マイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを用いたマグネトロンスパッタ成膜装置
【課題】 低圧下でマイクロ波プラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置、および表面の凹凸が小さい薄膜を形成可能なマグネトロンスパッタ成膜装置を提供する。
【解決手段】 マイクロ波プラズマ生成装置４は、マイクロ波を伝送する矩形導波管４１と、該マイクロ波が通過するスロット４２０を有するスロットアンテナ４２と、スロット４２０を通過した該マイクロ波が入射する誘電体部４３と、を備え、スロット４２０から誘電体部４３へ入射する該マイクロ波の入射方向は、マイクロ波プラズマＰ１が生成される誘電体部４３の表面４３０に平行である。マグネトロンスパッタ成膜装置１は、マイクロ波プラズマ生成装置４を備え、基材２０とターゲット３０との間にマイクロ波プラズマＰ１を照射しながら、マグネトロンプラズマＰ２による成膜を行う。
【解決手段】 マイクロ波プラズマ生成装置４は、マイクロ波を伝送する矩形導波管４１と、該マイクロ波が通過するスロット４２０を有するスロットアンテナ４２と、スロット４２０を通過した該マイクロ波が入射する誘電体部４３と、を備え、スロット４２０から誘電体部４３へ入射する該マイクロ波の入射方向は、マイクロ波プラズマＰ１が生成される誘電体部４３の表面４３０に平行である。マグネトロンスパッタ成膜装置１は、マイクロ波プラズマ生成装置４を備え、基材２０とターゲット３０との間にマイクロ波プラズマＰ１を照射しながら、マグネトロンプラズマＰ２による成膜を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧下でマイクロ波プラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを用いたマグネトロンスパッタ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタによる成膜方法としては、二極スパッタ法や、マグネトロンスパッタ法等がある。例えば、高周波（ＲＦ）を利用した二極スパッタ法においては、成膜速度が遅い、ターゲットから飛び出した二次電子の照射で基材の温度が上昇しやすい、という問題がある。成膜速度が遅いため、ＲＦ二極スパッタ法は、量産には適さない。一方、マグネトロンスパッタ法によると、ターゲット表面に発生した磁界により、ターゲットから飛び出した二次電子が捕らえられる。このため、基材の温度が上昇しにくい。また、捕らえた二次電子でガスのイオン化が促進されるため、成膜速度を速くすることができる。（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５７４２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７６５６号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マグネトロンスパッタ法のなかでは、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタ法（ＤＣパルス方式を含む）が、成膜速度等の観点から多用されている。しかし、ＤＣマグネトロンスパッタ法には、一定の高電圧を印加しないと、プラズマが安定しなかったり、プラズマが生成しないという不具合がある。このため、数百ボルトの高電圧を印加するが、高電圧を印加すると、ターゲットから、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子が飛び出す場合がある。粒子径の大きな粒子が基材に付着すると、形成された膜の表面に凹凸が生じてしまう。膜の表面の凹凸が大きい場合、凹部に酸素等が吸着しやすくなり、膜や相手材を劣化させるおそれがある。また、凸部により、相手材を劣化させるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置、および当該成膜装置に必要であり、低圧下でマイクロ波プラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明者は、ＤＣマグネトロンスパッタ法による成膜について鋭意研究を重ねた結果、マグネトロン放電で生成したプラズマ（以下、適宜「マグネトロンプラズマ」と称す）による成膜を、マイクロ波プラズマを照射しながら行えば、印加電圧を下げることができ、上記課題を解決できるという見地に至った。しかしながら、通常、マグネトロンスパッタは、不純物の侵入を抑制し、膜質を維持するために、平均自由工程が比較的長くプラズマが安定な一定の低圧下で行われる。成膜時の圧力としては、０．５〜１．０Ｐａ程度が望ましい。一方、一般的なマイクロ波プラズマ生成装置は、５Ｐａ以上の比較的高圧下でマイクロ波プラズマを生成する（例えば、特許文献３参照）。このため、従来のマイクロ波プラズマ生成装置を用いた場合、マグネトロンスパッタを行う１Ｐａ以下の低圧下では、マイクロ波プラズマを生成することが難しい。この理由は、次のように考えられる。
【０００７】
図４に、従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。図４に示すように、プラズマ生成部９は、導波管９０と、スロットアンテナ９１と、誘電体部９２と、を有している。スロットアンテナ９１は、導波管９０の前方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ９１は、導波管９０の前壁を形成している。スロットアンテナ９１には、複数の長孔状のスロット９１０が形成されている。誘電体部９２は、スロット９１０を覆うように、スロットアンテナ９１の前面（真空容器側）に配置されている。導波管９０の右端から伝送されたマイクロ波は、図中前後方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット９１０を通過して、誘電体部９２に入射する。誘電体部９２に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、誘電体部９２の前面９２０に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰが生成される。
【０００８】
ここで、スロット９１０から誘電体部９２へ入射するマイクロ波の入射方向（矢印Ｙ１）と、誘電体部９２の前面９２０と、は直交する。このため、誘電体部９２に入射したマイクロ波は、生成したマイクロ波プラズマＰに遮られ、進行方向を９０°変えて、誘電体部９２の前面９２０を伝播する（矢印Ｙ２）。このように、生成したマイクロ波プラズマＰに対して垂直にマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰに伝播しにくい。このため、低圧下でのプラズマ生成が難しいと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明者は、マイクロ波の入射方向に着目し、低圧下でもマイクロ波プラズマを生成することができるマイクロ波プラズマ生成装置を開発した。すなわち、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、真空容器内にマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置であって、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットを覆うように該スロットアンテナに積層して配置され、該スロットを通過した該マイクロ波が入射する誘電体部と、を備え、該スロットから該誘電体部へ入射する該マイクロ波の入射方向は、該マイクロ波プラズマが生成される該誘電体部の表面に平行であることを特徴とする。
【００１０】
図３に、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。なお、図３は、プラズマ生成部の一実施形態を示す図である（後述する実施形態参照）。図３は、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を、何ら限定するものではない。
【００１１】
