JP5655865B2 - プラズマ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、プラズマ装置に関するものである。
従来のプラズマ装置は、誘電体からなるターゲットと、磁石と、高周波電源と、整合回路とを備える（非特許文献１）。磁石は、ターゲットの表面に磁場を配置するためにターゲットの裏面に設置される。高周波電源は、ターゲットに接続される。整合回路は、高周波電源とターゲットとの間に接続される。ターゲットは、水冷される。
そして、被処理基板および基板ホルダーは、ターゲットに対向する位置に配置される。また、被処理基板および基板ホルダーは、目的に応じてバイアスを印加するためにターゲットに接続される高周波電源の周波数よりも低い周波数の低周波電源または直流電源が接続される。
従来のプラズマ装置における動作は、次のようになる。ターゲットに印加された高周波電圧によって、ターゲットと真空容器および基板との間で容量結合によるプラズマが発生する。一般に、容量結合型の高周波放電は、プラズマ密度の増加に伴い、プラズマによる高周波の反射が生じることになり、結果として高周波電力が有効にプラズマに入らず、更なる高密度化が困難である。
そこで、ターゲットの表面近傍に磁場を作り、この磁場でプラズマ中の電子を捕捉し、マグネトロン放電させることによって高密度化を実現させている。
プラズマ中の電子は、ターゲットに印加された高周波電圧による交番電界によってターゲットと基板または真空容器との間を往復運動するが、整合回路内に直列に接続された可変コンデンサおよびターゲット材料である誘電体によって帯電することになり、その結果、ターゲットの表面においては、負の直流バイアスが高周波電圧に重畳することになる。
プラズマ中の正イオンは、この負に帯電した直流バイアスによって引き込まれ、ターゲットの表面に高エネルギーで入射する。その結果、ターゲット表面は、スパッタされることになる。なお、同時に、ターゲットの表面は、温度上昇を伴い、ターゲットの冷却は、ターゲット表面の安定化およびターゲットからの輻射による対向する基板温度の上昇を抑えるために必要である。
ターゲット表面でスパッタされた粒子は、対向する基板に飛来し、ターゲットの構成元素と同等の元素構成からなる被膜を形成する。ターゲットが負に帯電するのに対して、基板および真空容器は、相対的に正電位になるため、スパッタ粒子の基板表面への飛来と同時に、負の荷電粒子である電子も基板表面に飛来する。
ターゲット表面のプラズマは、磁場分布に伴って強い不均一性を生じる。一般的に、円形のターゲットの場合、ターゲットの中央と周辺との間に磁力線を配置させる構造が作られるが、その結果、ドーナツ状の高密度プラズマが発生し、ターゲットのスパッタリングもドーナツ状に生じる。
大石祐一、小林大士、磯部辰徳、新井 真、清田淳也、小松 孝、石橋 暁、斉藤一也、佐藤重光、末代政輔，"大型基盤向けＴＦＴ用スパッタリング装置およびそのカソード"，ＵＬＶＡＣ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ Ｎｏ．６４ ２００６．
しかし、従来のプラズマ装置においては、スパッタ粒子の基板表面への飛来と同時に、負の荷電粒子である電子も基板表面に飛来するため、エネルギーを持った電子によって基板が加熱されるとともに、基板上に形成された膜にダメージを与えるという問題がある。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板の温度上昇と基板上に形成された膜に対するダメージとを抑制可能なプラズマ装置を提供することである。
この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、複数の電極と、複数のターゲット部材と、第１および第２の電源とを備える。複数の電極は、平面状に配置され、各々が長方形の平面形状を有する。複数のターゲット部材は、複数の電極に対応して設けられ、各々が誘電体からなり、かつ、対応する電極の基板側の表面に接して配置される。第１の電源は、複数の電極の一方端から第１の周波数を有する高周波電流を複数の電極に流す。第２の電源は、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する電圧が２つの電極に交互に印加されるように第２の周波数を有する電圧を複数の電極に印加する。
この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、第１の電源が高周波電流を複数の電極に流すことによって複数の電極に接して配置された複数のターゲット部材の表面近傍に誘導結合によるプラズマが発生する。そして、第２の電源が第２の周波数を有する電圧を複数の電極に印加することによってプラズマ中の電子および正イオンは、それぞれ、異なるターゲット部材に流入し、複数の電極間および複数のターゲット部材の表面近傍に留まる。
従って、基板の温度上昇および基板上に形成された膜に対するダメージを抑制できる。
この発明の実施の形態によるプラズマ装置の概略図である。 図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における真空容器、電極、ターゲット部材、ガス配管１および基板ホルダーの断面図である。 図２に示す領域ＲＥＧの拡大図である。 図１に示す線ＩＶ−ＩＶ間における真空容器、電極、ターゲット部材、および基板ホルダーの断面図である。 図１に示すプラズマ装置の動作を説明するための概念図である。 図１に示すプラズマ装置における他の電極配置を示す概念図である。 図１に示すプラズマ装置における更に他の電極配置を示す概念図である。 図１に示すプラズマ装置における更に他の電極配置を示す概念図である。 図１に示すプラズマ装置における更に他の電極配置を示す概念図である。 この発明の実施の形態による他のプラズマ装置の概略図である。 図１０に示す電極の平面図および断面図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図１は、この発明の実施の形態によるプラズマ装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態によるプラズマ装置１０は、真空容器１と、電極２，３と、ターゲット部材４，５と、コンデンサ６，７，１３〜１５と、可変インダクタンス８，９と、整合回路１１と、高周波電源１２と、低周波電源１６と、フィルタ１７，１８と、ガス配管１９〜２１と、基板ホルダー２２とを備える。
