(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に載置された被処理基板の両面側にそれぞれプラズマを発生させて両面同時にプラズマ処理する方法であって、前記少なくとも一方のプラズマに高周波エネルギを与えてこれら両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流すようにして成るプラズマ処理方法。
【請求項２】
真空容器内に載置された被処理基板と、基板両面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた電極との間に、それぞれプラズマを発生させて基板の両面に同時にプラズマ処理する方法であって、前記いずれか一方のプラズマに対して高周波エネルギを与え、他方のプラズマに対しては与えることなくして、これら両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流すようにして成るプラズマ処理方法。
【請求項３】
真空容器内に載置された被処理基板と、基板両面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた電極との間に、それぞれプラズマを発生させて基板の両面に同時にプラズマ処理する方法であって、前記両方のプラズマに対してそれぞれ位相の異なる高周波エネルギを与えることにより、これら両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流すようにして成るプラズマ処理方法。
【請求項４】
真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備え、前記両電極と基板との間にそれぞれプラズマを発生させて基板両面を同時にプラズマ処理し得る構成としたプラズマ処理装置において、前記第１の電極と第２の電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、前記基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るプラズマ処理装置。
【請求項５】
真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備え、前記両電極と基板との間にそれぞれプラズマを発生させて基板両面を同時にプラズマ処理し得る構成としたプラズマ処理装置において、前記第１の電極と任意に定めた基準電位との間に高周波電位を印加する第１の高周波電源を接続し、前記第２の電極と前記基準電位との間に高周波電位を印加する第２の高周波電源を接続し、しかも前記第１の電極に印加される高周波電位と前記第２の電極に印加される高周波電位との間に位相差を設けて両プラズマ間に電位差を生じせしめて基板の表裏面間に高周波電流を流す手段を配設して成るプラズマ処理装置。
【請求項６】
真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１のターゲット電極及び第２のターゲット電極と前記各々のターゲット電極に隣接して配設されたアノード電極とを有し、各ターゲット電極とアノード電極との間に交流電位または、それぞれのターゲット電極を負電位とするような直流電位を印加する手段とを備えた両面スパッタ成膜装置において、前記第１のターゲット電極と第２のターゲット電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して基板両側に発生するプラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、前記基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るスパッタ成膜装置。
【請求項７】
請求項６記載のスパッタ成膜装置において、第１のターゲット電極とそれに対向するアノード電極とが上記高周波電位の周波数成分において同位相同電位となるように前記周波数成分で低インピーダンスで結合されており、同様に第２のターゲット電極とそれに対向するアノード電極とが前記高周波電位の周波数成分において同位相同電位となるように前記周波数成分で低インピーダンスで結合された構成として成るスパッタ成膜装置。
【請求項８】
請求項７記載のスパッタ成膜装置において、第１のターゲット電極または第２のターゲット電極のどちらか一方が上記高周波電位の周波数成分において接地電位との間低インピーダンスで結合された構成として成るスパッタ成膜装置。
