WO2006013968A1 - 薄膜形成装置 - Google Patents

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WO2006013968A1
WO2006013968A1 PCT/JP2005/014413 JP2005014413W WO2006013968A1 WO 2006013968 A1 WO2006013968 A1 WO 2006013968A1 JP 2005014413 W JP2005014413 W JP 2005014413W WO 2006013968 A1 WO2006013968 A1 WO 2006013968A1
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WO
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vacuum chamber
plasma
antenna
thin film
substrate
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PCT/JP2005/014413
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Yizhou Song
Tetsuji Arai
Koki Chiba
Takeshi Sakurai
Yousong Jiang
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Shincron Co., Ltd.
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Publication date
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    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases

Definitions

  • the present invention relates to a thin film forming apparatus for manufacturing a thin film used for an optical thin film, an optical device, an optoelectronic device, a semiconductor device, and the like, and more particularly to a thin film forming apparatus provided with a plasma generating means.
  • plasma processing such as formation of a thin film on a substrate, surface modification of the formed thin film, etching and the like has been performed using a reactive gas that has been converted into plasma in a vacuum chamber.
  • a technology that forms a thin film made of a metal compound by forming a thin film with incomplete reaction force of a metal on a substrate using sputtering technology, and bringing a reactive gas into plasma into contact with the thin film made of this incomplete reactant is known (for example, Patent Document 1).
  • plasma generating means is used to turn reactive gas into plasma in a vacuum chamber of a thin film forming apparatus.
  • the gas converted into plasma by the plasma generating means contains active species such as ions, electrons, and radicals.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a configuration of a conventional grid.
  • a grid 101 shown in FIG. 9A has a structure in which a large number of holes 103 having a diameter of about 0.1 to 3. Omm are provided on a flat plate made of metal or an insulator.
  • the grid 111 shown in FIG. 9 (B) has a configuration in which a plurality of slits 113 having a width of about 0.1 to 1. Omm are provided on a flat plate made of metal or an insulator.
  • electrically neutral radicals, atoms, molecules, etc. in the plasma of the reactive gas are selectively or preferentially guided to the reaction process zone 60 and charged.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-234338 (Pages 6-9, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 6, FIG. 7)
  • the ratio (opening ratio) of the holes 103 and the slits 113 to the area of the flat plate member (including the areas of the holes 103 and the slits 113) is small (for example, Therefore, the majority of ions disappeared in the grids 101 and 111, and the reactive gas ions could hardly contribute to the reaction of the thin film.
  • an object of the present invention is to form a film by bringing a certain proportion of ions in the plasma into contact with the thin film while increasing the relative density of radicals in the reactive gas plasma.
  • An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus capable of forming the film.
  • the thin film forming apparatus is provided with a vacuum chamber having an opening, and generates plasma in the vacuum chamber provided at a position corresponding to the opening of the vacuum chamber.
  • the area where the ion annihilation means shields the substrate holding means from the plasma generation means when facing the substrate holder is from the plasma generation means to the substrate. It is characterized by being configured narrower than the remaining area facing the holder.
  • the area where the ion annihilation means shields the substrate holding means from the plasma generation means is configured to be narrower than the remaining area facing the substrate holder as well as the plasma generation means. It is possible to suppress the amount of ions that are eliminated by the means. Therefore, the ions that are not extinguished by the ion extinguishing means can move from the plasma generating means to the substrate holding means. As a result, the ions can be brought into contact with the thin film formed on the substrate to contribute to the formation of the film.
  • the ion annihilation means is made of a conductor and is provided in the vacuum chamber in a grounded state.
  • the ion annihilation means is formed of a hollow member.
  • the cooling medium can be passed through the ion annihilation means formed of the hollow member, and the temperature rise of the ion annihilation means can be suppressed.
  • the ion annihilation means is made of an insulator.
  • the substrate holding means is provided in the vacuum chamber in a state of being insulated from the vacuum chamber and being floating in potential.
  • the substrate holding means is configured to float in potential in this way, ions generated by the plasma generating means are not accelerated toward the substrate holding means depending on the potential state of the substrate holding means. Accordingly, it is possible to suppress ions generated by the plasma generating means from flying toward the substrate holding means in a state of high engineering energy.
  • the plasma generating means is configured to include an antenna that is connected to a high-frequency power source and forms a vortex on the same plane, and power of 2 kW to 4 kW is supplied to the antenna by the high-frequency power source. It is preferable.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a top surface with a partial cross section for explaining a thin film forming apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view with a partial cross section for explaining the thin film forming apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a main part explanatory view for explaining plasma generating means and ion extinguishing means of the present invention.
  • FIG. 4 is a main part explanatory view for explaining the plasma generating means of the present invention.
  • FIG. 5 is a main part explanatory view for explaining ion annihilation means.
  • FIG. 6 Shows the relationship between the power supplied to the antenna and the optical constant of the TiO thin film.
  • FIG. 7 is a main part explanatory view for explaining another embodiment of the plasma generating means.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of relevant parts for explaining another embodiment of the plasma generating means.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the configuration of a conventional grid (ion annihilation means).
  • FIG. Fig. 1 is an explanatory view of the upper surface of the sputtering apparatus 1 with a partial cross section for easy understanding
  • Fig. 2 is an explanatory view of a side surface with a partial cross section along the line A-B-C in Fig. 1.
  • FIG. 3 is a main part explanatory view for explaining the plasma generating means and the ion extinguishing means of the present invention.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line D-D in FIG.
  • the sputtering apparatus 1 is an example of a thin film forming apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory view of the main part for explaining the ion annihilation means.
  • a sputtering apparatus 1 that performs magnetron sputtering, which is an example of sputtering, is used.
  • the sputtering apparatus 1 is not limited to this, and other known sputtering such as bipolar sputtering that does not use magnetron discharge is used. It is also possible to use a sputtering apparatus to be used.
  • a thin film that is considerably thinner than the target film thickness is formed on the substrate by sputtering, and the thin film having the target film thickness is formed by repeating the plasma treatment on the formed thin film. Can be formed on top.
  • the target thin film with a thickness of several nm to several hundred nm is formed by repeating the process of forming a thin film with an average thickness of 0.01 to 1.5 nm by sputtering and plasma treatment.
  • the sputtering apparatus 1 of the present embodiment includes a vacuum chamber 11, a substrate holder 13 for holding a substrate on which a thin film is to be formed in the vacuum chamber 11, a motor 17 for driving the substrate holder 13, a magnetron Sputter electrodes 21a, 21b and plasma generating means 80 for generating plasma are provided.
  • the substrate corresponds to the substrate of the present invention.
  • a force lens using a plate-like substrate may be used as the base.
  • the vacuum chamber 11 is made of stainless steel, which is usually used in a known sputtering apparatus, and is grounded.
  • the vacuum vessel 11 is a hollow body having a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the shape of the vacuum chamber 11 may be a hollow cylindrical shape.
  • the substrate holder 13 is disposed at the approximate center in the vacuum chamber 11.
  • the shape of the substrate holder 13 is cylindrical, and a plurality of substrates (not shown) are held on the outer peripheral surface thereof.
  • the substrate holder 13 corresponds to the substrate holding means of the present invention.
  • the substrate holding means may be a hollow polygonal column shape or a conical shape as opposed to a cylindrical shape as in this embodiment.
  • the substrate holder 13 is supported by a rotational drive shaft 17a pivotally supported by the vacuum chamber 13 and supported rotatably from above by a rotational support shaft 17b pivotally supported by the vacuum chamber 13.
  • the rotational driving force from the motor 17 is transmitted to the substrate holder 13 via the rotational driving shaft 17a, and the substrate holder 13 rotates around the central axis Z while maintaining the vacuum state in the vacuum chamber 11. It is driven by rolling.
  • the substrate holder 13 is disposed in the vacuum chamber 11 such that the central axis Z (see FIG. 2) in the cylindrical direction of the cylinder is in the vertical direction of the vacuum chamber 11.
  • the contact portions between the rotation drive shaft 17a and the substrate holder 13 and the rotation support shaft 17b and the substrate holder 13 are covered with insulating members 18a and 18b having an insulating force such as fluorine resin (Teflon (registered trademark)). It is.
  • the substrate holder 13 is electrically insulated from the vacuum chamber 11 and is in a floating state.
  • the substrate holder 13 is configured to be in a floating state, whereby abnormal discharge in the substrate can be prevented.
  • a large number of substrate (not shown) forces are held on the outer peripheral surface of the substrate holder 13 in a state of being aligned while maintaining a predetermined interval in the direction (vertical direction) along the central axis Z of the substrate holder 13.
  • the substrate is held by the substrate holder 13 so that the surface on which the thin film of the substrate is formed (hereinafter referred to as “film formation surface”) is oriented in a direction perpendicular to the central axis Z of the substrate holder 13. .
  • the partition walls 12 and 16 are members that stand up toward the substrate holder 13 also with the side wall surface force of the vacuum chamber 11, and are fixed to the vacuum chamber 11 by welding or bolts.
  • the partition walls 12 and 16 in this embodiment are the same stainless steel members as the vacuum chamber 11.
  • the partition walls 12 and 16 are provided so as to surround the four sides so that the side wall surface force of the vacuum chamber 11 also faces the substrate holder 13.
  • a film forming process zone 20 for performing sputtering is formed by being surrounded by the inner wall surface of the vacuum chamber 11, the partition wall 12, and the outer peripheral surface of the substrate holder 13.
  • plasma processing is performed on the thin film on the substrate by generating plasma and being surrounded by the inner wall surface of the vacuum chamber 11, the plasma generating means 80, the partition wall 16, and the outer peripheral surface of the substrate holder 13 described later.
  • the reaction process zone 60 is formed.
  • the partition wall 16 is fixed at a position rotated about 90 degrees around the central axis Z of the substrate holder 13 from the position where the partition wall 12 of the vacuum chamber 11 is fixed. Yes. For this reason, the film formation process zone 20 and the reaction process zone 60 are formed at positions shifted by about 90 degrees with respect to the central axis Z of the substrate holder 13. Therefore, when the substrate holder 13 is rotationally driven by the motor 17, the position between the position facing the substrate force deposition process zone 20 held on the outer peripheral surface of the substrate holder 13 and the position facing the reaction process zone 60. It will be transported. An exhaust pipe 15a is connected between the film forming process zone 20 and the reaction process zone 60 in the vacuum chamber 11, and a vacuum pump 15 for exhausting the inside of the vacuum chamber 11 is connected to this pipe. Has been.
  • a wall of the partition wall 16 facing the reaction process zone 60 is covered with a protective layer P that also has an insulator strength. Furthermore, the part facing the reaction process zone 60 on the inner wall surface of the vacuum chamber 11 In addition, a protective layer P made of an insulator is coated. Examples of the insulator constituting the protective layer P include pyrolytic boron nitride (PBN), aluminum oxide (Al 2 O 3), silicon oxide (SiO 2), and boron nitride (BN). Can be used. protection
  • the layer P is coated on the partition wall 16 and the inner wall surface of the vacuum chamber 11 by a chemical vapor deposition method, a vapor deposition method, a thermal spraying method, or the like.
  • a chemical vapor deposition method a vapor deposition method, a thermal spraying method, or the like.
  • the partition wall 16 and the inner wall surface of the vacuum vessel 11 may be coated by a thermal decomposition method using chemical vapor deposition.
  • Mass flow controllers 25 and 26 are connected to the film forming process zone 20 via pipes.
  • the mass flow controller 25 is connected to a sputter gas cylinder 27 that stores an inert gas.
  • the mass flow controller 26 is connected to a reactive gas cylinder 28 that stores the reactive gas.
  • the inert gas and the reactive gas are controlled by the mass flow controllers 25 and 26 and introduced into the film forming process zone 20.
  • the inert gas introduced into the film forming process zone 20 for example, argon gas, helium gas, neon gas, tarpton gas, or xenon gas can be used.
  • the reactive gas introduced into the film forming process zone 20 for example, oxygen gas, nitrogen gas, fluorine gas, ozone gas or the like can be used.
  • magnetron sputtering electrodes 21 a and 21 b are arranged on the wall surface of the vacuum chamber 11 so as to face the outer peripheral surface of the substrate holder 13.
  • the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b are fixed to the vacuum chamber 11 at the ground potential via an insulating member (not shown).
  • the magnetron sputter electrodes 21a and 21b are connected to a medium frequency AC power source 23 via a transformer 24 and configured to be able to apply an alternating electric field.
  • the medium frequency AC power source 23 of the present embodiment applies an alternating electric field of lk to 100 kHz.
  • Magnetron sputtering electrodes 21a and 21b hold targets 29a and 29b.
  • the shapes of the targets 29a and 29b are flat, and the surfaces of the targets 29a and 29b facing the outer peripheral surface of the substrate holder 13 are held so as to face the direction perpendicular to the central axis Z of the substrate holder 13.
  • An opening 11 a for installing the plasma generating means 80 is formed on the wall surface corresponding to the reaction process zone 60 of the vacuum chamber 11.
  • an inert gas in an inert gas cylinder 77 is introduced into the reaction process zone 60 via a mass flow controller 75.
  • piping for introducing the reactive gas in the reactive gas cylinder 78 via the mass flow controller 76 are connected.
  • the inert gas introduced into the reaction process zone 60 for example, argon gas, helium gas, neon gas, krypton gas, or xenon gas can be used.
  • oxygen gas, nitrogen gas, fluorine gas, ozone gas or the like can be used as the reactive gas introduced into the reaction process zone 60.
  • the plasma generation means 80 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the plasma generating means 80 faces the reaction process zone 60 and is provided at a position corresponding to the opening 11a.
