WO2007049454A1 - シート状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

シート状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 Download PDF

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WO2007049454A1
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plasma
plasma beam
magnet
film
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Tomoyasu Saitou
Takayuki Moriwaki
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Canon Anelva Corporation
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    • C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]

Definitions

  • the present invention relates to a sheet plasma generator, a film forming method using the same, and a film forming apparatus.
  • the present invention relates to a sheet-like plasma generator, a film-forming apparatus using the sheet-like plasma generator, and a film-forming method.
  • the present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method suitable for the above.
  • LCD Liquid crystal display devices
  • ⁇ plasma display devices
  • the ion plating method is attracting attention as a film-forming method that replaces the EB vapor deposition and sputtering methods.
  • the ion plating method has various advantages such as a high film formation rate, high-density film quality, and a large process margin, and can be formed on a large-area substrate by controlling the plasma beam with a magnetic field. Because it becomes.
  • the holo-power sword type ion plating method is particularly expected for film formation on a large area substrate for display.
  • a UR-type plasma gun developed by Susumu Uramoto as a plasma source (Japanese Patent No. 1755055).
  • This UR type plasma gun is composed of a holo-powered sword and a plurality of electrodes.
  • Ar gas is introduced to generate high-density plasma, and the shape and orbit of the plasma beam are changed by four different magnetic fields.
  • the plasma beam generated by the plasma gun extends in a direction perpendicular to the traveling direction of the plasma beam and is opposed to each other by a sheet magnet that also has a pair of permanent magnet forces arranged parallel to each other. It passes through the magnetic field formed.
  • the plasma beam is deformed into a sheet shape to form a flat sheet-shaped plasma beam.
  • a technology for irradiating the evaporating material on the evaporating material tray over a wide range with this flat sheet-shaped plasma beam has been developed (Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-78230). According to this, since the plasma is irradiated to the evaporation material on the evaporation material tray, for example, MgO, over a wide range by the plasma beam formed into a sheet, the evaporation source can be widened, and the film is formed on a wide substrate. It is supposed to be possible.
  • FIG. 11 is a schematic side view for explaining an example of a conventional film forming apparatus
  • FIG. 12 is a schematic plan view thereof.
  • the view from the arrow X direction is the state shown in FIG. 12
  • the view from the arrow Y direction is the state shown in FIG.
  • An evaporation material tray 32 containing an evaporation material (for example, MgO) 31 is disposed in the lower part of the film formation chamber 30 capable of being evacuated in the film formation apparatus 100.
  • a substrate 33 to be film-formed (for example, a large display substrate) is disposed in the upper part of the film-forming chamber 30 so as to face the evaporating material tray 32. Then, when the transparent conductive film ITO or MgO film is continuously formed on the substrate 33, the substrate 33 is continuously conveyed as indicated by an arrow 43 with a predetermined distance by a substrate holder (not shown). Is done.
  • the plasma gun 20 disposed outside the film forming chamber 30 is composed of a holo-force sword 21, an electrode magnet 22 and an electrode coil 23, which are As shown in FIG. 11, they are arranged coaxially along a substantially horizontal axis. Note that the plasma gun 20 may be installed in the film forming chamber 30.
  • a converging coil 26 for drawing the plasma beam 25 into the film forming chamber 30 is disposed downstream of the electrode coil 23 (in the direction in which the plasma beam travels).
  • a single toy that extends in a direction orthogonal to the traveling direction of the plasma beam 25 and is opposed to each other and arranged in parallel with each other to form a permanent magnet force.
  • a magnet is arranged.
  • the plasma beam 25 traveling toward the film forming chamber 30 passes through the magnetic field formed by the sheet magnet, and while passing through this, the flat sheet plasma beam is formed into a flat sheet.
  • One or more sheet magnets are arranged.
  • two sets of single toe magnets 29 and 29 are arranged. 11 and FIG. 12, the force in which the sheet magnet 29 is arranged inside the film forming chamber 30
  • the sheet magnet 29 may be arranged outside the film forming chamber 30. .
  • the evaporation material 31 is disposed on the evaporation material tray 32.
  • the substrate 33 to be formed is held on a substrate holder (not shown).
  • the inside of the vacuum chamber 30 is evacuated as indicated by an arrow 42 to a predetermined degree of vacuum, and a reaction gas is supplied into the vacuum chamber 30 as indicated by an arrow 41.
  • a plasma gas such as argon (Ar) is introduced into the plasma gun 20 as indicated by an arrow 40.
  • the plasma beam 25 generated by the plasma gun 20 is converged by the magnetic field formed by the focusing coil 26 and spreads in a specific range, for example, as shown in FIGS. 4 (a) and 5 (a). In this way, it is drawn into the vacuum chamber 30 while spreading in a cylindrical shape having a specific diameter. It passes through the magnetic fields formed by the two sets of sheet magnets 29 and 29, respectively. As it passes through each pair of sheet magnets 29, 29, it is deformed into a flat, sheeted plasma beam 28, respectively.
  • the sheet-like plasma beam 28 is deflected by the magnetic field generated by the anode magnet 34 below the evaporating material tray 32 and is drawn onto the evaporating material 31 to heat the evaporating material 31.
  • the heated portion of the evaporation material 31 evaporates, reaches the substrate 33 that is held in a substrate holder (not shown) and moves in the direction of arrow 43, and forms a film on the surface of the substrate 33.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 1755055
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 9-78230
  • the conventional film forming apparatus 100 shown in Figs. 11 and 12 and having the above-described constitutional force generates a plasma beam generated by a plasma gun with a magnetic field formed by a sheet magnet.
