JP4368417B2 - プラズマ発生装置およびこれを用いた成膜方法並びに成膜装置 - Google Patents

Description

この発明は、プラズマ発生装置と、このプラズマ発生装置を用いた成膜装置及び成膜方法に関し、例えば、プラズマディスプレイパネルの製造等、大面積の基板に成膜することに適した成膜装置及び成膜方法に関する。

液晶表示装置（本明細書において「ＬＣＤ」と表すことがある）やプラズマディスプレイ装置（本明細書において「ＰＤＰ」と表すことがある）等、ディスプレイ用の大型基板の量産が近年強く求められている。
ＬＣＤやＰＤＰなどのディスプレイ用の大面積基板への透明導電膜ＩＴＯや、前面板電極保護層であるＭｇＯ等の薄膜形成にあたっては、生産量の増加、高精細パネル化に伴い、ＥＢ蒸着法やスパッタリング法に代わる成膜法としてイオンプレーティング法が注目されている。イオンプレーティング法は、高成膜レート、高密度な膜質の形成、大きいプロセスマージンといった様々な長所を有し、また、プラズマビームを磁場で制御することにより大面積基板への成膜が可能になるからである。この中で、特に、ホローカソード式イオンプレーティング法がディスプレイ用の大面積基板への成膜用として期待されている。
このホローカソード式イオンプレーティング法ではプラズマ源に浦本上進氏が開発したＵＲ式プラズマガンを用いているものがある（日本国特許第１７５５０５５号公報）。このＵＲ式プラズマガンは、ホローカソードと複数の電極で構成されており、Ａｒガスを導入して高密度のプラズマを生成し、異なる４種類の磁場でプラズマビームの形状、軌道を変化させて成膜室に導いている。すなわち、プラズマガンで生成されたプラズマビームを、当該プラズマビームの進行方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている永久磁石からなるマグネットによって形成されている磁場の中に通過させる。これにより、当該プラズマビームを変形させ、扁平に広がったプラズマビームとするものである。
このプラズマビームを、蒸発材料受け皿上の蒸発材料に広範囲にわたって照射する技術も開発されている（日本国特開平９−７８２３０号公報）。これによれば、プラズマビームにより、プラズマが蒸発材料受け皿上の蒸発材料、例えば、ＭｇＯに広範囲にわたって照射されるため、蒸発源を幅広くでき、幅広な基板上に成膜することが可能になるとされている。
このような従来の成膜装置１００による成膜方法の一例を第１１図、第１２図を用いて説明する。第１１図は従来の成膜装置の一例を説明する概略側面図、第１２図この概略平面図である。第１１図中、矢印Ｘ方向から見たものが第１２図図示の状態で、第１２図中、矢印Ｙ方向から見たものが第１１図図示の状態である。
成膜装置１００の真空排気可能な成膜室３０内の下部に、蒸発材料（例えばＭｇＯ）３１を収容した蒸発材料受け皿３２が配備されている。成膜処理される基板３３（例えば、ディスプレイ用大型基板）は、成膜室３０内の上部に、蒸発材料受け皿３２と対向するように配置される。そして、基板３３に、連続的に透明導電性膜ＩＴＯやＭｇＯ膜を成膜する際に、基板３３は不図示の基板ホルダーによって、所定の距離をあけて矢印４３のように連続的に搬送される。
第１１図、第１２図図示の実施形態では成膜室３０の外側に配置されているプラズマガン２０は、ホローカソード２１と、電極マグネット２２および電極コイル２３で構成され、これらが第１１図図示のように、略水平の軸に沿って同軸で配置されている。なお、プラズマガン２０が成膜室３０内に設置されている場合もある。
プラズマビーム２５を成膜室３０内へ引き出すための収束コイル２６が電極コイル２３より下流側（プラズマビームが進行する方向）に設置されている。
収束コイル２６の更に下流側には、プラズマビーム２５の進行方向に対して交さする方向に延び、対向して互いに対に配置されている永久磁石からなるマグネットが配置されている。前記のように成膜室３０に向けて進行するプラズマビーム２５は、このマグネットによって形成される磁場の中を通過して、プラズマビーム２８になる。マグネットは１組、または複数組配置される。第１１図、第１２図図示の従来例では、２組のマグネット２９、２９が配置されている。
なお、第１１図、第１２図図示の従来例ではマグネット２９が成膜室３０の内部に配置されているが、マグネット２９が成膜室３０の外部に配置されることもある。
