ＥＣＲ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】低圧下で高密度のプラズマを生成可能なＥＣＲ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】ＥＣＲ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を有するスロットアンテナ４２と、スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面はスロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部４３と、誘電体部４３の裏面に配置される支持板４４と、支持板４４の裏面に配置される永久磁石４５と、を備え、ＥＣＲプラズマＰ１を生成する。マグネトロンスパッタ成膜装置１は、ＥＣＲ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ＥＣＲ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】ＥＣＲ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を有するスロットアンテナ４２と、スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面はスロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部４３と、誘電体部４３の裏面に配置される支持板４４と、支持板４４の裏面に配置される永久磁石４５と、を備え、ＥＣＲプラズマＰ１を生成する。マグネトロンスパッタ成膜装置１は、ＥＣＲ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ＥＣＲ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、低圧下で高密度のプラズマを生成可能なＥＣＲ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場により、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
【特許文献４】特開平７−６９９８号公報
【特許文献５】特開２００３−３０１２６８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、ターゲットに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、通常は、ターゲットに数百ボルトの高電圧を印加する。印加電圧が高いと、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、膜自身や、膜と接する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用いられ、低圧下で高密度のプラズマを生成可能なＥＣＲ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て膜質を維持するために、マグネトロン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、生成するマイクロ波プラズマに対するマイクロ波の入射方向に着目し、さらには電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用することにより、１Ｐａ以下の低圧下でも高密度なプラズマを生成することができるＥＣＲプラズマ生成装置を開発した。すなわち、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置は、真空容器内にマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマを生成するＥＣＲ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、該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、該誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、該支持板の裏面に配置され該プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、を備え、該誘電体部から該磁場中に伝播する該マイクロ波によりＥＣＲを発生させながらプラズマを生成することを特徴とする。なお、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置においては、プラズマ生成領域側の面を「表面」とし、表面に背向する面を「裏面」と称する。
【００１０】
図３に、本発明のＥＣＲ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ＥＣＲ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、支持板４４と、永久磁石４５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。
【００１２】
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が生成される。ここで、スロット４２０から誘電体部４３に入射するマイクロ波の入射方向は、誘電体部４３の前面４３０（プラズマ生成領域側の表面）に平行である。生成したマイクロ波プラズマに沿って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に伝播しやすい。
【００１３】
また、誘電体部４３の後方には、支持板４４を介して、永久磁石４５が八つ配置されている。八つの永久磁石４５は、いずれも前側がＮ極、後側がＳ極である。各々の永久磁石４５から前方に向かって、磁力線Ｍが生じている。これにより、誘電体部４３の前方（プラズマ生成領域）には、磁場が形成されている。
【００１４】
生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数ωｃｅに従って、磁力線Ｍ方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波と呼ばれる右回りの円偏波を励起する。電子サイクロトロン波が前方に伝播し、その角周波数ωがサイクロトロン角周波数ωｃｅに一致すると、電子サイクロトロン波が減衰し、波動エネルギーが電子に吸収される。すなわち、ＥＣＲが生じる。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、磁束密度０．０８７５Ｔで、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Ｍに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１が生成される。
【００１５】
このように、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ＥＣＲを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、１Ｐａ以下の低圧下、さらには０．１Ｐａ以下の極低圧下においても、プラズマを生成することができる。したがって、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置を用いると、低圧下でＥＣＲ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可能になる。
【００１６】
なお、上記特許文献４には、マイクロ波を用いたＥＣＲプラズマ生成装置が開示されている。特許文献４のＥＣＲプラズマ生成装置においては、空芯コイルにより磁場を形成している。しかしながら、空芯コイルを用いると、コイル径等に規制されるため、長尺状の広範囲にプラズマを生成することができない。この点、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置によると、長尺状の矩形導波管を用いて、長手方向にスロットを配置することにより、長尺状のプラズマを生成することができる。したがって、マグネトロンスパッタ成膜装置に組み込むことにより、大面積の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については、後の（４）において詳しく説明する。
【００１７】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記支持板は、前記永久磁石の温度上昇を抑制するための冷却手段を有する構成とする方がよい。