  • the plasma generating means 80 of the present embodiment includes a case body 81 as a lid, a dielectric plate 83 as a dielectric wall, a fixing frame 84, antennas 85a and 85b, a fixing tool 88, and a decompression means.
  • the pipe 15a and the vacuum pump 15 are provided.
  • the case body 81 has a shape for closing the opening 11a formed on the wall surface of the vacuum chamber 11, and is fixed so as to close the opening 1la of the vacuum chamber 11 with a bolt (not shown). By fixing the case body 81 to the wall surface of the vacuum chamber 11, the plasma generating means 80 is connected to the vacuum chamber 11.
  • the case body 81 is made of stainless steel.
  • the dielectric plate 83 is formed of a plate-like dielectric. In the present embodiment, the dielectric plate 83 is made of quartz. The dielectric plate 83 is not made of quartz but is made of a ceramic material such as AlO.
  • the fixing frame 84 is used to fix the dielectric plate 83 to the case body 81, and is a frame body having a square shape.
  • the dielectric plate 83 is sandwiched between the fixing frame 84 and the case body 81, thereby fixing the dielectric plate 83 to the case body 81.
  • the antenna housing chamber 80A is formed by the case body 81 and the dielectric plate 83. That is, in the present embodiment, the antenna housing chamber 80A is formed surrounded by the case body 81 and the dielectric plate 83.
  • the dielectric plate 83 fixed to the case body 81 is provided facing the inside of the vacuum chamber 11 (reaction process zone 60) through the opening 11a.
  • the antenna accommodating chamber 80A is separated from the inside of the vacuum tank 11. That is, the antenna accommodating chamber 80A and the inside of the vacuum chamber 11 form an independent space in a state of being partitioned by the dielectric plate 83.
  • antenna The storage chamber 80A and the outside of the vacuum chamber 11 form an independent space partitioned by a case body 81.
  • the antennas 85a and 85b are installed in the antenna accommodating chamber 80A formed as an independent space in this way.
  • the antenna housing chamber 80A and the reaction chamber 60 inside the vacuum chamber 11 and the antenna housing chamber 80A and the outside of the vacuum chamber 11 are kept airtight by an O-ring.
  • an exhaust pipe 15a is connected to the antenna accommodating chamber 80A in order to evacuate the inside of the antenna accommodating chamber 80A to make a vacuum state.
  • a vacuum pump 15 is connected to the pipe 15a.
  • the pipe 15a communicates with the inside of the vacuum chamber 11.
  • valves VI and V2 are provided at positions where the vacuum pump 15 communicates with the inside of the vacuum chamber 11.
  • the pipe 15a is provided with valves VI and V3 at positions where the vacuum pump 15 communicates with the interior of the antenna housing chamber 80A. By closing either the valve V2 or V3, gas movement between the antenna accommodating chamber 80A and the vacuum chamber 11 is prevented.
  • the pressure inside the vacuum chamber 11 and the pressure inside the antenna accommodating chamber 80A are measured by a vacuum gauge (not shown).
  • the sputtering apparatus 1 is provided with a control device (not shown).
  • the output of the vacuum gauge is input to this control device.
  • the control device has a function of adjusting the degree of vacuum inside the vacuum chamber 11 and inside the antenna accommodating chamber 80A by controlling the exhaust by the vacuum pump 15 based on the input measurement value of the vacuum gauge.
  • the control device controls the opening and closing of the valves V1, V2, and V3, so that the inside of the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna housing chamber 80A can be exhausted simultaneously or independently.
  • the antenna 85a and the antenna 85b are for receiving electric power from the high frequency power supply 89, generating an induction electric field in the vacuum chamber 11 (reaction process zone 60), and generating plasma.
  • the antennas 85a and 85b according to the present embodiment include a tubular main body portion made of copper and a covering layer made of silver covering the surface of the main body portion.
  • the antenna 85a and the antenna 85b have a shape that forms a vortex on a plane.
  • the antenna 85a and the antenna 85b are arranged in the antenna housing chamber 80A formed between the case body 81 and the dielectric plate 83 with the vortex surface facing the reaction process zone 60. It is installed next to.
  • the antenna 85a and the antenna 85b are perpendicular to the central axis of the antenna 85a and the antenna 85b, with the vortex surfaces of the antenna 85a and the antenna 85b facing the wall surface of the plate-like dielectric plate 83. It is installed next to each other vertically (in the direction parallel to the central axis Z).
  • the antenna 65a and the antenna 65a are maintained at a predetermined distance D in a direction perpendicular to the perpendicular to the vortex plane (dielectric wall 63) of the antenna 65a and the antenna 65b.
  • Antenna 65b is fixed. Therefore, when the motor 17 is operated and the substrate holder 13 is rotated around the central axis Z, the substrate held on the outer periphery of the substrate holder faces the surface on which the film formation surface of the substrate forms the vortex of the antennas 85a and 85b. In this way, it is conveyed laterally with respect to the antennas 85a and 85b arranged vertically.
  • the antenna 85 a and the antenna 85 b are connected in parallel to the high frequency power supply 89.
  • the antennas 85a and 85b are connected to a high frequency power supply 89 via a matching box 87 that accommodates a matching circuit.
  • a matching box 87 that accommodates a matching circuit.
  • variable capacitors 87a and 87b are provided in the matching box 87.
  • the antenna 85b since the antenna 85b is connected in parallel to the antenna 85a, the antenna 85b plays all or part of the role played by the matching coil in the conventional matching circuit. Therefore, the power loss in the matching box can be reduced, and the power supplied from the high frequency power supply 89 can be effectively used for generating plasma by the antennas 85a and 85b. In addition, impedance matching is easy.
  • the spiral antennas 85a and 85b are connected to the matching box 87 via the conductor portions 86a and 86b.
  • the conductor portions 86a and 86b are made of the same material as the antennas 85a and 85b.
  • the case body 81 is formed with a through hole 81a through which the conducting wire portions 86a and 86b are passed.
  • Ann The antennas 85a and 85b inside the tena chamber 80A, the mating box 87 and the high-frequency power supply 89 outside the antenna chamber 80A are connected via a conducting wire portion 86a passed through the through hole 81a.
  • a seal member 81b is provided between the conductor portions 86a and 86b and the through hole 81a, and airtightness is maintained inside and outside the antenna accommodating chamber 80A.
  • the distance D between the antenna 85a and the antenna 85b can be adjusted by giving a margin to the lengths of the conductor portions 86a and 86b.
  • the vertical distance D between the antenna 85a and the antenna 85b can be adjusted.
  • the fixture 88 is for installing the antennas 85a and 85b in the antenna accommodating chamber 80A.
  • the fixture 88 of the present embodiment is composed of fixing plates 88a and 88b and fixing bolts 88c and 88d.
  • the antennas 85a and 85b are fitted onto the fixing plates 88a and 88b.
  • the antenna 85a, 85b force S is fixed to the case body 81 with fixed fittings 88a, 88bi and fixed Bonoles 88c, 88d.
  • a plurality of bolt holes are formed in the case body 81 in the vertical direction, and the fixing plates 88 a and 88 b are attached to the case body 81 using any one of the bolt holes.
  • the vertical distance D between the antenna 85a and the antenna 85b is adjusted according to the position of the bolt hole used.
  • at least the contact surfaces of the antennas 85a and 85b and the fixing plates 88a and 88b are formed of an insulating material.
  • the antennas 85 a and 85 b are fixed to the case body 81 using the fixing tool 88.
  • a fixture 88 that matches the vertical distance D between the antenna 85a and the antenna 85b, the diameter Ra of the antenna 85a, and the diameter Rb of the antenna 85b is used.
  • the dielectric plate 83 is fixed to the case body 81 using the fixing frame 84.
  • the antennas 85a and 85b are sandwiched between the dielectric plate 83 and the fixed plates 88a and 88b.
  • the case body 81, the dielectric plate 83, the antennas 85a and 85b, and the fixture 88 are integrated.
  • the case body 81 is fixed to the vacuum chamber 11 with bolts (not shown) so as to close the opening 11 a of the vacuum chamber 11.
  • the plasma generating means 80 is assembled in the vacuum chamber 11, and the antenna accommodating chamber 80A and the reaction process are combined.
  • the recess zone 60 (inside the vacuum chamber 11) and the outside of the vacuum chamber 11 are formed as independent spaces, and the antennas 85a and 85b are installed in the antenna accommodating chamber 80A.
  • the case body 81, the dielectric plate 83, the antennas 85a and 85b, and the fixture 88 are integrated, and the case body 81 and the vacuum chamber 11 are fixed with bolts to generate plasma. Since the means 80 can be connected to the vacuum chamber 11, the plasma generating means 80 can be easily attached to and detached from the vacuum chamber 11.
  • the grid 90 shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 5 is provided between the plasma generating means 80 and the substrate holder 13.
  • the grid 90 corresponds to the ion annihilation means of the present invention, and is for annihilating a part of ions and a part of electrons generated by the plasma generating means 80.
  • FIG. 5 is a front view of the grid 90 as viewed through the opening 11a when the substrate holder 13 is faced from the plasma generating means 80.
  • FIG. 5 is a front view of the grid 90 as viewed through the opening 11a when the substrate holder 13 is faced from the plasma generating means 80.
  • the grid 90 is a hollow member made of a conductor and is grounded.
  • a hose (not shown) for supplying a cooling medium is connected to the end of the grid in order to flow a cooling medium (for example, cooling water) inside the grid 90 that also serves as a hollow member.
  • the grid 90 of the present embodiment is composed of a vertical grid 90a and a horizontal grid 90b.
  • the vertical grid 90a hollow members are arranged so that a plurality of lines in a direction (longitudinal direction) parallel to the central axis Z are arranged.
  • the horizontal grid 90b hollow members are arranged so that a plurality of stripes in a direction (lateral direction) parallel to the rotation direction of the substrate holder 13 are arranged. Copper, copper alloy, aluminum, stainless steel, etc. are used as the conductor constituting the grid 90.
  • the copper pipe is bent in a mesh shape to form the vertical grid 90a and the horizontal grid 90b.
  • the vertical grid 90a and the horizontal grid 90b are fixed to the vacuum vessel 11.
  • the horizontal grid 90b is fixed to the vacuum vessel 11 by sandwiching the horizontal grid 90b between the fixing plate 91 fixed to the vacuum vessel 11 with a bolt and the vacuum vessel 11.
  • the vertical grid 90a is fixed by being fixed to the horizontal grid 90b by welding or an adhesive.
  • the vertical grid 90a may be fixed by the fixing plate 91.
  • the substrate generator When the grid 90 faces the substrate holder 13 with respect to the plasma generating means 80 when the grid 90 is faced, the vertical grid 90a, A horizontal grid 90b is arranged. That is, in this embodiment, when the substrate holder 13 is faced from the plasma generating means 80, the area where the opening 11a is blocked by the grid 90 is made narrower than the remaining area of the opening 11a, so that the vertical grid 90a, Grid 90 b is arranged.
  • the vacuum pump 15 is operated to depressurize the inside of the vacuum chamber 11 and the antenna housing chamber 80A.
  • the control device opens all valves VI, V2, and V3 provided in the pipe 15a, and exhausts the inside of the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna housing chamber 80A at the same time. Vacuum inside containment chamber 80A.
  • the control device monitors the measurement value of the vacuum gauge so that the pressure difference between the inside of the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna accommodating chamber 80A does not increase (for example, a pressure difference of 10 4 Pa or more does not occur ) Control the opening and closing of valves VI, V2 and V3 as appropriate.
  • the control device inside 10 _2 Pa to the vacuum chamber 11 Close over ⁇ valve V2 upon reaching the LOPA.
  • the antenna accommodating chamber 80A is further depressurized to 10_3 Pa or lower.
  • the reactive gas in the reactive gas cylinder 78 is introduced into the reaction process zone 60 via the mass flow controller 76 while the inside of the vacuum chamber 11 holds 10 _2 Pa ⁇ : LOPa.
  • a voltage of 13.56 MHz is applied from the high-frequency power source 89 to the antennas 85a and 85b to the reaction process zone 60.
  • a reactive gas plasma is generated.
  • plasma having a distribution according to the vertical distance D between the antenna 85a and the antenna 85b, the diameter Ra of the antenna 85a, the diameter Rb of the antenna 85b, etc. is generated.
  • the thin film formed on the substrate placed on the substrate holder 13 is subjected to plasma treatment by the active species such as ions, electrons, radicals, etc. in the plasma of the reactive gas thus generated.
  • the active species such as ions, electrons, radicals, etc. in plasma
  • Charges of a part of ON and a part of electrons are neutralized by a grid 90 provided between the plasma generating means 80 and the substrate holder 13.
  • the area where the grid 90 shields the substrate holder 13 from the plasma generating means 80 when facing the base holder 13 from the plasma generating means 80 faces the base holder 13 from the plasma generating means 80.
  • the vertical grid 90a and the horizontal grid 90b are arranged so as to be narrower than the remaining area. By arranging the vertical grid 90a and the horizontal grid 90b in this way, the amount of reactive gas ions generated by the plasma generating means 80 is electrically neutralized by the grid 90 and disappears.
  • the reactive gas that is electrically neutralized by the grid 90 is narrowed by making the area where the grid 90 closes the opening 11a smaller than the remaining area of the opening 11a as in this embodiment. Reduce the amount of ions so that the amount of ions in contact with the film is not too low.
  • the interior of the vacuum chamber 11 that forms the space for forming or processing the thin film is maintained at a pressure at which plasma is generated, and a space independent from the interior of the vacuum chamber 11 is formed.