図３に示すように、プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、誘電体部固定板４４と、を有している。導波管４１の左端後方には、マイクロ波を伝送する管体部５１が接続されている。スロットアンテナ４２は、導波管４１の上方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ４２は、導波管４１の上壁を形成している。スロットアンテナ４２には、複数の長孔状のスロット４２０が形成されている。誘電体部４３は、スロット４２０を覆うように、スロットアンテナ４２の上面に配置されている。管体部５１から伝送されたマイクロ波は、図中上下方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット４２０を通過して、誘電体部４３に入射する。誘電体部４３に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、主に誘電体部４３の前面４３０に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰ１が生成される。
【００１２】
このように、生成したマイクロ波プラズマＰ１に沿ってマイクロ波を入射させるため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰ１に伝播しやすい。このため、１Ｐａ以下の低圧下においてもプラズマ生成が可能になると考えられる。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、低圧下においてもマイクロ波プラズマを生成することができる。よって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を用いると、マイクロ波プラズマを照射しながら、マグネトロンプラズマによる成膜を行うことができる。マグネトロンプラズマによる成膜については、後の（３）にて詳しく説明する。
【００１３】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記マイクロ波プラズマを生成可能な構成とする方がよい。本構成によると、マグネトロンスパッタに好適な０．５〜１．０Ｐａ程度の低圧下でも、マイクロ波プラズマを生成することができる。
【００１４】
（３）本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、基材と、ターゲットと、該ターゲットの表面に磁界を形成するための磁界形成手段と、を備え、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、さらに、上記（１）または（２）の構成のマイクロ波プラズマ生成装置を備え、該マイクロ波プラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射することを特徴とする。
【００１５】
本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、マグネトロンプラズマによる成膜を、マイクロ波プラズマを照射しながら行う。基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射すると、印加電圧を下げても、マグネトロンプラズマを安定に維持することができる。これにより、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しを、抑制することができる。その結果、スパッタ粒子の粒子径のばらつきが抑制され、形成される薄膜の表面の凹凸を、小さくすることができる。
【００１６】
また、上述したように、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、１Ｐａ以下の低圧下でも、マイクロ波プラズマを生成、照射することが可能である。したがって、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、膜質を維持したまま、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができる。
【００１７】
（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記薄膜の形成は、０．５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる構成とする方がよい。
【００１８】
真空容器内を３Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、マグネトロンプラズマが安定すると共に、不純物侵入の抑制や平均自由工程を長くすることができる。これにより、形成される薄膜の膜質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態であるマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。
【図２】同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図である。
【図３】同マグネトロンスパッタ成膜装置を構成するマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図である。
【図４】従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを備えた本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態について説明する。
【００２１】
＜マグネトロンスパッタ成膜装置＞
まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の構成について説明する。図１に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図２に、同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図を示す。図３に、同マグネトロンスパッタ成膜装置を構成するマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。
【００２２】
図１〜図３に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置１は、真空容器８と、基材２０と、基材保持板２１と、ターゲット３０と、バッキングプレート３１と、磁石３２ａ〜３２ｃと、カソード３３と、マイクロ波プラズマ生成装置４と、を備えている。
【００２３】
真空容器８は、アルミ鋼製であって、直方体箱状を呈している。真空容器８の左壁には、ガス供給孔８０が穿設されている。ガス供給孔８０には、アルゴン（Ａｒ）ガスを真空容器８内に供給するためのガス供給管（図略）の下流端が接続されている。真空容器８の下壁には、排気孔８２が穿設されている。排気孔８２には、真空容器８の内部のガスを排出するための真空排気装置（図略）が接続されている。
【００２４】
基材保持板２１は、ステンレス鋼製であって、中空の長方形板状を呈している。基材保持板２１は、内部を冷却液が循環することにより冷却されている。基材保持板２１の上面には、左右方向に一対の脚部２１０が配置されている。一対の脚部２１０は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。基材保持板２１は、一対の脚部２１０を介して、真空容器８の上壁に取り付けられている。
【００２５】
基材２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムであり、長方形状を呈している。基材２０は、基材保持板２１の下面に貼り付けられている。
【００２６】
カソード３３は、ステンレス鋼製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。カソード３３、ターゲット３０、およびバッキングプレート３１の周囲には、アースシールド３４が配置されている。カソード３３は、アースシールド３４を介して、真空容器８の下面に配置されている。カソード３３は、直流パルス電源３５に接続されている。
【００２７】
磁石３２ａ〜３２ｃは、カソード３３の内側に配置されている。磁石３２ａ〜３２ｃは、各々、長尺直方体状を呈している。磁石３２ａ〜３２ｃは、前後方向に離間して、互いに平行になるように配置されている。磁石３２ａおよび磁石３２ｃについては、上側がＳ極、下側がＮ極である。磁石３２ｂについては、上側がＮ極、下側がＳ極である。磁石３２ａ〜３２ｃにより、ターゲット３０の表面に磁界が形成される。磁石３２ａ〜３２ｃは、本発明における磁界形成手段に含まれる。
【００２８】
バッキングプレート３１は、銅製であって、長方形板状を呈している。バッキングプレート３１は、カソード３３の上部開口を覆うように配置されている。
【００２９】
