JP6373708B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

チャンバー内に反応性ガスを供給しつつ、スパッタリング成膜処理を行う技術が知られている（例えば、特許文献１）。反応性ガスの導入量の制御方法として、プラズマ中における反応性ガスやターゲット材料の元素の発光強度を測定（モニター）し、測定結果に基づいて反応性ガスの導入量を制御する方法が知られている。このような制御方法は、ＰＥＭ(プラズマエミッションモニター)法、あるいはＰＥＭ制御とも称される。

この種のスパッタ成膜処理で搬送される基材の主面に均質な成膜を行うためには、チャンバー内における反応性ガスの分布が基材の幅方向に沿って均一であることが望ましい。

特許第４８０９６１３号公報

チャンバー内における反応性ガスの分布を幅方向に沿って均一にする態様として、ＰＥＭ制御される複数のガス供給部を幅方向に沿って連続配置する態様が考えられる。これにより、幅方向について所定間隔で仮想的に分割された各区間において反応性ガスの供給量がフィードバック制御され、チャンバー内における反応性ガスの分布が幅方向に沿って均一になることが期待されるからである。しかしながら、この態様では、隣り合うガス供給部でフィードバック制御における干渉が生じて、理想的なガス供給量の前後を実際のガス供給量が振動する現象(ハンチング)が引き起こされ、反応性ガスの分布を均一にすることが困難となる。

また、ハンチングを解消しつつ、チャンバー内における反応性ガスの分布を幅方向に沿って均一にする態様として、ＰＥＭ制御される一のガス供給部のみによってチャンバー内に反応性ガスを供給する態様が考えられる。この態様は、チャンバーが十分に小さく、かつ、チャンバー内の各部の構成が幅方向一方側と他方側とで対称配置となっている場合には、有効である。しかしながら、チャンバーが大きい場合、または、チャンバー内の各部の構成が幅方向一方側と他方側とで非対称な配置となっている場合には、一のガス供給部でチャンバー内における反応性ガスの分布を均一にすることが困難となる。特に、近年、基板の大型化にともなってチャンバーが大型化していることを考慮すると、一のガス供給部のみでチャンバー内における反応性ガスの分布を均一にすることは特に困難となる。このような課題は、スパッタ成膜処理に限らず、プラズマＣＶＤ処理など、種々のプラズマ処理に共通の課題である。

このような課題に鑑み、本発明は、ハンチング等の問題を解決可能なガス供給技術を有するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかるプラズマ処理装置は、プラズマが生成される処理空間にガスを供給しつつ、前記処理空間内を搬送方向に沿って搬送される基材に対してプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置であって、前記処理空間内で前記搬送方向に沿って前記基材を搬送する搬送部と、予め設定された一定の第１供給量で少なくとも１つの第１開口部から前記処理空間内に前記ガスを供給する少なくとも１つの第１供給部と、第２供給量で少なくとも１つの第２開口部から前記処理空間内に前記ガスを供給する少なくとも１つの第２供給部と、前記処理空間のうち中央側に存在する前記ガスの量を測定し、その測定結果に応じて前記処理空間における前記ガスの分布が均一になるようにフィードバック制御を行って、前記プラズマ処理中における前記第２供給量を調整する調整部と、前記処理空間内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、を備え、前記少なくとも１つの第１供給部からの前記ガスの供給量は、前記少なくとも１つの第２供給部だけから前記ガスを供給した場合に前記処理空間において生じるガス密度の空間的な密度差をキャンセルする条件に基づいて設定され、前記処理空間のうち前記基材の主面に平行な面内で前記搬送方向と直交する幅方向に沿って、前記少なくとも１つ前記第１開口部と前記少なくとも１つの第２開口部とが交互に配されることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様にかかるプラズマ処理装置であって、前記第１開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象とならない非処理領域に向けて開口し、前記第２開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象となる処理領域に向けて開口することを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様または第２の態様にかかるプラズマ処理装置であって、前記基材は矩形状であり、前記基材の前記幅方向の長さが７００ｍｍ（ミリメートル）以上であることを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第３の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記ガスは酸素であり、前記プラズマ処理では、前記処理空間内でアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する前記基材上に酸化アルミニウムを成膜することを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第４の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記調整部は、前記第２供給量をプラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）法により調整することを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかるプラズマ処理方法は、プラズマが生成される処理空間にガスを供給しつつ、前記処理空間内を搬送方向に沿って搬送される基材に対してプラズマ処理を実行するプラズマ処理方法であって、少なくとも１つの第１開口部から前記処理空間に前記ガスを供給する際の第１供給量を設定する設定工程と、前記プラズマ処理を実行するプラズマ処理工程と、を備え、前記プラズマ処理工程は、少なくとも１つの第１供給部が前記少なくとも１つの第１開口部から一定の前記第１供給量で前記処理空間内に前記ガスを供給する第１供給工程と、少なくとも１つの第２供給部が少なくとも１つの第２開口部から第２供給量で前記処理空間内に前記ガスを供給する第２供給工程と、前記処理空間のうち中央側に存在する前記ガスの量を測定し、その測定結果に応じて前記処理空間における前記ガスの分布が均一になるようにフィードバック制御を行って前記第２供給量を調整する調整工程と、前記処理空間内にプラズマを生成するプラズマ生成工程と、前記処理空間内で前記搬送方向に沿って前記基材を搬送する搬送工程と、を有し、前記少なくとも１つの第１供給部からの前記ガスの供給量は、前記少なくとも１つの第２供給部だけから前記ガスを供給した場合に前記処理空間において生じるガス密度の空間的な密度差をキャンセルする条件に基づいて設定され、前記処理空間のうち前記基材の主面に平行な面内で前記搬送方向と直交する幅方向に沿って、前記少なくとも１つの第１開口部と前記少なくとも１つの第２開口部とが交互に配されることを特徴とする。

