる。プラズマ発生システム３と基材アセンブリ５とは、処理チャンバ２の内部において互いに近接して配置されている。当該実施例では、プラズマ発生システム３と基材アセンブリ５とは、同一のチャンバ空間に配置されている（すなわち、プラズマを発生させるための別のプラズマチャンバが存在しない）ので、処理チャンバ２は局在プラズマ発生区域（プラズマ発生システム３を含む）と局在プラズマ処理区域（標的アセンブリ４及び基材アセンブリ５のうち少なくとも１つを含む）とに分割されていると言える。また、当該実施例では、処理チャンバ２は磁石６を収容している。

図２及び図３に一層詳細に表わすように、プラズマ発生システム３は、プラズマ発生区域内の処理チャンバ２に配置されている。プラズマ発生システム３は、アンテナ９とハウジング１０と電磁石１１とを備えている。プラズマ発生システム３は、インピーダンス整合回路網１２と信号発生器１３とに接続されている。プラズマが内蔵されたプラズマ発生システムの内部で発生された後に処理チャンバに引き込まれる、従来技術に基づく例示的な処理チャンバとは対照的に、本発明におけるプラズマ発生システム３は、標的アセンブリ４及び／又は基材アセンブリ５の処理の際にプラズマが利用される、処理チャンバ２の同一空間に存在し、当該同一空間に対して露呈している。言い換えれば、プラズマは、処理チャンバ２の空気中に局所的に発生される。

図示の如く、アンテナ９は、処理チャンバ２の外側で湾曲部分１６を介して接続されている２つの直線状セクション１４，１５において処理チャンバ２を通じて延在している、単一のループ状のワイヤとされる。直線状セクション１４，１５は、アンテナ９の直線状セクション１４，１５同士の間の領域においてプラズマ励起を誘導するように、処理チャンバ２の内部においてオフセットされている。アンテナ９は、成形された金属管（例えば銅製の管）から構成されているが、例えば真鍮、アルミニウム、又はグラファイトのような代替的な導電性材料が、例えばロッド、ストリップ、又はこれらの組み合わせのような異なる断面形状の缶として利用可能とされる。当該実施例では、アンテナ９は、ＲＦ周波数を処理チャンバ２に伝送可能とされるように選定される。

ハウジング１０は、アンテナ９を囲んでおり、処理チャンバ２からアンテナ９を隔離している。ハウジング１０は、所定の内部空間すなわち内部容積を具備する杆体状の管を備えている。ハウジング１０は、当該管が処理チャンバ２の壁と接続するように、処理チャンバ２を通じて延在している。ハウジング１０は、図２及び図３の表わす一の又は両方の端部において内部容積が大気に対して露呈されるように、ハウジング１０の端部の周囲に及び処理チャンバ２の壁の周囲に、適切な真空シールを備えている。真空シールを支持及び実現する手段と空気を冷却するための手段とは、明確にするために、図面から省略されている。

ハウジング１０の少なくとも一部分は、アンテナ９から放出される電磁波の周波数を透過するようになっている。ハウジング１０の透過性によって、処理チャンバ２の内部にプラズマが発生する。

ハウジング１０は、典型的には２ｍｍ〜３ｍｍの壁厚を有する石英管とされる。ハウジング１０は、アンテナの冷却を補助するために、内部容積が大気に対して露呈されるような、すなわち流体流れが内部容積を通過することができるような、十分な厚さを有している。しかしながら、代替的な実施例では、ハウジング１０の壁が、より薄くなっており、処理チャンバ２とハウジング１０の内部容積との実質的な圧力差を維持することができない。当該代替的な実施例では、ハウジング１０は、処理チャンバ２の内部とハウジング１０の内部容積との圧力差を平衡に保つために、真空状態にする必要がある。真空ポンプシステムは、処理チャンバ２の内部においてプラズマを発生させるのではなく、ハウジング１０の内部容積におけるプラズマの発生を抑制する圧力に至るまで、アンテナ９が存在する内部容積を減圧するために、ハウジング１０に装着又は取り付けられる必要があることに留意すべきである。