  • the inside of the antenna accommodating chamber 80A to be formed is held at a pressure that is less likely to generate plasma than the inside of the vacuum chamber 11, and plasma is generated in the vacuum chamber 11. For this reason, it is possible to efficiently generate plasma inside the vacuum chamber 11 while suppressing generation of plasma in the antenna accommodating chamber 80A.
  • the antenna accommodating chamber 80A and the inside of the vacuum chamber 11 are independent spaces in a state of being partitioned by the dielectric plate 83, and the antenna 85 5a is provided inside the antenna accommodating chamber 80A. 85b, and plasma is generated inside the vacuum chamber 11 with the antenna accommodating chamber 80A decompressed. For this reason, it is possible to suppress the oxidation of the antennas 85a and 85b as compared with the conventional case in which plasma is generated with the antennas 85a and 85b installed in the atmosphere. Therefore, the lifetime of the antennas 85a and 85b can be increased. In addition, it is possible to suppress the plasma from becoming unstable due to the acid of the antennas 85a and 85b.
  • the pressure inside the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna accommodating chamber 80A reduce the pressure so that a large pressure difference does not occur between the inside of the vacuum chamber 11 and the antenna housing chamber 80A, and maintain the inside of the vacuum chamber 11 at a vacuum of about 10 _2 Pa to: LOPa.
  • the antenna accommodating chamber 80A is maintained at 10 _3 Pa or less to generate plasma inside the vacuum chamber 11.
  • the antenna housing chamber 80A and the inside of the vacuum chamber 11 are partitioned by a dielectric plate 83, and the antenna housing chamber 80A and the outside of the vacuum chamber 11 are partitioned by a case body 81.
  • the antenna accommodating chamber 80A and the vacuum chamber 11 are separated. Since the pressure difference inside can be kept small, the thickness of the dielectric plate 83 can be designed to be thin, enabling plasma to be generated efficiently and using the inexpensive dielectric plate 83. Thus, low cost can be achieved.
  • the distribution of plasma with respect to the substrate placed on the substrate holder 13 can be adjusted by adjusting the vertical distance D between the antenna 85a and the antenna 85b.
  • the diameter Ra of the antenna 85a, the diameter Rb of the antenna 85b, or the thickness of the antennas 85a and 85b can be changed independently, the diameter Ra of the antenna 85a, the diameter Rb of the antenna 85b,
  • the distribution of plasma can also be adjusted by adjusting the thickness.
  • the overall shape of the antenna 85a and the antenna 85b is changed to a shape such as a rectangle. It is also possible to adjust the plasma distribution by changing.
  • the antenna 85a and the antenna 85b can be arranged in the vertical direction intersecting the transport direction of the substrate transported in the horizontal direction and the distance between the antennas 85a and 85b can be adjusted, it intersects with the transport direction of the substrate.
  • the plasma density distribution can be easily adjusted when it is necessary to perform plasma processing in a wide range in the direction of
  • a thin film positioned above the substrate holder, depending on the substrate arrangement in the substrate holder 13, sputtering conditions, and the like, There may be differences in the thickness of the thin film located in the middle. Even in such a case, if the plasma generating means 80 of the present embodiment is used, there is an advantage that the plasma density distribution can be appropriately adjusted according to the difference in film thickness.
  • the reaction wall 60 faces the reaction process zone 60.
  • the surface of the inner wall of the vacuum chamber 11 or the portion of the inner wall of the vacuum chamber 11 facing the reaction process zone 60 is covered with an insulator, so that the relative density of the radicals in the reaction process zone 60 can be maintained high, and more radicals can be
  • the substrate is brought into contact with the thin film on the substrate to improve the efficiency of the plasma treatment. That is, by covering the inner wall of the partition wall 16 and the vacuum chamber 11 with chemically stable pyrolytic boron nitride, radicals generated in the reaction process zone 60 by the plasma generating means 80 or excited radicals are partitioned. The reaction with the wall 16 and the inner wall of the vacuum chamber 11 is suppressed from disappearing. Further, the radicals generated in the reaction process zone 60 by the partition wall 16 can be controlled so as to be directed toward the substrate holder.
  • the area where the grid 90 closes the opening 11a is made smaller than the remaining area of the opening 11a.
  • the amount of reactive gas ions electrically neutralized by the grid 90 can be suppressed, and the amount of ions contacting the thin film can be adjusted.
  • plasma processing is performed on a thin film of incomplete titanium oxide (TiO (xl ⁇ 2)) formed by sputtering on a substrate.
  • incomplete titanium oxide is incomplete oxygen-titanium TiO (x ⁇ 2) deficient in oxygen, which is a constituent element of oxy-titanium ⁇ iO.
  • the substrate and the targets 29a and 29b are arranged in the sputtering apparatus 1.
  • the substrate is held by the substrate holder 13.
  • the targets 29a and 29b are held by the magnetron sputter electrodes 21a and 21b, respectively.
  • Titanium (Ti) is used as a material for the targets 29a and 29b.
  • the inside of the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna accommodating chamber 80A are reduced to the above-mentioned predetermined pressure, the motor 17 is operated, and the substrate holder 13 is rotated. Thereafter, after the pressure inside the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna accommodating chamber 80A is stabilized, the pressure in the film forming process zone 20 is adjusted to 0.1 lPa ⁇ : L3Pa.
  • argon gas which is an inert gas for sputtering
  • oxygen gas which is a reactive gas
  • an AC voltage of frequency 1 to: LOOKHz is applied to the magnetron sputter electrodes 21a and 21b from the medium frequency AC power source 23 through the transformer 24 so that an alternating electric field is applied to the targets 29a and 29b.
  • the target 29a becomes a force sword (minus pole)
  • the target 29b always becomes an anode (plus pole). If the direction of alternating current changes at the next point in time, target 29b will now be a force sword (minus pole) and target 29a will be an anode (plus pole).
  • the pair of targets 29a and 29b alternately become an anode and a force sword, so that plasma is formed and sputtering is performed on the target on the force sword.
  • non-conductive or low-conductivity titanium oxide may adhere to the anode.
  • these titanium oxides (TiO (x ⁇ 2)) are sputtered, and the target surface is in its original clean state.
  • a stable anode potential state is always obtained, and a change in the plasma potential (usually approximately equal to the anode potential) is prevented.
  • a stable thin film of titanium or incomplete titanium oxide (TiO (xl ⁇ 2)) is formed on the film forming surface of the substrate.
  • composition of the thin film formed in the film formation process zone 20 can be adjusted by adjusting the flow rate of the oxygen gas introduced into the film formation process zone 20 or by controlling the rotation speed of the substrate holder 13.
  • Ti titanium
  • TiO acid titanium
  • TiO incomplete acid titanium
  • the substrate is transported to the position facing the reaction process zone 60.
  • oxygen gas is introduced as a reactive gas from a reactive gas cylinder 78 and an inert gas (for example, argon gas) is introduced from an inert gas cylinder 77.
  • an inert gas for example, argon gas
  • the reactive gas level in the plasma is reduced.
  • the density of the dical can be improved.
  • a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the antennas 85 a and 85 b, and plasma is generated in the reaction process zone 60 by the plasma generation means 80.
  • the pressure of the reaction process zone 60 is maintained between 0.7 Pa and lPa. Further, at least during the generation of plasma in the reaction process zone 60, the pressure inside the antenna accommodating chamber 80A is maintained at 10 _3 Pa or less.
  • the substrate holder 13 rotates and titanium or incompletely oxidized titanium (TiO (xl ⁇ 2) xl
  • reaction process zone 60 Is transferred to the position facing the reaction process zone 60, the reaction process zone 60 will receive titanium or incompletely oxidized titanium (TiO (xl xl
  • a step of subjecting the thin film made of) to an acid reaction by plasma treatment is performed. That is, the plasma of oxygen gas generated in the reaction process zone 60 by the plasma generating means 80 is used to oxidize titanium or incompletely oxidized titanium (TiO (xl ⁇ 2)) to obtain an xl having a desired composition.
  • TiO xl x 2 x 2
  • TiO titanium oxide
  • a titanium oxide (TiO (x ⁇ 2)) thin film having a desired composition can be formed. Furthermore, by repeating the above steps, a thin film having a desired film thickness can be formed by laminating thin films.
  • the reaction process zone 60 it is considered that two effects appear due to the plasma of the reactive gas.
  • the first effect is that a reactive gas plasma causes an oxidation reaction to the thin film, and the thin film made of metal or incomplete oxide formed by sputtering becomes a complete oxide or near incomplete acid. The effect is that it is converted into a product.
  • the second effect is that high-energy ions or electrons in the plasma of the reactive gas collide with a thin film made of metal or incomplete oxide formed by sputtering, thereby deoxidizing the thin film.
  • the effect is that the composition of the thin film is adversely affected. It is considered that the composition of the thin film that has been plasma treated through the reaction process zone 60 is determined by the competition between these two effects.
  • Figure 6 shows the power supplied to the antennas 85a and 85b when the TiO thin film is formed, and the TiO thin film
  • FIG. 2 2 shows the relationship with the optical constants (refractive index n and attenuation coefficient k) of the film.
  • the horizontal axis in Fig. 6 shows the power supplied to the antennas 85a and 85b, and the vertical axis (left side) in Fig. 6 shows the refractive index n of the formed thin film.
  • the vertical axis (right side) of FIG. 6 shows the attenuation coefficient k of the formed thin film.
  • the attenuation coefficient k increases (for example, when power of 5 kW is supplied, the attenuation coefficient k is 1. OX 1CT against 3 exceeds) the, in case of supplying electric power in less than 2 kW 4 kW, the refractive index n is 2.47 to 2 in. 49, the attenuation coefficient k is 1. 0 X 10-3 or less Forming a TiO thin film
  • the power supply from the high-frequency power supply 89 to the antennas 85a and 85b is 2 kW or more. It is better to use 4kW or less. Furthermore, in order to reduce the attenuation coefficient k 1. to about 0 X 10- 4 includes an antenna 85a, with respect to 85b, the supply of electric power from the high frequency power source 89, may be performed by more than 2 kW 3. 5 kW or less.
  • the grid 90 is configured by a hollow member made of a conductor.
  • the grid 90 can also be configured by a rod-shaped member having an insulating force.
  • the grid 90 may be composed of the vertical grid 90a and the horizontal grid 90b as in the above embodiment.
  • the vertical grid 90a of the present embodiment is a rod-shaped material arranged such that a plurality of stripes in a direction (longitudinal direction) parallel to the central axis Z are arranged.
  • the horizontal grid 90b is a bar-shaped member arranged so that a plurality of stripes in a direction (lateral direction) parallel to the rotation direction of the substrate holder 13 are arranged.
  • the area where the grid 90 shields the substrate holder 13 from the plasma generation means 80 when the plasma generation means 80 force also faces the substrate holder 13.
  • the remaining portion of the base holder 13 facing the plasma generating means 80 The vertical grid 90a and the horizontal grid 90b are arranged narrower than the area. That is, when the base holder 13 is faced from the plasma generating means 80, the vertical grid 90a and the horizontal grid 90b are formed so that the area where the opening 11a is blocked by the grid 90 is narrower than the remaining area of the opening 11a. Is arranged.
  • the grid 90 having an insulating force, it is possible to cause some of the ions in the plasma generated by the plasma generating means 80 to collide with the grid 90 and be extinguished.
  • the area where the opening 11a is blocked by the grid 90 when facing the base holder 13 from the plasma generating means 80 is made smaller than the remaining area of the opening 11a.
  • Insulators constituting grid 90 include pyrolytic boron nitride (PBN), aluminum oxide (Al 2 O 3), silicon oxide (SiO 2), boron nitride (BN), aluminum nitride.
  • PBN pyrolytic boron nitride
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiO 2 silicon oxide
  • BN boron nitride
  • the rod-shaped member that also has an insulating force constituting the grid 90 does not necessarily need to be entirely made of an insulator.
  • a hollow conductor for example, stainless steel, copper, copper alloy, aluminum, etc.
  • PBN pyrolytic boron nitride
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiO 2 silicon oxide
  • BN Boron nitride
  • the grid 90 can also be configured by covering with an insulator such as aluminum (A1N).
  • the conductor coating with the insulator may be performed by chemical vapor deposition, vapor deposition, thermal spraying, or the like, similar to the method for coating the protective layer P described above.
  • a sputtering apparatus has been described as an example of a thin film forming apparatus, but the plasma generating means of the present invention can also be applied to other types of thin film forming apparatuses.
  • the thin film forming apparatus for example, an etching apparatus that performs etching using plasma, a CVD apparatus that performs CVD using plasma, or the like may be used.
  • the present invention can be applied to a surface treatment apparatus that performs plasma surface treatment using plasma.
  • the force using a so-called carousel type sputtering apparatus is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to other sputtering apparatuses in which a substrate is transported facing a region where plasma is generated.
  • the dielectric plate 83 is fixed to the case body 81 using the fixed frame 84.
  • the case body 81, the dielectric plate 83, the antennas 85a and 85b, and the fixture 88 are integrated, the case body 81 and the vacuum chamber 11 are fixed with bolts, so that the plasma generating means is the vacuum chamber 11 And connected.
  • the method of fixing the dielectric plate 83 and the method of connecting the plasma generating means are not limited to this.
  • FIG. 7 is a main part explanatory view for explaining another embodiment of the plasma generating means. In the embodiment shown in FIG.
  • a dielectric as a dielectric wall of the present invention is provided between the vacuum chamber 11 and the fixed frame 184.
  • the dielectric plate 183 is fixed to the vacuum chamber 11 by sandwiching the plate 183.
  • the case body 181 as a lid of the present invention is fixed to the vacuum chamber 11 with a bolt so as to cover the dielectric plate 183 fixed to the vacuum chamber 11, and the plasma generating means 180 is fixed to the vacuum chamber 11.