【請求項９】
真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に少なくともＣＶＤ成膜原料ガスを含む処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備えた両面同時プラズマＣＶＤ成膜装置において、前記第１の電極と第２の電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して、被処理基板の両面と対向する電極との間に生じる両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、前記基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るプラズマＣＶＤ成膜装置。
【請求項１０】
真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に少なくともエッチングガスを含む処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備えた両面同時プラズマエッチング装置において、前記第１の電極と第２の電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して、被処理基板の両面と対向する電極との間に生じる両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、前記基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば磁気ディスクのような基板両面へバイアススパッタ或いはＣＶＤによる薄膜形成、エッチング加工及び加熱等のプラズマ処理を行う方法とその装置に係り、特に基板が導電体でない場合、或いは基板に導電体を接触させることによる電気的な制御を行わない場合にも好適な基板両面へのプラズマ処理を行う方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスクに代表される基板両面へバイアススパッタによる薄膜形成を行う方法としては、例えば特開平３−２８３１１１号公報に記載されているように、対向した二つのターゲット電極の中間に、表面をそれぞれのターゲット電極に向けて導電体基板を載置し、それぞれのターゲット電極に負電位を印加することでターゲット電極上にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンによりターゲット表面をスパッタし、飛散したターゲット材料からなる粒子を基板表面に付着させる。この時、基板保持機構に交流または負の直流電位を印加することにより基板縁部に接触する導電体の保持爪を介し基板表面に交流または負の直流電位を印加する方法が知られている。
【０００３】
また、例えば特開平４−７９０２５号公報に記載されているように、基板が絶縁体である場合には、基板表面にあらかじめ導電性膜を形成することで基板表面と導電体の保持爪との間に電気的接触を得る方法も知られている。この保持爪を介し基板表面に与えるバイアス電位により、プラズマ中のイオンは基板表面にも衝突しそのエネルギを成膜されている表面分子に与え、形成する膜の結晶性を高め磁気特性向上に効果があることも知られている。
【０００４】
さらに例えば特開平５−１４０７５２号公報に記載されているように、従来、プラズマＣＶＤによる基板両面への炭素膜形成法は、前記二つの従来例と同様に基板保持機構上に基板を載置し、基板保持用爪との間の接触により基板と電気的導通を得ている。この基板保持機構を接地し、基板を挟んで対向する二つの電極を真空容器中に配置し、真空容器内を高真空に排気した後、成膜原料ガスとしてメタン等の処理ガスを所定の圧力導入する。前記二つの電極それぞれに高周波電源を接続し、接地電位との間に高周波電力を印加する。各電極と基板との間には印加された高周波電位によりプラズマが発生し、高周波電源からは順次、→電極→プラズマ→基板→基板保持機構→アース→高周波電源という経路の高周波電流が流れ、基板とプラズマ間に電位差が発生する。この時、基板表面にイオン化した処理ガスが、基板表面に発生する電界により加速され、衝突することによって基板表面に高強度の炭素膜を形成するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの例では基板がガラス等の絶縁材料である場合には、基板保持機構と基板間に流れようとする電流は基板保持機構と基板の接触部で遮られて基板表面とプラズマ間に電位差は発生せず、したがって成膜面に対するイオン衝撃による膜質向上効果または成膜効果は期待できない。たとえ成膜する材料が金属等の導電性膜である場合でも、基板表面は導電性になるが基板保持機構の基板との接触点の回りは陰になるため接触点の周囲に成膜されず、したがって基板表面に堆積した導電性膜と基板保持機構とは電気的接触ができず基板表面にバイアス電位を発生させることはできない。