本発明の第７の態様にかかるプラズマ処理方法は、本発明の第６の態様にかかるプラズマ処理方法であって、前記第１開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象とならない非処理領域に向けて開口し、前記第２開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象となる処理領域に向けて開口することを特徴とする。

本発明の第８の態様にかかるプラズマ処理方法は、本発明の第６の態様または第７の態様にかかるプラズマ処理方法であって、前記基材は矩形状であり、前記基材の前記幅方向の長さが７００ｍｍ（ミリメートル）以上であることを特徴とする。

本発明の第９の態様にかかるプラズマ処理方法は、本発明の第６の態様ないし第８の態様のいずれかにかかるプラズマ処理方法であって、前記ガスは酸素であり、前記プラズマ処理工程では、前記処理空間内でアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する前記基材上に酸化アルミニウムを成膜することを特徴とする。

本発明の第１０の態様にかかるプラズマ処理方法は、本発明の第６の態様ないし第９の態様のいずれかにかかるプラズマ処理方法であって、前記調整工程では、前記第２供給量をプラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）法により調整することを特徴とする。

本発明の第１の態様ないし第１０の態様では、処理空間のうち幅方向に沿って、少なくとも１つの第１開口部と少なくとも１つの第２開口部とが交互に配される。そして、プラズマ処理中には、少なくとも１つの第２開口部からフィードバック制御に応じた第２供給量でガスが供給される。

本発明では、フィードバック制御された第２供給量で処理空間内にガスを供給する第２開口部が隣接することがないので、第２開口部が隣接することに伴うハンチングの問題が解消される。

また、本発明では、第１開口部から一定の第１供給量で処理空間にガスを供給されるため、この第１供給量を適宜に設定することで、チャンバーが大きい場合やチャンバー内の各部の構成が幅方向一方側と他方側とで非対称な配置となっている場合においても、チャンバー内におけるガスの分布を均一にしうる。

スパッタリング装置の概略構成を示す側面図である。 高周波アンテナの例を示す側面図である。 スパッタリング装置の概略構成を示す上面図である。 処理の流れを示すフロー図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、図面には、方向を説明するためにＸＹＺ直交座標軸が付されている。該座標軸における＋Ｚ方向は鉛直上方向を示し、ＸＹ平面は水平面である。

＜１ 実施形態＞
＜１．１ スパッタリング装置の構成＞
図１は、実施形態に係るスパッタリング装置１０の概略構成を示す側面図である。図２は、高周波アンテナ８０の例を示す側面図である。以下に、図１、図２を参照しつつ、スパッタリング装置１０の構成について説明する。

スパッタリング装置１０は、板状の単金属のアルミニウムなどのターゲット６０をイオンによりスパッタし、矩形状の基板７４（基材）の一方側主面に所定の薄膜を形成する装置である。

スパッタリング装置１０は、真空ポンプ（図示せず）により内部を真空にすることが可能なチャンバー１１と、真空排気されたチャンバー１１内にプラズマ生成ガスを導入するスパッタガス供給部１９および反応性ガス供給部２１と、チャンバー１１内に設けられターゲット６０を保持するターゲット保持部２４と、成膜対象の複数の基板７４（より詳細には、基板７４がそれぞれ保持する複数のキャリア７５）を所定の搬送経路に沿って搬送方向Ｘ１に搬送する搬送部７７と、基板７４の上方に設けられたステージ１５と、スパッタ用電源１６２とを備える。

また、スパッタリング装置１０は、コンピュータ、あるいはハードウェア回路等を備えてスパッタリング装置１０の各部の動作を統括制御する制御部２００と、光ファイバーのプローブに入射する光の分光強度を測定可能な分光器１１１とをさらに備える。制御部２００は、スパッタリング装置１０の各部と電気的に接続されている。

搬送部７７は、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面（＋Ｚ側の面）と、複数の基板７４の表面（−Ｚ側の面）とが所定の距離を隔てて対向するように、板状の複数のキャリア７５を支持し、各キャリア７５をターゲット６０に対向する搬送経路に沿って直列に配列して搬送する。搬送部７７は、それぞれ自転可能な複数のローラを備えて構成されている。キャリア７５の下面のうち、側面視において基板７４の搬送方向Ｘ１と直交する方向（Ｙ方向）の両端部分は、基板７４が配置されていない部分である。搬送部７７が備える複数のローラは、当該両端部分を下方から支持している。各ローラが所定の回転方向に自転することにより、複数のキャリア７５は、搬送経路に沿って搬送方向Ｘ１に搬送される。