  • Antenna housing chamber 180A is formed by being surrounded by case body 181 and dielectric plate 183.
  • a pipe 15a is connected to the antenna accommodating chamber 180A, and a vacuum pump 15 is connected to the tip of the pipe 15a so that the inside of the antenna accommodating chamber 180A can be decompressed.
  • the antennas 85a and 85b are fixed to the case body 81 using the fixing tool 188 in the same manner as the antennas 85a and 85b are fixed to the case body 81 using the fixing tool 88. It is fixed to. If the case body 181 is removed from the vacuum chamber 11, the antennas 85a and 85b can be easily attached and detached, and the shapes of the antennas 85a and 85b can be easily changed.
  • the antennas 85a and 85b that form a vortex in the same plane with respect to the plate-like dielectric plate 83 as shown in FIGS. 1 to 4 are fixed as the plasma generating means.
  • the inductively coupled (flat plate) plasma generating means is used, the present invention is also applicable to a thin film forming apparatus provided with other types of plasma generating means.
  • an induction electric field is generated in a region surrounded by a cylindrical dielectric wall by applying high-frequency power to an antenna wound in a vortex around a cylindrical dielectric wall made of a dielectric.
  • the present invention can also be applied to an inductively coupled (cylindrical) plasma generating means for generating plasma by generating the plasma.
  • FIG. 8 is an explanatory view of relevant parts for explaining inductively coupled (cylindrical) plasma generating means.
  • a dielectric plate 283 is provided as the dielectric wall of the present invention.
  • the dielectric plate 283 has a cylindrical shape.
  • the dielectric plate 2 as the dielectric wall of the present invention is provided between the vacuum chamber 11 and the fixed frame 284.
  • 83, and the dielectric plate 283 is fixed to the vacuum chamber 11.
  • the case body 281 as the lid of the present invention is fixed to the vacuum chamber 11 with a bolt so as to cover the dielectric plate 283 fixed to the vacuum chamber 11, and the plasma generating means 280 is fixed to the vacuum chamber 11. It has been.
  • antenna housing chamber 280A is formed by being surrounded by case body 281 and dielectric plate 283.
  • a pipe 15a is connected to the antenna accommodating chamber 280A, and a vacuum pump 15 is connected to the tip of the pipe 15a so that the inside of the antenna accommodating chamber 280A can be decompressed.
  • the antenna 285 is wound around the outer periphery of a cylindrical dielectric plate.
  • the antenna 285 is fixed to the case body 281 using the fixing tool 288 in the same manner as the antennas 85 a and 85 b are fixed to the case body 81 using the fixing tool 88 in the above embodiment. If the case body 281 is removed from the vacuum tank 11, the antenna 285 can be easily attached and detached, or the shape of the antenna 285 can be easily changed.
  • the dielectric plate 283 is sandwiched between the case body 281 and the fixed frame 84 to fix the dielectric plate 283 to the case body 281, and the case body 281.
  • the dielectric plate 283, the antenna 285, and the fixture 288 may be integrated.
  • the plasma generating means 280 can be connected to the vacuum tank 11 by fixing the case body 281 and the vacuum tank 11 with bolts, so that the plasma generating means 280 can be attached to and detached from the vacuum tank 11. It becomes easy.
  • the pipe 15a is connected to both the inside of the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna accommodating chamber 80A, and the vacuum pump 15 connected to the pipe 15a
  • the inside and the antenna housing chamber 80A were exhausted.
  • independent piping is connected to the inside of the vacuum chamber 11 and the interior of the antenna housing chamber 80A, and the inside of the vacuum chamber 11 and the inside of the antenna housing chamber 80A are exhausted by an independent vacuum pump connected to each piping. You may do it.
  • the dielectric plate 83 is fitted to the fixing plates 88a and 88b, and the fixing plates 88a and 88b are fixed to the case body 81 with the fixing bolts 88c and 88d.
  • 85b can be installed in the antenna chamber 80A by adjusting the distance D and fixing the antennas 85a, 85b.
  • the wall surface of the partition wall 16 facing the reaction process zone 60 (H)
  • the protective layer P made of an insulator may be formed on other portions.
  • an insulator may be coated on the other part of the partition wall 16 other than the wall surface facing the reaction process zone 60 of the partition wall 16.
  • the insulator may be coated on the other part of the inner wall surface of the vacuum chamber 11, for example, the entire inner wall surface in addition to the portion of the inner wall surface of the vacuum chamber 11 facing the reaction process zone 60.
  • Partition wall 12 ⁇ Insulator may be covered.
  • the tubular main body portion of the antenna 85a is made of copper and the covering layer is made of silver.
  • the main body portion is made of a material that is inexpensive, easy to process, and has low electric resistance. Since the coating layer on which the current is concentrated needs only to be formed of a material having a lower electrical resistance than the main body, a combination of other materials may be used.
  • the main body may be formed of aluminum or aluminum copper alloy, or the coating layer may be formed of copper or gold.
  • the body and cover layer of antenna 85b can be similarly modified. Further, the antenna 85a and the antenna 85b may be formed of different materials.
  • oxygen is introduced into the reaction process zone 60 as a reactive gas, but in addition, an oxygen-containing gas such as ozone and dinitrogen monoxide (NO), nitrogen Nikko
  • Conductive gas carbonized gas such as methane, fluorine gas such as fluorine and carbon tetrafluoride (CF), etc.
  • the present invention can be applied to plasma processing other than the acid treatment.
  • titanium is used as the material of the targets 29a and 29b. 1S These oxides can be used without being limited thereto. Also, aluminum (A1), silicon (Si), zirconium (Zr), tin (Sn), chromium (Cr), tantalum (Ta), tellurium (Te), iron (Fe), magnesium (Mg) ), Hafnium (Hf), niobium (Nb), nickel'chromium (Ni-Cr), indium'tin (In-Sn), or other metals can be used. Also, use these metal compounds such as Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2, Ta 2 O 3, and HfO.
  • plasma treatment in the reaction process zone 60 is performed.
  • edge film conductive film such as ITO, magnetic film such as Fe 2 O, and super hard film such as TIN, CrN, TiC
  • Insulating metal compounds such as TiO, ZrO, SiO, NbO, TaO are metals (
  • the sputtering rate is extremely slow and the productivity is poor. Therefore, it is particularly effective to perform plasma treatment using the thin film forming apparatus of the present invention.
  • the target 29a and the target 29b are made of the same material, but may be made of different materials.