【０００６】
また、特開平４−７９０２５号公報に記載されているように、絶縁体基板表面にあらかじめ導電性膜を形成する方法でも成膜工程が複雑になるばかりでなく、保持爪と基板との間の接点はごく微少な面積であり、そこに集中する電流により導電性膜は急激に加熱され、しばしば蒸発し電気的な接触不良を起こしたり基板を損傷すると云う問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、これら従来の問題点を解消することにあり、第１の目的は、基板保持機構を介して被処理基板には外部から何ら直接的にバイアス電位を与えなくとも、実質的に被処理基板の両面間にバイアス電位を与えたと等価の効果が得られ、基板の表裏面間に容易に高周波バイアス電流を流すことのできる改良されたプラズマ処理方法を提供することにあり、第２の目的は、それを実現する処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するため、種々実験検討した結果、以下に説明するような有効な知見を得た。
すなわち、基板の両面上にそれぞれ発生するプラズマ間に高周波電位を印加し、基板の表裏面間の容量により一方のプラズマから基板を通して他方のプラズマへ高周波電流を流し、この時発生する基板表面上のバイアス電界により基板表面への入射イオンの加速を起こすことが可能であること。
【０００９】
また、これら両プラズマ間に高周波電位を印加する方法としては、それぞれのプラズマに接する基板以外の電極に相対的な高周波電位を印加するか、又はある基準電位に対し位相の異なる高周波電位を印加することによる。この時、基板は基板保持機構と電気的に絶縁された状態にあるか、また基板保持機構が基板以外の部位と電気的に絶縁されているか、または基板保持機構が前記プラズマに印加されている高周波電流回路と電気的に絶縁されているようにすればよい。
【００１０】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、以下に本発明の目的達成手段につき具体的に説明する。
すなわち、上記第１の目的は、真空容器内に載置された被処理基板の両面側にそれぞれプラズマを発生させて両面同時にプラズマ処理する方法であって、前記少なくとも一方のプラズマに高周波エネルギを与えてこれら両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流すようにして成るプラズマ処理方法により、達成される。
【００１１】
プラズマへの高周波エネルギの与え方としては、上記のようにいずれか一方のプラズマに対して与え、他方のプラズマに対しては与えることなくして、これら両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流すようにするか、もしくは両方のプラズマに対してそれぞれ位相の異なる高周波エネルギを与えることにより、これら両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流すようにしてもよい。
【００１２】
なお、本発明のプラズマ処理方法は、スパッタリングやＣＶＤによる成膜方法、プラズマエッチング方法、プラズマアッシング方法等、いずれも周知のプラズマ処理方法一般に適用可能である。
【００１３】
また、第２の目的は、真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備え、前記両電極と基板との間にそれぞれプラズマを発生させて基板両面を同時にプラズマ処理し得る構成としたプラズマ処理装置において、前記第１の電極と第２の電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、前記基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るプラズマ処理装置により、達成される。
