JPH0361364A

JPH0361364A - シートプラズマを利用した薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH0361364A
Application number: JP19276289A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yoshikawa; 幸雄吉川; Hironobu Harada; 原田　浩信; Eiji Shidouji; 栄治志堂寺; Satoru Takagi; 悟高木
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1991-03-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、プラズマガンより射出されたプラズマを磁石
手段によって平板化したシートプラズマを用いた薄膜形
成方法において、磁場手段を用いて、シートプラズマの
捻れを抑制し、被膜特性の基板内分布を改善したことを
特徴とする薄膜形成方法に関するものである。

（従来の技術）プラズマガンとシートプラズマの形成方法の例は、真空
　第２５巻　第１０号６６０頁（１９８２年）や特開昭
５９−２７４９９号にみられ、その薄膜形成方法への応
用例として、シートプラズマを利用した高効率スパッタ
リング（特開昭６３−２２３１７１号）や、シートプラ
ズマを用いた高効率ＣＶＤ　（特開昭６０−１１０８７
６号）や、シートプラズマを用いた高効率蒸着（特開昭
６３−５０４６４号）等がある。これらは、高効率シー
トプラズマの高い反応性を利用したものであり、高品質
の薄膜が高速で、しかも、高温基板のみならず低温基板
にも成膜できることが利点である。しかし、成膜速度増
加、あるいは、反応の活性化の手段として、プラズマ中
を流れる電流値を増加させていくと、該電流によりプラ
ズマの周囲に発生する磁場の効果がプロセス制御のうえ
で重要になってくる。なぜなら、この磁場が、プラズマ
をカソードからアノード方向へ引き出すための磁場の強
さと同程度となると、シートプラズマをねじり、薄膜形
成領域においてプラズマと基板間の距離、あるいは、プ
ラズマとターゲット間の距離を不均一にしてしまうから
である。

すなわち、従来のシートプラズマによる薄膜形成技術で
は、−様な成膜速度や膜特性を得に（いという欠点を有
していた。

（発明の解決しようとする課題）本発明の目的は、従来のシートプラズマを用いた薄膜形
成方法が有していた前述の問題点を解決しようとするも
のである。

（課題を解決するための手段）本発明は、前述の問題点を解決するべくなされたもので
あり、プラズマガンより射出されたプラズマを磁場手段
によってシート状に平板化したシートプラズマを用いた
薄膜形成方法であって、該シートプラズマのシート面の
幅方向の両端近傍に、それぞれが該シートプラズマの放
電電流によって生じる磁場を相殺する方向で、互いに反
対向きの一対の磁場を形成することにより、該シートプ
ラズマの捻れを抑制し、より均一な薄膜を形成できるよ
うにしたことを特徴とするシートプラズマを利用した薄
膜形成方法を提供するものである。

本発明においては、アーク放電によるプラズマ流を用い
るのが好ましく、かかるアーク放電プラズマ流は、アー
ク放電プラズマ流発生源１とアノード２の間で、プラズ
マ発生用直流電源９によってアーク放電を行うこヒで生
成される。

かかるアーク放電プラズマ流発生源１としては、複合陰
極型プラズマ発生装置、又は、圧力勾配型プラズマ発生
装置、又は両者を組み合わせたプラズマ発生装置が好ま
しい。このようなプラズマ発生装置については、真空第
２５巻第１Ｏ号（１９８２年発行）に記載されている。

複合陰極型プラズマ発生装置とは、熱容量の小さい補助
陰極と、ＬａＢ　ａからなる主陰極とを有し、該補助陰
極に初期放電を集中させ、それを利用して主陰極ＬａＢ
ｍを加熱し、主陰極Ｌａ５ｇが最終陰極としてアーク放
電を行うようにしたプラズマ発生装置である。例えば、
第６図のような装置が挙げられる。補助陰極としてはＷ
、Ｔａ。