  • a single metal incomplete reactant is formed on the substrate by sputtering, and when a different metal target is used, an incomplete alloy reactant is formed. Is formed on the substrate Industrial applicability
  • the film can be formed by bringing a certain proportion of ions into contact with the thin film while increasing the relative density of radicals in the reactive gas plasma to some extent. It becomes possible.

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Abstract

【課題】　プラズマ中のある程度の割合のイオンを薄膜に接触させて成膜の形成を行うことができる薄膜形成装置を提供する。 【解決手段】　薄膜形成装置１は、真空槽１１の前記開口１１ａに対応する位置に設けられ真空槽１１内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段８０と、真空槽１１内で基体を保持する基体保持手段１３と、プラズマ発生手段８０と基体保持手段１３との間に設けられたイオン消滅手段９０を備える。プラズマ発生手段８０から基板ホルダ１３を臨んだときの、イオン消滅手段９０がプラズマ発生手段８０に対して基体保持手段１３を遮蔽する面積は、プラズマ発生手段８０から基板ホルダ１３を臨む残余の面積よりも狭く構成されている。

Description

明 細 書
薄膜形成装置
技術分野
[0001] 本発明は光学薄膜や光学デバイス、オプトエレクトロニクス用デバイス、半導体デバ イス等に用いる薄膜を製造するための薄膜形成装置に係り、特にプラズマ発生手段 を備える薄膜形成装置に関する。
背景技術
[0002] 従来カゝら真空槽内でプラズマ化させた反応性ガスを用いて基板上への薄膜の形成 、形成した薄膜の表面改質、エッチング等のプラズマ処理が行われている。例えば、 スパッタ技術を用いて基板上に金属の不完全反応物力 なる薄膜を形成し、この不 完全反応物からなる薄膜にプラズマ化した反応性ガスを接触させ、金属化合物から なる薄膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献 1)。
[0003] この技術では、薄膜形成装置の真空槽内で反応性ガスをプラズマ化するためにプ ラズマ発生手段が用いられている。プラズマ発生手段でプラズマ化したガスには、ィ オン，電子，ラジカル等の活性種が含まれる。
[0004] プラズマ化したガスに含まれる電子やイオンは、ときには薄膜へ悪影響を与えること があると考えられている。特に、高エネルギー（30eV程度以上）の状態で電子ゃィォ ンが基板へ向けて飛来すると、基板に形成される薄膜に損傷を与える場合があると 考えられる。一方で、電気的に中性な反応性ガスのラジカルは薄膜の形成 (反応）に 寄与する場合が多いと考えられる。このため、この従来の技術では、電子，イオンが 基板上の薄膜へ向カゝうのを阻止して、ラジカルを選択的に薄膜に接触させるために グリッドが用いられていた。
[0005] 図 9は、従来のグリッドの構成を説明する説明図である。図 9 (A)に示すグリッド 101 は、金属あるいは絶縁物からなる平板に、直径 0. 1〜3. Omm程度の多数の穴 103 が設けられた構成を備える。図 9 (B)に示すグリッド 111は、金属あるいは絶縁物から なる平板に、幅 0. 1〜1. Omm程度の複数のスリット 113が設けられた構成を備える [0006] このようなグリッド 101, 111を用いることで、反応性ガスのプラズマ中の電気的に中 性なラジカル、原子、分子などが選択的ないし優先的に反応プロセスゾーン 60に導 かれ、荷電粒子である電子、イオンの大半は、グリッド 101, 111の通過を阻止されて いた。すなわち、グリッド 101, 111の表面で、プラズマ中のイオンと電子との間に電 荷交換が行なわれて、電子やイオンが電気的に中和され、消滅していた。このよう〖こ
、電子や、イオンの大半を、グリッド 101, 111で消滅させることで、従来は、プラズマ ガス中におけるラジカルの相対的な密度を向上させて、プラズマ処理の効率ィ匕を図 つていた。
[0007] 特許文献 1 :特開 2001— 234338号公報（第 6— 9頁、図 1、図 2、図 6、図 7)
[0008] ところで、プラズマ化したガスに含まれるイオン力 薄膜の形成 (反応）に寄与するこ とも少なくない。特に、 30eV程度未満の低エネルギーのイオンは、薄膜に損傷を与 えることも少ないため、薄膜の形成 (反応）に寄与する場合も少なくない。
[0009] しかしながら、従来のグリッド 101, 111では、平板状の部材（穴 103や、スリット 113 の面積も含む）の面積に対する穴 103や、スリット 113が占める割合（開口率）が小さ い（例えば、開効率く 0. 3)ため、イオンの大半力 グリッド 101, 111で消滅してしま い、反応性ガスのイオンを薄膜の反応にほとんど寄与させることができな力つた。
[0010] 以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、反応性ガスプラズマ中のラジカルの相 対的な密度を高めながら、プラズマ中のある程度の割合のイオンを薄膜に接触させ て成膜の形成を行うことができる薄膜形成装置を提供することにある。
発明の開示
[0011] 上記課題を解決するために請求項 1に記載の薄膜形成装置は、開口を有する真空 槽と、該真空槽の前記開口に対応する位置に設けられ前記真空槽内にプラズマを 発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内で基体を保持する基体保持手段と、 前記プラズマ発生手段と前記基体保持手段との間に設けられ前記プラズマ発生手 段で発生させたイオンを消滅させるイオン消滅手段と、を備え、前記プラズマ発生手 段力 前記基板ホルダを臨んだときの、前記イオン消滅手段が前記プラズマ発生手 段に対して前記基体保持手段を遮蔽する面積は、前記プラズマ発生手段から前記 基板ホルダを臨む残余の面積よりも狭く構成されてなることを特徴とする。 [0012] このように、イオン消滅手段がプラズマ発生手段に対して基体保持手段を遮蔽する 面積が、プラズマ発生手段カゝら基板ホルダを臨む残余の面積よりも狭く構成されてい るため、イオン消滅手段で消滅させるイオンの量を抑えることが可能となる。したがつ て、イオン消滅手段で消滅されな ヽイオンがプラズマ発生手段から基体保持手段の 方へ移動することが可能となる。これにより、基体に形成される薄膜にイオンを接触さ せてイオンを膜の形成に寄与させることが可能となる。
[0013] このとき、前記イオン消滅手段は導電体で構成され、アースされた状態で前記真空 槽内に設けられていると好適である。
このように構成することで、プラズマ発生手段で発生させたイオンの一部や電子の 一部を、アースされたイオン消滅手段で電気的に中和することで消滅させることが可 能となる。
[0014] また、前記イオン消滅手段は中空部材で形成されると好適である。
このように構成することで、中空部材で形成されたイオン消滅手段の内部に冷却媒 を通すことが可能となり、イオン消滅手段の温度上昇を抑制することが可能となる。
[0015] また、前記イオン消滅手段は絶縁体で構成されていると好適である。
このように構成することで、プラズマ発生手段で発生させたイオンの一部をイオン消 滅手段に衝突させることで消滅させることが可能となる。
[0016] また、前記基板保持手段は、前記真空槽と絶縁され、電位的にフローティングされ た状態で前記真空槽内に設けられていると好適である。
このように基板保持手段が電位的にフローティングされた構成とすると、基板保持 手段の電位状態によって、プラズマ発生手段で発生させたイオンが基板保持手段へ 向けて加速されることがない。したがって、プラズマ発生手段で発生させたイオンが、 高工ネルギ一の状態で基板保持手段へ向けて飛翔することを抑制することが可能と なる。
[0017] また、前記プラズマ発生手段は、高周波電源に接続され、同一平面上で渦を成す アンテナを有して構成され、前記アンテナに対して前記高周波電源により 2kW以上 4kW以下の電力が供給されると好適である。
このように構成することで、プラズマ発生手段によって発生する高エネルギーの反 応性ガスのイオンや電子の量を抑制して、減衰係数の小さ ヽ薄膜を形成することが 可能となる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の薄膜形成装置について説明する一部断面をとつた上面の説明図であ る。
[図 2]本発明の薄膜形成装置について説明する一部断面をとつた側面の説明図であ る。
[図 3]本発明のプラズマ発生手段及びイオン消滅手段を説明する要部説明図である
[図 4]本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。
[図 5]イオン消滅手段を説明する要部説明図である。
[図 6]アンテナに供給する電力と、 TiO薄膜の光学定数との関係を示している。
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[図 7]プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。
[図 8]プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。
[図 9]従来のグリッド (イオン消滅手段)の構成を説明する説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部 材，配置等は本発明を限定するものでなぐ本発明の趣旨の範囲内で種々改変する ことができるちのである。
[0020] 図 1乃至図 5は、スパッタ装置 1について説明する説明図である。図 1が理解の容易 のために一部断面をとつたスパッタ装置 1の上面の説明図、図 2が、図 1の線 A—B— Cに沿って一部断面をとつた側面の説明図である。図 3は、本発明のプラズマ発生手 段及びイオン消滅手段を説明する要部説明図である。図 4は、図 3の D— D断面図で ある。スパッタ装置 1は本発明の薄膜形成装置の一例である。図 5は、イオン消滅手 段を説明する要部説明図である。
[0021] 本実施形態では、スパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行うスパッタ装置 1を 用いているが、これに限定されるものでなぐマグネトロン放電を用いない 2極スパッタ 等、他の公知のスパッタを行うスパッタ装置を用いることもできる。 [0022] 本実施形態のスパッタ装置 1によれば、目的の膜厚よりもかなり薄い薄膜をスパッタ で基板上に形成し、形成した薄膜に対するプラズマ処理を繰り返すことで目的の膜 厚の薄膜を基板上に形成できる。本実施形態では、スパッタとプラズマ処理によって 平均 0. 01〜1.5nmの膜厚の薄膜を形成する工程を繰り返すことで、目的とする数 n m〜数百 nm程度の膜厚の薄膜を形成する。
[0023] 本実施形態のスパッタ装置 1は、真空槽 11と、薄膜を形成させる基板を真空槽 11 内で保持するための基板ホルダ 13と、基板ホルダ 13を駆動するためのモータ 17と、 マグネトロンスパッタ電極 21a, 21bと、プラズマを発生するためのプラズマ発生手段 80とを備えている。なお、基板は、本発明の基体に相当する。本実施形態では、基 体として、板状の基板を用いている力 レンズ等を基体として用いてもよい。
[0024] 真空槽 11は、公知のスパッタ装置で通常用いられるようなステンレススチール製で 、アースされている。真空容器 11は、略直方体形状を備える中空体である。真空槽 1 1の形状は中空の円柱状であってもよ 、。
[0025] 基板ホルダ 13は、真空槽 11内の略中央に配置されている。基板ホルダ 13の形状 は円筒状であり、その外周面に複数の基板 (不図示)を保持する。なお、基板ホルダ 13は、本発明の基体保持手段に相当する。基体保持手段としては、本実施形態の ように円筒状のものではなぐ中空の多角柱状や、円錐状であってもよい。基板ホル ダ 13は、真空槽 13に軸支された回転駆動軸 17aで下方力 支持されるとともに、真 空槽 13に軸支された回転支持軸 17bで上方から回転可能に支持されている。モー タ 17からの回転駆動力が、回転駆動軸 17aを介して基板ホルダ 13へ伝達され、基 板ホルダ 13は、真空槽 11内の真空状態を維持した状態で、中心軸線 Zを中心に回 転駆動される。基板ホルダ 13は、円筒の筒方向の中心軸線 Z (図 2参照）が真空槽 1 1の上下方向になるように真空槽 11内に配設される。
[0026] 回転駆動軸 17aと基板ホルダ 13、回転支持軸 17bと基板ホルダ 13との接触部には フッ素榭脂 (テフロン (登録商標) )等の絶縁体力もなる絶縁部材 18a, 18bが被覆さ れている。これにより、基板ホルダ 13は、真空槽 11から電気的に絶縁され、電位的 にフローティングされた状態となっている。このように、基板ホルダ 13がフローティング された状態に構成されることで、基板における異常放電を防止することが可能となる。 また、高エネルギー（30eV程度以上）の電子やイオンが基板へ向けて飛来して、基 板に形成される薄膜に悪影響を与えたり、基板ホルダ 13が加熱されたりすることを抑 ff¾することができる。
[0027] 基板ホルダ 13の外周面には、多数の基板 (不図示）力 基板ホルダ 13の中心軸線 Zに沿った方向（上下方向）に所定間隔を保ちながら整列された状態で保持される。 本実施形態では、基板の薄膜を形成させる面 (以下「膜形成面」という）が、基板ホル ダ 13の中心軸線 Zと垂直な方向を向くように、基板が基板ホルダ 13に保持されてい る。
[0028] 仕切壁 12, 16は、真空槽 11の側壁面力も基板ホルダ 13へ向けて立設する部材で あり、溶接又はボルトで真空槽 11に固定されている。本実施形態における仕切壁 12 , 16は、真空槽 11と同じステンレス製の部材である。仕切壁 12, 16は、真空槽 11の 側壁面力も基板ホルダ 13へ向けて、四方を囲んだ状態で設けられて 、る。
[0029] 真空槽 11の内壁面，仕切壁 12,基板ホルダ 13の外周面に囲繞されて、スパッタを 行うための成膜プロセスゾーン 20が形成されている。また、真空槽 11の内壁面，後 述のプラズマ発生手段 80,仕切壁 16,基板ホルダ 13の外周面に囲繞されて、ブラ ズマを発生させて基板上の薄膜に対してプラズマ処理を行うための反応プロセスゾ ーン 60が形成されている。
[0030] 本実施形態では、真空槽 11の仕切壁 12が固定されている位置から、基板ホルダ 1 3の中心軸線 Zを中心にして約 90度回転させた位置に仕切壁 16が固定されている。 このため、成膜プロセスゾーン 20と反応プロセスゾーン 60が、基板ホルダ 13の中心 軸線 Zに対して約 90度ずれた位置に形成される。したがって、モータ 17によって基 板ホルダ 13が回転駆動されると、基板ホルダ 13の外周面に保持された基板力 成 膜プロセスゾーン 20に面する位置と反応プロセスゾーン 60に面する位置との間で搬 送されることになる。真空槽 11の成膜プロセスゾーン 20と反応プロセスゾーン 60との 間の位置には、排気用の配管 15aが接続され、この配管には真空槽 11内を排気す るための真空ポンプ 15が接続されている。
[0031] 仕切壁 16の反応プロセスゾーン 60に面する壁面には、絶縁体力もなる保護層 Pが 被覆されている。さらに、真空槽 11の内壁面の反応プロセスゾーン 60に面する部分 にも絶縁体カゝらなる保護層 Pが被覆されて ヽる。保護層 Pを構成する絶縁体としては 、例えば、熱分解窒化硼素（PBN : Pyrolytic Boron Nitride)や、酸化アルミ-ゥ ム (Al O )や、酸化ケィ素（SiO )や、窒化ホウ素 (BN)を用いることができる。保護
