JP4767613B2 - Deposition equipment - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ銃を用いた成膜装置に関し、特に、プラズマ銃の内部空間で生成したプラズマ中の電子を成膜空間中に引き出して成膜に使用する成膜装置に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus using a plasma gun, and more particularly to a film forming apparatus that draws electrons in plasma generated in an internal space of a plasma gun into the film forming space and uses them for film forming.

プラズマ銃を用いた成膜装置としては、プラズマ銃から引き出した電子を蒸発源（例えばAl）に照射し蒸発させ、電子と衝突させてイオン化し、基板に衝突させることにより成膜するイオンプレーティング装置や、プラズマ銃から引き出した電子に成膜原料ガス（例えばヘキサメチルジシロキサン：HMDSO）を供給してプラズマとし、分解または重合させることにより反応物（例えばシリコン酸化物）を基板上に付着させる成膜装置が知られている。例えば特許文献１および特許文献２には、圧力勾配型のイオンプレーティング装置が開示されている。   As a film forming apparatus using a plasma gun, ion plating is performed by irradiating an electron extracted from the plasma gun onto an evaporation source (eg, Al), evaporating it, colliding with electrons, ionizing, and colliding with a substrate. A film forming material gas (for example, hexamethyldisiloxane: HMDSO) is supplied to the electrons extracted from the apparatus or plasma gun to form plasma, which is decomposed or polymerized to deposit a reactant (for example, silicon oxide) on the substrate. A film forming apparatus is known. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a pressure gradient type ion plating apparatus.

プラズマ銃は、特許文献１に記載されているように、プラズマ銃の内部空間に陰極が配置され、不活性ガスが導入されるとアーク放電により内部空間にプラズマを生成する。成膜空間側には陽極（蒸着源）が配置されている。プラズマ銃の内部空間と成膜空間との間には、プラズマを安定させるために、開口を絞った円環状の中間電極が配置されている。プラズマ銃の内部空間で形成されたプラズマ中の電子は、中間電極の開口を通って成膜空間側に引き出される。引き出された電子は、陽極の蒸着源に照射される。このようなプラズマ銃は、一般に照射型と呼ばれている。一方、特許文献２のプラズマ銃は、中間電極と成膜空間との間に円環状の陽極を配置し、一旦成膜空間に引き出した電子を円環状の陽極に引き戻す、反射型と呼ばれるプラズマ銃である。   As described in Patent Document 1, the plasma gun has a cathode disposed in the internal space of the plasma gun, and generates plasma in the internal space by arc discharge when an inert gas is introduced. An anode (evaporation source) is disposed on the film formation space side. Between the inner space of the plasma gun and the film formation space, an annular intermediate electrode with a narrowed aperture is arranged to stabilize the plasma. Electrons in the plasma formed in the internal space of the plasma gun are drawn out to the film formation space through the opening of the intermediate electrode. The extracted electrons are irradiated to the deposition source of the anode. Such a plasma gun is generally called an irradiation type. On the other hand, the plasma gun of Patent Document 2 is a reflection type plasma gun in which an annular anode is disposed between an intermediate electrode and a film formation space, and electrons once drawn into the film formation space are pulled back to the annular anode. It is.

照射型および反射型のいずれにおいても、中間電極は、その絞られた開口がオリフィスとして機能することにより、プラズマ銃の内部空間を成膜空間よりも高い圧力に保ち、圧力勾配を形成する。この圧力勾配により、成膜空間のイオンや反応ガスがプラズマ銃の内部空間に流入するのを防止し、陰極の物理的および化学的損傷から保護することにより、安定した放電を継続させる。
特開平６−１２８７３０号公報 特開２００２−１７７７６５号公報 In both the irradiation type and the reflection type, the narrowed opening functions as an orifice, so that the intermediate electrode keeps the internal space of the plasma gun at a higher pressure than the film formation space and forms a pressure gradient. This pressure gradient prevents ions and reaction gases in the deposition space from flowing into the plasma gun's internal space and protects against physical and chemical damage to the cathode, thereby continuing stable discharge.
JP-A-6-128730 JP 2002-177765 A

プラズマ銃から成膜空間側へ長くプラズマ（電子）を引き出すことができれば、プラズマ引き出し方向に沿って複数箇所に配置した反応ガス供給源や蒸発源でそれぞれ成膜を行うことが可能となり、複数基板や大面積基板への成膜が可能となる。一方、近年、機能性薄膜等の実現するために、成膜空間を高圧雰囲気に設定することが望まれているが、高圧雰囲気では平均自由工程が短くなり、引き出されたプラズマが減衰する。   If plasma (electrons) can be extracted from the plasma gun to the film formation space for a long time, it is possible to perform film formation with each of reactive gas supply sources and evaporation sources arranged at multiple locations along the plasma extraction direction. In addition, film formation on a large area substrate becomes possible. On the other hand, in recent years, in order to realize a functional thin film or the like, it is desired to set the film formation space in a high-pressure atmosphere. However, in the high-pressure atmosphere, the mean free process is shortened and the extracted plasma is attenuated.