Ｍｏ等の高融点金属のコイル又はバイブ状のものが挙げ
られる。

このような複合陰極型プラズマ発生装置においては、熱
容量の小さな補助陰極６２を集中的に初期放電で加熱し
、初期陰極として動作させ、間接的にＬａＢ５の主陰極
６１を加熱し、最終的にはＬａＢ　ａの主陰極６１によ
るアーク放電へと移行させる方式であるので、補助陰極
６２が２５００℃以上の高温になって寿命に影響する以
前にＬａＢ５の主陰極６１が１５００℃〜１８００℃に
加熱され、大電子流放出可能になるので、補助陰極６２
のそれ以上の温度上昇が避けられるという点が大きな利
点である。

又、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、陰極と陽極の間
に中間電極を介在させ、陰極領域をＩ　Ｔｏｒｒ程度に
、そして陽極領域を１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度に保って放電
を行うものであり、陽極領域からのイオン逆流による陰
極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式のものと
比較して、放電電子流をつくりだすためのキャリアガス
のガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能であると
いう利点を有している。

複合陰極型プラズマ発生装置と、圧力勾配型プラズマ発
生装置とは、それぞれ上記のような利点を有しており、
両者を組み合わせたプラズマ発生装置、即ち、陰極とし
て複合陰極を用いると共に中間電極も配したプラズマ発
生装置は、上記利点を同時に得ることができるので本発
明のプラズマガンとして大変好ましい。

本発明のシートプラズマの形成方法としては、薄膜形成
領域１１の両側に該プラズマガン１とアノード２を配置
し、−個以上の空芯コイル３によって、プラズマガンか
らアノード方向に向かう磁場を形成して、高密度プラズ
マを磁場に沿って薄膜形成領域方向に引き出すものであ
る。さらに、引き出したプラズマのシート化は、特開昭
５９−２７４９９号、あるいは、真空　第２５巻　第１
１号　７１９頁　にみられるように、一対の永久磁石４
を該プラズマ電流の流れる方向と垂直方向から挾み込む
ようにＮ極面を対向させて配置し、該対向永久磁石によ
って生じる磁場により磁極面と平行な方向にプラズマを
押し潰すことで為される。しかしながら、プラズマガン
ｌと薄膜形成領域ＩＯとの間に該対向永久磁石を配置し
、プラズマをシート化したうえで薄膜形成領域に導入す
るだけでは、プラズマ中を流れる大電流で生じる磁場の
効果により、薄膜形成領域においてシートプラズマの捻
れが顕著に生じる。本発明の方法においては、このプラ
ズマの捻れを抑制する目的で、該シートプラズマのシー
ト面の幅方向の両端近傍に、それぞれが該シートプラズ
マの放電電流によって生じる磁場を相殺する方向で、互
いに反対向きの一対の磁場を形成する。具体的には、シ
ートプラズマのシート面の幅方向の両端近傍にそれぞれ
、該シートプラズマの放電電流によって生じる磁場を相
殺する方向の磁場をを形成する一対の永久磁石をシート
プラズマの幅方向の端部を挟むように配置するのが好ま
しい。

薄膜形成方法は、成膜プロセスによって異なるが、たと
えば、スパッタリング現象によって薄膜を形成する場合
には、図１に示すように、プラズマのシート面を平行に
挾みこむように設置したターゲット５と基板６のそれぞ
れの背面に一対の永久磁石４をＮ極面を対向させて配置
する。さらに、ターゲット電位がプラズマ、すなわち、
アノード２に対して負の電位になるようにスパッタリン
グ電圧を印加して薄膜形成を行う。なお、６をターゲッ
トとし、両方のターゲット５．６にそれぞれシートプラ
ズマより負の電位を与え該シートプラズマ中のイオンを
両ターゲットへ加速してスパッタリングを行い、上記２
つのターゲットの外側でターゲット表面に略垂直な平面
内（図１においては、紙面と平行な平面内）に基体を配
置し、又はターゲット表面に略垂直な平面内で基体を搬
送し、該２つのターゲットから発生した粒子を該基体上
に付着させて薄膜を形成することもできる。