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層 Pは、化学的気相成長法 (Chemical Vapor Deposition)や、蒸着法、溶射法 等によって、仕切壁 16や真空槽 11の内壁面へ被覆される。熱分解窒化硼素の場合 には、化学的気相成長法を利用した熱分解法によって仕切壁 16や真空容器 11の 内壁面へ被覆するとよい。
[0032] 成膜プロセスゾーン 20には、マスフローコントローラ 25, 26が配管を介して連結さ れている。マスフローコントローラ 25は、不活性ガスを貯留するスパッタガスボンベ 27 に接続されている。マスフローコントローラ 26は、反応性ガスを貯留する反応性ガス ボンべ 28に接続されている。不活性ガスと反応性ガスは、マスフローコントローラ 25, 26で制御されて成膜プロセスゾーン 20に導入される。成膜プロセスゾーン 20に導入 する不活性ガスとしては、例えばアルゴンガスや、ヘリウムガスや、ネオンガスや、タリ プトンガスや、キセノンガスを用いることができる。また、成膜プロセスゾーン 20に導入 する反応性ガスとしては、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等を用い ることがでさる。
[0033] 成膜プロセスゾーン 20には、基板ホルダ 13の外周面に対向するように、真空槽 11 の壁面にマグネトロンスパッタ電極 21a, 21bが配置されている。このマグネトロンスパ ッタ電極 21a, 21bは、不図示の絶縁部材を介して接地電位にある真空槽 11に固定 されている。マグネトロンスパッタ電極 21a, 21bは、トランス 24を介して、中周波交流 電源 23に接続され、交番電界が印加可能に構成されている。本実施形態の中周波 交流電源 23は、 lk〜100kHzの交番電界を印加するものである。マグネトロンスパッ タ電極 21a, 21bには、ターゲット 29a, 29bが保持される。ターゲット 29a, 29bの形 状は平板状であり、ターゲット 29a, 29bの基板ホルダ 13の外周面と対向する面が、 基板ホルダ 13の中心軸線 Zと垂直な方向を向くように保持される。
[0034] 真空槽 11の反応プロセスゾーン 60に対応する壁面には、プラズマ発生手段 80を 設置するための開口 11aが形成されている。また、反応プロセスゾーン 60には、マス フローコントローラ 75を介して不活性ガスボンべ 77内の不活性ガスを導入するため の配管や、マスフローコントローラ 76を介して反応性ガスボンベ 78内の反応性ガスを 導入するための配管が接続されて ヽる。反応プロセスゾーン 60に導入する不活性ガ スとして、例えばアルゴンガスや、ヘリウムガスや、ネオンガスや、クリプトンガスや、キ セノンガスを用いることができる。また、反応プロセスゾーン 60に導入する反応性ガス として、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等を用いることができる。
[0035] 図 1乃至図 4を用いて、本実施形態のプラズマ発生手段 80を説明する。
プラズマ発生手段 80は、反応プロセスゾーン 60に面して、前記開口 11aに対応す る位置に設けられている。本実施形態のプラズマ発生手段 80は、蓋体としてのケー ス体 81と、誘電体壁としての誘電体板 83と、固定枠 84と、アンテナ 85a,85bと、固定 具 88と、減圧手段としての配管 15a,真空ポンプ 15を有して構成されている。
[0036] ケース体 81は、真空槽 11の壁面に形成された開口 11aを塞ぐ形状を備え、ボルト（ 不図示)で真空槽 11の開口 1 laを塞ぐように固定されて 、る。ケース体 81が真空槽 11の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段 80は真空槽 11に接続されて!ヽる。 本実施形態において、ケース体 81はステンレスで形成されている。誘電体板 83は、 板状の誘電体で形成されている。本実施形態において、誘電体板 83は石英で形成 されている。なお、誘電体板 83は石英ではなく Al O等のセラミックス材料で形成さ
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れたものでもよい。
[0037] 固定枠 84は、ケース体 81に誘電体板 83を固定するために用いられるもので、口の 字形状を備えた枠体である。固定枠 84とケース体 81がボルト (不図示)で連結される ことで、固定枠 84とケース体 81の間に誘電体板 83が挟持され、これにより誘電体板 83がケース体 81に固定されている。誘電体板 83がケース体 81に固定されることで、 ケース体 81と誘電体板 83によってアンテナ収容室 80Aが形成されて 、る。すなわち 、本実施形態では、ケース体 81と誘電体板 83に囲まれてアンテナ収容室 80Aが形 成されている。
[0038] ケース体 81に固定された誘電体板 83は、開口 11aを介して真空槽 11の内部 (反 応プロセスゾーン 60)に臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室 80Aは、真 空槽 11の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室 80Aと真空槽 11の内部と は、誘電体板 83で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ 収容室 80Aと真空槽 11の外部は、ケース体 81で仕切られた状態で独立の空間を形 成している。本実施形態では、このように独立の空間として形成されたアンテナ収容 室 80Aの中に、アンテナ 85a, 85bが設置されている。なお、アンテナ収容室 80Aと 真空槽 11内部の反応プロセスゾーン 60、アンテナ収容室 80Aと真空槽 11外部との 間は、 Oリングで気密が保たれている。
[0039] 本実施形態では、アンテナ収容室 80Aの内部を排気して真空状態にするために、 アンテナ収容室 80Aに排気用の配管 15aが接続されている。配管 15aには、真空ポ ンプ 15が接続されている。本実施形態において、配管 15aは真空槽 11の内部へも 連通している。配管 15aには、真空ポンプ 15から真空槽 11の内部に連通する位置 にバルブ VI、 V2が設けられている。また、配管 15aには、真空ポンプ 15からアンテ ナ収容室 80Aの内部に連通する位置にバルブ VI、 V3が設けられている。バルブ V 2, V3のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室 80Aの内部と真空槽 11の内部と の間での気体の移動は阻止される。真空槽 11の内部の圧力や、アンテナ収容室 80 Aの内部の圧力は、真空計 (不図示)で測定される。
[0040] 本実施形態では、スパッタ装置 1に制御装置 (不図示)を備えている。この制御装置 には、真空計の出力が入力される。制御装置は、入力された真空計の測定値に基づ いて、真空ポンプ 15による排気を制御して、真空槽 11の内部やアンテナ収容室 80 Aの内部の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、制御装置がバルブ V 1, V2, V3の開閉を制御することで、真空槽 11の内部とアンテナ収容室 80Aの内部 を同時に、又は独立して排気できる。
[0041] アンテナ 85aとアンテナ 85bは、高周波電源 89から電力の供給を受けて、真空槽 1 1の内部 (反応プロセスゾーン 60)に誘導電界を発生させ、プラズマを発生させるた めのものである。本実施形態のアンテナ 85a, 85bは、銅で形成された円管状の本体 部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。アンテナ 85aの インピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ 85a, 85bを形 成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性 を利用して、アンテナ 85a, 85bの本体部を安価で力卩ェが容易な、しかも電気抵抗も 低い銅で円管状に形成し、アンテナ 85a, 85bの表面を銅よりも電気抵抗の低い銀 で被覆している。このように構成することで、高周波に対するアンテナ 85a, 85bのィ ンピーダンスを低減して、アンテナ 85aに電流を効率よく流して、プラズマを発生させ る効率を高めている。
[0042] アンテナ 85a及びアンテナ 85bは、平面上で渦を成した形状を備える。アンテナ 85 aとアンテナ 85bとは、ケース体 81と誘電体板 83との間に形成されたアンテナ収容室 80Aの中に、渦を成す面が反応プロセスゾーン 60を向いた状態で誘電体板 83に隣 接して設置される。言い換えれば、アンテナ 85a及びアンテナ 85bは、アンテナ 85a 及びアンテナ 85bの渦を成す面が板状の誘電体板 83の壁面に対向した状態で、ァ ンテナ 85a及びアンテナ 85bの渦の中心軸線と垂直な方向で上下（中心軸線 Zと平 行な方向）に隣り合って設置されている。
[0043] すなわち、図 2乃至図 4に示したように、アンテナ 65aとアンテナ 65bの渦を成す面（ 誘電体壁 63)に対する垂線に垂直な方向に所定の間隔 Dを保って、アンテナ 65aと アンテナ 65bが固定されている。したがって、モータ 17を作動させて、基板ホルダ 13 を中心軸線 Z周りに回転させると、基板ホルダの外周に保持された基板は、基板の膜 形成面がアンテナ 85a, 85bの渦を成す面と対向するように、上下に並んだアンテナ 85a, 85bに対して横方向に搬送される。
[0044] アンテナ 85aとアンテナ 85bは、高周波電源 89に対して並列に接続されている。ァ ンテナ 85a, 85bは、マッチング回路を収容するマッチングボックス 87を介して高周 波電源 89に接続されている。マッチングボックス 87内には、図 4に示すように、可変 コンデンサ 87a, 87bが設けられている。本実施形態では、アンテナ 85aに対してァ ンテナ 85bが並列に接続されているため、従来のマッチング回路でマッチング用コィ ルが果たす役目の全部又は一部を、アンテナ 85bが果たす。したがって、マッチング ボックス内での電力損失を軽減し、高周波電源 89から供給される電力をアンテナ 85 a, 85bでプラズマの発生に有効に活用することができる。また、インピーダンスマッチ ングもとりやすくなる。
[0045] 渦状のアンテナ 85a, 85bは、導線部 86a, 86bを介してマッチングボックス 87に接 続されている。導線部 86a, 86bは、アンテナ 85a, 85bと同様の素材からなる。ケー ス体 81には、導線部 86a, 86bを揷通するための揷通孔 81aが形成されている。アン テナ収容室 80A内側のアンテナ 85a, 85bと、アンテナ収容室 80A外側のマツチン グボックス 87,高周波電源 89とは、揷通孔 81aに揷通される導線部 86aを介して接 続される。導線部 86a, 86bと揷通孔 81aとの間にはシール部材 81bが設けられ、ァ ンテナ収容室 80Aの内外で気密が保たれる。
[0046] 本実施形態では、導線部 86a, 86bの長さに余裕をもたせて、アンテナ 85aとアン テナ 85bとの間隔 Dを調整できるようになつている。本実施形態のスパッタ装置 1では 、アンテナ 85a, 85bを固定具 88によって固定する際に、アンテナ 85aとアンテナ 85 bの上下方向の間隔 Dを調整することができる。
[0047] 固定具 88は、アンテナ 85a, 85bをアンテナ収容室 80Aに設置するためのもので ある。本実施形態の固定具 88は、固定板 88a, 88bと、固定ボルト 88c, 88dで構成 される。固定板 88a, 88bに ίま、アンテナ 85a, 85b力 ^嵌合されて!/ヽる。アンテナ 85a , 85b力 S嵌合された固定板 88a, 88biま、固定ボノレ卜 88c, 88dでケース体 81に取り 付けられている。ケース体 81には上下方向に複数のボルト穴が形成され、固定板 88 a, 88bは、いずれかのボルト穴を用いてケース体 81に取り付けられている。すなわち 、使用されるボルト穴の位置によって、アンテナ 85aとアンテナ 85bの上下方向の間 隔 Dが調整されている。なお、アンテナ 85a, 85bと固定板 88a, 88bとを絶縁するた めに、少なくとも、アンテナ 85a, 85bと固定板 88a, 88bとの接触面が絶縁材で形成 されている。
[0048] 以上の構成を備えるプラズマ発生手段 80が、真空槽 11に組み付けられる手順を 説明する。
まず、固定具 88を用いてアンテナ 85a, 85bをケース体 81に固定する。このとき、ァ ンテナ 85aとアンテナ 85bの上下方向の間隔 Dや、アンテナ 85aの径 Raや、アンテナ 85bの径 Rbに合わせた固定具 88を用いる。続いて、固定枠 84を用いて、ケース体 8 1に誘電体板 83を固定する。これにより、アンテナ 85a, 85bは、誘電体板 83と固定 板 88a, 88bとの間に挟持された状態となる。また、ケース体 81、誘電体板 83、アン テナ 85a, 85b、固定具 88がー体的になる。続いて、真空槽 11の開口 11aを塞ぐよう に、ケース体 81を真空槽 11に対してボルト（不図示）で固定する。以上によって、プ ラズマ発生手段 80が、真空槽 11に組み付けられ、アンテナ収容室 80Aと、反応プロ セスゾーン 60 (真空槽 11の内部）と、真空槽 11の外側が、それぞれ独立の空間とし て形成され、アンテナ 85a, 85bがアンテナ収容室 80Aに設置される。
[0049] 本実施形態では、ケース体 81、誘電体板 83、アンテナ 85a, 85b、固定具 88を一 体的にした状態で、ケース体 81と真空槽 11をボルトで固定することでプラズマ発生 手段 80を真空槽 11と接続できるため、プラズマ発生手段 80を真空槽 11に着脱する のが容易である。
[0050] さらに、本実施形態では、プラズマ発生手段 80と基板ホルダ 13との間に、図 1乃至 図 3、図 5に示すグリッド 90が設けられている。グリッド 90は、本発明のイオン消滅手 段に相当するものであり、プラズマ発生手段 80で発生させたイオンの一部や電子の 一部を消滅させるためのものである。
[0051] 図 5は、プラズマ発生手段 80から基板ホルダ 13を臨んだときに、開口 11aを通じて みた、グリッド 90の正面図である。
図 5に示すように、グリッド 90は、導電体からなる中空部材であり、アースされている 。中空部材カもなるグリッド 90の内部に冷却媒 (例えば冷却水）を流すために、グリツ ドの端部には冷却媒を供給するホース（図示せず)が接続されている。
[0052] 本実施形態のグリッド 90は、縦グリッド 90aと、横グリッド 90bで構成されて ヽる。縦 グリッド 90aは、中心軸線 Zと平行な方向（縦方向）の筋が複数並ぶように、中空部材 を配置したものである。横グリッド 90bは、基板ホルダ 13の回転方向に平行な方向（ 横方向）の筋が複数並ぶように、中空部材を配置したものである。グリッド 90を構成 する導電体としては、銅や、銅合金や、アルミや、ステンレススチール等が用いられる
[0053] 本実施形態では、図 5に示すように銅管が網目状に屈曲して、縦グリッド 90a,横グ リツド 90bが構成されている。縦グリッド 90a,横グリッド 90bは、真空容器 11に固定さ れる。本実施形態では、真空容器 11にボルトで固定される固定板 91と真空容器 11 との間に横グリッド 90bを挟持することで、横グリッド 90bを真空容器 11に固定して ヽ る。縦グリッド 90aは、横グリッド 90bと溶接又は接着剤により固定することで固定され て 、る。縦グリッド 90aを固定板 91で固定するようにしてもょ 、。