より詳細には、搬送部７７は、搬送経路に沿って配列された複数のキャリア７５の互いに対向する各対の端部７６が、搬送経路のうちターゲット６０に対向する部分を所定の時間間隔で順次に通過するように複数のキャリア７５を搬送する。これにより、チャンバー１１内のプラズマの発光スペクトルが周期的に変動する。

基板７４の直下（−Ｚ側の直ぐ近傍）には、開閉可能な図示省略の成膜シャッターが少なくとも基板７４の全域にわたって設けられている。また、スパッタ用電源１６２は、ベース板１４（カソード）に、負電圧の直流のスパッタ電圧、または、負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧を印加することにより、ターゲット６０とステージ１５の下面側に保持された基板７４との間にマグネトロンプラズマ用の電界を生成する。スパッタ用電源１６２は、好ましくは、電圧一定モードで駆動される。また、ステージ１５は、図示省略のヒーターもしくは冷却機構を備え、基板７４の温度を制御する。

また、スパッタリング装置１０は、チャンバー１１内に導入されたスパッタガスおよび反応性ガスの高周波誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成部９０をさらに備える。ステージ１５は、チャンバー１１の上部の内壁に、取り付け部材を介して設けられている。

また、プラズマ生成部９０は、ターゲット６０の側面に接触することなく当該側面に沿って配置された線状の高周波アンテナ８０を備える。高周波アンテナ８０は、金属製パイプ状導体から構成される。そして、プラズマ生成部９０は、高周波アンテナ８０によって、スパッタガスと反応性ガスとのそれぞれの高周波誘導結合プラズマを発生させる。また、石英やセラミックスなどの誘電体製の保護パイプによって、導体はプラズマ、スパッタガス、および反応性ガスには直接接触しないようになっている。

そして、スパッタリング装置１０は、後述するマグネトロンスパッタ用磁石１２が形成する静磁場によってターゲット６０の表面部分に発生するプラズマ生成ガスのマグネトロンプラズマと、プラズマ生成部９０が発生させたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマとの混合プラズマによるターゲット６０のスパッタリングによって基板７４上の二次元領域（処理領域）に成膜を行う。

チャンバー１１の側面には、開閉可能なゲート３５１、３５２が設けられている。ゲート３５１、３５２は、開状態と閉状態との間で切り替え可能となっている。また、ゲート３５１、３５２は、不図示のロードロックチャンバー、若しくはアンロードロックチャンバーなどの他のチャンバーの開口部が気密を保った形態で接続可能に構成されている。成膜対象の基板７４はキャリア７５に保持された状態で、ゲート３５１からチャンバー１１内に搬入されて、スパッタリングによる成膜を施され、ゲート３５２からチャンバー１１の外部に搬出される。基板７４を保持するキャリア７５がゲート３５１（３５２）からチャンバー１１内に搬入（チャンバー１１から搬出）されるときには、ロードロックチャンバー（アンロードロックチャンバー）は、真空状態に保持される。外部からロードロックチャンバーに基板７４が搬入されるときには、ゲート３５１は閉じられ、アンロードロックチャンバーから基板７４が外部に搬出されるときには、ゲート３５２が閉じられる。基板７４が成膜されるときには、ゲート３５１、３５２が閉鎖されてチャンバー１１内の気密が保たれる。成膜処理が開始される前にチャンバー１１内の気密が保たれた状態で、不図示の真空ポンプによってチャンバー１１の内部空間である処理室１１３が真空排気される。

スパッタガス供給部１９は、貯留したスパッタガスを供給するスパッタガス供給源１９１と、スパッタガス供給源１９１から供給されたスパッタガスをチャンバー１１内へと送給する配管と、配管を介してスパッタガスの流量をコントロールする流量コントローラ１９２と、を有する。配管を通じて送給されたスパッタガスは開口部２０からチャンバー１１内に供給される。開口部２０は、例えば、高周波アンテナ８０とターゲット６０との間の部分などに形成される。プラズマ生成部９０が複数の高周波アンテナ８０を備える場合には、開口部２０は、例えば、各高周波アンテナ８０に対応する位置にそれぞれ設けられる。スパッタガスとしては、例えば、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスなどが用いられる。

図３は、チャンバー１１内における各部（特に、反応性ガス供給部２１）の配置を示す概略的な上面図である。

反応性ガス供給部２１は、チャンバー１１内（処理空間内）のうち基板７４の幅方向（Ｙ方向）の両端側に開口する開口部２２ａ（第１開口部）から予め設定された一定の第１供給量で反応性ガスを供給する第１供給部２１ａと、チャンバー１１内のうち基板７４の幅方向（Ｙ方向）の中央側に開口する開口部２２ｂ（第２開口部）から後述する第２供給量で反応性ガスを供給する第２供給部２１ｂと、を有する。