  • a conventional sheet-shaped plasma generator that forms a sheet-shaped plasma beam that is deformed into a sheet shape by passing it through and spreads flatly.
  • the film forming area can be increased, but the uniformity of the film thickness is improved. There were still points.
  • the conventional method as described above shows that the ion flux distribution indicating the degree of dispersion of the plasma beam on the surface of the evaporation material is as shown in FIG. Admitted.
  • the vertical axis represents the ion intensity (arbitrary average)
  • the horizontal axis represents the sheet beam (spreading) direction when the center of the sheet plasma beam 28 is the origin (0) (FIG. 12).
  • the profile of the film formed on the surface of the substrate has the same shape, forming a peak of one peak thick on the center side and urging on the outer edge side (both sides). It was recognized that the film thickness gradually became thinner, which was insufficient to make the film thickness uniform when the film was formed on a large area substrate.
  • a plasma beam generated by a plasma gun has a certain range and spreads in a columnar shape having a specific diameter and travels in the direction of the film forming chamber. This is probably because the plasma is concentrated on the center side of the plasma beam compared to the outer edge side of the plasma beam. As a result, it is considered that the evaporation rate of the evaporating material irradiated to the central portion of the sheet-like plasma beam is higher than that of the outer edge portion corresponding to both sides of the central portion. As a result, the film thickness distribution was thin on the outer edge side (both sides) thicker at the center side, and it was thought that the film formation with a uniform film thickness distribution on a large area substrate was insufficient. .
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is a sheet-shaped plasma generator capable of expanding the film formation area and making the film thickness distribution of the formed film more uniform. And it aims at providing the film-forming apparatus and film-forming apparatus using the same.
  • the present invention provides a plasma beam in which a plasma gun force is also drawn out by a converging coil and spreads in a specific range, for example, progressing like a column having a specific diameter. Extending in the direction perpendicular to the direction of travel of the plasma beam, facing each other and arranged in parallel with each other to form a pair of permanent magnet forces.
  • the following proposals are made for a sheet-like plasma generator that is passed through a magnetic field formed by a magnetized magnet and deformed into a sheet shape.
  • the repulsive magnetic field strength in the portion corresponding to the center side of the plasma beam is greater in the plasma beam. It is characterized in that it includes at least one sheet magnet that is stronger than the repulsive magnetic field strength in the portion corresponding to the outer edge side.
  • the direction of the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the center side of the plasma beam is stronger than the repelling magnetic field strength at the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam, and the sheet magnet is orthogonal to the plasma beam. In other words, it can be divided into multiple parts.
  • the sheet magnet that is divided into a plurality of parts is the plasma beam.
  • Permanent magnet force in the part corresponding to the center side Permanent magnets arranged closer to the plasma beam than the permanent magnets in the part corresponding to the outer edge side of the plasma beam and facing each other in the part corresponding to the center side
  • the distance between the permanent magnets can be narrower than the distance between the permanent magnets facing each other over the portion corresponding to the outer edge side.
  • the residual magnetic flux density of the permanent magnet in the portion corresponding to the center side of the plasma beam is greater than that in the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam.
  • the repulsive magnetic field strength between the permanent magnets facing each other in the portion corresponding to the central side larger than the magnetic flux density is stronger than the repelling magnetic field strength between the permanent magnets facing each other in the portion corresponding to the outer edge side. You can rub it to become.
  • the film forming apparatus proposed by the present invention applies to the evaporation material contained in the evaporation material receiving tray disposed in the film forming chamber capable of being evacuated.
  • the sheet-shaped plasma generated by any one of the sheet-shaped plasma generators of the present invention is incident to evaporate the evaporation material, and a predetermined interval is provided with respect to the evaporation material tray in the film formation chamber.
  • the film is formed on a substrate that is disposed at a position facing the evaporating material tray. In this case, the substrate on which the film is formed can be moved in the film forming chamber in parallel with the evaporating material tray. Thus, the film is continuously formed on the moving substrate.
  • the film forming method proposed by the present invention to achieve the above-described object has been described above with respect to the evaporating material accommodated in the evaporating material tray disposed in the film forming chamber that can be evacuated.
  • the sheet-like plasma generated by any one of the sheet-like plasma generators of the present invention is incident to evaporate the evaporation material, and the evaporation material is separated from the evaporation material tray in the film formation chamber by a predetermined interval.
  • the film is formed on a substrate that is placed at a position facing the material tray.
  • the substrate on which the film is formed moves in the film forming chamber in parallel with the evaporating material tray, and the film can be continuously formed on the moving substrate.
  • the plasma gun is arranged outside the film-forming chamber, and the sheet magnet is formed in the film-forming chamber. Any of a configuration in which the plasma gun and the sheet magnet are both disposed outside the film forming chamber can be employed.
  • the sheety magnet when the plasma beam drawn by the plasma gun force converging coil is passed through the magnetic field formed by the sheet magnet, and deformed into a sheet shape,
  • the sheety magnet includes at least one sheety magnet in which the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the center side of the plasma beam is stronger than the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam. ing.
  • it corresponds to the center side of the plasma beam that progresses toward the evaporation material in the film forming chamber while having a spread in a specific range, for example, in a cylindrical shape having a specific diameter.
  • the direction force of the repulsive magnetic field strength at the part of the plasma beam becomes stronger than the repulsive magnetic field strength at the part corresponding to the outer edge side of the plasma beam.
  • the density of plasma passing through the central portion of the sheet magnet can be dispersed on the outer edge side on both sides of the central portion.
  • the evaporation material is irradiated It is possible to prevent the plasma of the sheet-shaped plasma beam to be concentrated on the center side compared to the outer edge side.