ターゲット３０は、酸化インジウム−酸化錫の複合酸化物（ＩＴＯ）であり、長方形薄板状を呈している。ターゲット３０は、バッキングプレート３１の上面に配置されている。ターゲット３０は、基材２０と対向して配置されている。
【００３０】
マイクロ波プラズマ生成装置４は、プラズマ生成部４０と、マイクロ波伝送部５０と、を備えている。マイクロ波伝送部５０は、管体部５１と、マイクロ波電源５２と、マイクロ波発振器５３と、アイソレータ５４と、パワーモニタ５５と、ＥＨ整合器５６と、を有している。マイクロ波発振器５３、アイソレータ５４、パワーモニタ５５、およびＥＨ整合器５６は、管体部５１により連結されている。管体部５１は、真空容器８の後壁に穿設された導波孔を通って、プラズマ生成部４０の導波管４１の後側に接続されている。
【００３１】
プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、誘電体部固定板４４と、を有している。図３に示すように、導波管４１は、アルミニウム製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。導波管４１は、左右方向に延在している。スロットアンテナ４２は、アルミニウム製であって、長方形板状を呈している。スロットアンテナ４２は、導波管４１の開口部を上方から塞いでいる。すなわち、スロットアンテナ４２は、導波管４１の上壁を形成している。スロットアンテナ４２には、スロット４２０が四つ形成されている。スロット４２０は、左右方向に伸びる長孔状を呈している。スロット４２０は、電界が強い位置に配置されている。
【００３２】
誘電体部４３は、石英製であって、直方体状を呈している。誘電体部４３は、スロットアンテナ４２の上面前側に配置されている。誘電体部４３は、スロット４２０を上方から覆っている。
【００３３】
誘電体部固定板４４は、ステンレス鋼製であって、平板状を呈している。誘電体部固定板４４は、スロットアンテナ４２の上面後側に配置されている。誘電体部固定板４４は、誘電体部４３を後方から支持している。
【００３４】
＜マグネトロンスパッタ成膜方法＞
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置１による成膜方法について説明する。本実施形態の成膜方法は、まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、アルゴンガスを真空容器８内へ供給する。この際、真空容器８内の圧力が、約１０〜１００Ｐａになるように、アルゴンガスの流量を調整する。続いて、マイクロ波電源５２をオンにする。マイクロ波電源５２をオンにすると、マイクロ波発振器５３がマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部５１内を伝播する。ここで、アイソレータ５４は、プラズマ生成部４０から反射されたマイクロ波が、マイクロ波発振器５３に戻るのを抑制する。パワーモニタ５５は、発生したマイクロ波の出力と、反射したマイクロ波の出力と、をモニタリングする。ＥＨ整合器５６は、マイクロ波の反射量を調整する。管体部５１内を通過したマイクロ波は、導波管４１の内部を伝播する。導波管４１の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ４２のスロット４２０に進入する。そして、図３中白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット４２０を通過して、誘電体部４３に入射する。誘電体部４３に入射したマイクロ波は、同図中白抜き矢印Ｙ２で示すように、主に誘電体部４３の前面４３０に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器８内のアルゴンガスが電離して、誘電体部４３の前方にマイクロ波プラズマＰ１が生成される。この後、マイクロ波プラズマＰ１の生成を維持したまま、真空容器８内の圧力が約０．７Ｐａになるように、アルゴンガスの流量を調整する。
【００３５】
次に、直流パルス電源３５をオンにして、カソード３３に電圧を印加する。これにより生じたマグネトロン放電で、アルゴンガスが電離して、ターゲット３０の上方にマグネトロンプラズマＰ２が生成される。そして、マグネトロンプラズマＰ２（アルゴンイオン）によりターゲット３０をスパッタし、ターゲット３０からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット３０から飛び出したスパッタ粒子は、基材２０に向かって飛散して、基材２０の下面に付着することにより、薄膜を形成する。この際、基材２０とターゲット３０との間（マグネトロンプラズマＰ２生成領域を含む）には、マイクロ波プラズマＰ１が照射される。
【００３６】
＜作用効果＞
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置、およびマグネトロンスパッタ成膜装置の作用効果について説明する。本実施形態によると、マイクロ波プラズマ生成装置４において、誘電体部４３の前面４３０は、スロットアンテナ４２に対して垂直に配置されている。これにより、スロット４２０から誘電体部４３へ入射するマイクロ波の入射方向が、誘電体部４３の前面４３０に対して平行になる。このように、生成したマイクロ波プラズマＰ１に沿ってマイクロ波を入射させるため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰ１に伝播しやすい。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置４によると、０．７Ｐａ程度の低圧下でも、マイクロ波プラズマＰ１を生成することができる。
【００３７】
マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、マグネトロンプラズマＰ２によるスパッタ成膜を、マイクロ波プラズマＰ１を照射しながら行うことができる。マイクロ波プラズマＰ１を照射することにより、印加電圧を下げても、マグネトロンプラズマＰ２を安定に維持することができる。これにより、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲット３０からの飛び出しを、抑制することができる。その結果、スパッタ粒子の粒子径のばらつきが抑制され、形成される薄膜の表面の凹凸を、小さくすることができる。また、真空容器８内を１Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、マグネトロンプラズマが安定すると共に、不純物侵入の抑制や平均自由工程を長くすることができる。これにより、形成される薄膜の膜質が向上する。
【００３８】
＜その他＞
以上、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置、およびマグネトロンスパッタ成膜装置の一実施形態について説明した。しかしながら、マイクロ波プラズマ生成装置、およびマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、ターゲットとしてＩＴＯを使用した。しかし、ターゲットの材料は、特に限定されるものではなく、形成する薄膜の種類に応じて適宜決定すればよい。同様に、薄膜が形成される基材についても、用途に応じて、適宜選択すればよい。上記実施形態のＰＥＴフィルムの他、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、ポリアミド（ＰＡ）６フィルム、ＰＡ１１フィルム、ＰＡ１２フィルム、ＰＡ４６フィルム、ポリアミドＭＸＤ６フィルム、ＰＡ９Ｔフィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、フッ素樹脂フィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）フィルム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シクロオレフィンポリマー等のポリオレフィンフィルム等を使用することができる。
【００４０】
スロットアンテナの材質、スロットの数、形状、配置等は、特に限定されない。例えば、スロットアンテナの材質は、非磁性の金属であればよく、アルミニウムの他、ステンレス鋼や真鍮等でも構わない。また、スロットは、一列ではなく、二列以上に配置されていてもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。誘電体部の材質、形状についても、特に限定されない。誘電体部の材質としては、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英の他、酸化アルミニウム（アルミナ）等が好適である。