第１供給部２１ａは、貯留した反応性ガスを供給する反応性ガス供給源１９０ａと、反応性ガス供給源１９０ａから供給された反応性ガスをチャンバー１１内へと送給する配管と、配管に介挿されて管路の開閉を調整するストップバルブ１９４ａと、配管に介挿されて反応性ガスの流量を調整するニードルバルブ１９５ａと、を有する。配管を通じて送給された反応性ガスは開口部２２ａからチャンバー１１内に供給される。反応性ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスなどが用いられる。図３に示すように、本実施形態では、Ｙ方向両端にそれぞれ配される２つの第１供給部２１ａが独立して反応性ガスの供給を行う態様について説明する。

第２供給部２１ｂは、貯留した反応性ガスを供給する反応性ガス供給源１９０ｂと、反応性ガス供給源１９０ｂから供給された反応性ガスをチャンバー１１内へと送給する配管と、配管を介して反応性ガスの流量をコントロールする流量コントローラ１９３と、を有する。配管を通じて送給された反応性ガスは開口部２２ｂからチャンバー１１内に供給される。反応性ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスなどが用いられる。

このように、反応性ガス供給部２１が第１供給部２１ａと第２供給部２１ｂとを備えることの利点については、後述する＜１．３ スパッタリング装置１０の効果＞で詳細に説明する。

そして、ゲート３５１、３５２が閉じられて処理室１１３が真空排気された状態で、スパッタガス供給部１９からスパッタガスがチャンバー１１内に供給されるとともに、反応性ガス供給部２１から反応性ガスがチャンバー１１内に供給されることにより、処理室１１３は、一定圧力下、一定のガス分圧下に維持される。

また、チャンバー１１の側壁のうちＹ方向中央側の一部には、チャンバー１１内を密閉するとともにチャンバー１１内のプラズマ発光を透過可能な窓部１７が設けられており、窓部の近傍にはプラズマ発光が入射可能なように分光器１１１のプローブ１１２が設けられている。

分光器１１１は窓部１７を介してプローブ１１２に入射するチャンバー１１内のプラズマの発光を分光して、反応性ガスのプラズマ発光の輝線の波長を有する光の強度（スペクトル）を繰り返し検出可能に構成されている。分光器１１１は、検出した発光スペクトルをＡ／Ｄ変換して、制御部２００に供給する。すなわち、分光器１１１は、プラズマの発光スペクトルに含まれる反応性ガスの発光スペクトルを、繰り返し測定し、測定結果を制御部２００に供給する。酸素の発光スペクトルを測定する場合には、７７７．１９ｎｍの波長の光が測定される。

分光器１１１が行う測定の測定間隔は、プラズマの発光スペクトルの変動周期（発光スペクトルが複数の変動周期で同時並行的に変動する場合には、最短の変動周期）よりも短い時間間隔に設定されている。より詳細には、当該測定間隔は、発光スペクトルの変動波形を再現可能な時間間隔である。具体的には、分光器１１１は、例えば、発光スペクトル信号の最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数で測定を行う。また、マグネトロンスパッタ用磁石１２の周期的な揺動などの既知の原因に起因するプラズマの発光スペクトルの変動は、原因となっている現象の周期が反映され、同一周期で繰り返し再現する。

制御部２００は、分光器１１１が測定したチャンバー１１内の反応性ガスの発光スペクトルに基づいて、プラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）法により流量コントローラ１９３を制御する。これにより、反応性ガス供給源１９０ｂからチャンバー１１内に供給される反応性ガスの第２供給量が制御される。このように、分光器１１１、流量コントローラ１９３、および、制御部２００は、チャンバー１１内のうちＹ方向中央側に存在する反応性ガスの量を測定しその測定結果に応じたフィードバック制御を行ってプラズマ処理中における第２供給量を調整する調整部として機能する。このフィードバック制御としては、例えば、ＰＩＤ制御を採用しうる。

チャンバー１１の底部には、開口部が設けられると共に、その開口部を下側から塞ぐように、前述のベース板１４及びマグネトロンスパッタ用磁石１２（併せてマグネトロンカソードという）、並びに高周波アンテナ８０を収容するためのターゲット・アンテナ配置部１８が取り付けられている。ターゲット・アンテナ配置部１８とチャンバー１１の底部との接続部はシール材により気密性が確保されている。従って、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁はチャンバー１１の壁の一部としての役割を有する。ターゲット・アンテナ配置部１８には、ステージ１５の直下の位置にターゲット配置ブロック（ターゲット配置部）１８１が設けられている。それと共に、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁内（即ちチャンバー１１の壁内）であってターゲット配置ブロック１８１の側方に、ターゲット配置ブロック１８１を挟むように１対のアンテナ固定ブロック１８２が設けられている。マグネトロンカソードは、ターゲット６０の表面近傍に静磁場を形成する。