基板３３への成膜を行う場合には、蒸発材料受け皿３２に蒸発材料３１を配置する。また、成膜処理される基板３３を不図示の基板ホルダーに保持する。真空室３０内部を矢印４２のように排気して所定の真空度にするとともに、矢印４１のように反応ガスを真空室３０内に供給する。
この状態で、アルゴン（Ａｒ）等のプラズマ用ガスを矢印４０のように、プラズマガン２０に導入する。プラズマガン２０で生成されたプラズマビーム２５は、収束コイル２６により形成される磁界によって収束され、特定の範囲で広がりを持ちながら、ビーム断面が略円形の特定の径を有する円柱状に広がりながら真空室３０内に引き出される。そして、２組のマグネット２９、２９によってそれぞれ形成されている磁場の中をそれぞれ通過する。各組のマグネット２９、２９を通過するときに、それぞれ、そのビーム断面が略矩形又は楕円状に変形された偏平のプラズマビーム２８となる。
このプラズマビーム２８は、蒸発材料受け皿３２の下方のアノードマグネット３４が作る磁界によって偏向されて蒸発材料３１上に引き込まれ、蒸発材料３１を加熱する。その結果、加熱された部分の蒸発材料３１は蒸発し、不図示の基板ホルダーに保持されて矢印４３方向に移動している基板３３に到達して基板３３の表面に膜を形成する。

第１１図、第１２図に図示し、前述した構成からなる従来の成膜装置１００は、前述したように、プラズマガンで生成されるプラズマビームを、マグネットによって形成されている磁場の中に通過させることにより、変形させた偏平プラズマビームを形成する従来のプラズマ発生装置を用いているものである。
かかる従来のプラズマ発生装置、成膜装置１００を用いた従来の方法によれば、成膜面積を広げることは可能になったが、膜厚の均一性に関しては改善すべき点が残っていた。
すなわち、発明者等の実験によれば、前記のような従来の方法では、蒸発材料表面におけるプラズマビームの分散度合を示すイオンフラックス分布が第１０図図示のようになっていることが認められた。なお、第１０図において、縦軸はイオン強度（任意平均）を表し、横軸はプラズマビーム２８の中心を原点（０）としたときのプラズマビームの広がり方向（第１２図中の矢印ｘ方向）の距離（ｍｍ）を表す。
これに対応して、基板表面に成膜される膜のプロファイルも同様の形状となり、中央側で厚く、１つの山のピークを形成し、外縁側（両サイド側）に向かって膜厚が次第に薄くなっていく形状となって、広い面積の基板に成膜した場合の膜厚分布の均一化において不十分であることが認められた。これは、プラズマガンで生成された、特定の範囲で広がりを持ちながら、例えば、特定の径を有する円柱状のようになって成膜室方向に進行するプラズマビームにおいて、プラズマが、プラズマビームの外縁側に比較してプラズマビームの中心側に集中するためと考えられる。これによって、プラズマビームの中心側部分が照射された蒸発材料の蒸発レートが、当該中心側部分の両側にあたる外縁側部分に比較して高くなるものと考えられる。この結果、膜厚分布が中央側で厚く、外縁側（両サイド側）で薄くなり、広い面積の基板への均一な膜厚分布の成膜が不十分になっているものと考えられた。
この発明は上記の如くの問題点に鑑みてなされたもので、成膜面積の拡大を可能とし、かつ、成膜された膜の膜厚分布をより均一化できるプラズマ発生装置と、これを用いた成膜装置及び成膜装置を提供することを目的としている。
前記目的を達成するため、この発明は、プラズマガンから収束コイルにより引き出され、特定の範囲で広がりを持ちながら、例えば、特定の径を有する円柱状のようになって進行するプラズマビームを、当該プラズマビームの進行方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている永久磁石からなるマグネットによって形成されている磁場の中に通過させて変形させたプラズマ発生装置において、以下の提案を行うものである。
本発明に従うプラズマ装置は、プラズマガン、プラズマガンからのプラズマビームに磁界を適用して、プラズマビームのビーム断面を略長方形又は楕円形状に変形させる磁石、及びビーム断面の変形されたプラズマビームを照射させる被照射体を設置する手段とからなり、ビーム断面の変形されたプラズマビームの、被照射体面上での略長方形又は楕円形状のビーム断面強度分布は、ビーム断面形状の長手方向の幅をＷｔ、被照射体面上の最大イオン強度（Ｉｍａｘ）に対して長手方向においてイオン強度が半減する幅をＷｉとしたとき、０．４≦Ｗｉ／Ｗｔである。本発明のプラズマ装置のイオン強度分布の幅ＷｔとＷｉの関係は、実施例では０．７≦Ｗｉ／Ｗｔである。