電磁石１１は、アンテナ９及びハウジング１０の近傍に位置決めされており、関連する電力供給装置１１ａによって給電された場合に、４．８ガウス〜最大５００ガウスの磁場強度を軸線方向に生成することができる。電磁石１１は、プラズマ発生システム３によって発生されたプラズマを、プラズマ発生区域から処理チャンバ２のプラズマ処理区域に至るまで且つ処理チャンバ２のプラズマ処理区域を横断して伝播させるために、処理チャンバ２の内部に磁場を形成する。

また、プラズマ発生システム３は、プラズマの発生及び伝播の調整を可能とするために、処理チャンバ２の内部においてアンテナ９とハウジング１０と電磁石１１とを支持、位置合わせ、及び位置決めするための手段を含んでいる。さらに、インピーダンス整合回路網１２と信号発生器１３とは、より効率的にプラズマを発生させるために特定の周波数で給電することができる。

標的アセンブリ４は、処理チャンバ２のプラズマ処理区域に存在しており、冷却水及び電力を取付アセンブリ１８に供給するための処理チャンバフィードスルー１７を備えている。標的アセンブリ４は、水冷式とされ、処理チャンバ２の外部に設けられた電源１９から標的アセンブリ４に作用する電圧を有している。標的材料２０は、例えば銀を含有したエポキシ樹脂との結合のような周知の手段によって、良好な電気的且つ熱的接触を確保にするために、基材アセンブリ５に面している取付アセンブリ１８の面に装着されている。さらに、取付アセンブリ１８のスパッタリングを防止するために、電気的に接地されているシールド２１が、取付アセンブリ１８の周りに設けられているので、標的材料１９をプラズマに対して直接露呈させることができる。

基材アセンブリ５は、コーティングされるべき1つ以上の基材２２を処理チャンバ２の内部に位置決めし且つ保持するための手段を備えている。基材アセンブリ５は、水冷式とされるか、又は基材２２の温度を制御するための加熱器を含んでいる。基材アセンブリ５は、蒸着されたフィルムの特性の制御を補助するために基材２２に作用させる電圧を有しており、コーティング厚さの一様性を改善させるために基材２２を回転及び／又は傾斜させるための手段を含んでおり、処理チャンバ２の内部において移動及び／又は回転可能とされる。可動式遮蔽アセンブリ２３は、‘閉’位置において基材２２をコーティングすることなく標的がスパッタリングされるように設けられている。可動式遮蔽アセンブリ２３は、コーティング開口部を形成している固定された一連のシールドに置き換えることができ、この場合、基材アセンブリ５は、基材２２をコーティングするように、コーティング開口部の下方において並進されるようになっている。基板のタイプ及び材料が適切であれば、基材アセンブリ５は必要とされない。

特定の実施例では、標的アセンブリ４及び基材アセンブリ５は、処理チャンバ２の内部において、２つの平行な平面の間に位置決め及び配置されている。これら平面は、アンテナ９及びハウジング１０が処理チャンバ２を通じて延在している方向と共通している。

標的アセンブリ４の代替的な実施例では、標的材料２０と取付アセンブリ１８とが、円状又は略円状、例えば六角状の外断面から成るように構成されており、好ましくは取付アセンブリの中心長手方向軸線を中心として標的材料又はアセンブリを回転させるための手段を具備している。このことは、例えば、基本的にスパッタリングされる表面積を増大させることによって標的材料２０の寿命を最大化するために、上述の実施例の平面状の形状より好ましい。また、単一の標的材料２０は、２つ以上の異なる標的材料によって置き換えることができるので、例えば１００ｒｐｍのような適切な高速回転によって、異なる個々の材料から成る複合混合体（composite mixture）、合金、又は化合物とされる材料が基材２２にコーティングされる。代替的には、回転は、異なる材料がスパッタリングされる位置に当該異なる材料を逐次的に又は交互に位置決めするために利用される。これにより、異なる薄膜材料を基材２２に逐次的に蒸着させるための基礎が確立される。２つ以上の異なる標的材料を部分的に制御して回転位置を位置決めすることによって、蒸着の際にコーティング混合材が変化され、これにより薄膜コーティングの組成の変更を実現することができる。さらに、標的アセンブリ４は、個々の標的材料を別々に電気的にバイアスすることができるように構成されている。このことは、１つ以上の標的がＲＦ電力手段によってバイアスされる場合に、特に有用である。工程の品質を損なう可能性がある、ＲＦ電力によって誘導される低密度プラズマの発生と他の標的材料のスパッタリングとを防止することが望ましい。代替的な配置では、標的アセンブリ４は、パルスＤＣ及びＤＣバイアスによって別々に電気的にバイアスされる。