ターゲット配置ブロック１８１の上部にはチャンバー１１の処理室１１３がある。ターゲット配置ブロック１８１内にはマグネトロンスパッタ用磁石１２と、マグネトロンスパッタ用磁石１２を支持し、マグネトロンスパッタ用磁石１２をターゲット６０に対して周期的に搬送方向Ｘ２に移動させる移動部１３が載置されている。より詳細には、移動部１３は、マグネトロンスパッタ用磁石１２を搬送方向Ｘ２に沿って周期的に揺動させる。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上面にはベース板１４が設けられるとともに、ベース板１４に対向するステージ１５がチャンバー１１の上側内壁に設けられる。ステージ１５は、アースされている。なお、ステージ１５は、アースされていないフローティング状態でも良い。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上下方向の位置は、その上面に設けられたベース板１４に載置されるターゲット６０の上面がターゲット・アンテナ配置部１８の上端付近（上端と同じ位置である必要はない）に配置されるように調整されている。また、ターゲット６０は、ベース板１４と、ターゲット保持部２４とによってベース板１４の上面（＋Ｚ側の面）に保持されている。このようにマグネトロンスパッタ用磁石１２及びベース板１４（併せて、マグネトロンカソード）が設けられることにより、ターゲット６０はチャンバー１１の処理室１１３と面した空間内に配置される。

マグネトロンスパッタ用磁石１２は、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面を含む領域に静磁場（マグネトロン磁場）を形成して、ターゲット６０の表面部分にプラズマを形成できるようにする。ターゲット６０の表面部分におけるプラズマの広がり方は、チャンバー１１に導入されたプラズマ生成ガスの分圧や、マグネトロンスパッタ用磁石１２が発生させるマグネトロン磁場やターゲットに与える電圧の強度などによって変動する。また、マグネトロンスパッタ用磁石１２が移動部１３によって周期的に移動されることにより、チャンバー１１内のプラズマの発光スペクトルが周期的に変動する。

また、ターゲット配置ブロック１８１上端とチャンバー１１の処理室１１３との境界には、ターゲット配置ブロック１８１の側壁から内側に向かって延び、ターゲット６０の縁付近（縁を含む部分）に対して一定の距離を保つようにアノード１８９が設けられている。

アンテナ固定ブロック１８２内には高周波アンテナ８０が挿入されている。また、スパッタリング装置１０は、高周波アンテナ８０に高周波電力を供給する高周波電源１６１を備えている。高周波電源１６１は整合回路１６３を介して高周波アンテナ８０に接続されている。

高周波アンテナ８０は、マグネトロンカソードスパッタによるプラズマ発生を支援するためのもので、例えば、図２に示されるように、金属製のパイプ状導体をＵ字形に曲げたものであり、２つのアンテナ固定ブロック１８２内に１個ずつ、「Ｕ」の字を上下逆向きにした状態で立設されている。なお、高周波アンテナ８０の配置態様は、種々に変更可能である。高周波アンテナ８０の形状として、例えば、円弧状の形状が採用されても良い。また、高周波アンテナ８０の巻数は、一周未満である。定在波の発生を防止するために、高周波アンテナ８０の長さは、好ましくは、高周波電源１６１が供給する電力の波長の１／４以下の長さに設定される。高周波アンテナの一端から高周波電力が供給され、他端は接地される。これにより誘導結合プラズマが生成される。このような高周波アンテナ８０が採用されれば、コイル状（渦巻き状）のアンテナを用いて誘導結合プラズマを発生させる手法に比べて、アンテナのインダクタンスが低いためにアンテナの電圧を下げられるので、プラズマダメージを抑制できる。また、アンテナ長を、高周波の波長の１／４以下に短くすることで、定在波の影響によるプラズマのむらに起因したスパッタむら（不均一さ）を抑制することが出来る。また、アンテナをチャンバー内に収容できるのでプラズマ生成効率を向上できる。さらに、成膜対象の基板サイズに応じて、高周波アンテナ８０の個数を増加させるとともに、ターゲットのサイズを大きくすることにより基板サイズが大きい場合でも、スパッタリング速度の向上を図ることが出来る。

Ｕ字形の高周波アンテナは巻数が１周未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が1周以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、高周波アンテナの両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの容量結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が低減される。これにより、基板上での低イオンダメージの薄膜形成プロセスが可能となる。高周波アンテナ８０を構成する金属製パイプ状導体は、スパッタリング装置１０の使用時に水などの冷媒１５１をその内部に通過させることにより高周波アンテナ８０を冷却する機能を有する。高周波アンテナ８０の高さ方向の位置は、ターゲット６０の表面近傍のプラズマ密度がより高くなるように、「Ｕ」の字の底部がターゲット６０の上面が同程度の高さよりも数センチ程度高くなるように調整されている。なお、ターゲット６０およびベース板１４なども非常に高温になるため、好ましくは、高周波アンテナ８０と同様に、冷媒１５１によって冷却される。

高周波アンテナ８０の上端側の一部は、アンテナ固定ブロック１８２を貫通して、チャンバー１１の内部側に突設されている。高周波アンテナ８０の該突設部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプ４１１により覆われている。