本発明の目的は、プラズマ銃を備えた成膜装置であって、成膜空間を高圧雰囲気にした場合であっても、成膜空間側に長くプラズマを引き出すことができる装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a film forming apparatus equipped with a plasma gun, which can draw out plasma for a long time toward the film forming space even when the film forming space is in a high-pressure atmosphere. is there.

上記目的を達成するために、本発明の成膜装置は、成膜空間を形成する成膜用容器と、該成膜用容器に設けられた導入口に接続されたプラズマ発生源とを有し、プラズマ発生源は、プラズマ生成室と、プラズマ生成室内に配置された陰極と、成膜用容器の内部に配置された陽極と、陰極と成膜空間との間に順に配置された第１および第２中間電極とを含み、第２中間電極には、陽極から陰極への電圧降下により第２中間電極の位置で生じる電位より第２中間電極の電位を低くするための電位制御部が接続されている。第１中間電極および第２中間電極はそれぞれ、陰極から陽極へ引き出されるプラズマの軸が通過する位置に開口部を有し、第２中間電極の開口部の径は、第１中間電極の開口部の径よりも大きい。第１中間電極および第２中間電極の少なくとも一方は、２以上の部材に分割され、開口部の内壁面は、２以上の部材の面により構成され、２以上の部材のうちの少なくとも一つは、他の部材とは電気的に非導通の非電極部とする。このような構成により、第２中間電極と陽極との間の電位勾配を、電圧降下による電位勾配より大きくすることができるため、プラズマ発生源から引き出された電子（プラズマ）を加速して、成膜空間に長く引き出すことができる。また、第２中間電極にオリフィスの働きを兼用させることができる。さらに、電極部の形状を任意に形成した場合であっても、非電極部と組み合わせることにより、開口部を形成して、オリフィスとして作用させることができる。 In order to achieve the above object, a film forming apparatus of the present invention includes a film forming container for forming a film forming space and a plasma generation source connected to an inlet provided in the film forming container. The plasma generation source includes a plasma generation chamber, a cathode disposed in the plasma generation chamber, an anode disposed in the deposition container, and a first and a second disposed in order between the cathode and the deposition space. And a potential control unit for making the potential of the second intermediate electrode lower than the potential generated at the position of the second intermediate electrode due to a voltage drop from the anode to the cathode. ing. Each of the first intermediate electrode and the second intermediate electrode has an opening at a position where a plasma axis drawn from the cathode to the anode passes, and the diameter of the opening of the second intermediate electrode is equal to the opening of the first intermediate electrode. It is larger than the diameter. At least one of the first intermediate electrode and the second intermediate electrode is divided into two or more members, and the inner wall surface of the opening is configured by two or more member surfaces, and at least one of the two or more members is The non-electrode portion is electrically non-conductive with other members. With such a configuration, the potential gradient between the second intermediate electrode and the anode can be made larger than the potential gradient due to the voltage drop. It can be drawn into the membrane space for a long time. Further, the second intermediate electrode can also function as an orifice. Furthermore, even when the shape of the electrode part is arbitrarily formed, the opening part can be formed and act as an orifice by combining with the non-electrode part.

上記第２中間電極の開口部の形状は、円環状、平板状または矩形状等にすることができる。このとき、開口部のプラズマの接する面とプラズマ軸との距離が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下にすることが望ましい。   The shape of the opening of the second intermediate electrode can be an annular shape, a flat plate shape, a rectangular shape, or the like. At this time, the distance between the plasma contact surface of the opening and the plasma axis is preferably 25 mm or more and 150 mm or less.

また、成膜容器には、導入口から陽極へ向かって複数の成膜手段を並べて配置した構成にすることができる。   Further, the film forming container can be configured such that a plurality of film forming means are arranged side by side from the inlet to the anode.

本発明の一実施の形態の成膜装置について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の成膜装置は、成膜空間を構成する成膜真空容器２４と、成膜真空容器２４のプラズマ導入口２４ａに接続されたプラズマ発生源（プラズマ銃）１０とを有する。プラズマ発生源１０は、内部空間がプラズマ生成室となるプラズマ真空容器２１と、その内部に配置された陰極３１と、第１および第２中間電極２２、２３と、成膜真空容器２４内に配置された陽極２６とを備えている。 A film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The film forming apparatus according to the first embodiment includes a film forming vacuum container 24 constituting a film forming space, and a plasma generation source (plasma gun) 10 connected to a plasma inlet 24a of the film forming vacuum container 24. . The plasma generation source 10 is disposed in a plasma vacuum vessel 21 whose internal space is a plasma generation chamber, a cathode 31 disposed therein, first and second intermediate electrodes 22 and 23, and a film formation vacuum vessel 24. The anode 26 is provided.