【００４１】
真空容器、基材保持板、バッキングプレート、およびカソードの材質や形状についても、特に限定されない。例えば、真空容器は金属製であればよく、なかでも導電性の高い材料を採用することが望ましい。バッキングプレートには、非磁性の導電性材料を用いればよい。なかでも、導電性および熱伝導性が高い銅等の金属材料が望ましい。カソードには、ステンレス鋼の他、アルミニウム等の金属を用いることができる。また、磁石の種類や配置についても、特に限定されない。例えば、各々の磁石のＮ極とＳ極とが、上記実施形態と逆でもよい。
【００４２】
上記実施形態では、約０．７Ｐａ下で成膜を行った。しかし、成膜処理の圧力は、当該圧力に限定されず、適宜最適な圧力を採用すればよい。また、供給するガスとしては、アルゴンの他、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）等を使用してもよい。なお、二種類以上のガスを混合して使用してもよい。
【実施例】
【００４３】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４４】
＜低圧下におけるマイクロ波プラズマ生成＞
［実施例］
上記実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置４の低圧下でのマイクロ波プラズマ生成について検討した。以下の処理における部材の符号は、前出図１〜図３に対応している。
【００４５】
まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０−３Ｐａとした。次に、アルゴンガスを真空容器８内へ供給し、真空容器８の内部圧力を１００Ｐａとした。続いて、マイクロ波電源５２をオンにして、発振された出力１．４ｋＷのマイクロ波により、マイクロ波プラズマＰ１を生成した。その後、アルゴンガスの流量を絞り、真空容器８の内部圧力を５０Ｐａ→２５Ｐａ→１３Ｐａ→７Ｐａ→４Ｐａ→２Ｐａ→１Ｐａ→０．５Ｐａとし、各々の圧力下においてマイクロ波プラズマＰ１の生成状態を目視確認した。その結果、いずれの圧力下においても、安定してマイクロ波プラズマＰ１が生成した。なお、その時にマイクロ波発振器５３方向に戻るマイクロ波の反射は、いずれも０．１ｋＷ以下であった。
【００４６】
［比較例］
マイクロ波プラズマ生成装置４のプラズマ生成部４０を、従来のプラズマ生成部９（前出図４参照）に変更し、上記実施例と同様に、低圧下でのマイクロ波プラズマ生成について検討した。その結果、真空容器８の内部圧力が４Ｐａで、生成したマイクロ波プラズマＰが不安定となり、点滅をはじめた。その際、マイクロ波発振器５３方向に戻るマイクロ波の反射は、０．５ｋＷ以上となった。また、真空容器８の内部圧力が２Ｐａになると、プラズマ生成を持続することができず、マイクロ波プラズマＰが消失した。無論、１Ｐａ以下では、マイクロ波プラズマＰを生成することができなかった。
【００４７】
＜マグネトロンスパッタ成膜装置による薄膜形成＞
［実施例］
上記実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１により、ＰＥＴフィルムの表面にＩＴＯ膜を形成した。以下の成膜処理における部材の符号は、前出図１〜図３に対応している。まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０−３Ｐａとした。次に、アルゴンガスを真空容器８内へ供給し、真空容器８の内部圧力を２５Ｐａとした。続いて、マイクロ波電源５２をオンにして、発振された出力１．４ｋＷのマイクロ波により、マイクロ波プラズマＰ１を生成した。その後、直ちにアルゴンガスの流量を絞り、真空容器８の内部圧力を０．６５Ｐａとした。さらに、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給し、真空容器８の内部圧力を０．６７Ｐａとした。この際マイクロ波プラズマＰ１は安定して生成しており、マイクロ波の反射も０．１ｋＷ以下であった。
【００４８】
その状態で、直流パルス電源３５（日本ＭＫＳ（株）製ＲＰＧ−１００、Ｐｕｌｓｅｄ ＤＣ Ｐｌａｓｍａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を、出力１５００Ｗ、周波数１００ｋＨｚ、パルス幅３０５６ｎｓの設定条件にてオンにして、カソード３３に電圧を印加して、マグネトロンプラズマＰ２を生成した。そして、マグネトロンプラズマＰ２により、ターゲット３０をスパッタすると共に、マイクロ波プラズマＰ１を照射して、基材２０（ＰＥＴフィルム）の表面にＩＴＯ膜を形成した。成膜時の電圧は、２６０Ｖとなり（電圧は、直流パルス電源３５により自動的に制御されている）、下記比較例と比較して、印加電圧を約２０％低減することができた。
【００４９】
［比較例］
上記実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１において、マイクロ波プラズマ生成装置４のプラズマ生成部４０を、従来のプラズマ生成部９（前出図４参照）に変更し、上記実施例と同様の条件でマイクロ波プラズマの生成を試みた。しかし、低圧下におけるマイクロ波プラズマ生成の検討時と同様に、真空容器８の内部圧力が０．６５Ｐａでは、プラズマが消失してしまった。
【００５０】
そこで、酸素ガスを、真空容器８内へ微量供給し、真空容器８の内部圧力を０．６７Ｐａとし、直流パルス電源３５（同上）を出力１５００Ｗ、周波数１００ｋＨｚ、パルス幅３０５６ｎｓの設定条件にてオンにした後、マイクロ波プラズマの生成を試みたが、プラズマを生成することはできなかった。
【００５１】
このため、マイクロ波プラズマ生成装置４を作動せずに（マイクロ波プラズマＰ１を生成せずに）、上記実施例と同様の条件にてマグネトロンプラズマＰ２を生成した。そして、マグネトロンプラズマＰ２により、ターゲット３０をスパッタし、基材２０（ＰＥＴフィルム）の表面にＩＴＯ膜を形成した。成膜時の電圧は、３１０Ｖであった（電圧は、直流パルス電源３５により自動的に制御されている）。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のマイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを用いたマグネトロンスパッタ成膜装置は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明、太陽電池、電子ペーパー等に用いられる透明導電膜等の形成に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１：マグネトロンスパッタ成膜装置
２０：基材 ２１：基材保持板 ２１０：脚部
３０：ターゲット ３１：バッキングプレート ３２ａ〜３２ｃ：磁石（磁界形成手段）
３３：カソード ３４：アースシールド ３５：直流パルス電源
４：マイクロ波プラズマ生成装置 ４０：プラズマ生成部 ４１：導波管
４２：スロットアンテナ ４３：誘電体部 ４４：誘電体部固定板
４２０：スロット ４３０：前面
５０：マイクロ波伝送部 ５１：管体部 ５２：マイクロ波電源
５３：マイクロ波発振器 ５４：アイソレータ ５５：パワーモニタ ５６：ＥＨ整合器
８：真空容器 ８０：ガス供給孔 ８２：排気孔
Ｐ１：マイクロ波プラズマ Ｐ２：マグネトロンプラズマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧下でマイクロ波プラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを用いたマグネトロンスパッタ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタによる成膜方法としては、二極スパッタ法や、マグネトロンスパッタ法等がある。例えば、高周波（ＲＦ）を利用した二極スパッタ法においては、成膜速度が遅い、ターゲットから飛び出した二次電子の照射で基材の温度が上昇しやすい、という問題がある。成膜速度が遅いため、ＲＦ二極スパッタ法は、量産には適さない。一方、マグネトロンスパッタ法によると、ターゲット表面に発生した磁界により、ターゲットから飛び出した二次電子が捕らえられる。このため、基材の温度が上昇しにくい。また、捕らえた二次電子でガスのイオン化が促進されるため、成膜速度を速くすることができる。