JPH08302465A - プラズマによるスパッターを利用した成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板表面にエッチング、スパッター粒子の生
成を行うためのプラズマによるスパッターを利用した成
膜装置に関し、無電極マイクロ波放電により短時間で大
面積の成膜を効率良く行う。 【構成】 真空容器１内には基板搬送手段１４により成
膜用基板１３が移動する。真空容器１にはマイクロ波１
５を導く入射窓５を有する金属管６が取付けられ、マイ
クロ波１５によりプラズマを発生し、プラズマＰはコイ
ル１２により発生する磁場Ｂ₀ により移送され、電源１
２からの電極１１で調整されて基板１３はプラズマＰに
接し、そのイオンによりエッチングされ、更に、ターゲ
ット７、電極９、電源１０で発生するスパッター粒子Ｉ
にさらされ膜を生成する。エッチングとスパッターが同
一真空容器１内で同時に、連続的になされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大面積プロセスにプラ
ズマを応用する装置、例えばフィルム、ガラス基板、金
属面等の表面処理装置全般へ適用され、特に、エッチン
グ、スパッター、薄膜生成等を大面積に効率よく短時間
で行うためのプラズマによるスパッターを利用した成膜
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマを利用する大面積でのス
パッター、エッチング装置においては、図５に示すよう
なリニア型、図７に示すようなシート型が存在してい
る。これらの図は装置をシートの厚み方向から見たもの
である。このような従来の装置において、シートプラズ
マの発生には直流アーク放電、高周波電極放電が用いら
れ、スパッターによる成膜の前処理としてのエッチング
はスパッターと別に行なうことも従来の技術の特徴とし
て挙げられる。

【０００３】図５は従来の高周波放電型のプラズマによ
るスパッターを利用した成膜装置の断面図で、リニア型
装置を示している。図において、装置はシートプラズマ
発生容器４１、プラズマ発生、及び輸送用磁場発生コイ
ル４２、スパッター用ターゲット４４、ターゲット用バ
イアス電源４６、膜生成用基板４３から構成される。ス
パッター用ターゲット４４はプラズマＰの幅と同程度の
幅を持ち、長方形断面を有し、プラズマＰの入射方向と
ある角度θ₀ を持つように配置される。

【０００４】図６は図５を変形した例であり、図に示す
ようにスパッター用ターゲット４４の背面に設置した磁
石、又はコイル４７によりプラズマＰの軌道をスパッタ
ー用ターゲット４４へ導く。基板４３はスパッター用タ
ーゲット４４の面に対向して設置されている。

【０００５】このようなリニア型装置において、シート
プラズマＰを磁場Ｂ₀ によりターゲット４４まで輸送
し、同プラズマ端をターゲット４４に照射することでス
パッター粒子Ｉをリニアな分布で発生させ、基板４３上
に幅方向に一様な膜を生成させる。スパッター粒子Ｉの
存在範囲はＬ₀ である。

【０００６】図７はシート型装置の断面図であり、シー
ト型装置は、上記リニア型装置とほぼ同様の構成である
が、ターゲット５４は広い面積を有し、シートプラズマ
Ｐの面Ｍに向いて設置される。基板５３は同ターゲット
５４に対向して配置される。この配置により、ターゲッ
ト５４面でスパッターされた粒子は２次元的に基板５３
上に堆積し、広い面積で膜が生成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来の技術にか
かわる要素のうちシートプラズマ発生法に関して、直流
アーク放電、高周波電極放電では、電極からの不純物の
混入が避けられず、膜質に悪影響を及ぼす。また、低ガ
ス圧（〜１０^-3Ｔｏｒｒ）における放電が困難であるた
め、放電部とプロセス部の圧力差をつける機構を別に設
置しなければガス圧が高くなり、スパッター粒子の散乱
が増加することで成膜速度が落ちる。