陰極３１の構造は、アーク放電によってプラズマを生成するのに適した構造であり、公知の陰極構造を用いる。陽極２６は、成膜真空容器２４の内側であって、プラズマ導入口２４ａと向かい合う位置に配置されている。   The structure of the cathode 31 is a structure suitable for generating plasma by arc discharge, and a known cathode structure is used. The anode 26 is disposed inside the film-forming vacuum container 24 and at a position facing the plasma inlet 24a.

第１中間電極２２および第２中間電極２３は、プラズマ真空容器２１と成膜真空容器２４との間に順に配置されている。第１および第２中間電極２２、２３は、いずれもプラズマ生成室からひきだされるプラズマ２７の軸２７ａが通過する位置に円形の開口を有する円環形状である。第２中間電極２３は、成膜真空容器２４のプラズマ導入口２４ａに近接して配置され、プラズマ導入口２４ａ付近のプラズマの電位を制御する作用と、成膜空間とプラズマ生成室との圧力差を維持するオリフィスとしての作用を兼用する。   The first intermediate electrode 22 and the second intermediate electrode 23 are sequentially disposed between the plasma vacuum vessel 21 and the film formation vacuum vessel 24. Each of the first and second intermediate electrodes 22 and 23 has an annular shape having a circular opening at a position where the shaft 27a of the plasma 27 drawn from the plasma generation chamber passes. The second intermediate electrode 23 is disposed in the vicinity of the plasma inlet 24a of the film forming vacuum vessel 24, controls the plasma potential in the vicinity of the plasma inlet 24a, and the pressure difference between the film forming space and the plasma generation chamber. It also serves as an orifice for maintaining the pressure.

第２中間電極２３の開口径は、第１中間電極２２の開口径よりも５倍以上大きい径に設定することが望ましい。開口径を大きくすることにより、プラズマ２７の電位を維持しながら、プラズマ電流が第２中間電極２３に流れ込む量を抑制することができるため、成膜空間が高圧雰囲気の場合であっても、放電の安定化を図り、かつ、負電位を持ったエネルギーの高いプラズマ２７を成膜室に導入することが可能になる。ただし、開口径が大きすぎるとプラズマ２７が不安定になる傾向があるため、第２中間電極２３の開口径を、第１中間電極２２の開口径の１０倍〜２０倍以下程度に設定することが好適である。開口径が大きすぎるとプラズマ２７が不安定になる理由は、第２中間電極２３の開口内壁とプラズマ軸２７ａとの距離が離れすぎるため、中間電極としての作用ならびにオリフィスとしての作用が弱まり、第２中間電極２３を配置していない構造と等価になるためであると思われる。本実施の形態では、実用的な数値として、第１中間電極２２の開口径を１０ｍｍとし、第２中間電極２３の開口径を５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲に設定している。すなわち、開口の内壁面とプラズマ２７の中心軸２７ａとの距離を２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定している。   The opening diameter of the second intermediate electrode 23 is desirably set to a diameter that is at least five times larger than the opening diameter of the first intermediate electrode 22. By increasing the opening diameter, it is possible to suppress the amount of plasma current flowing into the second intermediate electrode 23 while maintaining the potential of the plasma 27. Therefore, even when the film formation space is in a high-pressure atmosphere, the discharge is performed. It is possible to introduce a high-energy plasma 27 having a negative potential into the film formation chamber. However, since the plasma 27 tends to become unstable if the opening diameter is too large, the opening diameter of the second intermediate electrode 23 should be set to about 10 to 20 times the opening diameter of the first intermediate electrode 22. Is preferred. The reason why the plasma 27 becomes unstable if the opening diameter is too large is that the distance between the inner wall of the opening of the second intermediate electrode 23 and the plasma shaft 27a is too far away, so that the action as the intermediate electrode and the action as the orifice are weakened. This is considered to be equivalent to a structure in which the two intermediate electrodes 23 are not arranged. In the present embodiment, as practical numerical values, the opening diameter of the first intermediate electrode 22 is set to 10 mm, and the opening diameter of the second intermediate electrode 23 is set to a range of 50 mm to 300 mm. That is, the distance between the inner wall surface of the opening and the central axis 27a of the plasma 27 is set to 25 mm or more and 150 mm or less.

また、プラズマ真空容器２１には、プラズマ生成室に不活性ガス３０を導入するためのガス導入口４１と、不図示の排気装置とが備えられている。なお、図１では、図示を省略しているが、プラズマ真空容器２１と成膜真空容器２４との間には、第１中間電極２２および第２中間電極２３の外側を覆うように筒状フランジが配置されており、プラズマ真空容器２１と成膜真空容器２４とを外部から気密を保った状態で連結している。   Further, the plasma vacuum vessel 21 is provided with a gas inlet 41 for introducing the inert gas 30 into the plasma generation chamber and an exhaust device (not shown). Although not shown in FIG. 1, a cylindrical flange is provided between the plasma vacuum vessel 21 and the deposition vacuum vessel 24 so as to cover the outside of the first intermediate electrode 22 and the second intermediate electrode 23. The plasma vacuum vessel 21 and the film-forming vacuum vessel 24 are connected from the outside in an airtight state.