【００１８】
永久磁石は、支持板を介して誘電体部の裏面側に配置される。このため、プラズマを生成する際、永久磁石の温度が上昇しやすい。永久磁石の温度がキュリー温度以上になると、磁性が失われてしまう。本構成によると、支持板の冷却手段により、永久磁石の温度上昇が抑制される。このため、永久磁石の磁性が失われるおそれは小さい。したがって、本構成によると、安定した磁場を形成することができる。
【００１９】
（３）上記（１）または（２）の構成のＥＣＲプラズマ生成装置は、０．０５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記プラズマを生成可能である。なお、生成したプラズマを広げるためには、０．０５Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力下で前記プラズマを生成することが望ましい。
【００２０】
（４）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場を形成するための磁場形成手段と、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）ないし（３）のいずれかの構成のＥＣＲプラズマ生成装置を備え、該ＥＣＲプラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にＥＣＲプラズマを照射することを特徴とする。
【００２１】
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、ＥＣＲ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ＥＣＲプラズマ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。また、ＥＣＲプラズマを照射すると、スパッタ粒子が微細化される。このため、よりきめ細やかな薄膜を形成することができる。
【００２２】
また、上述したように、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置によると、１Ｐａ以下の低圧下、さらには０．１Ｐａ以下の極低圧下においても、プラズマを生成することができる。したがって、より低圧下でマグネトロンスパッタを行うことにより、不純物の侵入を抑制すると共に、ターゲット粒子の平均自由行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。
【００２３】
なお、上記特許文献５には、ＥＣＲを利用したマグネトロンスパッタ成膜装置が開示されている。特許文献５のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、成膜する基材の裏側に、磁石を配置して、基材の表面近傍にＥＣＲプラズマを生成している。しかしながら、基材の裏側に磁石を配置すると、形成される薄膜の厚さにばらつきが生じやすい。加えて、薄膜が着色しやすいという問題もある。また、特許文献５のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ヘリカルアンテナからマイクロ波を放射している。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しにくい。また、磁場による、アンテナからプラズマ生成領域への指向性もない。
【００２４】
この点、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置においては、誘電体部の裏面側に永久磁石を配置して、マイクロ波を誘電体部の表面に沿って伝播させる。つまり、基材の近傍には、永久磁石を配置しない。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、特許文献５のマグネトロンスパッタ成膜装置における上記問題は生じない。
【００２５】
（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記薄膜の形成は、０．０５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる構成とする方がよい。
【００２６】
真空容器内を０．０５Ｐａ以上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、不純物の侵入を抑制し、ターゲット粒子の平均自由行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】
【００２７】
【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ＥＣＲ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】
【００２８】
以下、本発明のＥＣＲ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。
【００２９】
＜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ＥＣＲ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。
【００３０】
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、基材支持部材２１と、ターゲット３０と、バッキングプレート３１と、永久磁石３２ａ〜３２ｃと、カソード３３と、ＥＣＲプラズマ生成装置４と、を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
基材支持部材２１は、テーブル部２１０と一対の脚部２１１とを有する。テーブル部２１０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。テーブル部２１０の内部には、冷却液が充填されている。テーブル部２１０は、冷却液が循環することにより、冷却されている。一対の脚部２１１は、テーブル部２１０の上面に、左右方向に離間して配置されている。一対の脚部２１１は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。一対の脚部２１１の外周面は、絶縁層で被覆されている。テーブル部２１０は、一対の脚部２１１を介して、真空容器８の上壁に取り付けられている。
【００３３】
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、テーブル部２１０の下面に貼り付けられている。
【００３４】
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。
【００３５】
永久磁石３２ａ〜３２ｃは、カソード３３の内側に配置されている。永久磁石３２ａ〜３２ｃは、各々、長尺直方体状を呈している。永久磁石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。永久磁石３２ａおよび永久磁石３２ｃについては、上側がＳ極、下側がＮ極である。永久磁石３２ｂについては、上側がＮ極、下側がＳ極である。永久磁石３２ａ〜３２ｃにより、ターゲット３０の上面に磁場が形成される。永久磁石３２ａ〜３２ｃは、本発明における磁場形成手段に含まれる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ＥＣＲ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。
【００３９】
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、支持板４４と、永久磁石４５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。導波管４１は、本発明における矩形導波管に含まれる。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。
【００４０】
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。前述したように、誘電体部４３の前面４３０は、スロット４２０から入射するマイクロ波の入射方向Ｙ１に対して平行に配置されている。前面４３０は、誘電体部におけるプラズマ生成領域側の表面に含まれる。
【００４１】