なお、空芯コイル３は、プラズマの引出しのための磁場
形成を行うもので、永久磁石４は、プラズマのシート化
のためのＮ極を対向させた一対の永久磁石である。

シートプラズマの捻れの低減のための具体的な永久磁石
の配置の例を図２に示す。図２のプラズマガン１、対向
磁石４、シートプラズマ７は、図１中のそれらに対応し
、その他は省略した。磁場手段として、四本の永久磁石
柱をプラズマのシート面の幅方向の両端を挟むように異
なる磁極を対向させ、かつ、対角に位置する二対の磁極
対のそれぞれが、図に示すような位置関係となるように
、シートプラズマの進行方向（即ち、プラズマガンとア
ノードを結ぶ線）と平行に配置する。なお、上記の複数
の永久磁石は同様な磁界を発生する電磁石に替えること
が可能である。

シートプラズマの捻れを低減するための永久磁石は、図
１のように薄膜形成領域近傍に配置するのが好ましいが
、薄膜形成領域とアノード２の間等、プラズマをシート
化する磁石４とアノード２との間であればどこに配置し
てもよい。

化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスによって薄膜を形成する場
合には、基体をプラズマのシート面に対して平行になる
ように配置し、ガス状の原料物質がシートプラズマを横
切って基板上に到達するか、プラズマの中から基体上に
到達できるようにガス状原料物質を供給する。

又、真空蒸着プロセスによって薄膜を形成する場合には
、基体をシートプラズマに面して平行に配置し、蒸発原
料から蒸発した粒子がシートプラズマを通って基体上に
到達できるように蒸発原料を配置する。

（作用）本発明においては、磁石手段を導入することによって、
プラズマを流れる電流によって生じるプラズマの捻れを
低減できる。その結果、プラズマと基板間、プラズマと
スパッタリングターゲット、蒸着原料、ガス状原料供給
手段等の原料供給源間の距離が均一になり、均質な特性
をもつ大面積薄膜の形成ができる。

シートプラズマの発生は、空芯コイルによって、プラズ
マガンからアノード方向に向かう第一の静磁場１５を形
成し、さらに、該静磁場の磁力線を挟むようにＮ極とＮ
極とを対向させた一対の永久磁石の第二の磁場によって
、第一の磁場を垂直方向から押しつぶすことによって行
うことができる。すなわち、このときの磁力線分布は、
プラズマガンよりアノードの方向に向かい、該方向に対
して垂直に押しつぶされた形となる。この状態で、プラ
ズマガンよりプラズマが導入されると、プラズマ中の電
子は磁力線に絡みつくためにプラズマ自体の形状もシー
ト状になる。しかし、この場合には、図３に示すように
、プラズマ放電電流１３によってシートプラズマ１２の
周りに第三の磁場１４が生じるため、結局、以上の３種
類の磁場の合成磁力線が、シートプラズマの形状を決定
することになる。

第三の磁場の強さは、プラズマ放電の電流の大きさに密
接な関係にあり、その電流値が、第一、第二の静磁場の
強さと同程度以上の第三の磁場を生じさせるほど大きく
なったときの３種の合成磁力線は、図４のようにアノー
ドからみて右回りに捻れた分布となる。そして、その結
果、シートプラズマち右まわりに捻られる。

本発明の作用は、上記第三の磁場のプラズマのシート面
に対する垂直方向成分を、薄膜形成領域に配置した永久
磁石が発生する磁場成分によって打ち消すことにより生
じる。すなわち、水平方向に押し延ばしたシートプラズ
マを仮定すると、アノードからみて、左端部では上向き
の、右端部では下向きの第三の磁場が発生するが、これ
らの磁場を打ち消すために、シートプラズマの左端部を
上部からＮ極、下部からＳ極で挟み込むように、また、
右端部を上部からＳ極、下部からＮ極で挟み込むように
永久磁石を配置するわけである。この作用により、シー
トプラズマの捻れの原因となる、シート面に垂直な磁力
成分を相殺することができ、シートプラズマの捻れを低
減することができる。