成膜真空容器２４には、プラズマ導入口２４ａと陽極２６とを結ぶ空間に原料ガス３３を供給する原料ガス導入管２８が設けられ、原料ガス導入管２８の開口と向き合う位置には、基板３４を支持する基板ホルダー２９が配置されている。   The deposition vacuum container 24 is provided with a source gas introduction pipe 28 for supplying a source gas 33 into a space connecting the plasma introduction port 24 a and the anode 26, and a substrate 34 is provided at a position facing the opening of the source gas introduction pipe 28. A substrate holder 29 for supporting the above is disposed.

陰極３１と陽極２６は電源２５の負極と正極にそれぞれ接続されている。第１および第２中間電極２２、２３は、電源２５の正極と陽極２６とを結ぶ配線４２に、電源２５と並列に接続されている。このとき、第１および第２中間電極２２、２３と配線４２との間には、それぞれ抵抗４３、３２が配置されている。なお、図示の都合上、図１では配線４２と原料ガス導入管２８とが接しているが、原料ガス導入管２８と配線とは電気的に絶縁されている。   The cathode 31 and the anode 26 are connected to the negative electrode and the positive electrode of the power supply 25, respectively. The first and second intermediate electrodes 22 and 23 are connected in parallel with the power supply 25 to a wiring 42 connecting the positive electrode of the power supply 25 and the anode 26. At this time, resistors 43 and 32 are disposed between the first and second intermediate electrodes 22 and 23 and the wiring 42, respectively. For convenience of illustration, the wiring 42 and the raw material gas introduction pipe 28 are in contact with each other in FIG. 1, but the raw material gas introduction pipe 28 and the wiring are electrically insulated.

第１中間電極２２の電位は、図２のように電圧降下により陰極３１の電位よりも高くなるため、プラズマ中の電子を引き出す作用をする。一方、第２中間電極２３は、プラズマ導入口２４ａ付近に配置されているため、上述したようにプラズマ導入口２４ａ付近におけるプラズマ電位を負電位を維持する作用とオリフィスとしての作用を兼用する。   Since the potential of the first intermediate electrode 22 becomes higher than the potential of the cathode 31 due to a voltage drop as shown in FIG. 2, it acts to draw out electrons in the plasma. On the other hand, since the second intermediate electrode 23 is disposed in the vicinity of the plasma introduction port 24a, as described above, the second intermediate electrode 23 has both the function of maintaining the negative plasma potential in the vicinity of the plasma introduction port 24a and the function of the orifice.

また、第２中間電極２３の形状としては、円環状のものに限らず、開口形状が平板状のものや、図３（ａ）のようにプラズマと接する部分が矩形状の電極３２１を用いることができる。また、図３（ｂ）に示した第２中間電極３２２のように、開口部を中心に２つの部材に分割した構成にすることもできる。この場合、１つの部材（平板状部材）３２２ａのみを抵抗３２に接続し、もう一方の部材３２２ｂを平板状部材３２２ａとは電気的に絶縁した構成にする。これにより、平板状部材３２２ａは電極として作用するが、部材３２２ｂは非電極となる。ただし、部材３２２ｂは、平板状部材３２２ａと組み合わされて開口を形成するため、電極となる部材３２２ａの形状に関わらず第２中間電極２３にオリフィス機能を発揮させることが可能となり、部材３２２ａの形状の設計の自由度が高まる。第１中間電極２２の形状を、図３（ａ）、（ｂ）のような形状にすることも可能である。   Further, the shape of the second intermediate electrode 23 is not limited to an annular shape, and an opening shape having a flat plate shape or an electrode 321 having a rectangular shape in contact with plasma as shown in FIG. Can do. Further, like the second intermediate electrode 322 shown in FIG. 3B, a configuration in which the opening is divided into two members can be employed. In this case, only one member (flat member) 322a is connected to the resistor 32, and the other member 322b is electrically insulated from the flat member 322a. Thereby, the flat plate member 322a functions as an electrode, but the member 322b becomes a non-electrode. However, since the member 322b is combined with the flat plate member 322a to form an opening, the second intermediate electrode 23 can exhibit an orifice function regardless of the shape of the member 322a serving as an electrode, and the shape of the member 322a The degree of freedom of design increases. It is also possible to make the shape of the first intermediate electrode 22 as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