真空容器１は、中空の直方体形状を有し、ステンレスからなる。
電極２，３の各々は、長方形の平面形状を有し、金属からなる。そして、電極２，３は、真空容器１の外部において、真空容器１の天井１Ａに沿って平面状に配置される。この場合、電極２は、電極３から一定の距離だけ離されている。
ターゲット部材４，５は、それぞれ、電極２，３に対応して設けられる。そして、ターゲット部材４，５の各々は、真空容器１の天井１Ａに設けられた貫通孔に挿入され、天井１Ａに固定される。また、ターゲット部材４は、電極２の基板３０側の表面に接して配置され、ターゲット部材５は、電極３の基板３０側の表面に接して配置される。更に、ターゲット部材４，５の各々は、ＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４等の誘電体からなる。更に、ターゲット部材４，５は、水冷機構（図示せず）によって水冷される。
コンデンサ６および可変インダクタンス８は、電極２の一方端と整合回路１１との間に直列に接続される。コンデンサ７および可変インダクタンス９は、電極３の一方端と整合回路１１との間に直列に接続される。
整合回路１１は、高周波電源１２と可変インダクタンス８，９との間、および高周波電源１２と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。そして、整合回路１１は、可変コンデンサ１１１，１１２からなる。可変コンデンサ１１１は、高周波電源１２と可変インダクタンス８，９との間に接続される。可変コンデンサ１１２は、高周波電源１２と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。
高周波電源１２は、整合回路１１の可変コンデンサ１１１，１１２に接続される。コンデンサ１３は、電極２の他方端とコンデンサ１５との間に接続される。コンデンサ１４は、電極３の他方端とコンデンサ１５との間に接続される。コンデンサ１５は、コンデンサ１３，１４と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。
低周波電源１６は、フィルタ１７，１８に接続される。フィルタ１７は、低周波電源１６と電極２との間に接続される。フィルタ１８は、低周波電源１６と電極３との間に接続される。
ガス配管１９〜２１は、真空容器１内に配置される。そして、ガス配管１９は、平面状に配置された電極２，３の幅方向における一方側の外側において、電極２，３の長辺方向ＤＲ１に沿って配置される。ガス配管２０は、隣接する電極２，３間において、電極２，３の長辺方向ＤＲ１に沿って配置される。ガス配管２１は、平面状に配置された電極２，３の幅方向における他方側の外側において、電極２，３の長辺方向ＤＲ１に沿って配置される。
基板ホルダー２２は、支持機構（図示せず）によって真空容器１の底面１Ｂに固定される。そして、基板ホルダー２２は、ヒーターを内蔵する。
なお、プラズマ装置１０においては、基板３０は、ターゲット部材４，５に対向するように配置される。また、真空容器１内のガスを排気する排気システムが真空容器１に接続されている。この排気システムは、例えば、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとを直列に接続した構造からなり、ターボ分子ポンプが真空容器１側に接続される。
コンデンサ６は、可変インダクタンス８を介して供給された高周波電流（周波数：１ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）を電極２の一方端から電極２に供給する。コンデンサ７は、可変インダクタンス９を介して供給された高周波電流を電極３の一方端から電極３に供給する。
可変インダクタンス８，９は、整合回路１１を介して高周波電源１２から供給された高周波電流を均等に電極２，３に流す。この場合、電極２に供給される高周波電流Ｉ１と電極３に供給される高周波電流Ｉ２とを測定し、その測定した高周波電流Ｉ１，Ｉ２が等しくなるように可変インダクタンス８，９を調整してもよいし、高周波電流Ｉ１，Ｉ２が等しくなるときのインダクタンス値を予め測定しておき、そのインダクタンス値を可変インダクタンス８，９に設定するようにしてもよい。
整合回路１１は、高周波電源１２から供給された高周波電流を反射波を抑制して可変インダクタンス８，９に供給する。
高周波電源１２は、高周波電流を発生し、その発生した高周波電流を整合回路１１に供給する。コンデンサ１３は、電極２を流れた高周波電流をコンデンサ１５に供給する。コンデンサ１４は、電極３を流れた高周波電流をコンデンサ１５に供給する。コンデンサ１５は、コンデンサ１３，１４からの高周波電流を接地電位ＧＮＤに流す。
低周波電源１６は、５０Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲の交番電圧を発生し、その発生した交番電圧をフィルタ１７，１８を介して電極２，３に印加する。この交番電圧は、接地電位を基準として正負に交互に変化する電圧である。
フィルタ１７は、低周波電源１６からの交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧を電極２に印加する。フィルタ１８は、低周波電源１６からの交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧を電極３に印加する。
ガス配管１９〜２１の各々は、例えば、アルゴンガス（Ａｒガス）をボンベから真空容器１内に供給する。
基板ホルダー２２は、基板３０を支持するとともに、基板３０を所望の温度に加熱する。
図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における真空容器１、電極２，３、ターゲット部材４，５、ガス配管１９〜２１および基板ホルダー２２の断面図である。
図２を参照して、ターゲット部材４は、電極２に接合（ボンディング）されており、ターゲット部材５は、電極３に接合（ボンディング）されている。