【０００８】膜の密着度を増すために行なう基板のエッ
チングを別工程で行なうことは、全体として製作速度を
落とすことになり非効率的である。

【０００９】図５に示すリニア型装置では、プラズマＰ
の終端のみを利用し、一定の方向のみにスパッター粒子
を飛ばすために基板４３の成膜領域が小さく、成膜速度
が遅い欠点がある。また、図６に示すようなプラズマを
ターゲット４４の背面の磁石、又はコイル４７で引き込
む構造は、磁性体ターゲットには使用できない。

【００１０】また、図７に示すようなシート型装置はシ
ートプラズマＰの面を大きく使用するが、磁場Ｂ₀ と平
行方向のプラズマ密度の偏りをなくすことが困難である
ため、広く２次元的に一様な膜の生成ができない欠点が
ある。この方式ではプラズマ端にアース板を設置するた
め同アース板からの不純物の発生が生じる可能性がある
とともに、プラズマ端を有効に利用できず効率が悪い。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、真空容器、マイクロ波を伝送する導
波管、導波管に設けたマイクロ波導入窓、導入窓と真空
容器とをつなぐ金属管及び金属管と真空容器との周囲を
囲むコイルからなるプラズマ発生装置と；真空容器内の
ターゲットと；ターゲットへ電圧を印加する手段と；真
空容器内でプラズマ面に沿って被膜生成部材を移動させ
る手段とを備えた構成とする。又、このような構成にお
いて、被膜生成部材をプラズマに接触させる手段及びプ
ラズマに接触する被膜生成部材の部分に電圧を印加する
手段を設けた構成を提供する。

【００１２】即ち、本発明は、（１）真空容器、プラズ
マ発生用のマイクロ波を伝送する導波管、同導波管端部
に設けた前記マイクロ波の導入窓、同導入窓と前記真空
容器との間に設けられて前記マイクロ波によりプラズマ
が発生する金属管及び同金属管と前記真空容器の周囲を
囲んで設けられ、前記プラズマを磁場により移送させる
コイルから成るプラズマ発生装置と；同プラズマ発生装
置の真空容器内で発生し、移送するプラズマ面に沿う部
分及び同プラズマの移送方向に所望の角度で衝突させる
部分を有し、スパッター粒子を生じせしめるターゲット
と；同ターゲットに前記スパッター粒子を発生させるた
めのバイアス電圧を印加する手段と；前記プラズマ面に
沿って被膜生成部材を移動させる手段とを具備してな
り、前記被膜生成部材に前記スパッター粒子を成膜せし
めることを特徴とするプラズマによるスパッターを利用
した成膜装置を提供する。

【００１３】（２）更に、前述の（１）において、前記
被膜生成部材を移動させる手段には同被膜生成部材をプ
ラズマに接触させる手段を設け、同被膜生成部材の前記
プラズマとの接触部分に電圧を印加する手段を設けて成
ることを特徴とするプラズマによるスパッターを利用し
た成膜装置も提供する。

【００１４】

【作用】本発明はこのような手段により、その（１）の
発明においては、導波管よりマイクロ波が導入窓を通し
て金属管内に伝播すると、金属管内でプラズマが発生
し、発生したプラズマを金属管内に閉じ込めることでコ
イルにより発生する磁力線に沿って輸送すべきプラズマ
断面を矩形に、すなわち全体でプラズマをシート化する
ことができる。このシート化したプラズマはコイルに発
生した磁力線により真空容器内でターゲットの水平部分
に沿って移送され、プラズマ面に沿う部分を有するリニ
ア型、所望の角度を有する部分のシート型両方を兼ね備
えた構造を持つターゲット及びそのバイアス電圧により
広い領域でスパッター粒子を生成することができ、移動
手段によって移動する被膜生成部材にスパッター粒子を
連続して生成させることができる。

【００１５】このような成膜装置によれば、無電極マイ
クロ波放電によるシートプラズマ生成のため、電極から
の不純物混入がなく、かつ低ガス圧放電が可能である。
又、広い領域でスパッター粒子を生成するリニア型、シ
ート型両方を兼ね備えた一体形の構造を持つターゲット
を用い、基板を磁場方向に沿って移動する機構を備えて
いるため短時間で大面積一様膜を生成することが可能と
なる。