なお、本願発明内容を規定するプラズマビームのイオン強度分布は、プラズマ装置のプラズマビーム被照射面に平坦表面のＭｇＯ試料プレートを配置して、プラズマビームを照射したときにＭｇＯ材料の蒸発によって生ずるＭｇＯ試料プレート表面の照射痕の深さから間接的に決定されたものとして、定義されるものである。照射痕の深さは実質的にプラズマビームのイオン強度に比例しているとみなされ得る。イオン強度値は、照射痕の深さとの関係で推定された。そして、照射痕の最大深さ位置のイオン強度をＩｍａｘとし、Ｉｍａｘの半減値幅をＷｉとしている。ビーム断面形状の長手方向のビーム幅Ｗｔは、照射痕の深さがＩｍａｘの１％になった位置を実質上のビーム幅として本発明では定義される。
次に、前記目的を達成するためこの発明が提案する成膜装置は、真空排気可能な成膜室内に配置されている蒸発材料受け皿に収容されている蒸発材料に対して、前述した本発明のいずれかのプラズマ発生装置で生成されたプラズマを入射して蒸発材料を蒸発させ、前記成膜室内で前記蒸発材料受け皿に対して所定の間隔を空けて、前記蒸発材料受け皿に対向する位置に配置されている基板に成膜するものである。
この場合、成膜される基板は前記蒸発材料受け皿に並行して前記成膜室内を移動するようにすることができる。これによって移動している基板に連続的に成膜するものである。
また、前記目的を達成するためこの発明が提案する成膜方法は、真空排気可能な成膜室内に配置されている蒸発材料受け皿に収容されている蒸発材料に対して、前述した本発明のいずれかのプラズマ発生装置で生成されたプラズマを入射して蒸発材料を蒸発させ、前記成膜室内で前記蒸発材料受け皿に対して所定の間隔を空けて、前記蒸発材料受け皿に対向する位置に配置されている基板に成膜するものである。
この場合、成膜される基板は前記蒸発材料受け皿に並行して前記成膜室内を移動し、当該移動する基板に連続的に成膜するようにすることができる。なお、前記本発明の成膜装置、成膜方法において使用される本発明のプラズマ発生装置では、プラズマガンが成膜室の外部に配置され、マグネットが成膜室の内部に配置されている形態、プラズマガン及びマグネットの双方が成膜室の外部に配置されている形態のいずれをも採用することができる。
発明の効果
本発明のプラズマ発生装置によれば、蒸発材料表面におけるイオンフラックス分布を第１０図図示のような、ビーム断面形状の長手方向に１つのピークを有する急峻な山形から、より平坦な分布へと変化させることにより、基板上に成膜される膜のプロファイルを平坦化させ、広い面積にわたって、均一な膜厚分布の成膜を可能とすることができる。
本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、基板上に成膜される膜のプロファイルを平坦化させ、広い面積にわたって、均一な膜厚分布の成膜を可能とすることができる。

第１図は、この発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した本発明の成膜装置の一例を説明する概略側面図であり、第２図は、第１図の概略平面図であり、第３Ａ図は、第１図、第２図図示の実施形態における本発明のプラズマ発生装置において、マグネットがプラズマビームに対して直交する方向において３個に分割されている例のマグネット部分を表す平面図であり、第３Ｂ図は、この発明のプラズマ発生装置におけるマグネット部分の他の形態を表す平面図であり、第３Ｃ図は、第３Ｂ図図示の実施形態におけるマグネット部分の他の例を表す平面図であり、第４Ａ図は、マグネットを説明する図であり、第４Ｂ図は、マグネットを説明する図であり、第４Ｃ図は、マグネットを説明する図であり、第４Ｄ図は、マグネットを説明する図であり、第４Ｅ図は、マグネットを説明する図であり、本発明のプラズマ発生装置におけるマグネットの配置例を説明する図であり、第５Ａ図は、マグネットを説明する図で、本発明のプラズマ発生装置におけるマグネットの構成例を説明する図であり、第５Ｂ図は、マグネットを説明する図で、本発明のプラズマ発生装置におけるマグネットの構成例を説明する図であり、第５Ｃ図は、マグネットを説明する図で、本発明のプラズマ発生装置におけるマグネットの構成例を説明する図であり、第６図は、従来のマグネットが採用されていた従来のプラズマ発生装置によるプラズマビームと、第４Ｂ図図示の形態のマグネットが採用されている本発明のプラズマ発生装置によるプラズマビームによって蒸発材料の表面に形成されるイオンフラックス分布を示した図であり、第７図は、従来のマグネットが採用されていた従来のプラズマ発生装置によるプラズマビームと、第