そして、電極２およびターゲット部材４は、ターゲット部材４が真空容器１の天井１Ａと一つの平面を形成するように配置される。また、電極３およびターゲット部材５は、ターゲット部材５が真空容器１の天井１Ａと一つの平面を形成するように配置される。
絶縁フランジ２５，２６の各々は、略Ｌ字形の断面形状を有する。そして、絶縁フランジ２５は、電極２およびターゲット部材４と真空容器１の天井１Ａとの間に配置され、絶縁フランジ２６は、電極３およびターゲット部材５と真空容器１の天井１Ａとの間に配置される。
接地枠２３，２４は、例えば、アルミニウムまたはステンレスからなり、真空容器１の天井１Ａに固定されている。そして、接地枠２３は、絶縁フランジ２５の一方端側を塞ぐ。また、接地枠２４は、絶縁フランジ２６の一方端側を塞ぐ。
電極２，３の各々は、幅Ｗ１を有する。そして、電極２と電極３との間隔は、間隔Ｄ１である。幅Ｗ１は、例えば、５０ｍｍ〜２００ｍｍであり、間隔Ｄ１は、例えば、１００ｍｍ〜２００ｍｍである。そして、電極２，３は、相互に等しい面積を有する。また、ターゲット部材４，５は、それぞれ、電極２，３と同じ面積を有する。
ターゲット部材４，５と基板３０との距離は、例えば、２０ｍｍ〜１００ｍｍである。
真空容器１は、底面１Ｂに排気口ＥＸＨを有する。排気システムは、排気口ＥＸＨに接続され、真空容器１内のガスを排気する。
ガス配管１９〜２１は、それぞれ、孔１９Ａ，２０Ａ，２１Ａを有する。そして、孔１９Ａ，２０Ａ，２１Ａは、電極２，３から基板３０へ向かう方向と反対方向を向いている。また、孔１９Ａ，２０Ａ，２１Ａは、図１に示すように、電極２，３の長辺方向ＤＲ１に複数個設けられている。
そして、低周波電源１６は、交番電圧を電極２，３に印加する。
図３は、図２に示す領域ＲＥＧの拡大図である。図３を参照して、絶縁フランジ２５および電極２には、貫通穴４０１が設けられており、真空容器１の天井１Ａには、タップ穴４０２が設けられている。そして、絶縁カラー４０３は、貫通穴４０１に挿入されている。ボルト４０４は、絶縁カラー４０３を通り、タップ穴４０２にネジ止めされている。これによって、接合された電極２およびターゲット部材４は、真空容器１の天井１Ａに固定される。なお、絶縁カラー４０３は、ボルト４０４と電極２とを絶縁するために設けられる。
また、真空容器１の天井１Ａには、絶縁フランジ２５に接してＯリング４０５が配置されており、電極２には、絶縁フランジ２５に接してＯリング４０６が配置されている。そして、Ｏリング４０５，４０６によって、真空容器１の気密性が保持される。
絶縁フランジ２５は、その一方端側が空間４１０内に位置する。そして、絶縁フランジ２５の一方端側と真空容器１Ａの天井１Ａとの間隔Ｄ２、および絶縁フランジ２５の一方端側とターゲット部材４との間隔Ｄ３は、１ｍｍ未満に設定される。この場合、間隔Ｄ２は、間隔Ｄ３と同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、真空容器１の天井１Ａには、タップ穴４０７が設けられており、接地枠２３には、貫通穴４０８が設けられている。そして、ボルト４０９は、貫通穴４０８を通り、タップ穴４０７にネジ止めされている。これによって、接地枠２３は、ターゲット部材４および絶縁フランジ２５に接触せず、空間４１０を塞ぐように真空容器１の天井１Ａに固定される。接地枠２３は、真空容器１内でプラズマが発生した場合、空間４１０内での放電を防止するとともに、絶縁フランジ２５がプラズマに晒されるのを防止するために設けられる。
なお、図２に示す他方側の電極２、ターゲット部材４、接地枠２３および絶縁フランジ２５の部分も、図３に示す構造と同じ構造からなる。また、図２に示す電極３およびターゲット部材５も、図３に示す電極２およびターゲット部材４と同じ方法によって真空容器１の天井１Ａに固定される。
図４は、図１に示す線ＩＶ−ＩＶ間における真空容器１、電極３、ターゲット部材５、および基板ホルダー２２の断面図である。
図４を参照して、ターゲット部材５は、長辺方向ＤＲ１の両端においても接地枠２４によって真空容器１の天井１Ａに固定される。そして、電極３は、長辺方向ＤＲ１の両端においても、ターゲット部材５に接するように絶縁フランジ２６によって接地枠２４に固定される。なお、電極３、ターゲット部材５、接地枠２４および絶縁フランジ２６の部分は、図３に示す構造と同じ構造からなる。
そして、高周波電源１２は、電極３の一方端３Ａから高周波電流を電極３に供給する。
電極２，３の長辺方向ＤＲ１において電極２が真空容器１の天井１Ａに固定される機構についても、図４に示す電極３が真空容器１の天井１Ａに固定される機構と同じである。
プラズマ装置１０における動作について説明する。図５は、図１に示すプラズマ装置１０の動作を説明するための概念図である。プラズマ装置１０を用いてスパッタリングによって膜を基板３０上に形成する場合、排気システムを用いて真空容器１内を１×１０−３Ｐａ以下に排気する。
そして、Ａｒガスをガス配管１９〜２１を介して真空容器１内に導入する。この場合、Ａｒガスの流量は、例えば、５０〜２００ｓｃｃｍである。また、Ａｒガスは、ガス配管１９〜２１の孔１９Ａ，２０Ａ，２１Ａから真空容器１の天井１Ａに向けて真空容器１内へ供給される。そして、排気システムを用いて真空容器１内の圧力を０．１３Ｐａ〜１３３．３Ｐａの範囲に設定する。
そうすると、高周波電源１２は、例えば、５ｋＷの高周波電力を発生し、その発生した５ｋＷの高周波電力を整合回路１１、可変インダクタンス８，９およびコンデンサ６，７を介して電極２，３の一方端へ供給する。
また、低周波電源１６は、５ｋＷの低周波電力をフィルタ１７，１８を介して電極２，３に印加する。これによって、交番電圧が電極２，３に印加される。
その結果、等しい電流値の高周波電流が長辺方向ＤＲ１に電極２，３を流れる。そして、電極２，３を長辺方向ＤＲ１に流れる高周波電流によってターゲット部材４，５の周辺に誘導電界が発生し、真空容器１内に導入したＡｒガスによるプラズマ４０が発生する。