（実施例１）図１に示すような装置を用いて、旭硝子社製ノンアルカ
リＡＮガラスに錫を含んだ酸化インジウム薄膜をスパッ
タリングプロセスにより形成した。ターゲット５には酸
化錫を７．５重量パーセント含んだ酸化物焼結体を用い
、アルゴンガス圧力を３　ｍ　Ｔｏｒｒ、プラズマガン
電流１８０Ａ、スパッタリング電圧４００■に設定した
。永久磁石１０　（４３０Ｘ　１２０　Ｘ　３０ｍｍ、
フェライト製）を４本、図５のように配置した場合［Ａ
］と、配置しない場合［Ｂ］で６０秒間スパッタリング
を行い、膜質の基板内分布を比較した。表１に示すよう
に、［Ｂ］の場合にはシートプラズマの捻れの角度が３
０’　、４００　Ｘ１００ｍｍの基板内で膜厚分布が１
４％以上、比抵抗分布が３６％以上生じた。これに対し
て、［Ａ］の場合には、シートプラズマの捻れ角度が６
゜に改善され、膜厚分布が５％以内、比抵抗分布が７％
以内となり、［Ｂ］の場合よりも膜特性のより均一な膜
が得られた。

表１．対向永久磁石の位置の差による膜特性の比較（発
明の効果）本発明は、シートプラズマを用いた薄膜形成方法におい
て、シートプラズマの捻れを改善するための静磁界をシ
ートプラズマの幅方向の両端近傍に付加するものである
。その結果、従来方法でみられた大電流のシートプラズ
マに発生するプラズマの捻れを改善することができ、ア
ーク放電型シートプラズマの特徴を生かしながら、膜特
性の均一な薄膜が、大面積の基板に容易に形成できると
いう優れた効果を得ることができる。また、特にスパッ
タリングプロセスの場合には、ターゲット表面のプラズ
マ分布が均一となるために、スパッタリングによるター
ゲットの消耗が一様になり、マグネトロンスパッタ法に
比べ、ターゲットの利用効率も上昇するという効果も併
せて有する。

更に、本発明は、永久磁石をシートプラズマの幅方向の
両端に付加するだけで実現できるため、ターゲットや基
板ホルダー等の大きな改造を要しないという利点も含蓄
する。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の一例のスパッタリング法による薄膜形成
方法を実施する装置の概略図、図２は図１の装置の一部
を斜め方向から見た概略図、図３はシートプラズマと放
電電流のつくる磁場の様子を示す図、図４は図３に示し
た磁場によって生じた磁束分布の捻れとシートプラズマ
の捻れを示す磁束分布図、図５は実施例１［Ａ］の場合
の捻れ低減のための永久磁石の配置をアノード側より眺
望した図、第６図はアーク放電プラズマ流を発生させる
ための複合陰極型プラズマガンの一例の断面図である。１・・・アーク放電型プラズマガン２・・・アノード３・・・空芯コイル４・・・永久磁石５・・・ターゲット６・・・基　板７・・・シートプラズマ８・・・スパッタリング電源９・・・シートプラズマ発生電源１０・・・永久磁石ｉｔ・・・薄膜形成領域１２・・・シートプラズマ１３・・・放電電流１４・・・放電電流の作る磁場（第３の磁場）１５・・
・ガンからアノード方向に向う磁場１６・・・磁力線１７・・・捻れたシートプラズマ１８・・・放電電流の小さい場合のシートプラズマ６１
・・・ＬａＢ５主陰極６２・・・Ｔａパイプの補助陰極６３・・・陰極を保護するためのＷからなる円板６４・
・・Ｍｏからなる円筒６５・・・Ｍｏかうなる円板状の熱シールド６６・・・
冷却水６７・・・陰極支持台６８・・・ガス導入口