つぎに、本実施の形態の成膜装置の各部の動作について説明する。
プラズマ発生源１０のプラズマ真空容器２１の内部空間（プラズマ生成室）を排気装置（不図示）で排気した後、Ａｒ等の不活性ガス３０を所定の圧力まで導入する。一方、成膜真空容器２４内の成膜空間は一旦所定圧力まで排気した後、原料ガス導入管２８により原料ガス（ヘキサメチルジシロキサン：HMDSO）を所定の圧力３０Pa程度まで導入する。プラズマ生成室の圧力は、成膜空間よりも高い圧力とし、第１及び第２中間電極２２，２３をオリフィスとして作用させ、圧力勾配を形成する。これにより、成膜空間の原料ガスやイオンがプラズマ生成室に流入するのを防止する。 Next, the operation of each part of the film forming apparatus of this embodiment will be described.
After exhausting the internal space (plasma generation chamber) of the plasma vacuum vessel 21 of the plasma generation source 10 with an exhaust device (not shown), an inert gas 30 such as Ar is introduced to a predetermined pressure. On the other hand, after the film formation space in the film formation vacuum vessel 24 is once evacuated to a predetermined pressure, a raw material gas (hexamethyldisiloxane: HMDSO) is introduced to a predetermined pressure of about 30 Pa through a raw material gas introduction pipe 28. The pressure in the plasma generation chamber is higher than that in the film formation space, and the first and second intermediate electrodes 22 and 23 act as orifices to form a pressure gradient. This prevents the source gas and ions in the film formation space from flowing into the plasma generation chamber.

電源２５によって陰極３１と陽極２６との間に電圧を印加し、プラズマ真空容器２１内の内部空間にアーク放電を生じさせ、不活性ガス３０のプラズマを生成する。このとき、第１中間電極２２の電位は、図２のように電圧降下により陰極３１の電位よりも高いため、プラズマ中の電子は、第１中間電極２２の開口（１０ｍｍφ）を通って陽極２６の方向へ引き出される。引き出されたプラズマ（電子）２７はプラズマ導入口２４aに近接配置された第２中間電極２３の開口を通過する。第２中間電極２３の開口径を第１中間電極２２の開口径の５倍以上（ここでは９０ｍｍφ）に設定しているため、第２中間電極２３は、プラズマ導入口２４ａ付近におけるプラズマを負電位に維持するとともに、プラズマ電流が第２中間電極２３に流れ込む量を制限することができる。これにより、負電位を持ったエネルギーの高いプラズマ２７が安定した放電状態で成膜室に引き出される。   A voltage is applied between the cathode 31 and the anode 26 by the power source 25 to cause arc discharge in the internal space in the plasma vacuum vessel 21, thereby generating plasma of the inert gas 30. At this time, since the potential of the first intermediate electrode 22 is higher than the potential of the cathode 31 due to a voltage drop as shown in FIG. 2, electrons in the plasma pass through the opening (10 mmφ) of the first intermediate electrode 22 and the anode 26. It is pulled out in the direction of. The extracted plasma (electrons) 27 passes through the opening of the second intermediate electrode 23 disposed close to the plasma inlet 24a. Since the opening diameter of the second intermediate electrode 23 is set to be not less than five times the opening diameter of the first intermediate electrode 22 (here, 90 mmφ), the second intermediate electrode 23 causes the plasma in the vicinity of the plasma inlet 24a to have a negative potential. And the amount of plasma current flowing into the second intermediate electrode 23 can be limited. Thereby, the high-energy plasma 27 having a negative potential is drawn out to the film forming chamber in a stable discharge state.

引き出されたプラズマ２７には、成膜空間の位置３６において原料ガス供給管２８より原料ガス（HMDSO）３３が供給され、HMDSOを分解・重合した反応生成物Si系材料の膜を基板３４上に成膜することができる。成膜空間は３０Paに設定された高圧雰囲気であるため、基板上に形成されるSi系材料膜は、優れた特長、例えば超撥水性を示す。なお、第２中間電極２３がオリフィスとして作用するため、成膜空間を高圧雰囲気にした場合でもプラズマ発生源１０の放電状態を安定させることができる。   The extracted plasma 27 is supplied with a source gas (HMDSO) 33 from a source gas supply pipe 28 at a position 36 in the deposition space, and a film of a reaction product Si-based material obtained by decomposing and polymerizing HMDSO is formed on the substrate 34. A film can be formed. Since the film formation space is a high-pressure atmosphere set to 30 Pa, the Si-based material film formed on the substrate exhibits excellent features such as super water repellency. Since the second intermediate electrode 23 functions as an orifice, the discharge state of the plasma generation source 10 can be stabilized even when the film formation space is set to a high pressure atmosphere.

このように、第２中間電極２３の電位を、電圧降下によるその位置の電位よりも負電位とすることにより、引き出された電子を急な電位勾配により加速することができる。これにより、成膜空間の圧力が３０Pa程度の高圧雰囲気であっても、プラズマ導入口２４ａから陽極２６側に例えば６０ｃｍ以上の位置３７まで到達させることができ、プラズマ導入口２４ａから６０ｃｍの位置３６でも成膜が可能である。   In this way, by making the potential of the second intermediate electrode 23 a negative potential rather than the potential at that position due to a voltage drop, the extracted electrons can be accelerated by a steep potential gradient. As a result, even in a high-pressure atmosphere where the pressure in the film formation space is about 30 Pa, the plasma introduction port 24a can reach the anode 26 side, for example, to a position 37 of 60 cm or more, and a position 36 60 cm from the plasma introduction port 24a. However, film formation is possible.