そして、交番電圧によって電極２が正にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材４に流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材５に流入する。また、交番電圧によって電極２が負にバイアスされたとき、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材４に流入し、プラズマ４０中の電子がターゲット部材５に流入する。
その結果、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）は、電極２，３間に跨る領域に留まるとともに、ターゲット部材４，５に流入する。そして、正イオンが流入することによって、ターゲット部材４，５は、スパッタされ、ターゲット部材４，５の構成元素とほぼ同じ構成の膜が基板３０上に堆積される。
基板３０上に膜が堆積されると、高周波電源１２は、高周波電力の供給を停止し、低周波電源１６は、低周波電力の供給を停止する。そして、Ａｒガスの真空容器１内への供給を停止し、排気システムによって真空容器１内を１×１０−３Ｐａ以下に排気する。これによって、スパッタリングによって膜を形成する動作が終了する。
このように、プラズマ装置１０においては、平板状の電極２，３に一方端から長辺方向ＤＲ１に高周波電流を流す。その結果、電極２，３を流れる高周波電流によって誘導電界がターゲット部材４，５の表面近傍に発生し、真空容器１内に導入されたＡｒガスによる誘導結合型のプラズマ４０がターゲット部材４，５の表面近傍に発生する。また、低周波電源によって交番電圧が電極２，３に印加されるので、プラズマ４０中の電子がターゲット部材４およびターゲット部材５に交互に流入するとともに、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材５およびターゲット部材４に交互に流入し、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）がターゲット部材４，５の近傍に留まる。
従って、プラズマ４０中の荷電粒子の基板３０への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
また、プラズマ装置１０においては、誘導結合によってプラズマを発生するので、磁場を用いることなく、高密度プラズマをターゲット部材４，５の近傍に生成できる。
更に、プラズマ装置１０においては、磁場を用いないので、プラズマ４０の分布が偏らず、ターゲット部材４，５は、スパッタリングによって一様に消費される。従って、ターゲット部材４，５の利用効率を向上できる。
更に、プラズマ装置１０においては、誘導結合によるプラズマを用いるので、ガス種の分解効率が高く、ターゲット部材４，５の元素とガスの分解種とを効率良く反応させることができる。
更に、プラズマ装置１０においては、誘導結合によるプラズマを用いるので、低ガス圧下でも高密度のプラズマを生成でき、真空度の良い環境で膜を生成できる。その結果、形成した膜中の不純物を低減できる。
更に、プラズマ装置１０においては、Ａｒガスは、ガス配管１９〜２１から真空容器１の天井１Ａに向かって噴出するので、Ａｒガスの基板３０への直接の影響を避けることができ、Ａｒガスを真空容器１内の全体へ分散させることができる。
図６は、図１に示すプラズマ装置１０における他の電極配置を示す概念図である。図６を参照して、プラズマ装置１０においては、電極２，３を電極３１〜３３に代え、ターゲット部材４，５をターゲット部材３４〜３６に代え、可変インダクタンス８，９を可変インダクタンス５１〜５３に代えてもよい。この場合、プラズマ装置１０は、インダクタンス４１〜４３を更に備える。
電極３１〜３３の各々は、電極２，３と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極３１〜３３は、電極２，３と同じ方法によってそれぞれターゲット部材３４〜３６に接して配置される。そして、電極３１〜３３は、上述した間隔Ｄ１で平面状に配置される。また、電極３１〜３３の面積をそれぞれＳ３１〜Ｓ３３とすると、Ｓ３１＋Ｓ３３＝Ｓ３２の関係が成立する。
ターゲット部材３４〜３６は、それぞれ、電極３１〜３３に対応して設けられる。ターゲット部材３４〜３６は、ターゲット部材４，５と同じ方法によって真空容器１の天井１Ａに平面状に固定される。そして、ターゲット部材３４〜３６は、それぞれ、電極３１〜３３と同じ面積を有し、電極３１〜３３の基板３０側の表面に接して配置される。
フィルタ１７は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス４１，４２を介して電極３１，３３に印加する。
また、フィルタ１８は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス４３を介して電極３２に印加する。
３個の電極３１〜３３が用いられる場合、低周波電源１６は、電極３１，３３が同じ極性になり、電極３２が電極３１，３３と逆の極性になるように交番電圧を電極３１〜３３に印加する。
電極３１〜３３が用いられる場合、高周波電源１２は、電極３１，３２，３３の長辺方向における一方端３１Ａ，３２Ａ，３３Ａから電極３１〜３３に高周波電流を供給する。この場合、電極３１〜３３に流れる高周波電流をそれぞれＩ３１〜Ｉ３３とすると、可変インダクタンス５１〜５３は、Ｉ３１＋Ｉ３３＝Ｉ３２の関係が成立するように電極３１〜３３に流れる高周波電流Ｉ３１〜Ｉ３３を調整する。そして、Ｉ３１＋Ｉ３３＝Ｉ３２の関係が成立するように電極３１〜３３に流れる高周波電流Ｉ３１〜Ｉ３３を調整する場合、電極３１〜３３に供給される高周波電流Ｉ３１〜Ｉ３３を測定し、その測定した高周波電流Ｉ３１〜Ｉ３３の間にＩ３１＋Ｉ３３＝Ｉ３２の関係が成立するように可変インダクタンス５１〜５３を調整してもよいし、Ｉ３１＋Ｉ３３＝Ｉ３２の関係が成立するときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス５１〜５３に設定するようにしてもよい。