標的アセンブリ４のさらなる代替的な実施例では、標的シールド２１は、標的材料２０及び取付アセンブリ１８の全長をカバーするように延在しており、プラズマを標的材料２０と相互作用させ、当該全長に亘って標的材料２０をスパッタリングするための開口部を含んでいる。これにより、スパッタリングすべき標的領域を限定及び規定することができる。当該実施例は、幾つかの標的材料２０と上述の回転手段とが組み合わされた場合に、特に有用である。基材における材料の二次汚染を低減させるからである。

磁石６は、標的アセンブリ４及び基材アセンブリ５に近接して、且つ、処理チャンバ２のプラズマ処理区域の内側に配置されている。磁石６は、プラズマ発生システム３から離隔して配置されており、標的アセンブリ４及び基材アセンブリ５に関してプラズマ発生システム３の反対側に配置されていると言える。磁石６と電磁石１１とは、磁石６と電磁石１１との間に且つ処理チャンバ２を横断して約４．８ガウスから最大５００ガウスの磁場強度を生成するために、自身の電力供給部７，１１ａそれぞれによって給電される。

プロセスガス供給システム８は、１つ以上のプロセスガス又はプロセスガス混合体のための１つ以上のガス入口を備えており、ガス流れそれぞれが、例えば市販の流量制御装置を利用することによって制御可能とされ、任意にはガス混合マニホールド及び／又はガス分配システムを真空チャンバの内部に含んでいる。当該実施例では、単一のガス入口が、真空チャンバに対して設けられており、１つ以上のプロセスガスは、一般的な低圧ディフューザ拡散工程すなわちそのための配管によって、処理チャンバ２のすべての部分に分配される。

プラズマ処理装置１の利用に影響を及ぼさない変更は、上述の実施例の技術的範囲内である。例えば、磁石６と電磁石１１とは、プラズマを良好に制御及び案内するために、例えば付加的な永久磁石や電磁石のような他の磁気手段に入れ替え、補完、又は交換することができる。このことは、例えば強磁性を有する標的材料がスパッタリングされるべきであり、且つ、プラズマが標的アセンブリに方向づけられることによって消滅されることを防止するために付加的な磁場整形（field shaping）が必要とされる場合に必要とされる。さらなる例としては、プラズマ生成のために利用されるＲＦ電力システムの多くが１３．５６Ｈｚで動作するが、この周波数は、工業的利用のために許可された周波数であるので、これにより他の無線周波数の利用と相互干渉を起こす可能性が解消され、実施を一層容易にすることができる。例えば４０ＭＨｚや調和周波数１３．５６ＭＨｚのような代替的な無線周波数は、適切なＲＦ遮蔽及びＲＦ抑制をしつつ、アンテナ９又は標的アセンブリ４に給電するために利用される。

プラズマ発生システム３の代替的な実施例では、ハウジング１０は、材料のアセンブリから構成されている。ハウジング１０は、共に複数巻きのアンテナ９を囲むように並列に配置されている複数の管、例えば厚さ２ｍｍ〜３ｍｍの石英管を含んでいる。ハウジング１０は、単純な空気流れを利用することによってアンテナ９が容易に冷却されるように、大気圧でアンテナ９を囲むように構成されている。これにより、そうでない場合より大きいＲＦ電力でプラズマ発生システム３を動作させることができる。

利用時に、プラズマ処理装置１は、別体又は内蔵のプラズマチャンバを必要とすることなく、処理チャンバ２の内部に一様なプラズマシート２４を発生させ、プラズマシート２４を伝播させる。上述の例示的なシステムの動作例について、図１を参照しつつ説明する。