【００１６】更に、（２）の発明においては、被膜生成
部材は真空容器内で移動する途中でプラズマに表面が接
触する部分が存在するので、この部分でプラズマ中のイ
オンによりエッチングがなされる。エッチングがなされ
た後の被膜生成部材はターゲットに沿って移動し、次の
スパッター粒子の存在する部分で成膜がなされることに
なる。

【００１７】このように同一真空容器内でスパッターと
同時にエッチングを行なうことにより密着性を高めるた
めの前処理であるエッチング時間の節約でき経済的なシ
ステムを与えることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の第１実施例に係るプラズ
マによるスパッターを利用した成膜装置の側面から見た
断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【００１９】両図に示すように、装置は真空容器１と、
真空排気装置３と、軸方向ミラー型磁場Ｂ₀ 形成、及び
ＥＣＲゾーンＥ形成用電磁コイル２と、マイクロ波伝送
用導波管４と、マイクロ波入射窓５と、プラズマ形状の
調整の目的で設置するプラズマ形状制御用金属管６と、
広い領域でスパッター粒子Ｉを生成するプラズマ幅と同
程度の幅を持ちリニア型、シート型両方を兼ね備えた構
造を持ち、その端にプラズマ発生部へのスパッター粒子
の飛来をさけるために絶縁体８を設置したターゲット
７、及びターゲット７にバイアスを印加するための電極
９、直流、または交流電源１０と、プラズマ幅と同程度
の幅を持ち、磁場Ｂ₀ の方向に沿って移動する成膜用基
板１３、同成膜用基板１３をシートプラズマＰの付近を
移動させる基板搬送機構１４と、幅がシートプラズマＰ
と同サイズであり、基板１３に高周波、又はパルスを印
加するための電極１１及びその電源１２から構成され
る。

【００２０】又、このような装置の真空容器１の断面は
円形でも矩形でも構わない。また、コイル２の形状も真
空容器内に一様軸方向磁場が形成される範囲で任意であ
る。なお、ターゲット７のリニア型部Ｒ、シート型部Ｓ
のサイズ比は任意であり、必要に応じて水、窒素ガス等
で冷却する。

【００２１】上記のような構成の第１実施例において、
マイクロ波１５がマイクロ波伝送用導波管４を伝送し、
マイクロ波入射窓５より同窓５に接し、内部を真空に引
かれた金属管６内に導入され、ＥＣＲゾーンＥまで伝播
し、同金属管６内にシートプラズマを生成する。生成さ
れたプラズマは軸方向磁場Ｂ₀ に沿って輸送され、シー
ト状のプラズマＰが発生する。

【００２２】シート状プラズマＰは発生部である金属管
６から放出された後、基板１３付近を通過する。同位置
で磁場Ｂ₀ がミラー型であるため磁力線１６が基板１３
を横切り、基板１３がこの位置を通過する間にプラズマ
中のイオンによりエッチングされる。基板１３が絶縁体
の場合は背面に設置した電極１１にマイナスバイアスを
印加することでエッチング率を制御することが可能であ
る。エッチングで発生したガスは真空排気装置３により
容器１の外に排出される。エッチングを行なわない場合
は基板１３をプラズマから遠ざけるか、磁場をミラー型
から軸方向一様磁場に変更することで対応できる。

【００２３】次に、シートプラズマＰはターゲット７に
入射する。同ターゲット７は図１に示す形状で、シート
プラズマＰの面に接するシートプラズマ部Ｓ、プラズマ
流Ｐと一定の角度θ₀ で交わるプラズマ終端リニア部Ｒ
から成る。ターゲット７に印加したバイアス電圧により
プラズマシート部、終端部同時にイオンが入射し広い領
域Ｌ₁ にスパッター粒子Ｉを発生させる。比較のためリ
ニア型装置におけるスパッター粒子発生領域をＬ₀ で示
す。基板１３は基板搬送機構１４により移動しているた
め、基板１３上の点Ｔは、領域Ｌ₁ を通過する間にスパ
ッター粒子にさらされ、成膜され続けるため基板固定の
場合に比べ高速で大面積成膜を可能とする。