一方、比較例として、図４のように、第２中間電極１２３の配置をプラズマ導入口２４ａから離し、開口径を従来のままにした場合（第１中間電極２２の開口を１０ｍｍφ、第２中間電極１２３の開口を１５〜２０ｍｍφ）、プラズマ２７の電位は、図２に示したようにプラズマ導入口２４ａ付近ですでに０電位となっており、プラズマを成膜空間に長く引き出すことはできなかった。また、高圧雰囲気では放電電圧が著しく高くなってしまい、放電も不安定で持続することができなかった。   On the other hand, as a comparative example, as shown in FIG. 4, when the arrangement of the second intermediate electrode 123 is separated from the plasma introduction port 24a and the opening diameter is kept as before (the opening of the first intermediate electrode 22 is 10 mmφ, the second intermediate electrode The opening of the electrode 123 is 15 to 20 mmφ), and the potential of the plasma 27 is already zero near the plasma inlet 24a as shown in FIG. 2, and the plasma cannot be drawn into the film formation space for a long time. It was. In addition, the discharge voltage was extremely high in a high pressure atmosphere, and the discharge was unstable and could not be sustained.

このように、本実施の形態では、成膜空間を３０Pa程度の高圧雰囲気にした場合であっても、成膜空間に長くプラズマ２７を引き出すことができるため、引き出し方向に沿って、例えば位置３５から位置３６までの長い区間を成膜に用いることが可能である。これにより、位置３５から位置３６までの径を有する大きな基板３４を配置し、プラズマ２７全体に原料ガスを供給することにより、大面積の成膜を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the plasma 27 can be extracted to the film formation space for a long time even when the film formation space is set to a high-pressure atmosphere of about 30 Pa. A long section from the position 36 to the position 36 can be used for film formation. Accordingly, a large substrate 34 having a diameter from the position 35 to the position 36 is disposed, and a source gas is supplied to the entire plasma 27, whereby a large area film can be formed.

また、図５に示したように、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数の基板３４を並べ、それぞれの位置へ配置した原料ガス導入管２８により原料ガスを供給する構成にすることにより、複数基板３４に同時に成膜処理を行うことができる。これにより、高圧雰囲気での成膜を量産することが可能になる。   Further, as shown in FIG. 5, a plurality of substrates 34 are arranged along the direction in which the plasma 27 is drawn, and the source gas is supplied by the source gas introduction pipe 28 arranged at each position. The film formation process can be simultaneously performed on the film 34. This makes it possible to mass-produce film formation in a high-pressure atmosphere.

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、原料ガスを分解・重合した反応生成物を成膜する装置について説明したが、本発明の成膜装置における成膜方法についてはこれに限られるものではなく、引き出したプラズマ２７を利用して成膜するものであれば種々の成膜方法を用いることができる。例えば、図６に示したようにイオンプレーティング装置を構成することが可能である。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, an apparatus for forming a film of a reaction product obtained by decomposing and polymerizing a source gas has been described. However, the film forming method in the film forming apparatus of the present invention is not limited to this, and is drawn out. Various film forming methods can be used as long as the film is formed using the plasma 27. For example, an ion plating apparatus can be configured as shown in FIG.

このイオンプレーティング装置は、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数箇所に、内部に蒸発源３０４が充填された蒸発源容器３０３が配置されている。蒸発源３０４および蒸発源容器３０３は導電性であり、電源２５の正極と陽極２６とを結ぶ配線４２に電気的に接続されている。これにより、補助陽極としても作用している。蒸発源容器３０４の近傍には、反応ガス導入管３０１がそれぞれ配置されている。（なお、図６において導入管３０１と配線４２は電気的に絶縁されている。）また、図示していないが基板３４および基板ホルダー２９は、陽極２６より低い電位が印加されている。蒸発源容器３０３の近傍には、プラズマ（電子）２７の一部を９０度偏向させて蒸発源３０４に向かわせるための磁場発生源を配置することも可能である。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。   In this ion plating apparatus, an evaporation source container 303 filled with an evaporation source 304 is arranged at a plurality of locations along the plasma 27 extraction direction. The evaporation source 304 and the evaporation source container 303 are conductive, and are electrically connected to the wiring 42 that connects the positive electrode of the power supply 25 and the anode 26. This also acts as an auxiliary anode. In the vicinity of the evaporation source container 304, reaction gas introduction pipes 301 are respectively arranged. (Note that in FIG. 6, the introduction tube 301 and the wiring 42 are electrically insulated.) Although not shown, the substrate 34 and the substrate holder 29 are applied with a lower potential than the anode 26. In the vicinity of the evaporation source container 303, a magnetic field generation source for deflecting a part of the plasma (electrons) 27 by 90 degrees toward the evaporation source 304 can be arranged. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