電極３１，３３が正にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材３４，３６に流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材３５に流入する。また、電極３１，３３が負にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材３５に流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材３４，３６に流入する。そして、電極３１〜３３の面積Ｓ３１〜Ｓ３３の間には、上述したように、Ｓ３１＋Ｓ３３＝Ｓ３２の関係が成立する。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ４０が安定する。
従って、プラズマ装置１０が３個の電極３１〜３３を備える場合も、上述したように、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）は、隣接する電極間（＝電極３１，３２間および電極３２，３３間）とターゲット部材３４〜３６の表面近傍とに留まる。よって、プラズマ４０中の荷電粒子の基板３０への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
なお、図６においては、コンデンサ６，７に相当するコンデンサが省略されている。
図７は、図１に示すプラズマ装置１０における更に他の電極配置を示す概念図である。図７を参照して、プラズマ装置１０においては、電極２，３を電極６１〜６ｎ（ｎは３以上の奇数）に代え、ターゲット部材４，５をターゲット部材７１〜７ｎに代え、可変インダクタンス８，９を可変インダクタンス９１〜９ｎに代えてもよい。この場合、プラズマ装置１０は、インダクタンス８１〜８ｎを更に備える。
電極６１〜６ｎの各々は、電極２，３と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極６１〜６ｎは、電極２，３と同じ方法によってそれぞれターゲット部材７１〜７ｎに接して配置される。そして、電極６１〜６ｎは、上述した間隔Ｄ１で平面状に配置される。また、電極６１〜６ｎの面積をそれぞれＳ６１〜Ｓ６ｎとすると、Ｓ６１＋Ｓ６３＝Ｓ６２，Ｓ６３＋Ｓ６５＝Ｓ６４，・・・，Ｓ６ｎ−２＋Ｓ６ｎ＝Ｓ６ｎ−１の関係が成立する。
ターゲット部材７１〜７ｎは、それぞれ、電極６１〜６ｎに対応して設けられる。ターゲット部材７１〜７ｎは、ターゲット部材４，５と同じ方法によって真空容器１の天井１Ａに平面状に固定される。そして、ターゲット部材７１〜７ｎは、それぞれ、電極６１〜６ｎと同じ面積を有し、電極６１〜６ｎの基板３０側の表面に接して配置される。
フィルタ１７は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス８１，８３，８５，・・・，８ｎを介して電極６１，６３，６５，・・・，６ｎに印加する。
また、フィルタ１８は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス８２，８４，・・・，８ｎ−１を介して電極６２，６４，・・・，６ｎ−１に印加する。
ｎ個の電極６１〜６ｎが用いられる場合、低周波電源１６は、電極６１，６３，・・・，６ｎが同じ極性になり、電極６２，６４，・・・，６ｎ−１が電極６１，６３，・・・，６ｎと逆の極性になるように交番電圧を電極６１〜６ｎに印加する。
電極６１〜６ｎが用いられる場合、高周波電源１２は、電極６１〜６ｎの長辺方向における一方端６１Ａ〜６ｎＡから電極６１〜６ｎに高周波電流を供給する。この場合、電極６１〜６ｎに流れる高周波電流をそれぞれＩ６１〜Ｉ６ｎとすると、可変インダクタンス９１〜９ｎは、Ｉ６１＋Ｉ６３＝Ｉ６２，Ｉ６３＋Ｉ６５＝Ｉ６４，・・・，Ｉ６ｎ−２＋Ｉ６ｎ＝Ｉ６ｎ−１の関係が成立するように電極６１〜６ｎに流れる高周波電流Ｉ６１〜Ｉ６ｎを調整する。そして、Ｉ６１＋Ｉ６３＝Ｉ６２，Ｉ６３＋Ｉ６５＝Ｉ６４，・・・，Ｉ６ｎ−２＋Ｉ６ｎ＝Ｉ６ｎ−１の関係が成立するように電極６１〜６ｎに流れる高周波電流Ｉ６１〜Ｉ６ｎを調整する場合、電極６１〜６ｎに供給される高周波電流Ｉ６１〜Ｉ６ｎを測定し、その測定した高周波電流Ｉ６１〜Ｉ６ｎの間にＩ６１＋Ｉ６３＝Ｉ６２，Ｉ６３＋Ｉ６５＝Ｉ６４，・・・，Ｉ６ｎ−２＋Ｉ６ｎ＝Ｉ６ｎ−１の関係が成立するように可変インダクタンス９１〜９ｎを調整してもよいし、Ｉ６１＋Ｉ６３＝Ｉ６２，Ｉ６３＋Ｉ６５＝Ｉ６４，・・・，Ｉ６ｎ−２＋Ｉ６ｎ＝Ｉ６ｎ−１の関係が成立するときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス９１〜９ｎに設定するようにしてもよい。
電極６１，６３，・・・，６ｎが正にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材７１，７３，・・・，７ｎに流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材７２，７４，・・・，７ｎ−１に流入する。また、電極６１，６３，・・・，６ｎが負にバイアスされたとき、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材７１，７３，・・・，７ｎに流入し、プラズマ４０中の電子がターゲット部材７２，７４，・・・，７ｎ−１に流入する。そして、電極６１〜６ｎの面積Ｓ６１〜Ｓ６ｎの間には、上述したように、Ｓ６１＋Ｓ６３＝Ｓ６２，Ｓ６３＋Ｓ６５＝Ｓ６４，・・・，Ｓ６ｎ−２＋Ｓ６ｎ＝Ｓ６ｎ−１の関係が成立する。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ４０が安定する。
従って、プラズマ装置１０が３個以上の奇数個の電極６１〜６ｎを備える場合も、上述したように、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）は、隣接する電極間（＝電極６１，６２間、電極６２，６３間、・・・、電極６ｎ−１，６ｎ間）とターゲット部材７１〜７ｎの表面近傍とに留まる。よって、プラズマ４０中の荷電粒子の基板３０への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
なお、図６においては、コンデンサ６，７に相当するコンデンサが省略されている。