支持板４４は、ステンレス鋼製であって、平板状を呈している。支持板４４は、スロットアンテナ４２の上面において、誘電体部４３の後面（裏面）に接するように配置されている。支持板４４の内部には、冷媒通路４４０が形成されている。冷媒通路４４０は、左右方向に延在するＵ字状を呈している。冷媒通路４４０の右端は、冷却管４４１に接続されている。冷媒通路４４０は、冷却管４４１を介して、真空容器８の外部において、熱交換器およびポンプ（共に図略）に接続されている。冷却液は、冷媒通路４４０→冷却管４４１→熱交換器→ポンプ→冷却管４４１→再び冷媒通路４４０という経路を循環している。冷却液の循環により、支持板４４は冷却されている。冷媒通路４４０および冷却液は、本発明の冷却手段に含まれる。
【００４２】
永久磁石４５は、ネオジム磁石であり、直方体状を呈している。永久磁石４５は、支持板４４の後面（裏面）に八つ配置されている。八つの永久磁石４５は、左右方向に連続して直列に配置されている。八つの永久磁石４５は、いずれも前側がＮ極、後側がＳ極である。各々の永久磁石４５から前方に向かって、磁力線Ｍが生じている。これにより、誘電体部４３の前方のプラズマ生成領域に、磁場が形成されている。
【００４３】
＜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内へ供給して、真空容器８内の圧力を０．２Ｐａにする。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、周波数２．４５ＧＨｚの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が生成される。
【００４４】
生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数に従って、磁力線Ｍ方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波を励起する。電子サイクロトロン波の角周波数は、磁束密度０．０８７５Ｔで、サイクロトロン角周波数に一致する。これにより、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Ｍに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１が生成される。
【００４５】
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、ＥＣＲプラズマＰ１が照射される。
【００４６】
＜作用効果＞
次に、本実施形態のＥＣＲ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。本実施形態のＥＣＲ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Ｙ１が、誘電体部４３の前面４３０に対して平行になる。この場合、マイクロ波は、生成するマイクロ波プラズマに沿うように入射される。したがって、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に伝播しやすい。
【００４７】
また、誘電体部４３の前方には、磁場が形成されている。磁力線Ｍは、誘電体部４３から前方に延びている。誘電体部４３からマイクロ波が磁場中に伝播することにより、ＥＣＲが発生する。これにより、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１が生成される。このように、ＥＣＲプラズマ生成装置４によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ＥＣＲを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、０．２Ｐａ程度の低圧下においても、ＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。
【００４８】
また、導波管４１は、左右方向に延びる長尺の箱状を呈している。スロット４２０は、左右方向に直列に配置されている。したがって、ＥＣＲプラズマ生成装置４によると、長尺状のＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。
【００４９】
また、八つの永久磁石４５は、支持板４４の後面に配置されている。支持板４４の内部には、冷媒通路４４０が形成されている。冷却液が冷媒通路４４０を通って循環することにより、支持板４４は冷却されている。このため、永久磁石４５の温度が上昇しにくい。したがって、温度上昇により、永久磁石４５の磁性が失われるおそれは小さい。よって、プラズマ生成時においても、安定した磁場が形成される。
【００５０】
本実施形態の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、ＥＣＲプラズマＰ１を照射しながら行うことができる。ＥＣＲ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、ＥＣＲプラズマＰ１を照射すると、スパッタ粒子が微細化される。このため、よりきめ細やかな薄膜を形成することができる。
【００５１】
また、ＥＣＲプラズマ生成装置４は、長尺状のＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。このため、マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、長尺状の大面積の薄膜を形成することができる。
【００５２】
また、真空容器８内を０．２Ｐａ程度の高真空状態にすることにより、マグネトロンプラズマＰ２が安定すると共に、不純物の侵入を抑制し、ターゲット粒子の平均自由行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。
【００５３】
また、ＥＣＲプラズマ生成装置４によると、低圧下においても、ＥＣＲプラズマＰ１を安定に生成することができる。このため、真空容器８内の圧力を０．２Ｐａにした状態で、ＥＣＲプラズマＰ１の生成およびマグネトロンスパッタによる成膜を行うことができる。つまり、最初に１０〜１００Ｐａ程度の圧力下でマイクロ波プラズマを発生させ、安定化させた後、圧力を所定の値まで低下させて、マグネトロンスパッタを行う必要がない。したがって、真空容器８内の圧力の操作が簡略化できる。
【００５４】
また、ＥＣＲプラズマ生成装置４において、八つの永久磁石４５は、誘電体部４３の後方に配置されている。そして、誘電体部４３の前方に形成された磁場中に、マイクロ波を伝播させる。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しやすい。また、基材２０の裏側（テーブル部２１０の上面）に永久磁石４５を配置した場合と比較して、形成される薄膜の厚さのばらつきが小さい。また、薄膜の着色も抑制される。
【００５５】
＜その他＞
以上、本発明のＥＣＲ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、ＥＣＲ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
支持板の材質や形状は、特に限定されない。上記実施形態では、支持板の冷却手段として、冷媒通路および冷却液を配置した。しかし、支持板の冷却手段の構成は、特に限定されない。また、支持板は、冷却手段を有していなくてもよい。
【００５９】
誘電体の前方（プラズマ生成領域）に磁場を形成する永久磁石は、ＥＣＲを発生させることができれば、その形状、種類、個数、配置形態等は特に限定されない。例えば、永久磁石を一つだけ配置してもよく、複数個を二列以上に配置してもよい。
【００６０】
また、これとは別の永久磁石を、プラズマ生成領域を挟んでプラズマ生成部に対向するように、配置してもよい。具体的には、前出図２における真空容器８の前壁に、八つの永久磁石４５と向かい合うように、永久磁石を配置すればよい。この際、追加する永久磁石は、前側がＮ極、後側がＳ極になるように配置される。こうすることにより、八つの永久磁石４５のＮ極と、追加する永久磁石のＳ極と、が対向する。したがって、より指向性を有するＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。また、追加される永久磁石についても、温度上昇を抑制するため、冷却手段を備えることが望ましい。この場合、例えば、冷媒通路および冷却液を有する上記実施形態の支持板を、永久磁石の後側（プラズマ生成領域側）に配置すればよい。
【００６１】
上記実施形態では、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用した。しかし、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚ帯に限定されるものではなく、３００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ等が挙げられる。
【００６２】