（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５７４２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７６５６号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マグネトロンスパッタ法のなかでは、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタ法（ＤＣパルス方式を含む）が、成膜速度等の観点から多用されている。しかし、ＤＣマグネトロンスパッタ法には、一定の高電圧を印加しないと、プラズマが安定しなかったり、プラズマが生成しないという不具合がある。このため、数百ボルトの高電圧を印加するが、高電圧を印加すると、ターゲットから、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子が飛び出す場合がある。粒子径の大きな粒子が基材に付着すると、形成された膜の表面に凹凸が生じてしまう。膜の表面の凹凸が大きい場合、凹部に酸素等が吸着しやすくなり、膜や相手材を劣化させるおそれがある。また、凸部により、相手材を劣化させるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置、および当該成膜装置に必要であり、低圧下でマイクロ波プラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明者は、ＤＣマグネトロンスパッタ法による成膜について鋭意研究を重ねた結果、マグネトロン放電で生成したプラズマ（以下、適宜「マグネトロンプラズマ」と称す）による成膜を、マイクロ波プラズマを照射しながら行えば、印加電圧を下げることができ、上記課題を解決できるという見地に至った。しかしながら、通常、マグネトロンスパッタは、不純物の侵入を抑制し、膜質を維持するために、平均自由工程が比較的長くプラズマが安定な一定の低圧下で行われる。成膜時の圧力としては、０．５〜１．０Ｐａ程度が望ましい。一方、一般的なマイクロ波プラズマ生成装置は、５Ｐａ以上の比較的高圧下でマイクロ波プラズマを生成する（例えば、特許文献３参照）。このため、従来のマイクロ波プラズマ生成装置を用いた場合、マグネトロンスパッタを行う１Ｐａ以下の低圧下では、マイクロ波プラズマを生成することが難しい。この理由は、次のように考えられる。
【０００７】
図４に、従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。図４に示すように、プラズマ生成部９は、導波管９０と、スロットアンテナ９１と、誘電体部９２と、を有している。スロットアンテナ９１は、導波管９０の前方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ９１は、導波管９０の前壁を形成している。スロットアンテナ９１には、複数の長孔状のスロット９１０が形成されている。誘電体部９２は、スロット９１０を覆うように、スロットアンテナ９１の前面（真空容器側）に配置されている。導波管９０の右端から伝送されたマイクロ波は、図中前後方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット９１０を通過して、誘電体部９２に入射する。誘電体部９２に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、誘電体部９２の前面９２０に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰが生成される。
【０００８】
ここで、スロット９１０から誘電体部９２へ入射するマイクロ波の入射方向（矢印Ｙ１）と、誘電体部９２の前面９２０と、は直交する。このため、誘電体部９２に入射したマイクロ波は、生成したマイクロ波プラズマＰに遮られ、進行方向を９０°変えて、誘電体部９２の前面９２０を伝播する（矢印Ｙ２）。このように、生成したマイクロ波プラズマＰに対して垂直にマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰに伝播しにくい。このため、低圧下でのプラズマ生成が難しいと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明者は、マイクロ波の入射方向に着目し、低圧下でもマイクロ波プラズマを生成することができるマイクロ波プラズマ生成装置を開発した。すなわち、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、真空容器内にマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置であって、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットを覆うように該スロットアンテナに積層して配置され、該スロットを通過した該マイクロ波が入射する誘電体部と、を備え、該スロットから該誘電体部へ入射する該マイクロ波の入射方向は、該マイクロ波プラズマが生成される該誘電体部の表面に平行であることを特徴とする。
【００１０】
図３に、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。なお、図３は、プラズマ生成部の一実施形態を示す図である（後述する実施形態参照）。図３は、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を、何ら限定するものではない。
【００１１】
図３に示すように、プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、誘電体部固定板４４と、を有している。導波管４１の左端後方には、マイクロ波を伝送する管体部５１が接続されている。スロットアンテナ４２は、導波管４１の上方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ４２は、導波管４１の上壁を形成している。スロットアンテナ４２には、複数の長孔状のスロット４２０が形成されている。誘電体部４３は、スロット４２０を覆うように、スロットアンテナ４２の上面に配置されている。管体部５１から伝送されたマイクロ波は、図中上下方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット４２０を通過して、誘電体部４３に入射する。誘電体部４３に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、主に誘電体部４３の前面４３０に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰ１が生成される。
【００１２】
このように、生成したマイクロ波プラズマＰ１に沿ってマイクロ波を入射させるため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰ１に伝播しやすい。このため、１Ｐａ以下の低圧下においてもプラズマ生成が可能になると考えられる。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、低圧下においてもマイクロ波プラズマを生成することができる。よって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を用いると、マイクロ波プラズマを照射しながら、マグネトロンプラズマによる成膜を行うことができる。マグネトロンプラズマによる成膜については、後の（３）にて詳しく説明する。
【００１３】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記マイクロ波プラズマを生成可能な構成とする方がよい。本構成によると、マグネトロンスパッタに好適な０．５〜１．０Ｐａ程度の低圧下でも、マイクロ波プラズマを生成することができる。
【００１４】
（３）本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、基材と、ターゲットと、該ターゲットの表面に磁界を形成するための磁界形成手段と、を備え、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、さらに、上記（１）または（２）の構成のマイクロ波プラズマ生成装置を備え、該マイクロ波プラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射することを特徴とする。
【００１５】