【００１４】
また、上記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段としては、第１の電極と任意に定めた基準電位との間に高周波電位を印加する第１の高周波電源を接続し、第２の電極と前記基準電位との間に高周波電位を印加する第２の高周波電源を接続し、しかも第１の電極に印加される高周波電位と第２の電極に印加される高周波電位との間に位相差θを設けて両プラズマ間に電位差を生じせしめて基板の表裏面間に高周波電流を流す手段としてもよい。こうすることでｓｉｎ２（θ／２）に比例する電力を基板に印加することができる。すなわち、基板に印加される電力効率はθ＝１８０°が最大となり、位相差θに対してｓｉｎ２（θ／２）に比例する。
【００１５】
本件発明のプラズマ処理装置は、例えばスパッタ成膜装置、プラズマＣＶＤ成膜装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置等の周知の種々のプラズマ処理装置に適用可能である。以下に、これらの装置に適用した場合の代表的な装置構成について順次説明する。
【００１６】
先ず、スパッタ成膜装置の構成例から説明すると、この装置は、真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１のターゲット電極及び第２のターゲット電極と前記各々のターゲット電極に隣接して配設されたアノード電極とを有し、各ターゲット電極とアノード電極との間に交流電位または、それぞれのターゲット電極を負電位とするような直流電位を印加する手段とを備えた両面スパッタ成膜装置であって、第１のターゲット電極と第２のターゲット電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して基板両側に発生するプラズマ間に電位差を生じせしめて、基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るスパッタ成膜装置で構成される。
【００１７】
好ましい構成例としては、上記のスパッタ成膜装置において、第１のターゲット電極とそれに対向するアノード電極とが上記高周波電位の周波数成分において同位相同電位となるように前記周波数成分で低インピーダンスで結合されており、同様に第２のターゲット電極とそれに対向するアノード電極とが前記高周波電位の周波数成分において同位相同電位となるように前記周波数成分で低インピーダンスで結合された構成とすることである。
【００１８】
また、第１のターゲット電極または第２のターゲット電極のどちらか一方が上記高周波電位の周波数成分において接地電位との間低インピーダンスで結合された構成とすることもできる。
【００１９】
上記ＣＶＤ成膜装置と装置構成は基本的に同一で、処理ガス供給手段、すなわち処理ガスの種類を変更するだけで、プラズマエッチング装置やプラズマアッシング装置を容易に構成することができる。
【００２０】
そこで、プラズマＣＶＤ成膜装置の構成例について説明すると、この装置は、真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に少なくともＣＶＤ成膜原料ガスを含む処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備えた両面同時プラズマＣＶＤ成膜装置であって、第１の電極と第２の電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して、被処理基板の両面と対向する電極との間に生じる両プラズマ間に電位差を生じせしめて、基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るプラズマＣＶＤ成膜装置で構成される。
【００２１】
次に、プラズマエッチング装置の構成例について説明すると、この装置は、真空容器と、真空容器中を高真空に排気するための排気手段と、真空容器中に少なくともエッチングガスを含む処理ガスを供給する手段と、真空容器中に載置される被処理基板と、被処理基板を保持する基板保持機構と、被処理基板を挟み、基板表面からそれぞれ所定間隔をおき対向して設けられた第１の電極及び第２の電極とを備えた両面同時プラズマエッチング装置であって、前記第１の電極と第２の電極との間に高周波電位を印加する回路手段を配設して、被処理基板の両面と対向する電極との間に生じる両プラズマ間に電位差を生じせしめて、前記基板の表裏面間に高周波電流を流す手段と、前記基板保持機構が高周波回路との間で基板との接触点以外では電気的に絶縁された状態を構成する手段とを有して成るプラズマエッチング装置で構成される。