真空容器、基材支持部材、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。基材支持部材のテーブル部は、冷却されなくてもよい。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、ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段の構成も、上記実施形態に限定されない。磁場形成手段として永久磁石を用いる場合、永久磁石の種類や配置形態については、適宜決定すればよい。例えば、各々の永久磁石のＮ極とＳ極とが、上記実施形態と逆でもよい。
【００６３】
上記実施形態では、０．２Ｐａの圧力下で成膜を行った。しかし、成膜処理の圧力は、当該圧力に限定されない。成膜処理は、適宜最適な圧力下で行えばよい。例えば、０．０５Ｐａ以上３Ｐａ以下が好適である。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】
【００６４】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６５】
＜低圧下におけるＥＣＲプラズマ生成＞
［実施例］
上記実施形態のＥＣＲプラズマ生成装置４の低圧下でのＥＣＲ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。
【００６６】
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、ＥＣＲ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１３Ｐａ→５Ｐａ→１Ｐａ→０．７Ｐａ→０．５Ｐａ→０．３Ｐａ→０．１Ｐａとし、各々の圧力下においてＥＣＲ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ＥＣＲ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。
【００６７】
［比較例］
ＥＣＲ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。
【００６８】
＜マグネトロンスパッタ成膜装置による薄膜形成＞
［実施例１］
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０．２Ｐａ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、ＥＣＲプラズマＰ１を生成した。その後、さらに、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給すると共に、アルゴンガスの流量を調整して、真空容器８の内部圧力を、同じく０．２Ｐａとした。この際、ＥＣＲ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。
【００６９】
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、ＥＣＲ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、２７０Ｖ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１と比較して、印加電圧を約１０％低減することができた。
【００７０】
［比較例１］
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、ＥＣＲ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１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０．２Ｐａでは、プラズマが消失してしまった。
【００７１】
このため、ＥＣＲプラズマ生成装置４を作動せずに（ＥＣＲプラズマＰ１を生成せずに）、上記実施例１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、３００Ｖ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）。
【００７２】
［実施例２］
ＥＣＲプラズマＰ１を生成する際の真空容器８の内部圧力を、０．１Ｐａに低下した以外は、上記実施例１と同様にして、ＰＥＴフィルムの表面にＩＴＯ膜を形成した。すなわち、まず、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０．１Ｐａ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、ＥＣＲプラズマＰ１を生成した。その後、さらに、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給すると共に、アルゴンガスの流量を調整して、真空容器８の内部圧力を、同じく０．１Ｐａとした。この際、ＥＣＲ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。
【００７３】
その状態で、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、ＥＣＲ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、２９０Ｖとなり、下記比較例２のように、マグネトロンプラズマＰ２が消失することはなかった。
【００７４】
［比較例２］
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、ＥＣＲ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２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、上記比較例１と同様に、真空容器８の内部圧力が０．１Ｐａでは、プラズマが消失してしまった。
【００７５】
このため、ＥＣＲプラズマ生成装置４を作動せずに（ＥＣＲプラズマＰ１を生成せずに）、上記実施例２と同様の条件にてマグネトロンプラズマＰ２の生成を試みた。しかし、マグネトロンプラズマを生成することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のＥＣＲ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】
【００７７】
１：マグネトロンスパッタ成膜装置
２０：基材 ２１：基材支持部材 ２１０：テーブル部 ２１１：脚部
３０：ターゲット ３１：バッキングプレート
３２ａ〜３２ｃ：永久磁石（磁場形成手段） ３３：カソード ３４：アースシールド
３５：直流パルス電源
４：ＥＣＲプラズマ生成装置 ４０：プラズマ生成部 ４１：導波管（矩形導波管）
４２：スロットアンテナ ４３：誘電体部 ４４：支持板 ４５：永久磁石
４２０：スロット ４３０：前面 ４４０：冷媒通路（冷却手段） ４４１：冷却管
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
Ｍ：磁力線 Ｐ１：ＥＣＲプラズマ Ｐ２：マグネトロンプラズマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧下で高密度のプラズマを生成可能なＥＣＲ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場により、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
【特許文献４】特開平７−６９９８号公報