  • the ion flux distribution on the surface of the evaporation material can be changed from a steep mountain shape having only one peak as shown in FIG. 10 to a flatter distribution. Accordingly, it is possible to flatten the profile of the film formed on the substrate and to form a film with a uniform film thickness distribution over a wide area.
  • the film forming apparatus and the film forming method of the present invention it is possible to flatten the profile of a film formed on a substrate and to form a film with a uniform film thickness distribution over a wide area. it can.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an example of a sheet-shaped plasma generator of the present invention and a film forming apparatus 10 using the same.
  • FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the film forming apparatus 10 shown in FIG.
  • the view from the arrow X direction is the state shown in FIG. 2
  • the view from the arrow Y direction is the state shown in FIG.
  • the feature of the present invention resides in the form of a sheet magnet 27, which will be described later, and other configurations of the sheet plasma generator and film forming apparatus 10 are described in the background art section with reference to Figs. Since it is the same as the conventional sheet-shaped plasma generator and film forming apparatus 100 described above, it is common with the conventional sheet-shaped plasma generator and film forming apparatus 100 described in the background art section with reference to FIGS. The same reference numerals are assigned to the parts to be described, and the description thereof is omitted.
  • a plasma beam 25 is extracted from the plasma gun 20 by the focusing coil 26.
  • the plasma beam 25 extends in a direction perpendicular to the direction in which the plasma beam 25 travels toward the film forming chamber 30 and is arranged in parallel with each other so as to form a sheet magnet 29, 27 having a pair of permanent magnets. Passes through the magnetic field formed by. As a result, the plasma beam 25 becomes a flat sheet-like plasma beam 28 as shown in FIGS.
  • the sheet-shaped plasma generator of the present invention has the same specific range as the conventional sheet-shaped plasma generator described in the background art with reference to Figs.
  • a plasma beam 25 traveling like a cylinder having a specific diameter It is deformed into a flat sheet-like plasma beam 28 by a magnetized magnet.
  • the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 corresponds to the outer edge side of the plasma beam 25 in the sheet magnet.
  • At least one sheety magnet 27 that is stronger than the repulsive magnetic field strength of the part is included.
  • the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 of the sheety magnet indicated by reference numeral 27 is It is a sheet magnet that is stronger than the repulsive magnetic field strength of the part corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25.
  • the sheety magnet indicated by reference numeral 29 has a repulsive magnetic field strength corresponding to the center side of the plasma beam 25 and a repulsive magnetic field corresponding to the outer edge side. This is a sheet magnet that is used in a conventional sheet-shaped plasma generator with no difference in strength.
  • a force book in which two sets of sheet magnets 27 and 29 are arranged in a direction in which the plasma beam 25 advances toward the film forming chamber 30.
  • the invention is not limited to powerful forms. Even when two or more sets of sheet magnets are arranged, the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 is the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25. It is sufficient that at least one magnet 27 is included that is stronger than the repulsive magnetic field strength. Further, when a plurality of sheet magnets are arranged and at least one of them is the sheet magnet 27 described above, the sheet magnet 27 is formed in the film forming chamber 30 as shown in FIGS. It is also possible to select a configuration in which the material is disposed closer to the evaporating material 31, or a configuration in which the material is disposed farther from the evaporating material 31 in the film forming chamber 30 as shown in FIG. 3B.
  • only one set of sheet magnets 27 is arranged in the direction in which the plasma beam 25 travels toward the film forming chamber 30, and the sheet magnets 27 are connected to the plasma beam 25.
  • the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 is stronger than the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25.
  • FIGS. 1 and 2 is the same as the conventional example shown in FIGS.
  • the force described in the configuration in which the sheet magnets 29 and 27 are arranged inside the film forming chamber 30 is also possible.
  • the sheet magnets 27 and 29 may be arranged outside the film forming chamber 30. .
  • the sheeted magnet 27 is By including at least one, the density of the plasma passing through the central portion of the sheet magnet 27 can be dispersed on the outer edge side. In this way, when the evaporating material 31 disposed in the film forming chamber 30 is irradiated with the sheet-like plasma beam 28, it is possible to prevent the plasma from concentrating on the center side compared to the outer edge side.
  • the profile of the film formed on the substrate 33 can be flattened, and the film can be formed with a uniform film thickness distribution over a wide area.
  • the direction of the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 can be divided into a plurality of parts in a direction perpendicular to the plasma beam 25.
  • FIG. 3 (a) shows the sheet-like plasma generator of the present invention in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, with three sheet magnets 27 in the direction perpendicular to the plasma beam 25. An example of division is described.
  • FIG. 3 (c) shows a sheet-like plasma generator of the present invention in the embodiment shown in FIG. 3 (b), in which three sheet magnets 27 are arranged in a direction perpendicular to the plasma beam 25. An example of division is described.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement and configuration of a sheet magnet 29 employed in a conventional sheet plasma generator and a sheet magnet 27 employed in a sheet plasma generator of the present invention.
  • the sheety magnet 27 stronger than the repulsive magnetic field strength at the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25 is applied to the plasma beam 25.
  • the following forms can be adopted.
  • the permanent magnet in the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 is more opposed to the plasma beam 25 than the permanent magnet in the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25.
  • the distance between the permanent magnets facing each other at the portion corresponding to the center side is narrower than the distance between the permanent magnets facing each other at the portion corresponding to the outer edge side.
  • the sheeted magnet 27 is divided into a plurality of parts in the direction orthogonal to the plasma beam 25 in this manner, the repulsive magnetic field in the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 will be described below. It is easy to make the intensity stronger than the repulsive magnetic field intensity at the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25.