なお、マグネトロンスパッタ用磁石１２によるターゲット６０表面の水平磁束密度の最大値は、２０乃至５０ｍＴ（ミリテスラ）で、高周波誘導結合アンテナの支援がない場合の磁束密度（６０乃至１００ｍＴ）よりも低い磁束密度でも十分なプラズマを生成するこができる。なお、高周波誘導結合アンテナによるプラズマ発生の支援がされないとしても本発明の有用性を損なうものではない。また、高周波誘導結合アンテナによるプラズマ発生の支援がされる場合に於いて、巻数が一周以上の高周波誘導結合アンテナが使用されてもよい。また、高周波誘導結合アンテナがチャンバー１１内ではなく外部に設けられてもよい。また、図１に示されるスパッタリング装置１０の構成例では、ターゲット６０、マグネトロンカソード、および高周波アンテナ８０に対して基板７４（キャリア７５）が上方に設けられているが、下方に設けられた構成が採用されてもよい。

ステージ１５は、ステージ１５の下面に設けられた図示省略の爪状部材などによって基板７４を保持することが出来る。キャリア７５は、板状のトレーなどによって構成されており、基板７４を着脱可能に保持する。基板７４は、例えば、シリコンウエハなどにより構成される。

上記のように構成されたスパッタリング装置１０は、チャンバー１１に、スパッタガスを導入するとともに、第１供給部２１ａから定量の第１供給量定で反応性ガスを導入し、かつ、第２供給部２１ｂからＰＥＭ法によって調整される第２供給量で反応性ガスを導入する。そして、スパッタリング装置１０は、この雰囲気下で、ターゲット６０をスパッタし、当該ターゲット６０に対向する基板７４上にターゲットの材料と反応性ガスとの化合物を成膜する。

＜１．２ 処理例＞
図４は、本実施形態における処理の一例を示すフロー図である。以下では、図４を参照しつつ、処理の流れについて説明する。特に、ステップＳＴ１は成膜処理の前段階に行われる設定工程に相当し、ステップＳＴ２〜ＳＴ４はプラズマ処理工程に相当する。

まず、第１供給部２１ａがチャンバー１１内のうちＹ方向の両端側に開口する開口部２２ａからチャンバー１１内に反応性ガスを供給する際の第１供給量を設定する（ステップＳＴ１：設定工程）。ここで、Ｙ方向両端にそれぞれ配される２つの第１供給部２１ａにおいて、それぞれの第１供給量は同じでもよいし、異なっていてもよい。

第１供給部２１ａにおける１つ目の役割は、第２供給部２１ｂのみによって反応性ガスを供給する場合に、Ｙ方向中央側とＹ方向両端側との間で生じる反応性ガスの密度差をキャンセルすることである。第１供給部２１ａにおける２つ目の役割は、チャンバー１１内の各構成の配置がＹ方向一方側と他方側とで非対称な場合に、Ｙ方向一方側と他方側との間で生じる反応性ガスの密度差をキャンセルすることである。このため、上記２つ目の役割を達成する目的で、２つの第１供給部２１ａにおけるそれぞれの第１供給量を異なる値として設定する場合がある。第２供給部２１ｂおよびスパッタガス供給部１９においても、基準となるガス供給量が設定される。

スパッタガス供給部１９が、開口部２０からチャンバー１１内に所定の流量でスパッタガスを供給する。２つの第１供給部２１ａが、開口部２２ａからチャンバー１１内に第１供給量で反応性ガスを供給する（第１供給工程）。第２供給部２１ｂが、開口部２２ｂからチャンバー１１内に第２供給量で反応性ガスを供給する（第２供給工程）。また、第２供給工程の際には、上記したフィードバック制御で第２供給量が調整される（調整工程）。これにより、チャンバー１１内には、スパッタ成膜処理に好適な雰囲気が形成される（ステップＳＴ２）。

高周波電源１６１が各高周波アンテナ８０に高周波電力を供給し、チャンバー１１内に誘導結合プラズマが生成される。これにより、チャンバー１１内に流入されたスパッタガスおよび反応性ガスがプラズマ化する（ステップＳＴ３：プラズマ生成工程）。また、スパッタ用電源１６２が、ベース板１４にスパッタ電圧を印加する。これにより、ターゲット６０と搬送される基板７４との間にマグネトロンプラズマ用の電界が生成される。

未処理の基板７４がゲート３５１を介してチャンバー１１内に搬入されると、搬送部７７は該基板７４を水平姿勢で保持しつつチャンバー１１内を搬送方向Ｘ１に沿って＋Ｘ方向に搬送する（ステップＳＴ４：搬送工程）。そして、スパッタガスおよび反応性ガスがプラズマ化した状態において、基板７４がターゲット６０と対向しつつチャンバー１１内を通過する。これにより、基板７４の主面のうちターゲット６０と対向した領域（処理領域）においてのスパッタ成膜処理が進行する。スパッタ成膜処理が施された基板７４は、ゲート３５２を介してチャンバー１１から搬出される。これにより、１枚の基板７４についてスパッタリング装置１０での処理が完了する。

＜１．３ スパッタリング装置１０の効果＞
スパッタ成膜処理で基板７４の主面に均質な成膜を行うためには、チャンバー１１内における反応性ガスの分布が基板７４の幅方向（Ｙ方向）に沿って均一であることが望ましい。