[0054] 図 5に示すように、本実施形態のグリッド 90では、プラズマ発生手段 80から基体ホ ルダ 13を臨んだときの、グリッド 90がプラズマ発生手段 80に対して基板ホルダ 13を 遮蔽する面積を、プラズマ発生手段 80から基体ホルダ 13を臨む残余の面積よりも狭 くして、縦グリッド 90a,横グリッド 90bを配置している。すなわち、本実施形態では、 プラズマ発生手段 80から基体ホルダ 13を臨んだときの、グリッド 90により開口 11aが 塞がれる面積を、開口 11aの残余の面積よりも狭くして、縦グリッド 90a,横グリッド 90 bを配置している。
[0055] 次に、本実施形態のスパッタ装置 1を用いて、反応プロセスゾーン 60にプラズマを 発生させる手順を説明する。
まず、真空ポンプ 15を作動させて、真空槽 11の内部と、アンテナ収容室 80Aを減 圧する。このとき、制御装置は配管 15aに設けられたバルブ VI, V2, V3を総て開放 し、真空槽 11の内部と、アンテナ収容室 80Aの内部を同時に排気して、真空槽 11の 内部及びアンテナ収容室 80Aの内部を真空状態にする。制御装置は、真空計の測 定値を監視して、真空槽 11の内部とアンテナ収容室 80Aの内部の圧力差が大きくな らないように（例えば、 104Pa以上の圧力差が生じないように）、バルブ VI, V2, V3 の開閉を適宜制御する。その後、制御装置は、真空槽 11の内部が 10_2Pa〜： LOPa になったところでー且バルブ V2を閉じる。アンテナ収容室 80Aは、さらに 10_3Pa以 下にまで減圧される。つづいて、アンテナ収容室 80A内部が 10_3Pa以下になったと ころでバルブ V3を閉じる。続いて、真空槽 11の内部が 10_2Pa〜： LOPaを保持した 状態で、反応性ガスボンベ 78内の反応性ガスを、マスフローコントローラ 76を介して 反応プロセスゾーン 60へ導入する。
[0056] 真空槽 11の内部とアンテナ収容室 80Aの内部を上記所定の圧力に保持した状態 で、高周波電源 89からアンテナ 85a,85bに 13. 56MHzの電圧を印加して、反応プ ロセスゾーン 60に反応性ガスのプラズマを発生させる。このとき、アンテナ 85aとアン テナ 85bの上下方向の間隔 Dや、アンテナ 85aの径 Raや、アンテナ 85bの径 Rb等 に応じた分布のプラズマが発生する。
[0057] このように発生した反応性ガスのプラズマ中のイオン，電子，ラジカル等の活性種に よって、基板ホルダ 13に配置された基板に形成されている薄膜のプラズマ処理が行 われる。本実施形態では、プラズマ中のイオン，電子，ラジカル等の活性種のうち、ィ オンの一部や電子の一部の電荷は、プラズマ発生手段 80と基板ホルダ 13との間に 設けられたグリッド 90によって中和される。本実施形態では、プラズマ発生手段 80か ら基体ホルダ 13を臨んだときの、グリッド 90がプラズマ発生手段 80に対して基板ホ ルダ 13を遮蔽する面積を、プラズマ発生手段 80から基体ホルダ 13を臨む残余の面 積よりも狭くして、縦グリッド 90a,横グリッド 90bを配置している。このように縦グリッド 9 0a,横グリッド 90bを配置することで、プラズマ発生手段 80で発生させた反応性ガス のイオンがグリッド 90で電気的に中和されて消滅する量を抑えている。
[0058] すなわち、グリッド 90によって開口 11aが塞がれる面積を広くし過ぎると、プラズマ 発生手段 80で発生させた反応性ガスのイオンの大半がグリッド 90で中和され、基板 に形成された薄膜へ接触するイオンの量が極めて少なくなつてしまう。これに対して、 本実施形態のように、グリッド 90が開口 11aを塞ぐ面積を、開口 11aの残余の面積よ りも狭くすることで、グリッド 90で電気的に中和される反応性ガスのイオンの量を抑え 、薄膜へ接触するイオンの量が極端に少なくなりすぎな 、ようにして 、る。
[0059] 以上のように、本実施形態では、薄膜を形成または処理する空間を形成する真空 槽 11の内部をプラズマが発生する圧力に保持して、真空槽 11の内部とは独立した 空間を形成するアンテナ収容室 80Aの内部を真空槽 11の内部よりも低いプラズマが 発生しにくい圧力に保持して、真空槽 11内にプラズマを発生させている。このため、 アンテナ収容室 80Aにプラズマが発生することを抑制して、真空槽 11の内部に効率 的にプラズマを発生させることができる。
[0060] さらに、本実施形態では、アンテナ収容室 80Aと真空槽 11の内部とは、誘電体板 8 3で仕切られた状態で独立した空間とされ、アンテナ収容室 80Aの内部にアンテナ 8 5a, 85bを設け、アンテナ収容室 80Aを減圧した状態で真空槽 11の内部にプラズマ を発生させる構成となっている。このため、大気中にアンテナ 85a, 85bを設置した状 態でプラズマを発生させる従来の場合に比べて、アンテナ 85a, 85bの酸ィ匕を抑制 することができる。したがって、アンテナ 85a, 85bの長寿命化を図ることができる。ま た、アンテナ 85a, 85bが酸ィ匕することにより、プラズマが不安定ィ匕することを抑制す ることがでさる。
[0061] また、本実施形態では、真空槽 11の内部及びアンテナ収容室 80Aの内部の圧力 を監視して、真空槽 11の内部と、アンテナ収容室 80Aの内部で大きな圧力差が生じ ないように減圧を行い、真空槽 11の内部を 10_2Pa〜： LOPa程度の真空に保持し、ァ ンテナ収容室 80Aを 10_3Pa以下に保持して、真空槽 11の内部にプラズマを発生さ せる構成にしている。そして、アンテナ収容室 80Aと真空槽 11の内部が誘電体板 83 で仕切られ、アンテナ収容室 80Aと真空槽 11外部がケース体 81で仕切られている。 このため、大気中にアンテナ 185を設置して、真空槽 11の内部と真空槽の外部とを 誘電体板 183で仕切る場合に比べて、本実施形態では、アンテナ収容室 80Aと真 空槽 11の内部の圧力差を小さく保つことができるため、誘電体板 83の厚みを薄く設 計することができ、効率的にプラズマを発生させることが可能となるとともに、安価な 誘電体板 83を使用して低コストィ匕を図ることができる。
[0062] また、本実施形態によれば、アンテナ 85aとアンテナ 85bの上下方向の間隔 Dを調 整することで、基板ホルダ 13に配置される基板に対するプラズマの分布を調整する ことができる。また、アンテナ 85aの径 Raや、アンテナ 85bの径 Rb、又はアンテナ 85 a, 85bの太さ等を独立に変更することができるため、アンテナ 85aの径 Raや、アンテ ナ 85bの径 Rb又は太さ等を調整することでも、プラズマの分布を調整することができ る。また、本実施形態では、図 4に示すように、アンテナ 85aやアンテナ 85bが大小の 半円力も構成される全体形状を備えている力 アンテナ 85aやアンテナ 85bの全体 形状を、矩形などの形状に変更して、プラズマの分布を調整することも可能である。
[0063] 特に、横方向に搬送される基板の搬送方向と交差する上下方向にアンテナ 85aと アンテナ 85bを並べて、アンテナ 85a, 85b両者の間隔も調整することができるため、 基板の搬送方向に交差する方向で広範囲にプラズマ処理を行う必要がある場合に、 プラズマの密度分布を容易に調整することができる。例えば、本実施形態のような力 ルーセル型のスパッタ装置 1を用いてプラズマ処理を行う場合には、基板ホルダ 13 での基板の配置，スパッタ条件等により、基板ホルダの上方に位置する薄膜と、中間 に位置する薄膜の膜厚に違いが生じている場合がある。このような場合でも、本実施 形態のプラズマ発生手段 80を用いれば、膜厚の違いに対応してプラズマの密度分 布を適宜調整することができるという利点がある。
[0064] また、本実施形態では、上述のように、仕切壁 16の反応プロセスゾーン 60に面す る壁面や、真空槽 11の内壁面の反応プロセスゾーン 60に面する部分に絶縁体を被 覆することで、反応プロセスゾーン 60のラジカルの相対的な密度を高く維持して、より 多くのラジカルを基板上の薄膜と接触させてプラズマ処理の効率ィ匕を図って 、る。す なわち、仕切壁 16や真空槽 11の内壁面に化学的に安定な熱分解窒化硼素を被覆 することで、プラズマ発生手段 80によって反応プロセスゾーン 60に発生したラジカル 又は励起状態のラジカルが仕切壁 16や真空槽 11の内壁面と反応して消滅すること を抑制している。また、仕切壁 16で反応プロセスゾーン 60に発生するラジカルが基 板ホルダの方向へ向くようにコントロールできる。
[0065] さらに、上述のようにプラズマの分布の調整と、ラジカルの相対密度の向上を行い ながら、グリッド 90が開口 11aを塞ぐ面積を、開口 11aの残余の面積よりも狭くするこ とで、グリッド 90で電気的に中和される反応性ガスのイオンの量を抑え、薄膜へ接触 するイオンの量を調整することができる。
[0066] 以下に、上述のスパッタ装置 1を用いたプラズマ処理の方法として、基板上にスパッ タで形成した不完全酸化チタン (TiO (xl < 2) )の薄膜に対してプラズマ処理を行
xl
い、その不完全酸ィ匕チタンよりも酸ィ匕が進んだ酸ィ匕チタン (TiO (xlく x2≤2) )の
x2
薄膜を形成する方法について例示する。なお、不完全酸化チタンとは、酸ィヒチタン τ iOの構成元素である酸素が欠乏した不完全な酸ィ匕チタン TiO (x< 2)のことである
2
[0067] まず、基板及びターゲット 29a, 29bをスパッタ装置 1に配置する。基板は基板ホル ダ 13に保持させる。ターゲット 29a, 29bは、それぞれマグネトロンスパッタ電極 21a, 21bに保持させる。ターゲット 29a, 29bの材料としてチタン (Ti)を用いる。
次に、真空槽 11の内部，アンテナ収容室 80Aの内部を上述の所定の圧力に減圧 し、モータ 17を作動させて、基板ホルダ 13を回転させる。その後、真空槽 11の内部 ,アンテナ収容室 80Aの内部の圧力が安定した後に、成膜プロセスゾーン 20の圧力 を、 0. lPa〜： L 3Paに調整する。
[0068] 次に、成膜プロセスゾーン 20内に、スパッタ用の不活性ガスであるアルゴンガスと、 反応性ガスである酸素ガスを、スパッタガスボンベ 27、反応性ガスボンベ 28からマス フローコントローラ 25, 26で流量を調整しながら導き、成膜プロセスゾーン 20のスパ ッタを行うための雰囲気を調整する。
[0069] 次に、中周波交流電源 23からトランス 24を介して、マグネトロンスパッタ電極 21a, 21bに周波数 1〜： LOOKHzの交流電圧を印加し、ターゲット 29a, 29bに、交番電界 が掛力るようにする。これにより、ある時点においてはターゲット 29aが力ソード（マイ ナス極）となり、その時ターゲット 29bは必ずアノード (プラス極）となる。次の時点にお いて交流の向きが変化すると、今度はターゲット 29bが力ソード (マイナス極）となり、 ターゲット 29aがアノード（プラス極）となる。このように一対のターゲット 29a, 29bが、 交互にアノードと力ソードとなることにより、プラズマが形成され、力ソード上のターゲッ トに対してスパッタを行う。
[0070] スパッタを行っている最中には、アノード上には非導電性あるいは導電性の低い酸 化チタン (TiO (x≤ 2) )が付着する場合もある力 このアノードが交番電界によりカソ ードに変換された時に、これら酸化チタン (TiO (x≤ 2) )がスパッタされ、ターゲット 表面は元の清浄な状態となる。そして、一対のターゲット 29a, 29b力 交互にァノー ドとカソードとなることを繰り返すことにより、常に安定なアノード電位状態が得られ、 プラズマ電位 (通常アノード電位とほぼ等し ヽ)の変化が防止され、基板の膜形成面 に安定してチタン或 、は不完全酸化チタン (TiO (xl < 2) )力 なる薄膜が形成さ
xl
れる。
[0071] なお、成膜プロセスゾーン 20で形成する薄膜の組成は、成膜プロセスゾーン 20に 導入する酸素ガスの流量を調整することや、基板ホルダ 13の回転速度を制御するこ とで、チタン (Ti)にしたり、酸ィ匕チタン (TiO )にしたり、或いは不完全酸ィ匕チタン (Ti
2
O (xlく 2) )にしたりできる。
xl
[0072] 成膜プロセスゾーン 20で、基板の膜形成面にチタン或!ヽは不完全酸化チタン (Ti O (xlく 2) )からなる薄膜を形成させた後には、基板ホルダ 13の回転駆動によって xl
基板を、成膜プロセスゾーン 20に面する位置力 反応プロセスゾーン 60に面する位 置に搬送する。反応プロセスゾーン 60には、反応性ガスボンベ 78から反応性ガスと して酸素ガスを導入するとともに、不活性ガスボンべ 77から不活性ガス (例えばアル ゴンガス）を導入する。このように、反応プロセスゾーン 60に反応性ガスとしての酸素 ガスだけではなぐ不活性ガスを導入することで、プラズマ中における反応性ガスのラ ジカルの密度を向上させることができる。
[0073] 次に、アンテナ 85a, 85bに、 13. 56MHzの高周波電圧を印加して、プラズマ発 生手段 80によって反応プロセスゾーン 60にプラズマを発生させる。反応プロセスゾ ーン 60の圧力は、 0. 7Pa〜lPaに維持する。また、少なくとも反応プロセスゾーン 60 にプラズマを発生させている際中は、アンテナ収容室 80Aの内部の圧力は、 10_3P a以下を保持する。
[0074] 次に、基板ホルダ 13が回転して、チタン或いは不完全酸ィ匕チタン (TiO (xl < 2) xl
)からなる薄膜が形成された基板が反応プロセスゾーン 60に面する位置に搬送され てくると、反応プロセスゾーン 60では、チタン或いは不完全酸ィ匕チタン (TiO (xlく xl
2) )からなる薄膜をプラズマ処理によって酸ィ匕反応させる工程を行う。すなわち、ブラ ズマ発生手段 80によって反応プロセスゾーン 60に発生させた酸素ガスのプラズマで チタン或いは不完全酸ィ匕チタン (TiO (xl < 2) )を酸化反応させて、所望の組成の xl
不完全酸化チタン (TiO (xlく x2く 2) )或いは酸ィ匕チタン (TiO )に変換させる。
x2 2
[0075] 以上の工程によって、本実施形態では、所望の組成の酸ィ匕チタン (TiO (x≤2) ) 薄膜を作成することができる。さらに、以上の工程を繰り返すことで、薄膜を積層させ て所望の膜厚の薄膜を作成することができる。
[0076] ところで、反応プロセスゾーン 60では、反応性ガスのプラズマにより、二つの効果が 現れていると考えられる。一つ目の効果は、反応性ガスのプラズマにより薄膜に対す る酸化反応が行われ、スパッタにより形成された金属あるいは不完全酸化物からなる 薄膜が、完全酸ィ匕物あるいはそれに近い不完全酸ィ匕物に変換されるという効果であ る。二つ目の効果は、スパッタにより形成された金属あるいは不完全酸化物からなる 薄膜に、反応性ガスのプラズマの中の高エネルギーイオン又は電子が衝突し、これ により薄膜からの脱酸素が行われ、薄膜の組成に悪影響を与えるという効果である。 反応プロセスゾーン 60を通過してプラズマ処理が行われた薄膜の組成は、このような 二つの効果の競合により決められると考えられる。
[0077] 図 6は、 TiO薄膜を形成した場合のアンテナ 85a, 85bに供給する電力と、 TiO薄
2 2 膜の光学定数 (屈折率 n及び減衰係数 k)との関係を示している。図 6の横軸はアンテ ナ 85a, 85bに供給する電力を示し、図 6の縦軸 (左側）は形成した薄膜の屈折率 nを 示し、図 6の縦軸 (右側）は形成した薄膜の減衰係数 kを示している。
[0078] 図 6から判るように、 4kWより大きい電力を供給した場合には、減衰係数 kが大きく なってしまう（例えば、 5kWの電力を供給した場合には、減衰係数 kが 1. O X 1CT3を 超えてしまう）のに対して、 2kW以上 4kW以下で電力を供給した場合には、屈折率 n が 2. 47〜2. 49で、減衰係数 kが 1. 0 X 10—3以下である TiO薄膜を形成すること