【特許文献５】特開２００３−３０１２６８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、ターゲットに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、通常は、ターゲットに数百ボルトの高電圧を印加する。印加電圧が高いと、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、膜自身や、膜と接する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用いられ、低圧下で高密度のプラズマを生成可能なＥＣＲ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て膜質を維持するために、マグネトロン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、生成するマイクロ波プラズマに対するマイクロ波の入射方向に着目し、さらには電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用することにより、１Ｐａ以下の低圧下でも高密度なプラズマを生成することができるＥＣＲプラズマ生成装置を開発した。すなわち、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置は、真空容器内にマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマを生成するＥＣＲ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、該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、該誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、該支持板の裏面に配置され該プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、を備え、該誘電体部から該磁場中に伝播する該マイクロ波によりＥＣＲを発生させながらプラズマを生成することを特徴とする。なお、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置においては、プラズマ生成領域側の面を「表面」とし、表面に背向する面を「裏面」と称する。
【００１０】
図３に、本発明のＥＣＲ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ＥＣＲ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、支持板４４と、永久磁石４５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。
【００１２】
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が生成される。ここで、スロット４２０から誘電体部４３に入射するマイクロ波の入射方向は、誘電体部４３の前面４３０（プラズマ生成領域側の表面）に平行である。生成したマイクロ波プラズマに沿って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に伝播しやすい。
【００１３】
また、誘電体部４３の後方には、支持板４４を介して、永久磁石４５が八つ配置されている。八つの永久磁石４５は、いずれも前側がＮ極、後側がＳ極である。各々の永久磁石４５から前方に向かって、磁力線Ｍが生じている。これにより、誘電体部４３の前方（プラズマ生成領域）には、磁場が形成されている。
【００１４】
生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数ωｃｅに従って、磁力線Ｍ方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波と呼ばれる右回りの円偏波を励起する。電子サイクロトロン波が前方に伝播し、その角周波数ωがサイクロトロン角周波数ωｃｅに一致すると、電子サイクロトロン波が減衰し、波動エネルギーが電子に吸収される。すなわち、ＥＣＲが生じる。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、磁束密度０．０８７５Ｔで、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Ｍに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１が生成される。
【００１５】
このように、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ＥＣＲを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、１Ｐａ以下の低圧下、さらには０．１Ｐａ以下の極低圧下においても、プラズマを生成することができる。したがって、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置を用いると、低圧下でＥＣＲ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可能になる。
【００１６】
なお、上記特許文献４には、マイクロ波を用いたＥＣＲプラズマ生成装置が開示されている。特許文献４のＥＣＲプラズマ生成装置においては、空芯コイルにより磁場を形成している。しかしながら、空芯コイルを用いると、コイル径等に規制されるため、長尺状の広範囲にプラズマを生成することができない。この点、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置によると、長尺状の矩形導波管を用いて、長手方向にスロットを配置することにより、長尺状のプラズマを生成することができる。したがって、マグネトロンスパッタ成膜装置に組み込むことにより、大面積の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については、後の（４）において詳しく説明する。
【００１７】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記支持板は、前記永久磁石の温度上昇を抑制するための冷却手段を有する構成とする方がよい。
【００１８】
永久磁石は、支持板を介して誘電体部の裏面側に配置される。このため、プラズマを生成する際、永久磁石の温度が上昇しやすい。永久磁石の温度がキュリー温度以上になると、磁性が失われてしまう。本構成によると、支持板の冷却手段により、永久磁石の温度上昇が抑制される。このため、永久磁石の磁性が失われるおそれは小さい。したがって、本構成によると、安定した磁場を形成することができる。
【００１９】
（３）上記（１）または（２）の構成のＥＣＲプラズマ生成装置は、０．０５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記プラズマを生成可能である。なお、生成したプラズマを広げるためには、０．０５Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力下で前記プラズマを生成することが望ましい。
【００２０】
（４）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場を形成するための磁場形成手段と、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）ないし（３）のいずれかの構成のＥＣＲプラズマ生成装置を備え、該ＥＣＲプラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にＥＣＲプラズマを照射することを特徴とする。
【００２１】
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、ＥＣＲ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ＥＣＲプラズマ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。また、ＥＣＲプラズマを照射すると、スパッタ粒子が微細化される。このため、よりきめ細やかな薄膜を形成することができる。
【００２２】
また、上述したように、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置によると、１Ｐａ以下の低圧下、さらには０．１Ｐａ以下の極低圧下においても、プラズマを生成することができる。したがって、より低圧下でマグネトロンスパッタを行うことにより、不純物の侵入を抑制すると共に、ターゲット粒子の平均自由行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。
【００２３】
なお、上記特許文献５には、ＥＣＲを利用したマグネトロンスパッタ成膜装置が開示されている。特許文献５のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、成膜する基材の裏側に、磁石を配置して、基材の表面近傍にＥＣＲプラズマを生成している。しかしながら、基材の裏側に磁石を配置すると、形成される薄膜の厚さにばらつきが生じやすい。加えて、薄膜が着色しやすいという問題もある。また、特許文献５のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ヘリカルアンテナからマイクロ波を放射している。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しにくい。また、磁場による、アンテナからプラズマ生成領域への指向性もない。