ＲＦアンテナ９は、処理チャンバ２の外部に設けられたインピーダンス整合回路網１２及び１３．５６ＭＨｚのＲＦ発生器１３に接続されており、インピーダンス整合回路網１２及びＲＦ発生器１３によって給電される。ＤＣ電力供給部１１ａは、最大５００ガウスの磁場強度を軸線方向に生成することができる電磁石１１に電気的に接続されている。

コーティングされるべき基材２２は基材アセンブリ５の上に載置されており、遮蔽アセンブリ２３は閉位置に配置されている。処理チャンバ２は、工程に適した真空圧、例えば１×１０^−５トルに至るまで、ポンプシステム２５によって脱気される。プロセスガス供給システム８は、例えばアルゴンのような少なくとも１つのプロセスガスを処理チャンバに流すために利用される。真空引きの流量及び任意には流速は、スパッタリング工程に適した動作圧力、例えば３×１０^−３トルを付与するように調整される。磁石６と電磁石１１とは、自身の電力供給部７及び電力供給装置１１ａそれぞれと連携して、磁石６と電磁石１１との間に且つ処理チャンバ２を横断するように約１００ガウスから約５００ガウスの磁場強度を生成するために利用される。磁石及び電磁石の磁気的な‘極性’は同一である（すなわち、磁石と電磁石とは吸引する）。

局在化された遠位のプラズマ２４は、例えば２ｋＷのＲＦ電力を信号発生器１３からインピーダンス整合回路網１２を介してアンテナ９に供給することによって、処理チャンバ２の内部に発生する。上述のように生成された磁場と組み合わせると、結果として、図１及び図３に表わす領域２４によって概略的に示されるように、高密度プラズマが、プラズマ発生システム３によって、標的アセンブリ４の下方において処理チャンバの全体に亘って生成される。磁場は、プラズマ２４を抑制及び整形するように機能する。局在プラズマ２４は、処理チャンバ２の内部において、アンテナ９及びハウジング１０の長さに沿って発生される。磁石６及び電磁石１１は、局在プラズマ２４と相互作用する処理チャンバの全体に亘って、磁場を供給する。磁石６及び電磁石１１は、処理チャンバ２を貫通するアンテナ９の長さに対して直角とされる平面において局在プラズマが励起及び伝播されるように配置されている。局在プラズマ２４の伝播に対して直角とされる平面は、処理チャンバ２の内部における標的アセンブリ４及び基材アセンブリ５の２つの平行な平面に対して略平行に延在している。さらに、磁石６及び電磁石１１によって供給される磁場は、処理チャンバ２を貫通するアンテナ９の長さに対する他の平面又は方向において、プラズマの励起を制限する。言い換えれば、磁石６及び電磁石１１によって供給される磁場は、プラズマを抑制するためのプラズマチャンバを必要とすることなく、２つの直行する方向においてプラズマの励起を制限しつつ、第３の直角な方向にプラズマを伝播させる。

ＤＣ電力供給部１９は、負極性の電圧を標的アセンブリ４に作用させるために利用される。その結果として、標的アセンブリ４の近傍において、プラズマ２４からのイオンは標的材料２０に付着する。電圧が標的材料２０のためのスパッタリングの閾値（典型的には６５ボルト）を超えた場合には、標的材料２０のスパッタリングが発生する。当該例示的なシステムについてのスパッタ速度は、当該閾値を超えた電圧に略比例している。通常、４００ボルト以上の電圧が印可される。非常に高いスパッタ速度を要する用途では、比較的高い電圧、例えば１２００ボルトの電圧が利用される。

標的材料２０の表面を清浄及び安定化させるための任意の時間遅延、例えば５分が経過した後に、遮蔽アセンブリ２３は、標的アセンブリに面している基材２２の表面をスパッタリング材料に対して露呈させるための開位置に配置される。これにより、基材の表面が、薄膜状の標的材料２０でコーティングされる。必要な膜厚と基材２２の表面における蒸着速度とによって決定される時間が経過した後に、遮蔽アセンブリ２３は閉位置に配置され、基材２２に対する蒸着が終了する。