【００２４】図３は本発明の第２実施例に係るプラズマ
によるスパッターを利用した成膜装置の断面図であり、
基板が弾性を持つフィルムであり、スパッターのみを行
う場合の具体的な応用例である。図において、第２実施
例の装置は真空容器２１と、電磁コイル２２と、マイク
ロ波伝送用導波管２４と、マイクロ波入射窓２５と、プ
ラズマ形状制御用金属管２６と、ターゲット２７と、絶
縁体２８と、バイアス印加用の電極２９と、ターゲット
用電源１０と、成膜用基板３３と、同基板３３を移動さ
せる基板搬送機構３４と、マイクロ波１５とより構成さ
れる。

【００２５】このような構成の第２実施例においては、
前述のように第１実施例の装置からエッチング工程を除
いた場合の装置であり、スパッターのみを行うものであ
る。従って、弾性体からなるフィルム、等からなる成膜
用基板３３は真空容器２１のスパッターを行う部分にの
み移動する構成としており、その作用は第１実施例と同
じであるので詳しい説明は省略するが、基板３３はこの
領域を通過する間にスパッター粒子にさらされ、成膜さ
れ続けるため基板固定の場合に比べ、高速で大面積の成
膜が可能となる。

【００２６】図４は本発明の第３実施例に係るプラズマ
によるスパッターを利用した成膜装置の断面図であり、
第２実施例と異る点は第２実施例の装置にエッチングす
る部分を付加し、エッチングとスパッターを連続的に行
うように構成した特徴点を有するものである。従って、
第２実施例と同じ部分の説明は省略し、特徴分部を説明
すると、真空容器３１内には成膜用基板４３が基板搬送
機構４４を介して角度θとなるように配置され、幅がシ
ートプラズマと同サイズであり、基板４３に高周波又は
パルスを印加するための電極４１が近接して配置され、
電源４２によってこの電極の電圧を調整してエッチング
率を制御する構成である。

【００２７】このような第３実施例においては、シート
プラズマＰの半面Ｈ２をエッチングに、他の半面Ｈ１を
スパッターにそれぞれ利用する。基板シート４３をプラ
ズマに角度θで区分し、設置することで、エッチング面
がスパッター部から隠れるため、エッチング時において
スパッター粒子の影響を極力さけることができる。ま
た、磁場配位にかかわらずエッチングが可能である。θ
によりエッチング時間も制御可能である。このように本
第３実施例によればエッチングとスパッターを同時に、
連続して行うことができるものである。

【００２８】以上、説明した第１乃至第３実施例は要す
るに、（１）従来のように電極からの不純物混入がな
く、低ガス圧放電が可能であり、高密度プラズマが得ら
れる無電極マイクロ波放電によるシートプラズマＰ生成
のため、真空容器１又は２１又は３１内にＥＣＲゾーン
を設け、同容器内に設置する金属管６又は２６の形状を
利用することで、同管内を伝播するマイクロ波のプラズ
マによる吸収率を１００％とし、同吸収分布（断面）を
偏平な矩形状に制御できること、同時に発生したプラズ
マを管内に閉じ込めることで磁力線に沿って輸送される
プラズマ断面を矩形に、すなわち全体でプラズマをシー
ト化可能とする。

【００２９】（２）前述の（１）で発生したプラズマに
より、リニア型、シート型両方を兼ね備えた構造を持つ
ターゲット７又は２７、すなわちプラズマの流れ方向と
一定の角度θ₀ を成し、プラズマ終端に接する部分とシ
ートプラズマＰに面接触する部分を持つスパッター用タ
ーゲット７又は２７により広い領域でスパッター粒子を
生成することができる。

【００３０】（３）軸方向プラズマ分布の偏りにかかわ
らず大面積で一様な２次元の広がりを持つ膜を生成する
ために基板１３又は３３又は４３を磁場方向Ｂ₀ に沿っ
て移動させる。