図８は、図１に示すプラズマ装置１０における更に他の電極配置を示す概念図である。図８を参照して、プラズマ装置１０においては、電極２，３を電極１０１〜１０４に代え、ターゲット部材４，５をターゲット部材１０５〜１０８に代え、可変インダクタンス８，９を可変インダクタンス１２１〜１２４に代えてもよい。この場合、プラズマ装置１０は、インダクタンス１１３〜１１６を更に備える。
電極１０１〜１０４の各々は、電極２，３と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極１０１〜１０４は、電極２，３と同じ方法によってそれぞれターゲット部材１０５〜１０８に接して配置される。そして、電極１０１〜１０４は、上述した間隔Ｄ１で平面状に配置される。また、電極１０１〜１０４は、相互に等しい面積を有する。
ターゲット部材１０５〜１０８は、それぞれ、電極１０１〜１０４に対応して設けられる。ターゲット部材１０５〜１０８は、ターゲット部材４，５と同じ方法によって真空容器１の天井１Ａに平面状に固定される。そして、ターゲット部材１０５〜１０８は、それぞれ、電極１０１〜１０４と同じ面積を有し、電極１０１〜１０４の基板３０側の表面に接して配置される。
フィルタ１７は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス１１３，１１４を介して電極１０５，１０７に印加する。
また、フィルタ１８は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス１１５，１１６を介して電極１０６，１０８に印加する。
４個の電極１０１〜１０４が用いられる場合、低周波電源１６は、電極１０１，１０３が同じ極性になり、電極１０２，１０４が電極１０１，１０３と逆の極性になるように交番電圧を電極１０１〜１０４に印加する。
電極１０１〜１０４が用いられる場合、高周波電源１２は、電極１０１，１０２，１０３，１０４の長辺方向における一方端１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａ，１０４Ａから電極１０１〜１０４に高周波電流を供給する。この場合、可変インダクタンス１２１〜１２４は、電極１０１〜１０４に流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極１０１〜１０４に流れる高周波電流を調整する。そして、電極１０１〜１０４に流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極１０１〜１０４に流れる高周波電流を調整する場合、電極１０１〜１０４に供給される高周波電流を測定し、その測定した高周波電流が相互に等しくなるように可変インダクタンス１２１〜１２４を調整してもよいし、電極１０１〜１０４に流れる高周波電流が相互に等しくなるときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス１２１〜１２４に設定するようにしてもよい。
電極１０１，１０３が正にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材１０５，１０７に流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材１０６，１０８に流入する。また、電極１０１，１０３が負にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材１０６，１０８に流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材１０５，１０７に流入する。そして、電極１０１〜１０４の面積は、上述したように、相互に等しい。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ４０が安定する。
従って、プラズマ装置１０が４個の電極１０１〜１０４を備える場合も、上述したように、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）は、隣接する電極間（＝電極１０１，１０２間、電極１０２，１０３間、および電極１０３，１０４間）とターゲット部材１０５〜１０８の表面近傍とに留まる。よって、プラズマ４０中の荷電粒子の基板３０への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
図９は、図１に示すプラズマ装置１０における更に他の電極配置を示す概念図である。図９を参照して、プラズマ装置１０においては、電極２，３を電極１３１〜１３ｍ（ｍは４以上の偶数）に代え、ターゲット部材４，５をターゲット部材１４１〜１４ｍに代え、可変インダクタンス８，９を可変インダクタンス１５１〜１５ｍに代えてもよい。この場合、プラズマ装置１０は、インダクタンス１６１〜１６ｍを更に備える。
電極１３１〜１３ｍの各々は、電極２，３と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極１３１〜１３ｍは、電極２，３と同じ方法によってそれぞれターゲット部材１４１〜１４ｍに接して配置される。そして、電極１３１〜１３ｍは、上述した間隔Ｄ１で平面状に配置される。また、電極１３１〜１３ｍの面積は、相互に等しい。
ターゲット部材１４１〜１４ｍは、それぞれ、電極１３１〜１３ｍに対応して設けられる。ターゲット部材１４１〜１４ｍは、ターゲット部材４，５と同じ方法によって真空容器１の天井１Ａに平面状に固定される。そして、ターゲット部材１４１〜１４３ｍは、それぞれ、電極１３１〜１３ｍと同じ面積を有し、電極１３１〜１３ｍの基板３０側の表面に接して配置される。
フィルタ１７は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス１６１，１６３，・・・，１６ｍ−１を介して電極１３１，１３３，・・・，１３ｍ−１に印加する。
また、フィルタ１８は、低周波電源１６から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス１６２，１６４，・・・，１６ｍを介して電極１３２，１３４，・・・，１３ｍに印加する。