［例］
プラズマ発生システム３を含むプラズマ処理装置１は、スパッタリング標的、基材、及び遮蔽アセンブリを除いて、概略的には図１に表わすように且つ上述したように構成されている。アンテナ９の形状に等しい形状の平面的な永久磁石及び電磁石が、処理チャンバ２の内部に据え付けられ、永久磁石及び電磁石の位置は、後述のように変更される。アンテナ９は、管状のハウジング１０を貫通している２つの直線状セクションを具備する、直径６ｍｍの銅製管から構成されている。アンテナ９は、図示の如くハウジングの中心軸線からオフセットされるように、且つ、一方の端部において直径６ｍｍの銅製管のさらなるセクション及び真鍮製コネクタと共に結合されるように成形されているので、延長された略‘Ｕ’字状のループを形成している。ハウジング１０は、処理チャンバ２の壁を貫通して処理チャンバ２を横断している２つの同一の壁厚３ｍｍの石英製管から成る。ハウジング１０は、冷却するために、且つ、ハウジング１０の内部におけるプラズマの発生を防止するために、ハウジング１０の内部が大気に対して露呈するように真空シールされている。

プラズマ発生システム３は、処理チャンバ２の内部において所定の長さのアンテナ９及びハウジング１０に沿って、アルゴンベースプラズマを発生させる。桿体状のアンテナ９及びハウジング１０から生じたプラズマは、桿体状のアンテナ９及びハウジング１０の長さに対して直角とされる一の平面において案内され且つ一様なシート２４として整形されるので、標的材料２０と基材２２との間を完全に通過することができる。従って、プラズマ２４が標的材料２０の全体を覆うので、プラズマ密度の顕著な損失が回避され、プラズマ密度が非一様になることが防止される。標的材料２０がプラズマ２４に作用する負バイアス（negative bias）を有しているか否かに関わらず、標的材料２０の存在がプラズマ２４に悪影響を及ぼさないことに留意すべきである。さらに、標的アセンブリ４は、プラズマ２４の近傍に配置されているにも関わらず、水冷されていない場合であっても実質的に加熱されない。可視プラズマが、予想される磁場のプロファイルに追従し、再び狭窄される前に、電磁石１１と磁石６との間における処理チャンバ２の中点における断面の両方において約６０ｍｍに膨張されることが観察された。

従って、当該実施例又は代替例に従って構築された桿体状のプラズマ発生システム３は、高密度のプラズマシート２４を生成する。当該高密度のプラズマシートは、４００ｍｍを超える長さに亘って断面積が１０^１２ｃｍ^−３より大きく、且つ、幅１２５ｍｍの同様の大きさのスパッタリング標的を一様にスパッタリングするのに少なくとも適した一様性を有している。

スパッタ蒸着システムは、基材がコーティング開口部の下方において並進移動される時間によって蒸着時間が決定されることを除いて、上述の例示に従って動作される。以下の見解及び結論が得られる。

工程条件は、アルゴンガスの流量：１８０ｓｃｃｍ；処理チャンバの最終的な真空圧力：約４×１０^−３トル；ＲＦアンテナに作用するＲＦ電力：２．５ｋＷ；電磁石１１の軸線方向における磁場：約４．８ガウス；磁石６の軸線方向における磁場：約１０ガウスとなる。このように生成された強いアルゴンベースプラズマは、紫−青の特徴的な色を有しており、１０^１２ｃｍ^−３〜１０^１３ｃｍ^−３のプラズマ密度の存在を示している。

本発明は、反応性スパッタリング工程、すなわち、１つ以上のスパッタリングされた標的材料２０と反応することによって化合物薄膜を基材２１に蒸着させるために、反応性ガス又は反応性蒸気がガス供給システム８を介して導入される工程で利用される。例えば、上述の実施例のうち幾つかの実施例では、酸素ガスがスパッタリング工程に導入される。これにより、酸素薄膜が蒸着される。例えば、酸素ガスの存在下においてアルミナ標的をスパッタリングすることによってアルミナが蒸着され、又は、酸素ガスの存在下においてシリコン標的をスパッタリングすることによってシリカが蒸着される。