【００３１】（４）スパッターと同時にシートプラズマ
の一部をミラー型磁場１６の配位の利用により、または
基板背面の電極１１又は４１に印加するパルス、高周波
電場により基板１３又は４３に照射し、エッチングを行
なうようにする。

【００３２】以上の（１）乃至（４）により基板エッチ
ング、スパッターによる高密着性、低不純物連続成膜を
高速で効率よく実現することができるものである。

【００３３】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、真空容器、マイクロ波を伝送する導波管、導波管に
設けたマイクロ波導入窓、導入窓と真空容器とをつなぐ
金属管及び金属管と真空容器との周囲を囲むコイルから
なるプラズマ発生装置と；真空容器内のターゲットと；
ターゲットへ電圧を印加する手段と；真空容器内でプラ
ズマ面に沿って被膜生成部材を移動させる手段とを備え
た構成とする。又、このような構成において、被膜生成
部材をプラズマに接触させる手段及びプラズマに接触す
る被膜生成部材の部分に電圧を印加する手段を設けた構
成としたので、次のような効果を奏するものである。

【００３４】（１）ＥＣＲを利用した無電極マイクロ波
放電によるシートプラズマ生成のため、電極からの不純
物混入がなく、かつ低ガス圧放電による短時間で大面積
一様膜を生成することが可能である。

【００３５】（２）また、スパッターと同時にエッチン
グを行なうことにより、密着性を高めるための前処理で
あるエッチング時間の節約、及びエッチング後真空内で
連続的に成膜できる利点を持ち、経済的でクリーンなス
パッター成膜システムを与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るプラズマによるスパ
ッターを利用した成膜装置の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るプラズマによるスパ
ッターを利用した成膜装置の断面図である。

【図４】本発明の第３実施例に係るプラズマによるスパ
ッターを利用した成膜装置の断面図である。

【図５】従来のプラズマによるスパッターを利用した成
膜装置であって、リニア型装置の断面図である。

【図６】図５に示すリニア型装置の変形例を示す断面図
である。

【図７】従来のプラズマによるスパッターを利用した成
膜装置であって、シート型装置の側面図である。

【符号の説明】

１，２１，３１ 真空容器 ２，２２ 電磁コイル ３ 真空排気装置 ４，２４ マイクロ波伝送用導波管 ５，２５ マイクス波入射窓 ６，２６ 金属管 ７，２７ ターゲット ９，２９ ターゲット用電極 １０ 電源 １１，４１ エッチング用電極 １２，４２ エッチング用電源 １３，３３，４３ 成膜用基板 １４，３４，４４ 基板搬送機構 １５ マイクロ波 １６ ミラー磁場磁力線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器、プラズマ発生用のマイクロ波
   を伝送する導波管、同導波管端部に設けた前記マイクロ
   波の導入窓、同導入窓と前記真空容器との間に設けられ
   て前記マイクロ波によりプラズマが発生する金属管及び
   同金属管と前記真空容器の周囲を囲んで設けられ、前記
   プラズマを磁場により移送させるコイルから成るプラズ
   マ発生装置と；同プラズマ発生装置の真空容器内で発生
   し、移送するプラズマ面に沿う部分及び同プラズマの移
   送方向に所望の角度で衝突させる部分を有し、スパッタ
   ー粒子を生じせしめるターゲットと；同ターゲットに前
   記スパッター粒子を発生させるためのバイアス電圧を印
   加する手段と；前記プラズマ面に沿って被膜生成部材を
   移動させる手段とを具備してなり、前記被膜生成部材に
   前記スパッター粒子を成膜せしめることを特徴とするプ
   ラズマによるスパッターを利用した成膜装置。
2. 【請求項２】 前記被膜生成部材を移動させる手段には
   同被膜生成部材をプラズマに接触させる手段を設け、同
   被膜生成部材の前記プラズマとの接触部分に電圧を印加
   する手段を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の
   プラズマによるスパッターを利用した成膜装置。