【００２４】
この点、本発明のＥＣＲプラズマ生成装置においては、誘電体部の裏面側に永久磁石を配置して、マイクロ波を誘電体部の表面に沿って伝播させる。つまり、基材の近傍には、永久磁石を配置しない。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、特許文献５のマグネトロンスパッタ成膜装置における上記問題は生じない。
【００２５】
（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記薄膜の形成は、０．０５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる構成とする方がよい。
【００２６】
真空容器内を０．０５Ｐａ以上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、不純物の侵入を抑制し、ターゲット粒子の平均自由行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】
【００２７】
【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ＥＣＲ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】
【００２８】
以下、本発明のＥＣＲ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。
【００２９】
＜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ＥＣＲ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。
【００３０】
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、基材支持部材２１と、ターゲット３０と、バッキングプレート３１と、永久磁石３２ａ〜３２ｃと、カソード３３と、ＥＣＲプラズマ生成装置４と、を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
基材支持部材２１は、テーブル部２１０と一対の脚部２１１とを有する。テーブル部２１０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。テーブル部２１０の内部には、冷却液が充填されている。テーブル部２１０は、冷却液が循環することにより、冷却されている。一対の脚部２１１は、テーブル部２１０の上面に、左右方向に離間して配置されている。一対の脚部２１１は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。一対の脚部２１１の外周面は、絶縁層で被覆されている。テーブル部２１０は、一対の脚部２１１を介して、真空容器８の上壁に取り付けられている。
【００３３】
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、テーブル部２１０の下面に貼り付けられている。
【００３４】
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。
【００３５】
永久磁石３２ａ〜３２ｃは、カソード３３の内側に配置されている。永久磁石３２ａ〜３２ｃは、各々、長尺直方体状を呈している。永久磁石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。永久磁石３２ａおよび永久磁石３２ｃについては、上側がＳ極、下側がＮ極である。永久磁石３２ｂについては、上側がＮ極、下側がＳ極である。永久磁石３２ａ〜３２ｃにより、ターゲット３０の上面に磁場が形成される。永久磁石３２ａ〜３２ｃは、本発明における磁場形成手段に含まれる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ＥＣＲ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。
【００３９】
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、支持板４４と、永久磁石４５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。導波管４１は、本発明における矩形導波管に含まれる。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。
【００４０】
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。前述したように、誘電体部４３の前面４３０は、スロット４２０から入射するマイクロ波の入射方向Ｙ１に対して平行に配置されている。前面４３０は、誘電体部におけるプラズマ生成領域側の表面に含まれる。
【００４１】
支持板４４は、ステンレス鋼製であって、平板状を呈している。支持板４４は、スロットアンテナ４２の上面において、誘電体部４３の後面（裏面）に接するように配置されている。支持板４４の内部には、冷媒通路４４０が形成されている。冷媒通路４４０は、左右方向に延在するＵ字状を呈している。冷媒通路４４０の右端は、冷却管４４１に接続されている。冷媒通路４４０は、冷却管４４１を介して、真空容器８の外部において、熱交換器およびポンプ（共に図略）に接続されている。冷却液は、冷媒通路４４０→冷却管４４１→熱交換器→ポンプ→冷却管４４１→再び冷媒通路４４０という経路を循環している。冷却液の循環により、支持板４４は冷却されている。冷媒通路４４０および冷却液は、本発明の冷却手段に含まれる。
【００４２】
永久磁石４５は、ネオジム磁石であり、直方体状を呈している。永久磁石４５は、支持板４４の後面（裏面）に八つ配置されている。八つの永久磁石４５は、左右方向に連続して直列に配置されている。八つの永久磁石４５は、いずれも前側がＮ極、後側がＳ極である。各々の永久磁石４５から前方に向かって、磁力線Ｍが生じている。これにより、誘電体部４３の前方のプラズマ生成領域に、磁場が形成されている。
【００４３】
＜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内へ供給して、真空容器８内の圧力を０．２Ｐａにする。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、周波数２．４５ＧＨｚの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が生成される。
【００４４】
生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数に従って、磁力線Ｍ方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波を励起する。電子サイクロトロン波の角周波数は、磁束密度０．０８７５Ｔで、サイクロトロン角周波数に一致する。これにより、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Ｍに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１が生成される。
【００４５】
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、ＥＣＲプラズマＰ１が照射される。
【００４６】
＜作用効果＞
次に、本実施形態のＥＣＲ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。本実施形態のＥＣＲ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Ｙ１が、誘電体部４３の前面４３０に対して平行になる。この場合、マイクロ波は、生成するマイクロ波プラズマに沿うように入射される。したがって、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に伝播しやすい。
【００４７】
また、誘電体部４３の前方には、磁場が形成されている。磁力線Ｍは、誘電体部４３から前方に延びている。誘電体部４３からマイクロ波が磁場中に伝播することにより、ＥＣＲが発生する。これにより、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１が生成される。このように、ＥＣＲプラズマ生成装置４によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ＥＣＲを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、０．２Ｐａ程度の低圧下においても、ＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。