桿体状のプラズマ発生システム３は、さらなる用途の実現を可能とするスパッタリング標的から独立して動作可能とされる。従って、上述の桿体状のプラズマ発生システム３は、基材清浄装置、表面修正装置、又は、例えばロール・ツー・ロール（“ウェブ”）コーティングにおいて高いスループット率で大型の基材を処理するための特定のユーティリティーを具備するエッチング装置として利用される。

桿体状のプラズマ発生システム３は、他のコーティング工程のための、‘プラズマ支援（plasma assist）’ツールとして利用可能とされ、典型的には、蒸着工程のツールで利用される。

桿体状のプラズマ発生システム３は、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）の手法に基づくコーティング工程に適用可能とされる。

本発明における桿体状のプラズマ発生システム３は、非常に大きい長さ及び幅に亘って一様な高密度プラズマを発生させ、これにより大型の基材と共に利用可能とされる固有の能力に起因して、すべての工程において特に有用である。

１ プラズマ処理装置
２ 処理チャンバ
３ プラズマ発生システム
４ 標的アセンブリ
５ 基材アセンブリ
６ 磁石
７ 電力供給部
８ プロセスガス供給システム
９ アンテナ
１０ ハウジング
１１ 電磁石
１１ａ 電力供給装置（ＤＣ電力供給部）
１２ インピーダンス整合回路網
１３ 信号発生器（１３．５６ＭＨｚのＲＦ発生器）
１４ 直線状セクション
１５ 直線状セクション
１７ 処理チャンバフィードスルー
１８ 取付アセンブリ
１９ 電源（ＤＣ電力供給部）
２０ 標的材料
２１ シールド（標的シールド）
２３ 遮蔽アセンブリ
２４ プラズマシート（局在プラズマ）

Claims (12)

1. 一様な高密度プラズマシートを発生及び処理するための方法において、
   チャンバの内部に配置されているプラズマ源を利用することによってプラズマを発生させるステップと、
   前記チャンバの内部においてプラズマが一様な高密シートとして伝播されるように、前記チャンバの内部において磁場及び／又は電磁場を利用することによってプラズマを収容及び制限するステップと、
   前記チャンバの内部において、プラズマが処理面と相互作用するように、プラズマを前記処理面に亘って通過させるステップと、
   を備えていることを特徴とする方法。
2. 前記プラズマ源が、所定の長さのアンテナを備えており、前記アンテナが、前記チャンバを貫通して延在しており、
   前記磁場及び／又は前記電磁場が、前記アンテナの長さに対して垂直な一の方向においてシートとしてプラズマを伝播させることによって、並びに、前記アンテナの長さに対して垂直な他の方向及び前記アンテナの長手方向軸線の方向においてプラズマの伝播を制限することによって、プラズマを抑制及び整形することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記プラズマの前記シートが、前記処理面と略並行となるように伝播されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記磁場及び／又は前記電磁場が、２０ガウスより低い磁場強度を有していること特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記プラズマ源が、前記チャンバの内部に配置されている局在プラズマ源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記チャンバが、２つの壁を備えており、
   アンテナが、２つの前記壁に接続されており、且つ、２つの前記壁の間に延在しており、
   局在化された線形プラズマが、前記アンテナの長さ全体に沿って発生されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. アンテナが、ＲＦ送信機とされ、
   前記アンテナが、ＲＦ周波数に対して少なくとも部分的に透過性を有しているハウジングに囲まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ハウジングが、利用時に前記チャンバと異なる圧力で維持される内部容積を有していることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記ハウジングが、前記チャンバの外部の大気に対して露呈していることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. プラズマが、独立したプラズマチャンバの内部に発生しないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. １つ以上の磁石が、４．８ガウスの磁場強度を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 装置が、蒸着装置とされ、
    前記処理面が、標的及び／又は蒸着面とされ、
    プラズマシートが、前記標的及び／又は前記処理面に対して略平行な方向において、プラズマ処理空間で伝播されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。

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