【００２２】
【作用】
基板を挟んでその両面上にそれぞれ発生するプラズマの一方を第１のプラズマ、他方を第２のプラズマとする。上記手段により第１のプラズマと、第２のプラズマは基板を介し接しており、双方のプラズマ間に生じた電位差（バイアス電位）が発生すると、基板の表裏面間の容量を介し高周波電流（バイアス電流）が流れる。第２のプラズマの電位が第１のプラズマに対して正になったときは、第１のプラズマから電子が基板の第１のプラズマに面した表面に入射し、第２のプラズマからイオンが基板の第２のプラズマに面した表面に入射する。これとは逆に第１のプラズマの電位が第２のプラズマに対して正になったときは、第２のプラズマから電子が基板の第２のプラズマに面した表面に入射し、第１のプラズマからイオンが基板の第１のプラズマに面した表面に入射する。
【００２３】
この時、基板に入射するイオンは基板との間の電界により加速され、基板表面に衝突してその成膜している膜の表面にエネルギを与える。図２に高周波電源の発生する高周波電力に対し、基板に加えられたエネルギ（基板バイアス電力Ｗで表示）の関係を示す。このように本発明によれば基板表面に電極を接触させることなく基板の表裏両面へ電界を発生させ入射イオンを加速することが可能であり、従来のように基板表面への電極の接触点での電流集中による膜の蒸発と、それに伴う異常放電や、バイアス印加不良が発生しない。
【００２４】
また、従来は基板上を導体化するために必要であった導電性膜の事前成膜が、本発明では不要であり、基板表面が絶縁体であってもその表面へ加速されたイオンの入射を行うことが可能である。この手段を例えばバイアススパッタ成膜法による磁性膜の形成に用いれば、イオン衝撃により膜中の結晶性が向上し、磁性膜の保磁力向上が図れる。
【００２５】
また、ＣＶＤ成膜法に用いれば絶縁体基板表裏両面に同時に所望とする薄膜を均一に成膜することができる。さらに、エッチング法に用いることで絶縁体基板の表裏両面を同時に、しかも群なく均一にエッチング処理を行うことができる。
【００２６】
また、周知の酸素プラズマを利用したプラズマアッシングにも有効である。また、このプラズマ処理法では、基板に入射する加速されたイオンのエネルギを基板加熱に用いることもできる。したがって、成膜時に例えば結晶性を向上させるのに必要な基板加熱に適用でき、特別な加熱装置を設けなくとも加熱工程と、成膜工程とを同一プロセスの中で処理できるという作用効果があり、特に透明な基板への成膜工程において有効である。
【００２７】
【実施例】
以下、図面したがって本発明の一実施例を説明する。
〈実施例１〉
（１）装置構成
図１は、本発明を磁気記憶装置用磁気ディスク基板のバイアススパッタ成膜装置に適用した場合の要部断面概略図を示している。図示のように、真空容器１内に例えばＣｒ、Ｃｏ系の磁性合金等の成膜材料からなる第１のターゲット５、及び第２のターゲット３が互いに向き合って載置され、これら各々のターゲット５、３を取り囲むように第１のアノード電極６、第２のアノード電極２及び第１の防着板７、第２の防着板４が電気的に絶縁して載置される。この場合、ターゲットは導電体で構成されているのでカソード電極を兼ねている。
【００２８】
成膜対象となる被処理基板９は、周囲と電気的に絶縁された保持具２１を介し、第１、第２のターゲット５、３の中間に各面をそれぞれのターゲットに向けるように載置する。真空容器１には排気装置２２、及び処理ガス供給系２４が接続されている。
【００２９】
ターゲットの裏面にはそれぞれ磁気発生手段１１、１２が設けられ、対向する磁気発生手段に対し互いに反発する磁界を発生し、且つ各々のターゲット面上で閉じた磁力線を形成する構成を有し、ここまでは周知のマグネトロンスパッタ装置の構造と同一である。
【００３０】
以下に説明する部分が本発明の特徴的な構成を示している。すなわち、第１のターゲット５は、ローパスフィルタ１５を介して第１の直流電源１６の負側端子に接続されている。第１のアノード電極６は、ローパスフィルタ１７を介して直流電源１６の正側端子に接続され、且つ接地されている。第１のターゲット５と第１のアノード６はコンデンサ１８を介して接続されている。高周波電源１４は整合器１３及びコンデンサ３５を介して第１のターゲット５に接続されており、アース電位との間に高周波電位を発生する。