  • FIGS. 4 (b) and 4 (c) show a permanent magnet in a portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 after the sheet magnet 27 is divided into three pieces in the direction orthogonal to the plasma beam 25.
  • An example in which 27a and 27a are arranged closer to the plasma beam 25 than the permanent magnets 27b, 27b, 27c, and 27c in the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25 will be described.
  • the distance A between the permanent magnets 27a and 27a facing each other at the portion corresponding to the center side is equal to the distance B between the permanent magnets 27b and 27b facing each other at the portion corresponding to the outer edge side.
  • 27c distance is narrower than B
  • FIG. 4 (a) shows a conventional sheet-like plasma generation in which there is no difference between the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 and the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the outer edge side.
  • the sheet magnet 29 employed in the apparatus will be described.
  • the distance between the opposing permanent magnets is the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25. However, it is the same in the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25, and the repulsive magnetic field strength between the permanent magnets facing each other is the same at any position.
  • FIG. 6 shows a conventional sheet-like plasma generator in which only the conventional sheet-like magnet 29 of the form shown in FIG. 4 (a) is employed, and a sheet-like plasma generator in the conventional sheet-like plasma generator.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ For the sheet-like plasma generator of the present invention in which the magnet 29 is changed to the sheet-like magnet 27 shown in Fig. 4 (b), the evaporating material is generated by the generated sheet-like plasma beam 28 with the same setting conditions. The ion flux distribution formed on the surface of 31 is shown.
  • FIG. 6 the ion flux distribution has a steep mountain shape with one high peak.
  • the sheet-shaped plasma generator of the present invention as shown by (2) in FIG. 6, the ion flux distribution has a gentle mountain shape with a plurality of lowered peaks.
  • the distribution of the plasma for evaporating the evaporation material 31 can be similarly improved to a gentle chevron shape, and the film-forming apparatus 10 of the present invention using the sheet-shaped plasma generator of the present invention can be improved. Accordingly, the film thickness distribution of the film formed on the surface of the substrate 33 can be flattened, and the film can be formed with a uniform film thickness distribution over a wide area.
  • the direction of the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 is applied to the plasma beam 25.
  • the number divided into a plurality is divided into the plasma beam 25 as illustrated in FIGS. 3 (a), (c), 4 (b), (c), etc.
  • the direction of the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25 If the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25 is made stronger, it will be perpendicular to the plasma beam 25. Can be divided into any number.
  • FIGS. 4 (d) and 4 (e) show the direction of the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25, which is stronger than the repulsive magnetic field strength of the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25.
  • Ma An example in which the gnet 27 is divided into five parts 27a to 27e in the direction orthogonal to the plasma beam 25 will be described. Fig.
  • the sheet magnet 27, which is divided into a plurality of parts is a permanent magnet in the portion corresponding to the outer edge side of the plasma beam 25 in the direction of the residual magnetic flux density of the permanent magnet in the portion corresponding to the center side of the plasma beam 25. It is larger than the residual magnetic flux density.
  • the repulsive magnetic field strength between the permanent magnets facing each other at the portion corresponding to the center side is stronger than the repelling magnetic field strength between the permanent magnets facing each other at the portion corresponding to the outer edge side. It is something that can be revered.
  • FIG. 5 (b) and FIG. 5 (c) illustrate such a configuration of the sheet magnet 27.
  • FIG. 5 (b) and FIG. 5 (c) illustrate such a configuration of the sheet magnet 27.
  • the central permanent magnet 27a for example, a strong magnetic field is formed by a neodymium magnet (Nd'Fe'B), or samarium It can be formed of a cobalt-based magnet (Sm ′ Co).
  • the repulsive magnetic field strength by the permanent magnets 27a and 27a facing each other at the portion corresponding to the center side is changed to the repulsive magnetic field by the permanent magnets 27b and 27b facing each other at the portion corresponding to the outer edge side.
  • the strength and the repulsive magnetic field strength between 27c and 27c can be made stronger.
  • the area of the surface of the central permanent magnet 27a facing the plasma beam 25 and the volume of the surface of the permanent magnet 27a larger than those of the outer permanent magnets 27b and 27c Permanent magnets 27a, 27a facing each other at corresponding parts Can be made stronger than the repulsive magnetic field strength by the permanent magnets 27b and 27b facing each other in the portion corresponding to the outer edge side, and the repulsive magnetic field strength by 27c and 27c.
  • FIG. 7 and FIG. 8 show ion flux distributions when the material of the permanent magnets 27a, 27b, 27c in the sheet magnet 27 divided into three is changed.
  • Fig. 7 (3) is the ion flux distribution in the prior art similar to (1) in Fig. 6, and (4) and (5) in Fig. 7 are the permanent magnet 27a in the center and the neodymium magnet. It is the ion flux distribution of the embodiment.
  • Fig. 7, (5) has a longer central permanent magnet 27a than (4). Therefore, the outer permanent magnets 27b and 27c are shorter in (4) than in (5).
  • FIG. 8 (6) is the ion flux distribution in the prior art, as in (1) of FIG. 6.
  • (7) is the central permanent magnet 27a connected to the samarium 'cobalt system. It is an ion flux distribution of an embodiment using a magnet.
  • the conventional sheet magnet 29 having the configuration shown in FIGS. 4 (a) and 5 (a) has been adopted.
  • the ion flux distribution has a gentle mountain shape.
  • the distribution of the plasma for evaporating the evaporation material 31 can be similarly improved to a gentle chevron shape, and the film-forming apparatus 10 of the present invention using the sheet-shaped plasma generator of the present invention can be improved. Accordingly, the film thickness distribution of the film formed on the surface of the substrate 33 can be flattened, and the film can be formed with a uniform film thickness distribution over a wide area.