本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、マグネトロンプラズマによる成膜を、マイクロ波プラズマを照射しながら行う。基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射すると、印加電圧を下げても、マグネトロンプラズマを安定に維持することができる。これにより、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しを、抑制することができる。その結果、スパッタ粒子の粒子径のばらつきが抑制され、形成される薄膜の表面の凹凸を、小さくすることができる。
【００１６】
また、上述したように、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、１Ｐａ以下の低圧下でも、マイクロ波プラズマを生成、照射することが可能である。したがって、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、膜質を維持したまま、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができる。
【００１７】
（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記薄膜の形成は、０．５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる構成とする方がよい。
【００１８】
真空容器内を３Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、マグネトロンプラズマが安定すると共に、不純物侵入の抑制や平均自由工程を長くすることができる。これにより、形成される薄膜の膜質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態であるマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。
【図２】同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図である。
【図３】同マグネトロンスパッタ成膜装置を構成するマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図である。
【図４】従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを備えた本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態について説明する。
【００２１】
＜マグネトロンスパッタ成膜装置＞
まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の構成について説明する。図１に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図２に、同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図を示す。図３に、同マグネトロンスパッタ成膜装置を構成するマイクロ波プラズマ生成装置におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。
【００２２】
図１〜図３に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置１は、真空容器８と、基材２０と、基材保持板２１と、ターゲット３０と、バッキングプレート３１と、磁石３２ａ〜３２ｃと、カソード３３と、マイクロ波プラズマ生成装置４と、を備えている。
【００２３】
真空容器８は、アルミ鋼製であって、直方体箱状を呈している。真空容器８の左壁には、ガス供給孔８０が穿設されている。ガス供給孔８０には、アルゴン（Ａｒ）ガスを真空容器８内に供給するためのガス供給管（図略）の下流端が接続されている。真空容器８の下壁には、排気孔８２が穿設されている。排気孔８２には、真空容器８の内部のガスを排出するための真空排気装置（図略）が接続されている。
【００２４】
基材保持板２１は、ステンレス鋼製であって、中空の長方形板状を呈している。基材保持板２１は、内部を冷却液が循環することにより冷却されている。基材保持板２１の上面には、左右方向に一対の脚部２１０が配置されている。一対の脚部２１０は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。基材保持板２１は、一対の脚部２１０を介して、真空容器８の上壁に取り付けられている。
【００２５】
基材２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムであり、長方形状を呈している。基材２０は、基材保持板２１の下面に貼り付けられている。
【００２６】
カソード３３は、ステンレス鋼製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。カソード３３、ターゲット３０、およびバッキングプレート３１の周囲には、アースシールド３４が配置されている。カソード３３は、アースシールド３４を介して、真空容器８の下面に配置されている。カソード３３は、直流パルス電源３５に接続されている。
【００２７】
磁石３２ａ〜３２ｃは、カソード３３の内側に配置されている。磁石３２ａ〜３２ｃは、各々、長尺直方体状を呈している。磁石３２ａ〜３２ｃは、前後方向に離間して、互いに平行になるように配置されている。磁石３２ａおよび磁石３２ｃについては、上側がＳ極、下側がＮ極である。磁石３２ｂについては、上側がＮ極、下側がＳ極である。磁石３２ａ〜３２ｃにより、ターゲット３０の表面に磁界が形成される。磁石３２ａ〜３２ｃは、本発明における磁界形成手段に含まれる。
【００２８】
バッキングプレート３１は、銅製であって、長方形板状を呈している。バッキングプレート３１は、カソード３３の上部開口を覆うように配置されている。
【００２９】
ターゲット３０は、酸化インジウム−酸化錫の複合酸化物（ＩＴＯ）であり、長方形薄板状を呈している。ターゲット３０は、バッキングプレート３１の上面に配置されている。ターゲット３０は、基材２０と対向して配置されている。
【００３０】
マイクロ波プラズマ生成装置４は、プラズマ生成部４０と、マイクロ波伝送部５０と、を備えている。マイクロ波伝送部５０は、管体部５１と、マイクロ波電源５２と、マイクロ波発振器５３と、アイソレータ５４と、パワーモニタ５５と、ＥＨ整合器５６と、を有している。マイクロ波発振器５３、アイソレータ５４、パワーモニタ５５、およびＥＨ整合器５６は、管体部５１により連結されている。管体部５１は、真空容器８の後壁に穿設された導波孔を通って、プラズマ生成部４０の導波管４１の後側に接続されている。
【００３１】
プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、誘電体部固定板４４と、を有している。図３に示すように、導波管４１は、アルミニウム製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。導波管４１は、左右方向に延在している。スロットアンテナ４２は、アルミニウム製であって、長方形板状を呈している。スロットアンテナ４２は、導波管４１の開口部を上方から塞いでいる。すなわち、スロットアンテナ４２は、導波管４１の上壁を形成している。スロットアンテナ４２には、スロット４２０が四つ形成されている。スロット４２０は、左右方向に伸びる長孔状を呈している。スロット４２０は、電界が強い位置に配置されている。
【００３２】
誘電体部４３は、石英製であって、直方体状を呈している。誘電体部４３は、スロットアンテナ４２の上面前側に配置されている。誘電体部４３は、スロット４２０を上方から覆っている。
【００３３】
誘電体部固定板４４は、ステンレス鋼製であって、平板状を呈している。誘電体部固定板４４は、スロットアンテナ４２の上面後側に配置されている。誘電体部固定板４４は、誘電体部４３を後方から支持している。
【００３４】
＜マグネトロンスパッタ成膜方法＞