2
ができる。
[0079] アンテナ 85a, 85bに対して 4kWより大きい電力を供給した場合に、減衰係数 kが 大きくなつてしまう原因としては、アンテナ 85a, 85bに対して大きな電力を供給するこ とで、高エネルギーの反応性ガスのイオンや電子が多く発生し、上記二つ目の効果 が顕著になるためであると考えられる。
[0080] したがって、高エネルギーの反応性ガスのイオンや電子の量を抑制して、減衰係数 kを小さくするためには、アンテナ 85a, 85bに対する、高周波電源 89からの電力の 供給を、 2kW以上 4kW以下で行うとよい。さらに、減衰係数 kを 1. 0 X 10—4程度に 小さくするためには、アンテナ 85a, 85bに対する、高周波電源 89からの電力の供給 を、 2kW以上 3. 5kW以下で行うとよい。
[0081] 以上に説明した実施の形態は、例えば、次の（a)〜 (1)のように、改変することもでき る。また、（a)〜(1)を適宜組合せて改変することもできる。なお、以下の説明では、上 記の実施形態と同一の部材は同一の符号を用いて説明している。
[0082] (a) 上記の実施形態では、グリッド 90を、導電体からなる中空部材で構成した例を 説明したが、グリッド 90を、絶縁体力もなる棒状部材で構成することもできる。この場 合も、上記の実施形態と同様に、グリッド 90を縦グリッド 90aと横グリッド 90bで構成す るとよい。本実施形態の縦グリッド 90aは、中心軸線 Zと平行な方向（縦方向）の筋が 複数並ぶように、棒状材を配置したものである。また、横グリッド 90bは、基板ホルダ 1 3の回転方向に平行な方向（横方向）の筋が複数並ぶように、棒状部材を配置したも のである。
[0083] そして、本実施形態においても、上記の実施形態と同様に、プラズマ発生手段 80 力も基体ホルダ 13を臨んだときの、グリッド 90がプラズマ発生手段 80に対して基板 ホルダ 13を遮蔽する面積を、プラズマ発生手段 80から基体ホルダ 13を臨む残余の 面積よりも狭くして、縦グリッド 90a,横グリッド 90bを配置している。すなわち、プラズ マ発生手段 80から基体ホルダ 13を臨んだときの、グリッド 90により開口 11aが塞がれ る面積を、開口 11aの残余の面積よりも狭くなるように、縦グリッド 90a,横グリッド 90b を配置している。
[0084] このように、絶縁体力もなるグリッド 90を設けることで、プラズマ発生手段 80で発生 させたプラズマ中のイオンの一部をグリッド 90に衝突させて消滅させることが可能とな る。そして、上記の実施形態と同様に、プラズマ発生手段 80から基体ホルダ 13を臨 んだときの、グリッド 90により開口 11aが塞がれる面積を、開口 11aの残余の面積より も狭くなるようにすることで、グリッド 90で消滅する反応性ガスのイオンの量を抑え、薄 膜へ接触するイオンの量が極端に少なくなりすぎな 、ようにして 、る。
[0085] なお、グリッド 90を構成する絶縁体としては、熱分解窒化硼素（PBN)や、酸化アル ミニゥム (Al O )や、酸化ケィ素（SiO )や、窒化ホウ素（BN)や、窒化アルミニウム（
2 3 2
A1N)等を用いることができる。また、グリッド 90を構成する絶縁体力もなる棒状部材 は、必ずしも全体が絶縁体で構成されている必要はない。中空の導電体 (例えば、ス テンレススチールや、銅や、銅合金や、アルミ等）の表面を、熱分解窒化硼素（PBN) や、酸化アルミニウム (Al O )や、酸化ケィ素（SiO )や、窒化ホウ素（BN)や、窒化
2 3 2
アルミニウム (A1N)等の絶縁体で被覆したもので、グリッド 90を構成することもできる 。絶縁体による導電体の被覆は、上記の保護層 Pの被覆方法と同様に、化学的気相 成長法や、蒸着法、溶射法等によって行うとよい。
[0086] (b) 上記の実施形態では、薄膜形成装置の一例として、スパッタ装置について説 明したが、本発明のプラズマ発生手段は、他のタイプの薄膜形成装置にも適用でき る。薄膜形成装置としては、例えば、プラズマを用いたエッチングを行うエッチング装 置、プラズマを用いた CVDを行う CVD装置等でもよい。また、プラスチックの表面処 理をプラズマを用 、て行う表面処理装置にも適用できる。
[0087] (c) 上記の実施形態では、所謂カルーセル型のスパッタ装置を用いている力 こ れに限定されるものではない。本発明は、基板がプラズマを発生させる領域に面して 搬送される他のスパッタ装置にも適用できる。
[0088] (d) 上記の実施形態では、固定枠 84を用いて、ケース体 81に誘電体板 83を固 定して、ケース体 81、誘電体板 83、アンテナ 85a, 85b、固定具 88を一体的にした 状態で、ケース体 81と真空槽 11をボルトで固定することでプラズマ発生手段を真空 槽 11と接続していた。しかし、誘電体板 83の固定の方法、プラズマ発生手段の接続 の方法はこれに限定されるものではない。例えば、図 7に示すように、改変することも できる。図 7は、プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。図 7に示した実施形態では、真空槽 11と固定枠 184をボルト（不図示)で連結すること で、真空槽 11と固定枠 184との間に、本発明の誘電体壁としての誘電体板 183を挟 持させて、誘電体板 183を真空槽 11に固定している。そして、真空槽 11に固定され た誘電体板 183を覆うように、本発明の蓋体としてのケース体 181が真空槽 11にボ ルトで固定され、プラズマ発生手段 180が真空槽 11に固定されて 、る。
[0089] そして、ケース体 181と誘電体板 183で囲まれてアンテナ収容室 180Aが形成され ている。アンテナ収容室 180Aの内部を減圧できるように、アンテナ収容室 180Aに 配管 15aが接続され、配管 15aの先に真空ポンプ 15が接続されている。なお、上記 の実施形態にぉ 、てアンテナ 85a, 85bが固定具 88を用いてケース体 81に固定さ れていたのと同様に、アンテナ 85a, 85bは、固定具 188を用いてケース体 181に固 定されている。ケース体 181を真空槽 11から取り外せば、アンテナ 85a, 85bの着脱 や、アンテナ 85a, 85bの形状の変更等を容易に行うことができる。
[0090] (e) 上記の実施形態では、プラズマ発生手段として、図 1乃至図 4に示すような、 板状の誘電体板 83に対して同一平面状で渦をなすアンテナ 85a, 85bを固定した誘 導結合型 (平板型)のプラズマ発生手段を用いているが、本発明は、他のタイプのプ ラズマ発生手段を備えた薄膜形成装置にも適用される。すなわち、誘電体で形成さ れた円筒形の誘電体壁の周囲に渦状に卷回させたアンテナに高周波の電力を印加 して、円筒形の誘電体壁に囲まれた領域に誘導電界を発生させてプラズマを発生さ せる誘導結合型（円筒型)のプラズマ発生手段に対しても本発明を適用できる。
[0091] 図 8は誘導結合型（円筒型)のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。図 8に示した実施形態では、本発明の誘電体壁として誘電体板 283を備える。誘電体 板 283は円筒形状を備えている。真空槽 11と固定枠 284をボルト (不図示)で連結 することで、真空槽 11と固定枠 284との間に、本発明の誘電体壁としての誘電体板 2 83を挟持させて、誘電体板 283を真空槽 11に固定している。そして、真空槽 11に固 定された誘電体板 283を覆うように、本発明の蓋体としてのケース体 281が真空槽 1 1にボルトで固定され、プラズマ発生手段 280が真空槽 11に固定されて 、る。
[0092] そして、ケース体 281と誘電体板 283で囲まれてアンテナ収容室 280Aが形成され ている。アンテナ収容室 280Aの内部を減圧できるように、アンテナ収容室 280Aに 配管 15aが接続され、配管 15aの先に真空ポンプ 15が接続されている。アンテナ 28 5は、円筒状の誘電体板の外周に卷回されている。上記の実施形態においてアンテ ナ 85a, 85bが固定具 88を用いてケース体 81に固定されていたのと同様に、アンテ ナ 285は、固定具 288を用いてケース体 281に固定されている。ケース体 281を真 空槽 11から取り外せば、アンテナ 285の着脱や、アンテナ 285の形状の変更等を容 易に行うことができる。
[0093] なお、図 8に示した実施形態において、ケース体 281と固定枠 84の間に誘電体板 283を挟持させることで、ケース体 281に誘電体板 283を固定して、ケース体 281、 誘電体板 283、アンテナ 285、固定具 288を一体的にした構成とすることもできる。こ のように構成すれば、ケース体 281と真空槽 11をボルトで固定することでプラズマ発 生手段 280を真空槽 11と接続できるため、プラズマ発生手段 280を真空槽 11に着 脱するのが容易となる。
[0094] (f) 上記の実施形態では、配管 15aが真空槽 11の内部と、アンテナ収容室 80A の内部と、両方に接続され、配管 15aに接続された真空ポンプ 15で、真空槽 11の内 部およびアンテナ収容室 80Aの排気を行っていた。しかし、真空槽 11の内部、アン テナ収容室 80Aの内部それぞれに独立の配管を接続して、各配管に接続した独立 の真空ポンプで、真空槽 11の内部およびアンテナ収容室 80Aの内部を排気するよう にしてもよい。
[0095] (g) 上記の実施形態では、固定板 88a, 88bに誘電体板 83を嵌合し、固定ボルト 88c, 88dで固定板 88a, 88bをケース体 81に固定することで、アンテナ 85a, 85bを アンテナ収容室 80Aに設置した力 要は、間隔 Dを調整してアンテナ 85a, 85bを固 定できれば他の方法でもよ!/、。
[0096] (h) 上記の実施形態では、仕切壁 16の反応プロセスゾーン 60に面する壁面や、 真空槽 11の内壁面の反応プロセスゾーン 60に面に絶縁体からなる保護層 Pを形成 したが、他の部分にも絶縁体カゝらなる保護層 Pを形成してもよい。例えば、仕切壁 16 の反応プロセスゾーン 60に面する壁面だけではなぐ仕切壁 16の他の部分にも絶縁 体を被覆してもよい。これにより、ラジカルが仕切壁 16と反応して、ラジカルが減少す るのを最大限回避することができる。また、例えば、真空槽 11の内壁面の反応プロセ スゾーン 60に面する部分だけではなぐ真空槽 11の内壁面における他の部分、例え ば内壁面の全体に絶縁体を被覆してもよい。これにより、ラジカルが真空槽 11の内 壁面と反応して、ラジカルが減少するのを最大限回避することができる。仕切壁 12〖こ 絶縁体を被覆してもよい。
[0097] (i) 上記の実施形態では、アンテナ 85aの円管状の本体部を銅で、被覆層を銀で 形成したが、本体部を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い材料で形成し、 電流が集中する被覆層を本体部よりも電気抵抗の低い材料で形成すればよいため、 他の材料の組合せでもよい。例えば、本体部をアルミニウム又はアルミニウム 銅合 金で形成したり、被覆層を銅，金で形成したりしてもよい。アンテナ 85bの本体部，被 覆層も同様に改変できる。また、アンテナ 85aと、アンテナ 85bを、異なる材料で形成 してちよい。
[0098] (j) 上記の実施形態では、反応プロセスゾーン 60に反応性ガスとして酸素を導入 しているが、その他に、オゾン，一酸化二窒素（N O)等の酸ィ匕性ガス、窒素等の窒
2
化性ガス、メタン等の炭化性ガス、弗素，四弗化炭素 (CF )等の弗化性ガスなどを導
4
入することで、本発明を酸ィ匕処理以外のプラズマ処理にも適用することができる。
[0099] (k) 上記の実施形態では、ターゲット 29a, 29bの材料としてチタンを用いている 1S これに限定されるものでなぐこれらの酸ィ匕物を用いることもできる。また、アルミ二 ゥム（A1) ,ケィ素（Si) ,ジルコニウム（Zr) ,スズ（Sn) ,クロム（Cr) ,タンタル (Ta) ,テ ルル（Te) ,鉄（Fe) ,マグネシウム（Mg) ,ハフニウム（Hf) ,ニオブ（Nb) ,ニッケル' クロム（Ni— Cr) ,インジウム'スズ (In— Sn)などの金属を用いることができる。また、 これらの金属の化合物，例えば、 Al O , SiO , ZrO , Ta O , HfO等を用いること
2 3 2 2 2 5 2
もできる。
[0100] これらのターゲットを用いた場合、反応プロセスゾーン 60におけるプラズマ処理によ り、 Al O , SiO , ZrO , Ta O , SiO , Nb O , HfO , MgF等の光学膜ないし絶
2 3 2 2 2 5 2 2 5 2 2
縁膜、 ITO等の導電膜、 Fe Oなどの磁性膜、 TIN, CrN, TiCなどの超硬膜を作成
2 3
できる。 TiO， ZrO， SiO， Nb O， Ta Oのような絶縁性の金属化合物は、金属（
2 2 2 2 5 2 5
Ti, Zr, Si)に比べスパッタ速度が極端に遅く生産性が悪いので、特に本発明の薄 膜形成装置を用いてプラズマ処理すると有効である。
[0101] (1) 上記の実施形態では、ターゲット 29aとターゲット 29bは同一の材料で構成さ れているが、異種の材料で構成してもよい。同一の金属ターゲットを用いた場合は、 上述のように、スパッタを行うことによって単一金属の不完全反応物が基板に形成さ れ、異種の金属ターゲットを用いた場合は合金の不完全反応物が基板に形成される 産業上の利用性
[0102] 本発明の薄膜形成装置によれば、反応性ガスプラズマ中のラジカルの相対的な密 度をある程度高めながら、ある程度の割合のイオンを薄膜に接触させて成膜の形成 を行うことが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 開口を有する真空槽と、該真空槽の前記開口に対応する位置に設けられ前記真 空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内で基体を保持す る基体保持手段と、前記プラズマ発生手段と前記基体保持手段との間に設けられ前 記プラズマ発生手段で発生させたイオンを消滅させるイオン消滅手段と、を備え、 前記プラズマ発生手段力 前記基板ホルダを臨んだときの、前記イオン消滅手段 が前記プラズマ発生手段に対して前記基体保持手段を遮蔽する面積は、前記ブラ ズマ発生手段力 前記基板ホルダを臨む残余の面積よりも狭く構成されてなることを 特徴とする薄膜形成装置。
[2] 前記イオン消滅手段は導電体で構成され、アースされた状態で前記真空槽内に設 けられて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成装置。
[3] 前記イオン消滅手段は中空部材で形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の 薄膜形成装置。
[4] 前記イオン消滅手段は中空部材で形成されたことを特徴とする請求項 2に記載の 薄膜形成装置。
[5] 前記イオン消滅手段は絶縁体で構成されて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の 薄膜形成装置。
[6] 前記基板保持手段は、前記真空槽と絶縁され、電位的にフローティングされた状態 で前記真空槽内に設けられて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成装置
[7] 前記プラズマ発生手段は、高周波電源に接続され、同一平面上で渦を成すアンテ ナを有して構成され、
前記アンテナに対して前記高周波電源により 2kW以上 4kW以下の電力が供給さ れることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成装置。
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