【００３１】
第２のターゲット３は、第２の直流電源２０の負側端子に接続されている。第２のアノード電極２は直流電源２０の正側端子に接続され、且つ接地されている。第２のターゲット３と第２のアノード２はコンデンサ１９を介して接続されている。コンデンサ１８、１９の容量Ｃ（単位Ｆ）は高周波電源１４の周波数ｆ（単位Ｈｚ）に対し  Ｃ＞０．０１６／ｆ  となる値とする。すなわち、これらコンデンサの容量Ｃは、それぞれターゲット電極とアノード間で高周波電圧が発生しないように高周波に対して低インピーダンス接続となるように設定されている。ただし、直流電源１６、１９に対しては、ターゲット電極とアノード間に所定の電圧が印加されるように両者間は絶縁材２３で絶縁されている。
【００３２】
ローパスフィルタ１５、１７は、前記周波数ｆに対し、４０ｄＢ以上の遮断特性を持つものであり、ターゲット及びアノード側からみた前記周波数ｆに対するインピーダンスは１０ｋΩ以上あるものとする。
【００３３】
基板９の外周に所定間隔をおいて設けられたリング状の第１の防着板７と第２の防着板４は、その間で放電が起こらないように真空容器内の処理ガスのデバイ長よりも小さい間隔で設置される。第１のアノード６と第１の防着板７及び第２のアノード２と第２の防着板４の間の間隔も同様に真空容器内の処理ガスのデバイ長よりも小さくする。
【００３４】
（２）作用効果
次に、上記構成の装置を用い、被処理基板９を磁気ディスク基板としてＣｒ、Ｃｏ系の磁性合金膜を両面に成膜するスパッタ成膜法を代表例として説明する。
真空容器１は、排気装置２２により０．０００１Ｐａ以下の高真空に排気された後、処理ガス供給系２４より例えばＡｒを真空容器内で０．１〜５Ｐａになるように供給する。
磁界発生手段１１、１２により第１及び第２のターゲット上に互いに反発する向きに磁力線を発生させる。
【００３５】
第１の直流電源１６及び第２の直流電源２０及び高周波電源１４より所定の電力を所定の時間供給する。この時、第１のターゲット５と第１のアノード６との間で第１の直流電源１６より印加された直流電界が発生し、処理ガスが電離してプラズマ状となる（第１のプラズマ１０が発生）。また、第２のターゲット３と第２のアノード２との間で第２の直流電源２０より印加された直流電界が発生し、処理ガスが電離してプラズマ状となる（第２のプラズマ８が発生）。この時、それぞれのターゲットは負電圧が印加されているため電離した処理ガス中の正イオンが加速されてターゲットに衝突しターゲット表面をスパッタリングすることにより基板の両表面にターゲット材料を成膜する。
【００３６】
第１のターゲット５は、コンデンサ３５及び整合器１３を介して高周波電源１４に接続されており、高周波電源１４より印加される高周波電力により、周波数ｆで電位変動を起こす。この時、第１のターゲット５と第１のアノード６はコンデンサ１８により高周波に対し低インピーダンスで接続されているため第１のアノード６も周波数ｆで第１のターゲット５と同じ電位変動を起こす。この時、第１のターゲット５と第１のアノード６は直流に対して絶縁されているため両者の間の直流電位は変化しない。また、第１のターゲット５と第１のアノード６に接続されている第１の直流電源１６はその間に設置されたローパスフィルタ１５、１７により高周波電源から印加される高周波電力の影響を受けない。第１のターゲット５と第１のアノード６上の第１のプラズマ１０は、ターゲット５及びアノード６の電位変動に従いその電位も変動する。
【００３７】
一方、第２のアノード２は接地されており、第２のターゲット３は第２のアノード２とコンデンサ１９により周波数ｆにおいて低インピーダンスで接続されているため双方に接地電位からみた高周波電位は発生しない。従って第２のターゲット３及び第２のアノード２上の第２のプラズマ８の電位も変動しない。
【００３８】
第１のプラズマと１０、第２のプラズマ８は基板９を介し接しており、双方のプラズマ間に生じた電位差（バイアス電位）が発生すると、基板９の表裏面間の容量を介し高周波電流（バイアス電流）が流れる。同じくプラズマと接している第１及び第２の防着板７、４を介しても高周波電流は流れるが、これら二つの防着板の間にある隙間により、防着板間の容量が基板の両面間の容量に比べ低くなるため高周波電流のほとんどが基板を介して流れる。
【００３９】