ｍ個の電極１３１〜１３ｍが用いられる場合、低周波電源１６は、電極１３１，１３３，・・・，１３ｍ−１が同じ極性になり、電極１３２，１３４，・・・，１３ｍが電極１３１，１３３，・・・，１３ｍ−１と逆の極性になるように交番電圧を電極１３１〜１３ｍに印加する。
電極１３１〜１３ｍが用いられる場合、高周波電源１２は、電極１３１〜１３ｍの長辺方向における一方端１３１Ａ〜１３ｍＡから電極１３１〜１３ｍに高周波電流を供給する。この場合、電極１３１〜１３ｍに流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極１３１〜１３ｍに流れる高周波電流を調整する。そして、電極１３１〜１３ｍに流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極１３１〜１３ｍに流れる高周波電流を調整する場合、電極１３１〜１３ｍに供給される高周波電流を測定し、その測定した高周波電流が相互に等しくなるように可変インダクタンス１５１〜１５ｍを調整してもよいし、電極１３１〜１３ｍに流れる高周波電流が相互に等しくなるときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス１５１〜１５ｍに設定するようにしてもよい。
電極１３１，１３３，・・・，１３ｍ−１が正にバイアスされたとき、プラズマ４０中の電子がターゲット部材１４１，１４３，・・・，１４ｍ−１に流入し、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材１４２，１４４，・・・，１４ｍに流入する。また、電極１３１，１３３，・・・，１３ｍ−１が負にバイアスされたとき、プラズマ４０中の正イオンがターゲット部材１４１，１４３，・・・，１４ｍ−１に流入し、プラズマ４０中の電子がターゲット部材１４２，１４４，・・・，１４ｍに流入する。そして、電極１３１〜１３ｍの面積は、上述したように、相互に等しい。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ４０が安定する。
従って、プラズマ装置１０が４個以上の偶数個の電極１３１〜１３ｍを備える場合も、上述したように、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）は、隣接する電極間（＝電極１３１，１３２間、電極１３２，１３３間、・・・、電極１３ｍ−１，１３ｍ間）とターゲット部材１４１〜１４ｍの表面近傍とに留まる。よって、プラズマ４０中の荷電粒子の基板３０への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
上述したように、プラズマ装置１０は、平面形状が長方形である２個以上の電極を備えている場合、高周波電流を長辺方向の一方端から２個以上の電極に流し、ターゲット部材の表面近傍に誘導結合によるプラズマ４０を発生する。そして、プラズマ４０中の荷電粒子（電子および正イオン）は、電極間およびターゲット部材の表面近傍に留まる。
従って、電極が２個以上である場合、荷電粒子の基板３０への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
また、上述した各種の電極２，３、電極３１〜３３、電極６１〜６ｎ、電極１０１〜１０４および電極１３１〜１３ｍを用いることによって、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制して任意のサイズの基板３０上に膜を形成できる。
図１０は、この発明の実施の形態による他のプラズマ装置の概略図である。この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、図１０に示すプラズマ装置１０Ａであってもよい。
図１０を参照して、プラズマ装置１０Ａは、図１に示すプラズマ装置１０の電極２，３をそれぞれ電極２０１，３０１に代えたものであり、その他は、プラズマ装置１０と同じである。
電極２０１，３０１は、それぞれ、電極２，３と同じ方法によってターゲット部材４，５に接して配置される。そして、電極２０１，３０１は、相互に同じ面積を有する。
図１１は、図１０に示す電極２０１の平面図および断面図である。なお、図１１の（ａ）は、平面図であり、図１１の（ｂ）は、断面図である。
図１１を参照して、電極２０１は、平板部材２０１０と、容量素子２０２０〜２０２３とを含む。平板部材２０１０は、長方形の平面形状を有し、金属からなる。容量素子２０２０〜２０２３は、一定の間隔Ｄ４毎に電極２０１の長辺方向ＤＲ１に配置される。間隔Ｄ４は、電極２０１の長さに応じて決定され、例えば、１５０〜３００ｍｍである。そして、容量素子２０２０〜２０２３の各々は、平板部材２０１０の幅Ｗ１の全てにわたって平板部材２０１０の基板３０側の表面２０１０Ａに設けられる。また、容量素子２０２０〜２０２３の各々は、電極２０１の長辺方向ＤＲ１において、幅Ｗ２を有する。幅Ｗ２は、例えば、１０〜４０ｍｍである。
容量素子２０２０は、貫通孔２０１１と、金属板２０１２，２０１３と、コンデンサ２０１４，２０１５と、絶縁物２０１６とを含む。貫通孔２０１１は、平板部材２０１０を貫通し、幅Ｗ２を有する。
金属板２０１２，２０１３の各々は、略Ｌ字形の断面形状を有する。金属板２０１２は、一方端が貫通孔２０１１の一方側の平板部材２０１０と電気的に接続される。金属板２０１３は、一方端が貫通孔２０１１の他方側の平板部材２０１０と電気的に接続される。
コンデンサ２０１４，２０１５は、金属板２０１２と金属板２０１３との間に並列に接続される。
絶縁物２０１６は、金属板２０１２，２０１３の一部およびコンデンサ２０１４，２０１５を覆うように貫通孔２０１１内に充填される。
容量素子２０２１〜２０２３の各々は、容量素子２０２０と同じ構成からなる。
このように、電極２０１は、電気的に、長辺方向ＤＲ１にインダクタンスとキャパシタンスとが直列に接続された構成からなる。その結果、電極２０１の長辺方向ＤＲ１におけるインピーダンスが低下する。そして、電極２０１のインピーダンスは、共振条件を満たす場合に最も小さくなり、電極２０１の両端間の電位差は、抵抗成分による電位差のみからなる。
従って、電極２０１の長辺方向ＤＲ１における距離が長くなっても、電位差の小さいプラズマを生成できる。
なお、図１０に示す電極３０１は、図１１に示す電極２０１と同じ構成からなる。