  • Argon gas was introduced as a plasma gas into the plasma gun 20 as shown by the arrow 40, and the acid was Except for introducing the element into the film forming chamber 30 as indicated by the arrow 41, the same as the conventional sheet plasma generating apparatus and film forming apparatus 100 described in the background section using FIGS. Film formation on the substrate 33 was performed under the conditions described above.
  • Material magnesium oxide (MgO)
  • the two sets of sheet magnets were both the conventional sheet magnet 29 shown in FIG. 4A, and the other conditions were the same, and film formation was performed on the other substrate 33.
  • FIG. 9 shows a case where film formation is performed by the sheet-like plasma generator and film formation apparatus 10 of the present invention, and as described above, two sets of sheet magnets are both shown in FIG.
  • the film thickness distribution was measured in the case where the film was formed as the conventional sheet magnet 29.
  • the vertical axis represents the film thickness (A)
  • the horizontal axis represents the sheeting (spreading) direction of the plasma beam when the center of the sheet plasma beam 28 is the origin (0) (in FIG. 2).
  • the distance (mm) in the arrow X direction is the distance
  • the film thickness distribution was flat when the film was formed by the sheet-like plasma generator and the film forming apparatus 10 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic side view for explaining an example of a sheet-shaped plasma generator of the present invention and a film forming apparatus of the present invention using the same.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of FIG.
  • FIG. 3 (a) In the sheet plasma generator of the present invention in the embodiment shown in FIGS. Oh!
  • FIG. 2 is a plan view showing a sheet magnet portion of an example in which the sheet magnet is divided into three pieces in a direction perpendicular to the plasma beam, and (b) the sheet magnet in the sheet plasma generator of the present invention.
  • the top view showing other forms of a heel magnet part
  • FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 (a) for explaining an arrangement example of a magnet.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a sheet magnet
  • (a) is a diagram for explaining a configuration example of a sheet magnet in a conventional sheet plasma generator
  • (b) and (c) are a sheet bra of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 5 (a) for explaining a configuration example of a sheet magnet in a horra generator.
  • FIG. 4 (b) A sheet-shaped plasma beam produced by a conventional sheet-shaped plasma generator that employs a conventional sheet-shaped magnet, and a sheet-shaped magnet of the present invention that employs a sheet-shaped magnet of the form shown in FIG. 4 (b).
  • FIG. 8 A sheet-like plasma beam produced by a conventional sheet-like plasma generator that employs a conventional sheet-like magnet, and a sheet-like magnet of the present invention in which the sheet-like magnet of the form shown in FIG. 5 (b) is adopted.
  • FIG. 10 A diagram showing the ion flux distribution on the surface of the evaporation material in a conventional film forming apparatus.
  • FIG. 10 An example of a conventional sheet plasma generator and a conventional film forming apparatus using the same FIG.
  • FIG. 12 is a schematic plan view of FIG.

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Abstract

【課題】成膜面積の拡大を可能とし、かつ、膜厚分布をより均一化できるシート状プラズマ発生装置と、これを用いた成膜装置を提供する。 【解決手段】プラズマガンから収束コイルにより引き出したプラズマビームを、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シート化マグネットによって形成される磁場の中に通過させてシート状に変形させるシート状プラズマ発生装置において、シート化マグネットには、プラズマビーム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シート化マグネットが少なくとも一つ含まれている。

Description

シート状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 技術分野
[0001] この発明は、シート状プラズマ発生装置と、このシート状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。
背景技術
[0002] 液晶表示装置 (本明細書にぉ 、て「LCD」と表すことがある）やプラズマディスプレ ィ装置 (本明細書にぉ 、て ΓΡϋΡ]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。
[0003] 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 、、 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 、ホロ一力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。
[0004] このホロ一力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、ホロ一力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力もなるシートィ匕マグネットによ つ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シート 状に変形させ、扁平に広がったシート状のプラズマビームとするものである。 [0005] この扁平に広がったシート状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、シート化された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。
[0006] このような従来の成膜装置 100による成膜方法の一例を図 11、図 12を用いて説明 する。図 11は従来の成膜装置の一例を説明する概略側面図、図 12はこの概略平面 図である。図 11中、矢印 X方向から見たものが図 12図示の状態で、図 12中、矢印 Y 方向から見たものが図 11図示の状態である。
[0007] 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。
[0008] 図 11、図 12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、ホロ一力ソード 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 らが図 11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。