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置１による成膜方法について説明する。本実施形態の成膜方法は、まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、アルゴンガスを真空容器８内へ供給する。この際、真空容器８内の圧力が、約１０〜１００Ｐａになるように、アルゴンガスの流量を調整する。続いて、マイクロ波電源５２をオンにする。マイクロ波電源５２をオンにすると、マイクロ波発振器５３がマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部５１内を伝播する。ここで、アイソレータ５４は、プラズマ生成部４０から反射されたマイクロ波が、マイクロ波発振器５３に戻るのを抑制する。パワーモニタ５５は、発生したマイクロ波の出力と、反射したマイクロ波の出力と、をモニタリングする。ＥＨ整合器５６は、マイクロ波の反射量を調整する。管体部５１内を通過したマイクロ波は、導波管４１の内部を伝播する。導波管４１の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ４２のスロット４２０に進入する。そして、図３中白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット４２０を通過して、誘電体部４３に入射する。誘電体部４３に入射したマイクロ波は、同図中白抜き矢印Ｙ２で示すように、主に誘電体部４３の前面４３０に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器８内のアルゴンガスが電離して、誘電体部４３の前方にマイクロ波プラズマＰ１が生成される。この後、マイクロ波プラズマＰ１の生成を維持したまま、真空容器８内の圧力が約０．７Ｐａになるように、アルゴンガスの流量を調整する。
【００３５】
次に、直流パルス電源３５をオンにして、カソード３３に電圧を印加する。これにより生じたマグネトロン放電で、アルゴンガスが電離して、ターゲット３０の上方にマグネトロンプラズマＰ２が生成される。そして、マグネトロンプラズマＰ２（アルゴンイオン）によりターゲット３０をスパッタし、ターゲット３０からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット３０から飛び出したスパッタ粒子は、基材２０に向かって飛散して、基材２０の下面に付着することにより、薄膜を形成する。この際、基材２０とターゲット３０との間（マグネトロンプラズマＰ２生成領域を含む）には、マイクロ波プラズマＰ１が照射される。
【００３６】
＜作用効果＞
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置、およびマグネトロンスパッタ成膜装置の作用効果について説明する。本実施形態によると、マイクロ波プラズマ生成装置４において、誘電体部４３の前面４３０は、スロットアンテナ４２に対して垂直に配置されている。これにより、スロット４２０から誘電体部４３へ入射するマイクロ波の入射方向が、誘電体部４３の前面４３０に対して平行になる。このように、生成したマイクロ波プラズマＰ１に沿ってマイクロ波を入射させるため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰ１に伝播しやすい。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置４によると、０．７Ｐａ程度の低圧下でも、マイクロ波プラズマＰ１を生成することができる。
【００３７】
マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、マグネトロンプラズマＰ２によるスパッタ成膜を、マイクロ波プラズマＰ１を照射しながら行うことができる。マイクロ波プラズマＰ１を照射することにより、印加電圧を下げても、マグネトロンプラズマＰ２を安定に維持することができる。これにより、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲット３０からの飛び出しを、抑制することができる。その結果、スパッタ粒子の粒子径のばらつきが抑制され、形成される薄膜の表面の凹凸を、小さくすることができる。また、真空容器８内を１Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、マグネトロンプラズマが安定すると共に、不純物侵入の抑制や平均自由工程を長くすることができる。これにより、形成される薄膜の膜質が向上する。
【００３８】
＜その他＞
以上、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置、およびマグネトロンスパッタ成膜装置の一実施形態について説明した。しかしながら、マイクロ波プラズマ生成装置、およびマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、ターゲットとしてＩＴＯを使用した。しかし、ターゲットの材料は、特に限定されるものではなく、形成する薄膜の種類に応じて適宜決定すればよい。同様に、薄膜が形成される基材についても、用途に応じて、適宜選択すればよい。上記実施形態のＰＥＴフィルムの他、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、ポリアミド（ＰＡ）６フィルム、ＰＡ１１フィルム、ＰＡ１２フィルム、ＰＡ４６フィルム、ポリアミドＭＸＤ６フィルム、ＰＡ９Ｔフィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、フッ素樹脂フィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）フィルム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シクロオレフィンポリマー等のポリオレフィンフィルム等を使用することができる。
【００４０】
スロットアンテナの材質、スロットの数、形状、配置等は、特に限定されない。例えば、スロットアンテナの材質は、非磁性の金属であればよく、アルミニウムの他、ステンレス鋼や真鍮等でも構わない。また、スロットは、一列ではなく、二列以上に配置されていてもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。誘電体部の材質、形状についても、特に限定されない。誘電体部の材質としては、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英の他、酸化アルミニウム（アルミナ）等が好適である。
【００４１】
真空容器、基材保持板、バッキングプレート、およびカソードの材質や形状についても、特に限定されない。例えば、真空容器は金属製であればよく、なかでも導電性の高い材料を採用することが望ましい。バッキングプレートには、非磁性の導電性材料を用いればよい。なかでも、導電性および熱伝導性が高い銅等の金属材料が望ましい。カソードには、ステンレス鋼の他、アルミニウム等の金属を用いることができる。また、磁石の種類や配置についても、特に限定されない。例えば、各々の磁石のＮ極とＳ極とが、上記実施形態と逆でもよい。
【００４２】
上記実施形態では、約０．７Ｐａ下で成膜を行った。しかし、成膜処理の圧力は、当該圧力に限定されず、適宜最適な圧力を採用すればよい。また、供給するガスとしては、アルゴンの他、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）等を使用してもよい。なお、二種類以上のガスを混合して使用してもよい。
【実施例】
【００４３】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４４】
＜低圧下におけるマイクロ波プラズマ生成＞
［実施例］
上記実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置４の低圧下でのマイクロ波プラズマ生成について検討した。以下の処理における部材の符号は、前出図１〜図３に対応している。
【００４５】
まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０−３Ｐａとした。次に、アルゴンガスを真空容器８内へ供給し、真空容器８の内部圧力を１００Ｐａとした。続いて、マイクロ波電源５２をオンにして、発振された出力１．４ｋＷのマイクロ波により、マイクロ波プラズマＰ１を生成した。その後、アルゴンガスの流量を絞り、真空容器８の内部圧力を５０Ｐａ→２５Ｐａ→１３Ｐａ→７Ｐａ→４Ｐａ→２Ｐａ→１Ｐａ→０．５Ｐａとし、各々の圧力下においてマイクロ波プラズマＰ１の生成状態を目視確認した。その結果、いずれの圧力下においても、安定してマイクロ波プラズマＰ１が生成した。なお、その時にマイクロ波発振器５３方向に戻るマイクロ波の反射は、いずれも０．１ｋＷ以下であった。
【００４６】
［比較例］
マイクロ波プラズマ生成装置４のプラズマ生成部４０を、従来のプラズマ生成部９（前出図４参照）に変更し、上記実施例と同様に、低圧下でのマイクロ波プラズマ生成について検討した。その結果、真空容器８の内部圧力が４Ｐａで、生成したマイクロ波プラズマＰが不安定となり、点滅をはじめた。その際、マイクロ波発振器５３方向に戻るマイクロ波の反射は、０．５ｋＷ以上となった。また、真空容器８の内部圧力が２Ｐａになると、プラズマ生成を持続することができず、マイクロ波プラズマＰが消失した。無論、１Ｐａ以下では、マイクロ波プラズマＰを生成することができなかった。