５Ｂ図図示の形態のマグネットが採用されている本発明のプラズマ発生装置によるプラズマビームによる蒸発材料表面のイオンフラックス分布を表す図であり、第８図は、従来のマグネットが採用されていた従来のプラズマ発生装置によるプラズマビームと、第５Ｂ図図示の形態のマグネットが採用されている本発明のプラズマ発生装置によるプラズマビームによる蒸発材料表面のイオンフラックス分布の他の例を表す図であり、第９図は、本発明のプラズマ発生装置、成膜装置によって成膜を行った場合と従来のプラズマ発生装置、成膜装置によって成膜を行った場合の膜厚分布を表す図であり、第１０図は、従来の成膜装置における蒸発材料表面のイオンフラックス分布を表す図であり、第１１図は、従来のプラズマ発生装置及びこれを利用した従来の成膜装置の一例を説明する概略側面図であり、第１２図は、第１１図の概略平面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付の図を参照して説明する。
第１図は、この発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した成膜装置１０の一例の概略構成を示す側面図である。第２図は、第１図図示の成膜装置１０の概略構成を示す平面図である。第１図中、矢印Ｘ方向から見たものが第２図図示の状態で、第２図中、矢印Ｙ方向から見たものが第１図図示の状態である。
本発明の特徴は後述するマグネット２７の形態にあり、それ以外の、プラズマ発生装置、成膜装置１０の構成は、第１１図、第１２図を用いて背景技術の欄で説明した従来のプラズマ発生装置、成膜装置１００と同様であるので、第１１図、第１２図を用いて背景技術の欄で説明した従来のプラズマ発生装置、成膜装置１００と共通する部分には共通する符号をつけてその説明は省略する。
プラズマガン２０から収束コイル２６によりプラズマビーム２５が引き出される。このプラズマビーム２５は、これが成膜室３０に向かって進行する方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている永久磁石からなるマグネット２９、２７によって形成されている磁場の中を通過する。これによって、プラズマビーム２５は、第１図、第２図図示のようなプラズマビーム２８となる。
本発明のプラズマ発生装置でも、第１１図、第１２図を用いて背景技術の欄で説明した従来のプラズマ発生装置と同じく、特定の範囲で広がりを持ちながら、例えば、特定の径を有する円柱状のようになって進行するプラズマビーム２５がマグネットによってビーム断面が略矩形又は楕円形状の偏平プラズマビーム２８に変形される。
本発明のプラズマ発生装置においては、このマグネットの中に、例えば、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いマグネット２７が少なくとも一つ含まれている。
第１図〜第３Ｃ図図示の実施形態においては、符号２７で示されているマグネットが、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いマグネットになっている。一方、第１図〜第３Ｃ図において、符号２９で示されているマグネットは、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度と、外縁側に対応する部分の反発磁場強度との間に相違がない、従来のプラズマ発生装置に採用されているマグネットである。なお、第１図〜第３Ｃ図の実施形態では、プラズマガン２０から発生されたプラズマビーム２５が成膜室３０に向かって進行する方向に２組のマグネット２７、２９が配置されているが、本発明は、かかる形態に限られるものではない。２組以上の複数のマグネットが配置されている場合でも、その中に、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いマグネット２７が少なくとも一つ含まれていればよい。また、複数のマグネットが配置されていて、その中の少なくとも一つが前述したマグネット２７であるときに、マグネット２７は、第１図、第２図図示のように成膜室３０の蒸発材料３１に近い方に配備されている形態、第３Ｂ図図示のように成膜室３０の蒸発材料３１から遠い方に配備されている形態のいずれも選択できる。
また、図示していないが、プラズマビーム２５が成膜室３０に向かって進行する方向に１組のマグネット２７のみが配置されていて、このマグネット２７が、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いものになっている形態にすることもできる。