Claims

【特許請求の範囲】

１．プラズマガンより射出されたプラズマを磁場手段に
よってシート状に平板化したシートプラズマを用いた薄
膜形成方法であって、該シートプラズマのシート面の幅方向の両端近傍に、そ
れぞれが該シートプラズマの放電電流によって生じる磁
場を相殺する方向で、互いに反対向きの一対の磁場を形
成することにより、該シートプラズマの捻れを抑制し、
より均一な薄膜を形成できるようにしたことを特徴とす
るシートプラズマを利用した薄膜形成方法。
２．シートプラズマのシート面の幅方向の両端近傍に、
それぞれが該シートプラズマの放電電流によって生じる
磁場を相殺する方向の磁場を形成する一対の永久磁石を
シートプラズマの幅方向の端部を挟むように配置するこ
とを特徴とする請求項１記載のシートプラズマを利用し
た薄膜形成方法。
３．永久磁石として、シートプラズマのプラズマガンと
アノードを結ぶ線と平行に長い永久磁石柱を使用するこ
とを特徴とする請求項２記載のシートプラズマを利用し
た薄膜形成方法。
４．シートプラズマに面してターゲットを平行に配置し
、該ターゲットにシートプラズマより負の電位を与えて
シートプラズマ中のイオン化された粒子をターゲット表
面に入射させてスパッタリングを行ない、シートプラズ
マを挟んでターゲットの反対側に対向して配置した基体
上にスパッタリングされた粒子を付着させて薄膜を形成する方法であって、該シートプラズマのシート面の幅方向の両端近傍に、そ
れぞれが該シートプラズマの放電電流によって生じる磁
場を相殺する方向で、互いに反対向きの一対の磁場を形
成することにより、該シートプラズマの捻れを抑制し、
より均一な薄膜を基体上に形成できるようにしたことを
特徴とする請求項１記載のシートプラズマを利用した薄
膜形成方法。
５．シートプラズマに面して基体を平行に配置し、シー
トプラズマを挟んで該基体の反対側からガス状原料を供
給し、該ガス状原料がシートプラズマを通って該基体上に付着することにより
薄膜を形成する方法であって、該シートプラズマのシート面の幅方向の両端近傍に、そ
れぞれが該シートプラズマの放電電流によって生じる磁
場を相殺する方向で、互いに反対向きの一対の磁場を形
成することにより、該シートプラズマの捻れを抑制し、
より均一な薄膜を基体上に形成できるようにしたことを
特徴とする請求項１記載のシートプラズマを利用した薄
膜形成方法。
６．シートプラズマに面して基体を平行に配置し、シー
トプラズマを挟んで該基体の反対側蒸発原料を配置し、
該蒸発原料から蒸発した粒子がシートプラズマを通って
該基体上に付着することにより薄膜を形成する方法であ
って、該シートプラズマのシート面の幅方向の両端近傍
に、それぞれが該シートプラズマの放電電流によって生
じる磁場を相殺する方向で、互いに反対向きの一対の磁
場を形成することにより、該シートプラズマの捻れを抑
制し、より均一な薄膜を基体上に形成できるようにした
ことを特徴とする請求項１記載のシートプラズマを利用した薄膜形成方法。
７．シートプラズマに面して２つのターゲットをシート
プラズマを挟むように配置し、該ターゲットにシートプラズマより負の電位を与えてシー
トプラズマ中のイオン化された粒子をターゲット表面に
入射させてスパッタリングを行ない、該２つのターゲッ
トの外側でターゲット表面に略垂直な平面内に位置する
基体上に該２つのターゲットから発生した粒子を付着させて薄膜を形成する方法であって、該シー
トプラズマのシート面の幅方向の両端近傍に、それぞれ
が該シートプラズマの放電電流によって生じる磁場を相
殺する方向で、互いに反対向きの一対の磁場を形成する
ことにより、該シートプラズマの捻れを抑制し、より均
一な薄膜を基体上に形成できるようにしたことを特徴と
する請求項１記載のシートプラズマを利用した薄膜形成方法。