[0009] 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。
[0010] 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 、る永久磁石力 なるシ 一トイ匕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、このシートィ匕マグネットによって形成される磁場の中を通過し、ここを 通過する間に、扁平なシートィ匕されたシート状プラズマビーム 28になる。シート化マ グネットは 1組、または複数組配置される。図 11、図 12図示の従来例では、 2組のシ 一トイ匕マグネット 29、 29が配置されている。 [0011] なお、図 11、図 12図示の従来例ではシートィ匕マグネット 29が成膜室 30の内部に 配置されている力 シートィ匕マグネット 29が成膜室 30の外部に配置されることもある。
[0012] 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。
[0013] 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〖こより 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、例えば、図 4 ( a)、図 5 (a)に図示するように、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組のシートィ匕マグネット 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。各組のシートィ匕マグネット 29、 29を通過すると きに、それぞれ、変形されて、扁平な、シート化されたシート状プラズマビーム 28とな る。
[0014] このシート状プラズマビーム 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。
特許文献 1 :特許第 1755055号公報
特許文献 2：特開平 9 - 78230号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0015] 図 11、図 12に図示し、前述した構成力も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、シートィ匕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、シート状に変形させ、扁平に広がったシート 状のプラズマビームを形成する従来のシート状プラズマ発生装置を用いて 、るもので ある。 [0016] 力かる従来のシート状プラズマ発生装置、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ベ き点が残っていた。
[0017] 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図 10図示のよう になっていることが認められた。なお、図 10において、縦軸はイオン強度 (任意平均） を表し、横軸はシート状プラズマビーム 28の中心を原点（0)としたときのプラズマビー ムのシート化 (広がり）方向（図 12中の矢印 X方向）の距離 (mm)を表す。
[0018] 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 側で厚ぐ 1つの山のピークを形成し、外縁側（両サイド側）に向力つて膜厚が次第に 薄くなつ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 、て不十分であることが認められた。
[0019] 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ぉ 、 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。これによつて、シート状の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ぐ外縁側（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。
[0020] 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シート状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。
課題を解決するための手段
[0021] 前記目的を達成するため、この発明は、プラズマガン力も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 つ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 、る永久磁石力 なるシー ト化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シート状に変形させるシ ート状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。
[0022] すなわち、本発明は、前記のようなシート状プラズマ発生装置において、前記のシ 一トイ匕マグネットには、プラズマビームの中心側に対応する部分における反発磁場強 度の方が、プラズマビームの外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強 ヽ シートィ匕マグネットが少なくとも一つ含まれることを特徴とするものである。
[0023] 前記において、プラズマビームの中心側に対応する部分における反発磁場強度の 方力 プラズマビームの外縁側に対応する部分における反発磁場強度より強 、シー ト化マグネットは、プラズマビームに対して直交する方向にぉ 、て複数に分割されて いるちのとすることがでさる。
[0024] そして、この場合、複数に分割されて ヽるシートィ匕マグネットは、プラズマビームの
中心側に対応する部分における永久磁石力 プラズマビーム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に対して近接して配置され、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 る部分にぉ 、て互いに対向する永久磁石同士の間隔よりも狭くなるようにすることが できる。
[0025] あるいは、複数に分割されているシートィ匕マグネットは、プラズマビームの中心側に 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ぐ前記中心側に対応 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〖こすることがでさる。
[0026] 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シート状プラズマ発生装置で生成されたシート状プラズ 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 ヽる基板 に成膜するものである。 [0027] 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。これによつて移動している基板に連続的に成膜するもの である。
[0028] 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シート状プラズマ発生装置で生成されたシート状プラズ 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 ヽる基板 に成膜するものである。
[0029] 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。
[0030] 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シート状プ 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、シート化マグネット が成膜室の内部に配置されて ヽる形態、プラズマガン及びシート化マグネットの双方 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
[0031] 本発明のシート状プラズマ発生装置によれば、プラズマガン力 収束コイルにより 引き出したプラズマビームを、シートィ匕マグネットによって形成されている磁場の中に 通過させてシート状に変形させるにあたって、前記シートィ匕マグネットの中に、プラズ マビーム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シートィ匕マグネットが少なくと も一つ含まれている。
[0032] これによつて、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の蒸発材料に向けて進行するプラズマビームの中心側に対 応する部分における反発磁場強度の方力 プラズマビーム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なる。
[0033] そこで、シートィ匕マグネットの中心側部分を通過するプラズマの密度を、当該中心 側部分の両側にあたる外縁側に分散させることができる。こうして、蒸発材料に照射 されるシート状のプラズマビームのプラズマが、外縁側に比べて中心側に集中するこ とを防止できる。
[0034] すなわち、蒸発材料表面におけるイオンフラックス分布を図 10図示のような、 1つの ピークしかない急峻な山形から、より平坦な分布へと変化させることができる。これに 従って、基板上に成膜される膜のプロファイルを平坦ィ匕させ、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。
[0035] 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。
発明を実施するための最良の形態
[0036] 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。
[0037] 図 1は、この発明のシート状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。図 2は、図 1図示の成膜装置 10の概略構成を 示す平面図である。図 1中、矢印 X方向から見たものが図 2図示の状態で、図 2中、 矢印 Y方向から見たものが図 1図示の状態である。
[0038] 本発明の特徴は後述するシートィ匕マグネット 27の形態にあり、それ以外の、シート 状プラズマ発生装置、成膜装置 10の構成は、図 11、図 12を用いて背景技術の欄で 説明した従来のシート状プラズマ発生装置、成膜装置 100と同様であるので、図 11 、図 12を用いて背景技術の欄で説明した従来のシート状プラズマ発生装置、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。
[0039] 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力 なるシート 化マグネット 29、 27によって形成されている磁場の中を通過する。これによつて、プラ ズマビーム 25は、図 1、図 2図示のように扁平なシート状プラズマビーム 28となる。