チャンバー１１内における反応性ガスの分布をＹ方向に沿って均一にする態様として、複数の第２供給部２１ｂをＹ方向に沿って連続に配置する態様（第１の比較例）が考えられる。これにより、Ｙ方向について所定間隔で仮想的に分割された各区間において反応性ガスの供給量がフィードバック制御され、チャンバー１１内における反応性ガスの分布がＹ方向に沿って均一になることが期待されるからである。しかしながら、この態様では、隣り合う第２供給部２１ｂで干渉が生じて、理想的なガス供給量の前後を実際のガス供給量が振動する現象(ハンチング)が引き起こされ、反応性ガスの分布を均一にすることが困難となる。

本実施形態の態様では、第１の比較例の態様と異なり、スパッタリング装置１０が第２供給量のフィードバック制御を行う１つの第２供給部２１ｂを有する。このため、本実施形態の態様では、複数のフィードバック制御が存在することに起因するハンチングの問題が解消される。

また、ハンチングを解消しつつ、チャンバー１１内における反応性ガスの分布をＹ方向に沿って均一にする態様として、一の第２供給部２１ｂのみによってチャンバー１１内に反応性ガスを供給する態様（第２の比較例）が考えられる。この態様は、チャンバー１１が十分に小さく、かつ、チャンバー１１内の各部の構成がＹ方向一方側と他方側とで対称配置となっている場合には、有効である。しかしながら、チャンバー１１が大きい場合、または、チャンバー１１内の各部の構成がＹ方向一方側と他方側とで非対称な配置となっている場合には、一の第２供給部２１ｂでチャンバー１１内における反応性ガスの分布を均一にすることが困難となる。特に、近年、基板７４の大型化にともなってチャンバー１１が大型化していることを考慮すると、一の第２供給部２１ｂのみでチャンバー１１内における反応性ガスの分布を均一にすることは特に困難となっていた。ここで、基板７４が大型であるとは、基板７４の幅方向長さが７００ｍｍ（ミリメートル）以上であることを意味する。

本実施形態の態様では、第２の比較例の態様と異なり、スパッタリング装置１０が、第２供給量のフィードバック制御を行う１つの第２供給部２１ｂに加え、一定の第１供給量で反応性ガスを供給する２つの第１供給部２１ａを有する。このため、本実施形態の態様では、第１供給量を装置構成等に応じて適宜に設定することで、チャンバー１１が大きい場合やチャンバー１１内の各部の構成がＹ方向一方側と他方側とで非対称な配置となっている場合においても、チャンバー１１内における反応性ガスの分布を均一にすることができる。

また、反応性ガスとして酸素を供給しつつアルミニウムターゲットをスパッタして基板上に酸化アルミニウムを成膜する場合には、ターゲット表面の酸化が急激に進むこと等の影響により膜質を安定化させることが特に困難である。このように、反応性ガスの供給量の調整がより高精度に要求される場合には、第２供給量をフィードバック制御する本実施形態の態様は特に有効である。

＜２ 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

上記実施形態では、反応性スパッタによりアルミナ成膜を行う処理を行う態様について説明したが、これに限られるものではない。本発明は、プラズマが生成される処理空間にガスを供給しつつ処理空間内を搬送方向に沿って搬送される基材に対してプラズマ処理を実行する種々の態様に適用可能である。例えば、チャンバー１１内（処理空間内）にガスを供給しつつ該チャンバー１１内を搬送される基板に対してプラズマＣＶＤ処理を行う態様にも本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、開口部２２ａ、開口部２２ｂ、および、開口部２２ａが、チャンバー１１内のうち基板７４の幅方向（Ｙ方向）に沿って順に配される態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、開口部２２ｂ、開口部２２ａ、および、開口部２２ｂが、チャンバー１１内のうち基板７４の幅方向（Ｙ方向）に沿って順に配されてもよい。また別の例として、開口部２２ａ、開口部２２ｂ、開口部２２ａ、開口部２２ｂ、および、開口部２２ａが、チャンバー１１内のうち基板７４の幅方向（Ｙ方向）に沿って順に配されてもよい。このように、幅方向に沿って開口部２２ａと開口２２ｂとが交互に配される態様であれば、複数の開口部２２ｂが隣り合うことなく、ハンチングを有効に防止できる。また、スパッタリング装置１０が複数の第２供給部２１ｂを備える場合には、スパッタリング装置１０が各第２供給部２１ｂに対応する複数の分光器１１１を備えることが望ましい。これにより、各第２供給部２１ｂでより精密にフィードバック制御を行うことが可能となる。

また、上記実施形態では、１つの開口部２２ａが１つの開口によって構成され、１つの開口部２２ｂが１つの開口によって構成される態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、１つの開口部２２ａが複数の開口によって構成される態様や、１つの開口部２２ｂが複数の開口によって構成される態様であってもよい。この場合、流量の調整されたガスがその供給経路の途中で分岐されて複数の開口から供給されることになる。