また、プラズマ装置１０Ａにおいて、スパッタリングによって基板３０上に膜を形成する動作は、プラズマ装置１０において、スパッタリングによって基板３０上に膜を形成する動作と同じである。
上述したように、プラズマ装置１０Ａは、長辺方向ＤＲ１に配置された複数の容量素子２０２０〜２０２３を一定の間隔Ｄ２で配置した電極２０１，３０１を備えるので、電極２０１，３０１の長辺方向ＤＲ１におけるインピーダンスが低下し、より多くの高周波電流が電極２０１，３０１の長辺方向ＤＲ１に流れる。
従って、プラズマ装置１０Ａにおいては、プラズマ装置１０における効果に加え、誘導結合によるプラズマ４０の密度を高くできる。また、プラズマ装置１０Ａにおいては、電極２０１，３０１の長さを長くしても電位差の小さいプラズマを生成できる。
なお、プラズマ装置１０Ａにおいては、複数の容量素子２０２０〜２０２３は、電極２０１，３０１の長辺方向ＤＲ１において、一定の間隔Ｄ２で配置されていなくてもよい。高周波電流の方向に直交するように容量素子２０２０〜２０２３が配置されていれば、容量素子２０２０〜２０２３が配置されない場合に比べ、電極２０１，３０１の長辺方向ＤＲ１におけるインピーダンスが低下し、プラズマ４０の密度を高くできるとともに、電位差の小さいプラズマを生成できるからである。
また、プラズマ装置１０Ａにおいても、プラズマ装置１０において電極２，３を電極３１〜３３、電極６１〜６ｎ、電極１０１〜１０４および電極１３１〜１３ｍに代えたのと同じ変更がなされてもよい。従って、プラズマ装置１０Ａにおいても、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制して任意のサイズの基板３０上に膜を形成できる。
上記においては、スパッタ用のガスとしてＡｒガスを用いると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、Ａｒガスと酸素ガスまたは窒素ガスとの混合ガスをスパッタ用のガスとして用いてもよい。
また、上記においては、プラズマ装置１０，１０Ａの各々は、電極２，３等の長辺方向ＤＲ１に沿って配置され、基板３０からターゲット部材（ターゲット部材４，５等）の方向へ向いた孔１９Ａ，２０Ａ，２１Ａを有するガス配管１９〜２１を備えると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、真空容器１内にＡｒガスを導入するガス配管を備えていればよい。
そして、この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、平面状に配置され、各々が長方形の平面形状を有する複数の電極と、複数の電極に対応して設けられ、各々が誘電体からなり、かつ、対応する電極の基板側の表面に接して配置される複数のターゲット部材と、複数の電極の一方端から第１の周波数を有する高周波電流を複数の電極に流す第１の電源と、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する電圧が２つの電極に交互に印加されるように第２の周波数を有する電圧を複数の電極に印加する第２の電源とを備えていればよい。
この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、複数の電極と、複数のターゲット部材と、第１および第２の電源とを備えていれば、第１の電源によって複数の電極に高周波電流を流すことにより誘導結合によるプラズマを発生でき、第２の電源によって第２の周波数を有する電圧を複数の電極に交互に印加することにより、プラズマ中の電子および正イオンが相互に異なるターゲット部材に流入する。その結果、プラズマ中の電子および正イオンが複数の電極の間および複数のターゲット部材の表面近傍に留まり、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制して基板３０上に膜を形成できるからである。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、プラズマ装置に適用される。

Claims (7)

  1. 平面状に配置され、各々が長方形の平面形状を有する複数の電極と、
    各々が誘電体からなり、かつ、電極の基板側の表面に接して配置される複数のターゲット部材と、
    前記複数の電極の一方端から第１の周波数を有する高周波電流を前記複数の電極に流す第１の電源と、
    前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する電圧が２つの電極に交互に印加されるように前記第２の周波数を有する電圧を前記複数の電極に印加する第２の電源とを備えるプラズマ装置。
  2. 前記複数の電極の各々は、
    前記平面形状を有し、金属からなる平板部材と、
    前記平板部材の長辺方向において前記平板部材の前記基板側の表面に形成された複数の貫通孔に挿入され、各々の両端が前記平板部材に電気的に接続された複数の容量素子と、
    前記複数の容量素子を覆う複数の絶縁物とを含む、請求項１に記載のプラズマ装置。
  3. 前記複数の容量素子の各々は、前記平板部材に並列に接続された複数のコンデンサからなる、請求項２に記載のプラズマ装置。
  4. 前記複数の貫通孔は、一定の間隔で前記平板部材に形成されている、請求項２または請求項３に記載のプラズマ装置。
  5. 前記第１の電源と前記複数の電極との間に配置され、前記複数の電極に流れる複数の前記高周波電流を同等に設定する複数のインダクタンスを更に備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
  6. 隣接する２つの電極間と前記複数の電極の外側とにおいて、前記電極の長辺方向に沿って配置された複数のガス配管を更に備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
  7. 前記複数のガス配管の各々は、前記電極から前記基板へ向かう方向と反対方向を向いている複数の孔を有する、請求項６に記載のプラズマ装置。
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