[0040] 本発明のシート状プラズマ発生装置でも、図 11、図 12を用いて背景技術の欄で説 明した従来のシート状プラズマ発生装置と同じぐ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がシー ト化マグネットによって扁平なシート状プラズマビーム 28に変形される。
[0041] 本発明のシート状プラズマ発生装置においては、このシート化マグネットの中に、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 2 5の外縁側に対応する部分の反発磁場強度より強いシートィ匕マグネット 27が少なくと も一つ含まれている。
[0042] 図 1〜図 3 (c)図示の実施形態においては、符号 27で示されているシートィ匕マグネ 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シートィ匕マグネットに なっている。一方、図 1〜図 3 (c)において、符号 29で示されているシートィ匕マグネッ 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、従来のシート状プラズマ発生装置に 採用されているシートィ匕マグネットである。
[0043] なお、図 1〜図 3 (c)の実施形態では、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組のシートィ匕マグネット 27、 29が配置されている力 本発明は、力か る形態に限られるものではな 、。 2組以上の複数のシートィ匕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 ヽシ 一トイ匕マグネット 27が少なくとも一つ含まれていればよい。また、複数のシート化マグ 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シートィ匕マグネット 27で あるときに、シートィ匕マグネット 27は、図 1、図 2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、図 3 (b)図示のように成膜室 30の蒸発材料 31から 遠 、方に配備されて 、る形態の 、ずれも選択できる。
[0044] 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組のシート化マグネット 27のみが配置されていて、このシート化マグネット 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 とちでさる。
[0045] 更に、図 1、図 2図示の実施形態でも、図 11、図 12図示の従来例の場合と同じぐ シートィ匕マグネット 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 力 シートィ匕マグネット 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。
[0046] V、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 力 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 、シート化マ グネット 27が少なくとも一つ含まれていることにより、シートィ匕マグネット 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、シート 状のプラズマビーム 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ィ匕させ、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。
[0047] 本発明のシート状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力 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シートィ匕マグネット 27は、プラズマビーム 25に対し て直交する方向にぉ ヽて複数に分割されて ヽる形態〖こすることができる。
[0048] 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。
[0049] 図 3 (a)は、図 1、図 2図示の実施形態における本発明のシート状プラズマ発生装置 において、シートィ匕マグネット 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。
[0050] 図 3 (c)は、図 3 (b)図示の実施形態における本発明のシート状プラズマ発生装置 において、シートィ匕マグネット 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。
[0051] 以下、シートィ匕マグネット 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、図 4 (a)〜図 4 (e)、図 5 (a)〜図 5 (c)を参照して説明する。
[0052] 図 4 (a)〜図 4 (e)、図 5 (a)〜図 5 (c)とも、図 2中、矢印 Z方向から見た状態の、従 来のシート状プラズマ発生装置に採用されているシートィ匕マグネット 29と、本発明の シート状プラズマ発生装置に採用されているシートィ匕マグネット 27の配置形態、構成 形態を説明する図である。
[0053] 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力 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シートィ匕マグネ ット 27が、プラズマビーム 25に対して直交する方向にぉ 、て複数に分割されて!、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つているものである。
[0054] シート化マグネット 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。
[0055] 図 4 (b)、（c)は、シート化マグネット 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。これによつて、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よりも狭くなつている
[0056] 図 4 (a)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、従来のシート状プラズマ発生 装置に採用されているシートィ匕マグネット 29を説明するものである。対向して対にな つ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。
[0057] 図 6は、図 4 (a)図示の形態の従来の形態のシートィ匕マグネット 29のみが採用され ていた従来のシート状プラズマ発生装置と、当該従来のシート状プラズマ発生装置 において、シートィ匕マグネット 29を図 4 (b)図示の形態のシートィ匕マグネット 27に変更 した本発明のシート状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 れたシート状プラズマビーム 28によって、蒸発材料 31の表面に形成されるイオンフラ ックス分布を示したものである。
[0058] 発明者等の実験によれば、図 4 (a)図示の形態の従来のシートィ匕マグネット 29が採 用されていた従来のシート状プラズマ発生装置の場合、図 6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、本発明のシート状プラズマ発生装置によれば、図 6に（2)で示すように、低くなつ 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。
[0059] 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、本発明のシート状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。
[0060] 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力 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シートィ匕マグネット 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、図 3 (a)、 （c)、図 4 (b)、 （c)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ぉ 、て 3個に分割するものに限られな 、。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力 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ぉ 、て任意の数に分割できる。
[0061] 図 4 (d)、 (e)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 力 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 、シート化マ 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。図 4 (b)、（c)の実施形態と同じぐ中心 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ぐ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つている。
[0062] 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 より強いシートィ匕マグネット 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 ヽるシートィ匕マグネット 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力 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つている。そして、前記中心 側に対応する部分で互 、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 ヽるものである。
[0063] シートィ匕マグネット 27のこのような形態を説明しているもの力 図 5 (b)、（c)である。
[0064] 本発明のシート状プラズマ発生装置に採用されているシートィ匕マグネット 27におい ては、例えば、図 5 (b)、（c)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シート化マグネット 27 (27a、 27b, 27c)のうち、中央 の永久磁石 27aを、例えば、強磁場をネオジゥム系磁石 (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。これによつて、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。