また、上記実施形態では、ＸＹ平面視において、２つの開口部２２ａが基板７４の主面のうちプラズマ処理の対象とならない非処理領域に向けて開口し、開口部２２ｂが基板７４の主面のうちプラズマ処理の対象となる処理領域に向けて開口する態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、２つの開口部２２ａが基板７４の主面のうち処理領域に向けて開口する態様でも構わない。ただし、フィードバック制御される第２供給量でガスを導入する開口部２２ｂのみが処理領域に向けて開口する上記実施形態の態様では、リアルタイムで調整される流量で処理領域に向けてガスを供給することができ、望ましい。

以上、実施形態およびその変形例に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１０ スパッタリング装置
１９ スパッタガス供給部
２０、２２ａ、２２ｂ 開口部
２１ 反応性ガス供給部
２１ａ 第１供給部
２１ｂ 第２供給部
７４ 基板
１１１ 分光器
１９０ａ、１９０ｂ 反応性ガス供給源
１９１ スパッタガス供給源
１９２ 流量コントローラ
１９３ 流量コントローラ
２００ 制御部

Claims (10)

1. プラズマが生成される処理空間にガスを供給しつつ、前記処理空間内を搬送方向に沿って搬送される基材に対してプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置であって、
   前記処理空間内で前記搬送方向に沿って前記基材を搬送する搬送部と、
   予め設定された一定の第１供給量で少なくとも１つの第１開口部から前記処理空間内に前記ガスを供給する少なくとも１つの第１供給部と、
   第２供給量で少なくとも１つの第２開口部から前記処理空間内に前記ガスを供給する少なくとも１つの第２供給部と、
   前記処理空間のうち中央側に存在する前記ガスの量を測定し、その測定結果に応じて前記処理空間における前記ガスの分布が均一になるようにフィードバック制御を行って、前記プラズマ処理中における前記第２供給量を調整する調整部と、
   前記処理空間内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの第１供給部からの前記ガスの供給量は、前記少なくとも１つの第２供給部だけから前記ガスを供給した場合に前記処理空間において生じるガス密度の空間的な密度差をキャンセルする条件に基づいて設定され、
   前記処理空間のうち前記基材の主面に平行な面内で前記搬送方向と直交する幅方向に沿って、前記少なくとも１つ前記第１開口部と前記少なくとも１つの第２開口部とが交互に配されることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記第１開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象とならない非処理領域に向けて開口し、前記第２開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象となる処理領域に向けて開口することを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記基材は矩形状であり、前記基材の前記幅方向の長さが７００ｍｍ（ミリメートル）以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ガスは酸素であり、
   前記プラズマ処理では、前記処理空間内でアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する前記基材上に酸化アルミニウムを成膜することを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記調整部は、前記第２供給量をプラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）法により調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
6. プラズマが生成される処理空間にガスを供給しつつ、前記処理空間内を搬送方向に沿って搬送される基材に対してプラズマ処理を実行するプラズマ処理方法であって、
   少なくとも１つの第１開口部から前記処理空間に前記ガスを供給する際の第１供給量を設定する設定工程と、
   前記プラズマ処理を実行するプラズマ処理工程と、
   を備え、
   前記プラズマ処理工程は、
   少なくとも１つの第１供給部が前記少なくとも１つの第１開口部から一定の前記第１供給量で前記処理空間内に前記ガスを供給する第１供給工程と、
   少なくとも１つの第２供給部が少なくとも１つの第２開口部から第２供給量で前記処理空間内に前記ガスを供給する第２供給工程と、
   前記処理空間のうち中央側に存在する前記ガスの量を測定し、その測定結果に応じて前記処理空間における前記ガスの分布が均一になるようにフィードバック制御を行って前記第２供給量を調整する調整工程と、
   前記処理空間内にプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
   前記処理空間内で前記搬送方向に沿って前記基材を搬送する搬送工程と、
   を有し、
   前記少なくとも１つの第１供給部からの前記ガスの供給量は、前記少なくとも１つの第２供給部だけから前記ガスを供給した場合に前記処理空間において生じるガス密度の空間的な密度差をキャンセルする条件に基づいて設定され、
   前記処理空間のうち前記基材の主面に平行な面内で前記搬送方向と直交する幅方向に沿って、前記少なくとも１つの第１開口部と前記少なくとも１つの第２開口部とが交互に配されることを特徴とするプラズマ処理方法。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記第１開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象とならない非処理領域に向けて開口し、前記第２開口部は前記基材の前記主面のうちプラズマ処理の対象となる処理領域に向けて開口することを特徴とするプラズマ処理方法。
8. 請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記基材は矩形状であり、前記基材の前記幅方向の長さが７００ｍｍ（ミリメートル）以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。
9. 請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のプラズマ処理方法であって、
   前記ガスは酸素であり、
   前記プラズマ処理工程では、前記処理空間内でアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する前記基材上に酸化アルミニウムを成膜することを特徴とするプラズマ処理方法。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のプラズマ処理方法であって、
    前記調整工程では、前記第２供給量をプラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）法により調整することを特徴とするプラズマ処理方法。

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