プラズマ発生源１０から陽極２６に向かって引き出されたプラズマ２７の一部は、補助陽極である蒸発源３０４および蒸発源容器３０３に向かって偏向し、蒸発源３０４に照射される。これにより、蒸発源３０４は蒸発し、反応ガス供給管３０１から供給される反応ガス３０２とともにプラズマ２７と衝突することにより両者がイオン化し、低い電位に保たれた基板３４表面に引き寄せられ、衝突・反応して堆積され、膜を形成する。   A part of the plasma 27 extracted from the plasma generation source 10 toward the anode 26 is deflected toward the evaporation source 304 and the evaporation source container 303 which are auxiliary anodes, and is irradiated to the evaporation source 304. As a result, the evaporation source 304 evaporates and collides with the plasma 27 together with the reaction gas 302 supplied from the reaction gas supply pipe 301, whereby both are ionized and attracted to the surface of the substrate 34 maintained at a low potential. Deposited in reaction to form a film.

これにより、プラズマ２７の引き出し方向にそって複数箇所で、イオンプレーティング法による成膜を行うことができ、量産性に優れたイオンプレーティング装置を提供することができる。   Thereby, film formation by the ion plating method can be performed at a plurality of locations along the drawing direction of the plasma 27, and an ion plating apparatus excellent in mass productivity can be provided.

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の成膜装置として、図７に示したスパッタリング装置を説明する。この装置は、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数箇所に、スパッタターゲット４０３を保持するターゲット保持部４０４が配置されている。スパッタターゲット４０３およびターゲット保持部４０４は導電性材料によって構成され、電源２５の正極と接地された陽極２６とを結ぶ配線４２に電気的に接続され、負の電位が付与されている。スパッタターゲット４０３の近傍には不活性ガス４０２もしくは、不活性ガスと反応ガスとの混合ガスを導入するガス導入管４０１がそれぞれ配置されている。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。（なお、図６において導入管３０１と配線４２は電気的に絶縁されている。） (Third embodiment)
A sputtering apparatus shown in FIG. 7 will be described as a film forming apparatus of the third embodiment. In this apparatus, target holding portions 404 for holding the sputtering target 403 are arranged at a plurality of locations along the direction in which the plasma 27 is drawn. The sputter target 403 and the target holding portion 404 are made of a conductive material, and are electrically connected to the wiring 42 that connects the positive electrode of the power supply 25 and the grounded anode 26, and is given a negative potential. In the vicinity of the sputter target 403, a gas introduction pipe 401 for introducing an inert gas 402 or a mixed gas of an inert gas and a reactive gas is arranged. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. (In FIG. 6, the introduction pipe 301 and the wiring 42 are electrically insulated.)

プラズマ発生源１０から陽極２６に向かって引き出されたプラズマ２７に対して、ガス導入管４０１から不活性ガス４０２、もしくは、不活性ガスおよび反応ガスの混合ガスが供給されることにより、これらのガスは電離しプラズマを形成する。不活性ガスイオンは、負の電位のスパッタターゲット４０３に衝突し、飛び出したターゲット材料は、基板３４に到達し堆積する。このとき供給ガスに反応ガスが含まれている場合には、飛び出したターゲット材料と反応ガスイオンとが反応し、基板３４に堆積する。これにより、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数箇所で、ターゲット材料もしくは、ターゲット材料と反応ガスとの反応生成物を成膜することができ、量産に適したスパッタ装置を提供することができる。   The plasma 27 extracted from the plasma generation source 10 toward the anode 26 is supplied with an inert gas 402 or a mixed gas of an inert gas and a reactive gas from a gas introduction tube 401, so that these gases are supplied. Ionizes to form a plasma. The inert gas ions collide with the sputter target 403 having a negative potential, and the target material that has jumped out reaches the substrate 34 and is deposited. At this time, if the supply gas contains a reactive gas, the target material that has jumped out reacts with the reactive gas ions and deposits on the substrate 34. Thereby, the target material or the reaction product of the target material and the reactive gas can be formed at a plurality of locations along the direction in which the plasma 27 is drawn, and a sputtering apparatus suitable for mass production can be provided.