【００４７】
＜マグネトロンスパッタ成膜装置による薄膜形成＞
［実施例］
上記実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１により、ＰＥＴフィルムの表面にＩＴＯ膜を形成した。以下の成膜処理における部材の符号は、前出図１〜図３に対応している。まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０−３Ｐａとした。次に、アルゴンガスを真空容器８内へ供給し、真空容器８の内部圧力を２５Ｐａとした。続いて、マイクロ波電源５２をオンにして、発振された出力１．４ｋＷのマイクロ波により、マイクロ波プラズマＰ１を生成した。その後、直ちにアルゴンガスの流量を絞り、真空容器８の内部圧力を０．６５Ｐａとした。さらに、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給し、真空容器８の内部圧力を０．６７Ｐａとした。この際マイクロ波プラズマＰ１は安定して生成しており、マイクロ波の反射も０．１ｋＷ以下であった。
【００４８】
その状態で、直流パルス電源３５（日本ＭＫＳ（株）製ＲＰＧ−１００、Ｐｕｌｓｅｄ ＤＣ Ｐｌａｓｍａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を、出力１５００Ｗ、周波数１００ｋＨｚ、パルス幅３０５６ｎｓの設定条件にてオンにして、カソード３３に電圧を印加して、マグネトロンプラズマＰ２を生成した。そして、マグネトロンプラズマＰ２により、ターゲット３０をスパッタすると共に、マイクロ波プラズマＰ１を照射して、基材２０（ＰＥＴフィルム）の表面にＩＴＯ膜を形成した。成膜時の電圧は、２６０Ｖとなり（電圧は、直流パルス電源３５により自動的に制御されている）、下記比較例と比較して、印加電圧を約２０％低減することができた。
【００４９】
［比較例］
上記実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１において、マイクロ波プラズマ生成装置４のプラズマ生成部４０を、従来のプラズマ生成部９（前出図４参照）に変更し、上記実施例と同様の条件でマイクロ波プラズマの生成を試みた。しかし、低圧下におけるマイクロ波プラズマ生成の検討時と同様に、真空容器８の内部圧力が０．６５Ｐａでは、プラズマが消失してしまった。
【００５０】
そこで、酸素ガスを、真空容器８内へ微量供給し、真空容器８の内部圧力を０．６７Ｐａとし、直流パルス電源３５（同上）を出力１５００Ｗ、周波数１００ｋＨｚ、パルス幅３０５６ｎｓの設定条件にてオンにした後、マイクロ波プラズマの生成を試みたが、プラズマを生成することはできなかった。
【００５１】
このため、マイクロ波プラズマ生成装置４を作動せずに（マイクロ波プラズマＰ１を生成せずに）、上記実施例と同様の条件にてマグネトロンプラズマＰ２を生成した。そして、マグネトロンプラズマＰ２により、ターゲット３０をスパッタし、基材２０（ＰＥＴフィルム）の表面にＩＴＯ膜を形成した。成膜時の電圧は、３１０Ｖであった（電圧は、直流パルス電源３５により自動的に制御されている）。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のマイクロ波プラズマ生成装置、およびそれを用いたマグネトロンスパッタ成膜装置は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明、太陽電池、電子ペーパー等に用いられる透明導電膜等の形成に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１：マグネトロンスパッタ成膜装置
２０：基材 ２１：基材保持板 ２１０：脚部
３０：ターゲット ３１：バッキングプレート ３２ａ〜３２ｃ：磁石（磁界形成手段）
３３：カソード ３４：アースシールド ３５：直流パルス電源
４：マイクロ波プラズマ生成装置 ４０：プラズマ生成部 ４１：導波管
４２：スロットアンテナ ４３：誘電体部 ４４：誘電体部固定板
４２０：スロット ４３０：前面
５０：マイクロ波伝送部 ５１：管体部 ５２：マイクロ波電源
５３：マイクロ波発振器 ５４：アイソレータ ５５：パワーモニタ ５６：ＥＨ整合器
８：真空容器 ８０：ガス供給孔 ８２：排気孔
Ｐ１：マイクロ波プラズマ Ｐ２：マグネトロンプラズマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置であって、
マイクロ波を伝送する矩形導波管と、
該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、
該スロットを覆うように該スロットアンテナに積層して配置され、該スロットを通過した該マイクロ波が入射する誘電体部と、を備え、
該スロットから該誘電体部へ入射する該マイクロ波の入射方向は、該マイクロ波プラズマが生成される該誘電体部の表面に平行であることを特徴とするマイクロ波プラズマ生成装置。
【請求項２】
０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記マイクロ波プラズマを生成可能な請求項１に記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
【請求項３】
基材と、ターゲットと、該ターゲットの表面に磁界を形成するための磁界形成手段と、を備え、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、
さらに、請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ生成装置を備え、
該マイクロ波プラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射することを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜装置。
【請求項４】
前記薄膜の形成は、０．５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる請求項３に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
【請求項１】
真空容器内にマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置であって、
マイクロ波を伝送する矩形導波管と、
該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、
該スロットを覆うように該スロットアンテナに積層して配置され、該スロットを通過した該マイクロ波が入射する誘電体部と、を備え、
該スロットから該誘電体部へ入射する該マイクロ波の入射方向は、該マイクロ波プラズマが生成される該誘電体部の表面に平行であることを特徴とするマイクロ波プラズマ生成装置。
【請求項２】
０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記マイクロ波プラズマを生成可能な請求項１に記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
【請求項３】
基材と、ターゲットと、該ターゲットの表面に磁界を形成するための磁界形成手段と、を備え、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、
さらに、請求項１または請求項２に記載のマイクロ波プラズマ生成装置を備え、
該マイクロ波プラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射することを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜装置。
【請求項４】
前記薄膜の形成は、０．５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる請求項３に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３４６４３（Ｐ２０１２−２３４６４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００７３６（Ｐ２０１１−１００７３６）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
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