[0065] 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
[0066] 図 7、図 8は、 3分割したシート化マグネット 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。
[0067] 図 7において、（3)は、図 6の（1)と同じぐ従来技術におけるイオンフラックス分布 であり、図 7における（4)、 （5)が中央の永久磁石 27aをネオジゥ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。図 7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、 27 cが短くなつている。
[0068] また、図 8において、（6)は図 6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、図 8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。
[0069] 中央の永久磁石 27aを残留磁束密度が強 ヽ材質とした何れの場合も、図 4 (a)、図 5 (a)図示の形態の従来のシートィ匕マグネット 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図 6に ）で示したような i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。
[0070] 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、本発明のシート状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。
実施例
[0071] 図 4 (c)図示の形態のシート化マグネット 27が、図 3 (a)図示のように、図 4 (a)図示 の従来のシートィ匕マグネット 29とともに使用されている本発明のシート状プラズマ発 生装置が採用されている、図 1、図 2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。
[0072] 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、図 11、図 12を用いて背景技術の 欄で説明した従来のシート状プラズマ発生装置、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。
[0073] 材質:酸ィ匕マグネシウム（MgO)
膜厚（目標）： 12000 A
放電圧力： 0. lPa
基板温度： 200°C
Ar流量： 30sccm (0. 5ml/ sec)
O流逢： 400sccm (o. ήτύ/secノ
2
成膜速度： 175AZsec
[0074] 次に、 2組のシート化マグネットをどちらも図 4 (a)図示の従来のシート化マグネット 2 9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。
[0075] 図 9は、本発明のシート状プラズマ発生装置、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組のシートィ匕マグネットをどちらも図 4 (a)図示の従来のシート 化マグネット 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、図 9において、縦軸は膜厚（A)を表し、横軸はシート状プラズマビーム 28の中 心を原点（0)としたときのプラズマビームのシート化 (広がり）方向（図 2中の矢印 X方 向）の距離 (mm)を表す。
[0076] 図 9図示の通り、本発明のシート状プラズマ発生装置、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。
[0077] 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 発明は力かる実施形態、実施例に限定されるものではなぐ特許請求の範囲の記載 力 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。
図面の簡単な説明
[0078] [図 1]この発明のシート状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。
[図 2]図 1の概略平面図。
[図 3] (a)図 1、図 2図示の実施形態における本発明のシート状プラズマ発生装置に お！、て、シートィ匕マグネットがプラズマビームに対して直交する方向にぉ 、て 3個に 分割されている例のシートィ匕マグネット部分を表す平面図、（b)この発明のシート状 プラズマ発生装置におけるシートィ匕マグネット部分の他の形態を表す平面図、 (c)図 3 (b)図示の実施形態におけるシートィ匕マグネット部分の他の例を表す平面図。 圆 4]シートィ匕マグネットを説明する図で、 (a)は従来のシート状プラズマ発生装置に おけるシートィ匕マグネットの配置図、（b)〜（e)は本発明のシート状プラズマ発生装置 におけるシートィ匕マグネットの配置例を説明する図 4 (a)に対応する図。
圆 5]シートィ匕マグネットを説明する図で、 (a)は従来のシート状プラズマ発生装置に おけるシートィ匕マグネットの構成例を説明する図、（b)、（c)は本発明のシート状ブラ ズマ発生装置におけるシートィ匕マグネットの構成例を説明するもので、図 5 (a)に対 応する図。
圆 6]従来のシートィ匕マグネットが採用されていた従来のシート状プラズマ発生装置 によるシート状プラズマビームと、図 4 (b)図示の形態のシートィ匕マグネットが採用さ れている本発明のシート状プラズマ発生装置によるシート状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。
圆 7]従来のシートィ匕マグネットが採用されていた従来のシート状プラズマ発生装置 によるシート状プラズマビームと、図 5 (b)図示の形態のシートィ匕マグネットが採用さ れている本発明のシート状プラズマ発生装置によるシート状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。
圆 8]従来のシートィ匕マグネットが採用されていた従来のシート状プラズマ発生装置 によるシート状プラズマビームと、図 5 (b)図示の形態のシートィ匕マグネットが採用さ れている本発明のシート状プラズマ発生装置によるシート状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。
圆 9]本発明のシート状プラズマ発生装置、成膜装置によって成膜を行った場合と従 来のシート状プラズマ発生装置、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。
圆 10]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。 圆 11]従来のシート状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。
[図 12]図 11の概略平面図。
符号の説明
10 成膜装置
20 プラズマガン
21 ホロ一力ソード
22 電極マグネット
23 電極コイル
25 プラズマビーム
26 収束コイル
27 本発明のシート状プラズマ発生装置に採用されるシートィ匕マグネット 27a, 27b、 · · · 分割された永久磁石
28 シート状プラズマビーム
29 従来のシート状プラズマ発生装置に採用されるシートィ匕マグネット
30 成膜室
31 蒸発材料
32 蒸発材料受け H
33 基板
34 アノードマグネット
100 従来の成膜装置

Claims

請求の範囲
[1] プラズマガン力も収束コイルにより引き出し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!/、る永久磁石力もなるシートィ匕マグネットによって形成される磁場の中に通 過させてシート状に変形させるシート状プラズマ発生装置において、
前記シート化マグネットには、プラズマビーム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 度より強いシートィ匕マグネットが少なくとも一つ含まれる
ことを特徴とするシート状プラズマ発生装置。
[2] プラズマビームの中心側に対応する部分における反発磁場強度の方力 プラズマ ビーム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シートィ匕マグネットは 、プラズマビームに対して直交する方向にぉ 、て複数に分割されて 、ることを特徴と する請求項 1記載のシート状プラズマ発生装置。
[3] 複数に分割されているシートィ匕マグネットは、プラズマビームの中心側に対応する 部分における永久磁石力 プラズマビーム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に対して近接して配置され、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力 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いことを特徴とする請求項 2記載のシート 状プラズマ発生装置。
[4] 複数に分割されているシートィ匕マグネットは、プラズマビーム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力 プラズマビームの外縁側に対応す る部分における永久磁石の残留磁束密度よりも大きぐ前記中心側に対応する部分 で互!、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 る部分にぉ 、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 、ことを 特徴とする請求項 2記載のシート状プラズマ発生装置。
[5] 真空排気可能な成膜室内に配置されて！ヽる蒸発材料受け皿に収容されて！ヽる蒸 発材料に対して、請求項 1乃至 4のいずれか一項記載のシート状プラズマ発生装置 で生成されたシート状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。
[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することを 特徴とする請求項 5記載の成膜装置。
[7] 真空排気可能な成膜室内に配置されて！ヽる蒸発材料受け皿に収容されて！ヽる蒸 発材料に対して、請求項 1乃至 4のいずれか一項記載のシート状プラズマ発生装置 で生成されたシート状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。
[8] 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 7記載の成膜方法。
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