第２のプラズマ８の電位が第１のプラズマ１０に対して正になったときは、第１のプラズマ１０から電子が基板９の第１のターゲット５に向いた表面に入射し、第２のプラズマ８からイオンが基板９の第２のターゲット３に向いた表面に入射する。逆に第１のプラズマ１０の電位が第２のプラズマ８に対して正になったときは、第２のプラズマ８から電子が基板９の第２のターゲット３に向いた表面に入射し、第１のプラズマ１０からイオンが基板９の第１のターゲット５に向いた表面に入射する。
【００４０】
この時、基板９に入射するイオンは、プラズマと基板９との間の高周波電界により加速され、基板９の表面に衝突してその成膜している膜の表面にエネルギを与える。図２に高周波電源１４の発生する高周波電力に対し、基板９に加えられたエネルギ（基板バイアス電力Ｗ）の関係を示す。このように本発明によれば、基板表面に電極を接触させることなく基板の両表面へ電界を発生させ入射イオンを加速することが可能であり、従来のように基板表面への電極の接触点での電流集中による膜の蒸発とそれにともなう異常放電や、バイアス印加不良が発生しない。
【００４１】
また、基板が絶縁物の場合に従来必要であった導電性膜の事前成膜が不要であり、基板表面が絶縁体であってもその表面へ加速されたイオンの入射を行うことが可能である。このイオン衝撃により膜中の結晶性が向上し、図３に示すように磁性膜の保磁力向上が図れる。また、基板に入射する加速されたＡｒイオンのエネルギは、基板加熱にも用いられ、膜質の向上に寄与できるものである。
【００４２】
〈実施例２〉
（１）装置構成
図４は、本発明を磁気記憶装置用磁気ディスク基板のバイアススパッタ成膜装置に適用した場合の、他の実施例となる要部断面概略図を示している。実施例１との構成上の相違点を主体に説明すると、図示のように、第２のアノード２は真空容器とは電気的に絶縁されて載置されている。
【００４３】
第２のターゲット３は、ローパスフィルタ３３を介して第２の直流電源２０の負側端子に接続されている。第２のアノード電極２は、ローパスフィルタ３４を介して直流電源２０の正側端子に接続され、且つ接地されている。第２のターゲット３と第２のアノード２はコンデンサ１９を介して接続されている。
【００４４】
基板保持機構２１は、電気的に絶縁されているか、または接地されるか、または任意の電位を印加されていても良い構成となっている。実際の装置では、装置の組立性及び操作性の点から接地状態にすることが望ましい。
【００４５】
高周波電源１４は変成器３２の一次側に接続されている。変成器３２の二次側の一方の端子は第１のターゲット５に接続され、他方の端子はコンデンサ３６を介し第２のターゲット３に接続されている。なお、コンデンサ３６の位置は、第１のターゲット５と変成器３２の間でも良いし、さらには、これら両方に設けてもよい。
【００４６】
（２）作用効果
高周波電源１４より電力を印加することで第１のターゲット５と第２のターゲット３との間に高周波電界が発生する。第１のターゲット５と第１のアノード６との間及び第２のターゲット３と第２のアノード２との間は、コンデンサ１８、１９により高周波に対し低インピーダンスで接続されているため高周波電界は発生しない。
【００４７】
第１のターゲット５と第１のアノード６上の第１のプラズマ１０は、これらターゲット及びアノードの電位変動に従いその電位も変動する。同様に第２のターゲット３と第２のアノード２上の第２のプラズマ８も、これらターゲット及びアノードの電位変動に従いその電位が変動する。
【００４８】
第１のプラズマ１０と、第２のプラズマ８は基板９を介し接しており、双方のプラズマ間に生じた電位差（バイアス電位）が発生するため、実施例１と同様に基板表面に高周波バイアスが発生し同様の効果が得られる。この実施例の特徴は、高周波電位が変成器３２を介し第１のターゲット５と第２のターゲット３との間の相対的な電位差として与えられるため、基板９の絶対的な電位に影響されずに基板表面へ同じ高周波電力を印加できる。
【００４９】
〈実施例３〉
（１）装置構成
図５は、本発明を磁気記憶装置用磁気ディスク基板のバイアススパッタ成膜装置に適用した場合の、他の実施例となる要部断面概略図を示している。実施例２との構成上の相違点を主体に説明すると、図示のように、第１のアノード６及び第２のアノード２がどちらも接地されアース電位となっており、ターゲットとアノード間に接続していたコンデンサを削除している、さらに基板保持機構２１が周囲と電気的に絶縁されている点が異なっている。