プラズマビーム２５は磁石２７、２９でビーム断面が偏平に変形されて偏平ビーム２８となり、成膜室３０内の蒸発材料設置台（受け皿）３２上のプラズマビーム被照射材料（蒸発材料）３１に照射され、材料３１を蒸発させ、蒸発材料を基板３３に成膜する。
更に、第１図、第２図図示の実施形態でも、第１１図、第１２図図示の従来例の場合と同じく、マグネット２９、２７が成膜室３０の内部に配置されている構成で説明しているが、マグネット２７、２９が成膜室３０の外部に配置される形態にすることも可能である。
いずれにしても、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いマグネット２７が少なくとも一つ含まれていることにより、マグネット２７の中心側部分を通過するプラズマの密度を外縁側に分散させることができる。こうして、プラズマビーム２８が成膜室３０内に配置されている蒸発材料３１に照射されるときに、外縁側に比べて中心側にプラズマが集中することを防止できる。これに従って、基板３３上に成膜される膜のプロファイルを平坦化させ、広い面積にわたって、均一な膜厚分布の成膜を可能にできる。
本発明のプラズマ発生装置において、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強いマグネット２７は、プラズマビーム２５に対して直交する方向において複数に分割されている形態にすることができる。
このようにすることによって、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における反発磁場強度の方を、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強くすることが、以下に説明するように容易になる。
第３Ａ図は、第１図、第２図図示の実施形態における本発明のプラズマ発生装置において、マグネット２７が、プラズマビーム２５に対して直交する方向において３個に分割されている例を説明するものである。
第３Ｃ図は、第３Ｂ図図示の実施形態における本発明のプラズマ発生装置において、マグネット２７が、プラズマビーム２５に対して直交する方向において３個に分割されている例を説明するものである。
以下、マグネット２７が、プラズマビーム２５に対して直交する方向において複数個に分割されている場合の好ましい配置例、構成例を、第４Ａ図〜第４Ｂ図、第５Ａ図〜第５Ｃ図を参照して説明する。
第４Ａ図〜第４Ｅ図、第５Ａ図〜第５Ｃ図とも、第２図中、矢印Ｚ方向から見た状態の、従来のプラズマ発生装置に採用されているマグネット２９と、本発明のプラズマ発生装置に採用されているマグネット２７の配置形態、構成形態を説明する図である。第４Ａ図は、マグネット２９の配置を示す。
プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強いマグネット２７が、プラズマビーム２５に対して直交する方向において複数に分割されている場合、次のような形態を採用することができる。例えば、複数に分割されているマグネット２７は、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における永久磁石が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における永久磁石よりもプラズマビーム２５に対して近接して配置されている。そして、前記中心側に対応する部分で互いに対向する永久磁石同士の間隔の方が、前記外縁側に対応する部分において互いに対向する永久磁石同士の間隔よりも狭くなっているものである。
マグネット２７をプラズマビーム２５に対して直交する方向において複数に分割した上でこのようにすれば、以下に説明するように、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における反発磁場強度の方を、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強くすることを容易に行うことができる。