【００４８】
また、導波管４１は、左右方向に延びる長尺の箱状を呈している。スロット４２０は、左右方向に直列に配置されている。したがって、ＥＣＲプラズマ生成装置４によると、長尺状のＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。
【００４９】
また、八つの永久磁石４５は、支持板４４の後面に配置されている。支持板４４の内部には、冷媒通路４４０が形成されている。冷却液が冷媒通路４４０を通って循環することにより、支持板４４は冷却されている。このため、永久磁石４５の温度が上昇しにくい。したがって、温度上昇により、永久磁石４５の磁性が失われるおそれは小さい。よって、プラズマ生成時においても、安定した磁場が形成される。
【００５０】
本実施形態の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、ＥＣＲプラズマＰ１を照射しながら行うことができる。ＥＣＲ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、ＥＣＲプラズマＰ１を照射すると、スパッタ粒子が微細化される。このため、よりきめ細やかな薄膜を形成することができる。
【００５１】
また、ＥＣＲプラズマ生成装置４は、長尺状のＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。このため、マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、長尺状の大面積の薄膜を形成することができる。
【００５２】
また、真空容器８内を０．２Ｐａ程度の高真空状態にすることにより、マグネトロンプラズマＰ２が安定すると共に、不純物の侵入を抑制し、ターゲット粒子の平均自由行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。
【００５３】
また、ＥＣＲプラズマ生成装置４によると、低圧下においても、ＥＣＲプラズマＰ１を安定に生成することができる。このため、真空容器８内の圧力を０．２Ｐａにした状態で、ＥＣＲプラズマＰ１の生成およびマグネトロンスパッタによる成膜を行うことができる。つまり、最初に１０〜１００Ｐａ程度の圧力下でマイクロ波プラズマを発生させ、安定化させた後、圧力を所定の値まで低下させて、マグネトロンスパッタを行う必要がない。したがって、真空容器８内の圧力の操作が簡略化できる。
【００５４】
また、ＥＣＲプラズマ生成装置４において、八つの永久磁石４５は、誘電体部４３の後方に配置されている。そして、誘電体部４３の前方に形成された磁場中に、マイクロ波を伝播させる。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しやすい。また、基材２０の裏側（テーブル部２１０の上面）に永久磁石４５を配置した場合と比較して、形成される薄膜の厚さのばらつきが小さい。また、薄膜の着色も抑制される。
【００５５】
＜その他＞
以上、本発明のＥＣＲ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、ＥＣＲ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
支持板の材質や形状は、特に限定されない。上記実施形態では、支持板の冷却手段として、冷媒通路および冷却液を配置した。しかし、支持板の冷却手段の構成は、特に限定されない。また、支持板は、冷却手段を有していなくてもよい。
【００５９】
誘電体の前方（プラズマ生成領域）に磁場を形成する永久磁石は、ＥＣＲを発生させることができれば、その形状、種類、個数、配置形態等は特に限定されない。例えば、永久磁石を一つだけ配置してもよく、複数個を二列以上に配置してもよい。
【００６０】
また、これとは別の永久磁石を、プラズマ生成領域を挟んでプラズマ生成部に対向するように、配置してもよい。具体的には、前出図２における真空容器８の前壁に、八つの永久磁石４５と向かい合うように、永久磁石を配置すればよい。この際、追加する永久磁石は、前側がＮ極、後側がＳ極になるように配置される。こうすることにより、八つの永久磁石４５のＮ極と、追加する永久磁石のＳ極と、が対向する。したがって、より指向性を有するＥＣＲプラズマＰ１を生成することができる。また、追加される永久磁石についても、温度上昇を抑制するため、冷却手段を備えることが望ましい。この場合、例えば、冷媒通路および冷却液を有する上記実施形態の支持板を、永久磁石の後側（プラズマ生成領域側）に配置すればよい。
【００６１】
上記実施形態では、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用した。しかし、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚ帯に限定されるものではなく、３００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ等が挙げられる。
【００６２】
真空容器、基材支持部材、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。基材支持部材のテーブル部は、冷却されなくてもよい。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、ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段の構成も、上記実施形態に限定されない。磁場形成手段として永久磁石を用いる場合、永久磁石の種類や配置形態については、適宜決定すればよい。例えば、各々の永久磁石のＮ極とＳ極とが、上記実施形態と逆でもよい。
【００６３】
上記実施形態では、０．２Ｐａの圧力下で成膜を行った。しかし、成膜処理の圧力は、当該圧力に限定されない。成膜処理は、適宜最適な圧力下で行えばよい。例えば、０．０５Ｐａ以上３Ｐａ以下が好適である。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】
【００６４】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６５】
＜低圧下におけるＥＣＲプラズマ生成＞
［実施例］
上記実施形態のＥＣＲプラズマ生成装置４の低圧下でのＥＣＲ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。
【００６６】
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、ＥＣＲ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１３Ｐａ→５Ｐａ→１Ｐａ→０．７Ｐａ→０．５Ｐａ→０．３Ｐａ→０．１Ｐａとし、各々の圧力下においてＥＣＲ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ＥＣＲ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。
【００６７】
［比較例］
ＥＣＲ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。
【００６８】
＜マグネトロンスパッタ成膜装置による薄膜形成＞
［実施例１］
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０．２Ｐａ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、ＥＣＲプラズマＰ１を生成した。その後、さらに、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給すると共に、アルゴンガスの流量を調整して、真空容器８の内部圧力を、同じく０．２Ｐａとした。この際、ＥＣＲ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。
【００６９】
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、ＥＣＲ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、２７０Ｖ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１と比較して、印加電圧を約１０％低減することができた。
【００７０】
［比較例１］