第１の実施の形態の成膜装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating a configuration of a film forming apparatus according to a first embodiment. 本実施の形態の成膜装置および比較例の成膜装置の各電極およびプラズマの電位分布を示すグラフ。6 is a graph showing the potential distribution of each electrode and plasma of the film forming apparatus of the present embodiment and the film forming apparatus of the comparative example. （ａ）開口が矩形の第２中間電極３２１の例を示す斜視図、（ｂ）２分割された第２中間電極３２２の例を示す斜視図。(A) The perspective view which shows the example of the 2nd intermediate electrode 321 whose opening is a rectangle, (b) The perspective view which shows the example of the 2nd intermediate electrode 322 divided into two. 比較例の成膜装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the film-forming apparatus of a comparative example. 第１の実施の形態において、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数の基板２４および原料ガス供給管２８を配置した構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure which has arrange | positioned the some board | substrate 24 and the source gas supply pipe | tube 28 along the extraction direction of the plasma 27 in 1st Embodiment. 第２の実施の形態の、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数の基板３４および蒸発源３０４を配置したイオンプレーティング装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the ion plating apparatus which has arrange | positioned the some board | substrate 34 and the evaporation source 304 along the extraction direction of the plasma 27 of 2nd Embodiment. 第３の実施の形態の、プラズマ２７の引き出し方向に沿って複数の基板３４およびスパッタターゲット４０３を配置したスパッタ装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the sputtering device which has arrange | positioned the several board | substrate 34 and the sputtering target 403 along the extraction direction of the plasma 27 of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０・・・プラズマ発生源、２１・・・プラズマ真空容器、２２・・・第１中間電極、２３・・・第２中間電極、２４・・・成膜真空容器、２５・・・電源、２６・・・陽極、２７・・・電子（プラズマ）、２８・・・原料ガス導入管、２９・・・基板ホルダー、３０・・・不活性ガス導入口、３１・・・陰極、３２・・・抵抗、３３・・・原料ガス、３４・・・基板、４２・・・配線、４３・・・抵抗、３０１・・・反応ガス導入管、３０２・・・反応ガス、３０３・・・蒸発源容器、３０４・・・蒸発源、４０１・・・ガス導入管、４０２・・・不活性ガス、４０３・・・スパッタターゲット、４０４・・・ターゲット保持部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Plasma generation source, 21 ... Plasma vacuum vessel, 22 ... 1st intermediate electrode, 23 ... 2nd intermediate electrode, 24 ... Film-forming vacuum vessel, 25 ... Power supply, 26 ... Anode, 27 ... Electron (plasma), 28 ... Source gas inlet tube, 29 ... Substrate holder, 30 ... Inert gas inlet, 31 ... Cathode, 32 ... Resistance, 33 ... Raw material gas, 34 ... Substrate, 42 ... Wiring, 43 ... Resistance, 301 ... Reaction gas introduction pipe, 302 ... Reaction gas, 303 ... Evaporation source container 304 ... evaporation source, 401 ... gas introduction pipe, 402 ... inert gas, 403 ... sputter target, 404 ... target holding part.

Claims (3)

成膜空間を形成する成膜用容器と、該成膜用容器に設けられた導入口に接続されたプラズマ発生源とを有し、
前記プラズマ発生源は、プラズマ生成室と、プラズマ生成室内に配置された陰極と、前記成膜用容器の内部に配置された陽極と、前記陰極と前記成膜空間との間に順に配置された第１および第２中間電極とを含み、
前記第２中間電極には、前記陽極から前記陰極への電圧降下により前記第２中間電極の位置で生じる電位より該第２中間電極の電位を低くするための電位制御部が接続され、
前記第１中間電極および第２中間電極はそれぞれ、前記陰極から陽極へ引き出されるプラズマの軸が通過する位置に開口部を有し、前記第２中間電極の開口部の径は、前記第１中間電極の開口部の径よりも大きく、
前記第１中間電極および第２中間電極の少なくとも一方は、２以上の部材に分割され、前記開口部の内壁面は、該２以上の部材によって構成され、該２以上の部材のうちの少なくとも一つは、他の部材とは電気的に非導通の非電極部であることを特徴とする成膜装置。 A film-forming container that forms a film-forming space; and a plasma generation source connected to an inlet provided in the film-forming container;
The plasma generation source is sequentially disposed between a plasma generation chamber, a cathode disposed in the plasma generation chamber, an anode disposed in the film formation container, and the cathode and the film formation space. First and second intermediate electrodes,
The second intermediate electrode is connected to a potential control unit for lowering the potential of the second intermediate electrode from the potential generated at the position of the second intermediate electrode due to a voltage drop from the anode to the cathode .
Each of the first intermediate electrode and the second intermediate electrode has an opening at a position where a plasma axis drawn from the cathode to the anode passes, and the diameter of the opening of the second intermediate electrode is the first intermediate electrode. Larger than the diameter of the opening of the electrode,
At least one of the first intermediate electrode and the second intermediate electrode is divided into two or more members, and an inner wall surface of the opening is constituted by the two or more members, and at least one of the two or more members. One is a non-electrode portion that is electrically non-conductive with other members . 請求項１に記載の成膜装置において、前記第２中間電極の開口部の形状は、円形、平板状または矩形であり、開口部のプラズマと接する面とプラズマ軸との距離が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴とする成膜装置。 2. The film forming apparatus according to claim 1 , wherein the opening of the second intermediate electrode has a circular shape, a flat plate shape, or a rectangular shape, and a distance between a surface of the opening that is in contact with plasma and a plasma axis is 25 mm or more and 150 mm or less. A film forming apparatus characterized by the above. 請求項１または２に記載の成膜装置において、前記導入口から前記陽極へ向かって複数の成膜手段が並べて配置されていることを特徴とする成膜装置。 3. The film forming apparatus according to claim 1 , wherein a plurality of film forming means are arranged side by side from the introduction port toward the anode.