第４Ｂ図、４Ｃ図は、マグネット２７をプラズマビーム２５に対して直交する方向において３個に分割した上で、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における永久磁石２７ａ、２７ａが、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における永久磁石２７ｂ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｃよりもプラズマビーム２５に対して近接して配置されている例を説明するものである。これによって、中心側に対応する部分で互いに対向する永久磁石２７ａ、２７ａ同士の間隔Ａの方が、外縁側に対応する部分において互いに対向する永久磁石２７ｂ、２７ｂ同士の間隔Ｂ、２７ｃ、２７ｃ同士の間隔Ｂよりも狭くなっている。
第４Ａ図は、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度と、外縁側に対応する部分の反発磁場強度との間に相違がない、従来のプラズマ発生装置に採用されているマグネット２９を説明するものである。対向して対になっている永久磁石同士の間隔は、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分においても、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分においても同一で、また、どの位置においても、互いに対向する永久磁石同士による反発磁場強度が同一になっている。
第６図は、第４Ａ図図示の形態の従来の形態のマグネット２９のみが採用されていた従来のプラズマ発生装置と、当該従来のプラズマ発生装置において、マグネット２９を第４Ｂ図図示の形態のマグネット２７に変更した本発明のプラズマ発生装置について、設定条件を同一にして、生成されたプラズマビーム２８によって、蒸発材料３１の表面に形成されるイオンフラックス分布（イオン強度分布）を示したものである。
発明者等の実験によれば、第４Ａ図図示の形態の従来のマグネット２９のみが採用されていた従来のプラズマ発生装置の場合、第６図に（１）で示したように、１つの高いピークを有する急峻な山形形状を呈するイオンフラックス分布となった。一方、本発明のプラズマ発生装置によれば、第６図に（２）で示すように、低くなったピークが複数存在するなだらかな山形形状のイオンフラックス分布となった。
この結果、蒸発材料３１を蒸発させるプラズマの分布も同様になだらかな山形形状に改善することができ、本発明のプラズマ発生装置を使用している本発明の成膜装置１０によれば、基板３３の表面に成膜される膜の膜厚分布を平坦化し、広い面積にわたって均一な膜厚分布の成膜を行うことができる。
なお、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いマグネット２７を、プラズマビーム２５に対して直交する方向において複数に分割する場合、複数個に分割する数は、第３Ａ図、３Ｃ図、第４Ｂ図、４Ｃ図などに例示されているように、プラズマビーム２５に対して直交する方向において３個に分割するものに限られない。プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強くなるようにすれば、プラズマビーム２５に対して直交する方向において任意の数に分割できる。
第４Ｄ図、４Ｅ図は、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分の反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いマグネット２７が、プラズマビーム２５に対して直交する方向において、２７ａ〜２７ｅの５個に分割されている例を説明するものである。第４Ｂ図、４Ｃ図の実施形態と同じく、中心側に対応する部分で互いに対向する永久磁石２７ａ、２７ａ同士の間隔より、外縁側に対応する部分において互いに対向する永久磁石２７ｂ、２７ｂ同士の間隔、２７ｃ、２７ｃ同士の間隔の方が広く、更に外縁側で互いに対向する永久磁石２７ｄ、２７ｄ同士の間隔、２７ｅ、２７ｅ同士の間隔の方が更に広くなっている。
また、前述したように、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における反発磁場強度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強いマグネット２７が、プラズマビーム２５に対して直交する方向において複数に分割されている場合、次のような形態も採用することができる。例えば、複数に分割されているシート化マグネット２７は、プラズマビーム２５の中心側に対応する部分における永久磁石の残留磁束密度の方が、プラズマビーム２５の外縁側に対応する部分における永久磁石の残留磁束密度よりも大きくなっている。そして、前記中心側に対応する部分で互いに対向する永久磁石同士による反発磁場強度の方が、前記外縁側に対応する部分において互いに対向する永久磁石同士による反発磁場強度よりも強くなるようになっているものである。