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、ＥＣＲ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１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０．２Ｐａでは、プラズマが消失してしまった。
【００７１】
このため、ＥＣＲプラズマ生成装置４を作動せずに（ＥＣＲプラズマＰ１を生成せずに）、上記実施例１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、３００Ｖ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）。
【００７２】
［実施例２］
ＥＣＲプラズマＰ１を生成する際の真空容器８の内部圧力を、０．１Ｐａに低下した以外は、上記実施例１と同様にして、ＰＥＴフィルムの表面にＩＴＯ膜を形成した。すなわち、まず、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０．１Ｐａ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、ＥＣＲプラズマＰ１を生成した。その後、さらに、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給すると共に、アルゴンガスの流量を調整して、真空容器８の内部圧力を、同じく０．１Ｐａとした。この際、ＥＣＲ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。
【００７３】
その状態で、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、ＥＣＲ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、２９０Ｖとなり、下記比較例２のように、マグネトロンプラズマＰ２が消失することはなかった。
【００７４】
［比較例２］
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、ＥＣＲ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２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、上記比較例１と同様に、真空容器８の内部圧力が０．１Ｐａでは、プラズマが消失してしまった。
【００７５】
このため、ＥＣＲプラズマ生成装置４を作動せずに（ＥＣＲプラズマＰ１を生成せずに）、上記実施例２と同様の条件にてマグネトロンプラズマＰ２の生成を試みた。しかし、マグネトロンプラズマを生成することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のＥＣＲ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】
【００７７】
１：マグネトロンスパッタ成膜装置
２０：基材 ２１：基材支持部材 ２１０：テーブル部 ２１１：脚部
３０：ターゲット ３１：バッキングプレート
３２ａ〜３２ｃ：永久磁石（磁場形成手段） ３３：カソード ３４：アースシールド
３５：直流パルス電源
４：ＥＣＲプラズマ生成装置 ４０：プラズマ生成部 ４１：導波管（矩形導波管）
４２：スロットアンテナ ４３：誘電体部 ４４：支持板 ４５：永久磁石
４２０：スロット ４３０：前面 ４４０：冷媒通路（冷却手段） ４４１：冷却管
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
Ｍ：磁力線 Ｐ１：ＥＣＲ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を用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマを生成するＥＣＲ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、
該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、
該誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、
該支持板の裏面に配置され該プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、
を備え、
該誘電体部から該磁場中に伝播する該マイクロ波によりＥＣＲを発生させながらプラズマを生成することを特徴とするＥＣＲプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記支持板は、前記永久磁石の温度上昇を抑制するための冷却手段を有する請求項１に記載のＥＣＲプラズマ生成装置。
【請求項３】
０．０５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記プラズマを生成可能な請求項１または請求項２に記載のＥＣＲプラズマ生成装置。
【請求項４】
基材と、ターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、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ないし請求項３のいずれかに記載のＥＣＲプラズマ生成装置を備え、
該ＥＣＲプラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にＥＣＲ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５】
前記薄膜の形成は、０．０５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる請求項４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を用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマを生成するＥＣＲ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、
該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、
該誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、
該支持板の裏面に配置され該プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、
を備え、
該誘電体部から該磁場中に伝播する該マイクロ波によりＥＣＲを発生させながらプラズマを生成することを特徴とするＥＣＲプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記支持板は、前記永久磁石の温度上昇を抑制するための冷却手段を有する請求項１に記載のＥＣＲプラズマ生成装置。
【請求項３】
０．０５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記プラズマを生成可能な請求項１または請求項２に記載のＥＣＲプラズマ生成装置。
【請求項４】
基材と、ターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、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ないし請求項３のいずれかに記載のＥＣＲプラズマ生成装置を備え、
該ＥＣＲプラズマ生成装置は、該基材と該ターゲットとの間にＥＣＲ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５】
前記薄膜の形成は、０．０５Ｐａ以上３Ｐａ以下の圧力下で行われる請求項４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２０１３−１０８１１５（Ｐ２０１３−１０８１１５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２３８３（Ｐ２０１１−２５２３８３）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【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２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【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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