マグネット２７のこのような形態を説明しているものが、第５Ｂ図、５Ｃ図である。
本発明のプラズマ発生装置に採用されているマグネット２７においては、例えば、第５Ｂ図、５Ｃ図図示のように、プラズマビーム２５に対して直交する方向において３個に分割されているマグネット２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）のうち、中央の永久磁石２７ａを、例えば、強磁場をネオジウム系磁石（Ｎｄ・Ｆｅ・Ｂ）で形成したり、サマリウム・コバルト系磁石（Ｓｍ・Ｃｏ）で形成することができる。これによって、中心側に対応する部分で互いに対向する永久磁石２７ａ、２７ａ同士による反発磁場強度の方を、外縁側に対応する部分において互いに対向する永久磁石２７ｂ、２７ｂ同士による反発磁場強度や、２７ｃ、２７ｃ同士による反発磁場強度よりも強くすることができる。
また、図示していないが、中央の永久磁石２７ａのプラズマビーム２５と対向する面の面積や、その体積を外側の永久磁石２７ｂ、２７ｃのものよりも大きくすることでも、中心側に対応する部分で互いに対向する永久磁石２７ａ、２７ａ同士による反発磁場強度の方を、外縁側に対応する部分において互いに対向する永久磁石２７ｂ、２７ｂ同士による反発磁場強度や、２７ｃ、２７ｃ同士による反発磁場強度よりも強くすることができる。第７図、第８図は、３分割したマグネット２７における永久磁石２７ａ、２７ｂ、２７ｃの材質を変化させた場合のイオンフラックス分布を示している。
第７図において、（３）は、第６図の（１）と同じく、従来技術におけるイオンフラックス分布であり、第７図における（４）、（５）が中央の永久磁石２７ａをネオジウム系磁石とした実施形態のイオンフラックス分布である。第７図中、（５）は（４）に比べて中央の永久磁石２７ａの長さを長くした。従って、（５）の場合に比べて、（４）では、外側の永久磁石２７ｂ、２７ｃが短くなっている。第６図で説明すると、（１）では、Ｉｍａｘ＝７６５（ａ．ｕ）であるため半減値は３８２．５であり、このときのＷｉは１５６ｍｍとなる。また、（２）では、Ｉｍａｘ＝４２５（ａ．ｕ）となり、半減値は２１２．５であり、このときのＷｉは３１６ｍｍとなる。
従って、全照射面におけるプラズマビームの全幅（Ｗｔ＝４００ｍｍ）に対する（Ｗｉ／Ｗｔ）の値は、第６図の（１）では、Ｗｉ／Ｗｔ＝１５６／４００＝０．３９、（２）では、Ｗｉ／Ｗｔ＝３１６／４００＝０．７９となる。即ち、従来はＷｉ／Ｗｔが０．４より小さかったが、本発明ではＷｉ／Ｗｔが０．４以上となり、第６図から示されるようにプラズマビームの中心に見られていた１つの高いピークは減少し、その結果、基板の広い面積にわたって、均一な膜厚分布の成膜を可能とする。又、第７図の（４）ではＷｉ／Ｗｔ＝０．７１、（５）ではＷｉ／Ｗｔ＝０．８５となっている。これらから、本発明実施例では、いずれもＷｉ／Ｗｔは０．７以上である。
尚、第６図、第７図、第８図のプラズマビームのイオン強度分布は、プラズマ装置のプラズマビーム被照射面に平坦表面のＭｇＯ試料プレートを配置して、プラズマビームを照射したときにＭｇＯ材料の蒸発によって生ずるＭｇＯ試料プレート表面の照射痕の深さから間接的に決定されたものとして、定義されるものである。照射痕の深さは実質的にプラズマビームのイオン強度に比例しているとみなされ得る。イオン強度値は照射痕の深さとの関係で推定された。そして、照射痕の最大深さ位置のイオン強度をＩｍａｘとし、Ｉｍａｘの半減値幅をＷｉとしている。ビーム断面形状の長手方向のビーム幅（ビーム全体）Ｗｔは、照射痕の深さがＩｍａｘの１％になった位置を実質上のビーム幅として本発明では定義される。
また、第８図において、（６）は第６図の（１）と同じく、従来技術におけるイオンフラックス分布であり、第８図中、（７）が中央の永久磁石２７ａをサマリウム・コバルト系磁石とした実施形態のイオンフラックス分布である。
中央の永久磁石２７ａを残留磁束密度が強い材質とした何れの場合も、第４Ａ図、第５Ａ図図示の形態の従来のマグネット２９が採用されていた従来のシート状プラズマ発生装置における第６図に（１）で示したような１つの高いピークを有する急峻な山形形状を呈するイオンフラックス分布に比較して、なだらかな山形形状のイオンフラックス分布となった。
この結果、蒸発材料３１を蒸発させるプラズマの分布も同様になだらかな山形形状に改善することができ、本発明のプラズマ発生装置を使用している本発明の成膜装置１０によれば、基板３３の表面に成膜される膜の膜厚分布を平坦化し、広い面積にわたって均一な膜厚分布の成膜を行うことができる。

第４Ｃ図図示の形態のマグネット２７が、第３Ａ図図示のように、第４Ａ図図示の従来のマグネット２９とともに使用されている本発明のプラズマ発生装置が採用されている、第１図、第２図図示の形態の本発明の成膜装置１０を用いて成膜する場合について、その一例を説明する。
プラズマ用ガスとしてアルゴンガスを矢印４０のようにプラズマガン２０に導入し、酸素を矢印４１のように成膜室３０に導入した以外は、第１１図、第１２図を用いて背景技術の欄で説明した従来のプラズマ発生装置、成膜装置１００と同じようにし、以下の条件で、基板３３への成膜を行った。
材質：酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
膜厚（目標）：１２０００Å
放電圧力：０．１Ｐａ
基板温度：２００℃
Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ（０．５ｍｌ／ｓｅｃ）
Ｏ_２流量：４００ｓｃｃｍ（６．７ｍｌ／ｓｅｃ）
成膜速度：１７５Å／ｓｅｃ
次に、２組のマグネットをどちらも第４Ａ図図示の従来のマグネット２９とし、その他の条件は同一にして、他の基板３３に成膜を行った。
第９図は、本発明のプラズマ発生装置、成膜装置１０によって成膜を行った場合と、前記のように、２組のマグネットをどちらも第４Ａ図図示の従来のマグネット２９として成膜を行った場合について、膜厚分布を測定したものである。なお、第９図において、縦軸は膜厚（Å）を表し、横軸はプラズマビーム２８の中心を原点（０）としたときのプラズマビームの広がり方向（第２図中の矢印ｘ方向）の距離（ｍｍ）を表す。
第９図図示の通り、本発明のプラズマ発生装置、成膜装置１０によって成膜を行った場合の方が、膜厚分布が平坦になっていた。
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

Claims (6)

1. プラズマガン、該プラズマガンからのプラズマビームに磁場を適用して、該プラズマビームの円形ビーム断面を偏平化させる磁石、及び該ビーム断面の変形されたプラズマビームを照射させる被照射体を設置する手段とからなるプラズマ発生装置において、
   該ビーム断面の偏平化されたプラズマビームの、被照射体面上でのビーム断面強度分布は、
   該ビーム断面形状の長手方向の幅をＷｔ、該被照射体面上での最大イオン強度（Ｉmax）に対して該長手方向においてイオン強度が半減する幅をＷiとしたとき、０．４≦Ｗｉ/Ｗｔ≦１であり、
   該磁石はビームを挟んで対向して配置された対の磁石からなる第１の磁石対と第２の磁石対とを含み、該第１と第２の磁石対はビーム進行方向に並置され、そして該第１と第２の磁石対の少なくとも一方で生ずる反発磁場強度は、プラズマビーム断面の中心側の反発磁場強度の方が、該プラズマビームの外側の反発磁場強度より強い磁場を該プラズマビームに適用しているプラズマ装置。
2. 前記Ｗｉと前記Ｗｔの関係は、０．７≦Ｗｉ／Ｗｔである請求項１記載のプラズマ装置。
3. 真空排気可能な成膜室内に配置されている該照射体設置手段である蒸発材料受け皿に収容されている蒸発材料に対して、請求項１記載のプラズマ発生装置で生成されたプラズマを入射して蒸発材料を蒸発させ、前記成膜室内で前記蒸発材料受け皿に対して所定の間隔を空けて、前記蒸発材料受け皿に対向する位置に配置されている基板に成膜することを特徴とする成膜装置。
4. 成膜される基板は前記蒸発材料受け皿に並行して前記成膜室内を移動することを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
5. 真空排気可能な成膜室内に配置されている蒸発材料受け皿に収容されている蒸発材料に対して、請求項４記載のプラズマ発生装置で生成されたプラズマを入射して蒸発材料を蒸発させ、前記成膜室内で前記蒸発材料受け皿に対して所定の間隔を空けて、前記蒸発材料受け皿に対向する位置に配置されている基板に成膜することを特徴とする成膜方法。
6. 成膜される基板は前記蒸発材料受け皿に並行して前記成膜室内を移動し、当該移動する基板に連続的に成膜することを特徴とする請求項５記載の成膜方法。

Images