【００５０】
（２）作用効果
上記実施例１、２では、高周波電流は第１のターゲット５及びアノード６と第２のターゲット３及びアノード２との間でプラズマを介し基板９のみを流れていたが、本実施例の場合、高周波電流の流れる回路が前記に加えてさらに第１のターゲット５、第１のプラズマ１０、第１のアノード６、アース配線、第２のアノード２、第２のプラズマ８、第２のターゲット３という経路の回路ができるため、投入する高周波電力の基板へのバイアス効果に用いられる割合は下がり、その分はターゲットのスパッタに用いられることになる。本実施例では高周波電力の基板バイアスへの利用効率が低下する短所はあるが、アノードを絶縁する必要がなくなり電極構成が単純になり従来型の電極に対しても容易に適用できることが特徴である。
【００５１】
〈実施例４〉
（１）装置構成
図６は、本発明を磁気記憶装置用磁気ディスク基板のバイアススパッタ成膜装置に適用した場合の、他の実施例となる要部断面概略図を示している。実施例３との構成上の相違点を主体に説明すると、図示のように、高周波電源１４及び変成器３２の替わりに高周波信号発生器２５より発生する低電位レベルの高周波信号を第１の電力増幅器２７でアース電位との間に高周波電力を発生し、整合器１３でインピーダンス整合をとり第１のターゲット５に接続している。
【００５２】
一方、同じ低電位レベルの高周波信号を位相調整器２６により位相をずらした後、第２の電力増幅器２８でアース電位との間に高周波電力を発生し、整合器２９でインピーダンス整合をとり第２のターゲット３に接続している点が異なる。
【００５３】
（２）作用効果
第１のターゲット５に流れる高周波電流の経路は第１のプラズマ１０を通って第１のアノード６に流れるものと、第１のプラズマ１０から基板９、第２のプラズマ８を通って第２のアノード２に流れるものに分けられる。第２のターゲット３を通る高周波電流はこれと対称の経路をとり、第２のプラズマ８を通って第２のアノード２に流れるものと、第２のプラズマ８から基板９、第１のプラズマ１０を通って第１のアノード６に流れるものに分けられる。従って位相調整器２６の位相差を０とすると基板９を通過する電流は打ち消しあって基板を通して交流電流は流れなくなり、バイアス電力は印加されない。逆に位相調整器２６で発生させる位相差が１８０゜となったとき基板９を通過する高周波電流は最大となる。位相差が１８０゜の場合では第１及び第２ターゲット５、３に印加される高周波電位は逆位相になるため、第１及び第２のターゲットの間に高周波電位が印加されたことになり、実施例３と同様の効果が得られる。
【００５４】
〈実施例５〉
（１）装置構成
図７は、本発明を磁気記憶装置用磁気ディスク基板のバイアススパッタ成膜装置に適用した場合の、他の実施例となる要部断面概略図を示している。実施例４との構成上の相違点を主体に説明すると、図示のように、直流電源１６、２０及び、ローパスフィルタ１５、３３を削除した点が異なる。
【００５５】
（２）作用効果
本実施例では第１及び第２のターゲット５、３を流れる高周波電流は、実施例４と同様の経路をとるが直流電源による直流電界が印加されていないため、ターゲットへのスパッタリング効果は、高周波電源から印加され、第１のターゲット５と第１のアノード６の間または第２のターゲット３と第２のアノード２の間に印加される高周波電力のみによるものである。この場合、高周波電力増幅器２７、２８はターゲットのスパッタリングに必要な電力を発生させる必要があるが、直流電源とローパスフィルタは不要になるため装置構成が単純になり、装置コストを下げることができる。基板へのバイアス電力は実施例４と同様に位相調整器２６により調整する。
【００５６】
以上の実施例は、いずれもバイアススパッタ成膜方法並びに成膜装置について示したものであるが、以下の実施例６〜８ではプラズマＣＶＤ成膜方法並びに成膜装置について示す。
【００５７】
〈実施例６〉
（１）装置構成
図８は、本発明をプラズマＣＶＤ成膜装置に適用した場合のＣＶＤ電極の要部断面概略図を示している。図示のように、真空容器１内に第１の電極３０、第２の電極３１及び第１の防着板７、第２の防着板４が、絶縁材２３を介して互いに電気的に絶縁して載置される。成膜対象となる基板９は周囲と電気的に絶縁された基板保持機構２１を介し、第１の電極３０、第２の電極３１の中間に各面をそれぞれの電極に向けるように載置する。真空容器１には排気装置２２、及び処理ガス供給系２４が接続されている。
【００５８】
高周波電源１４は、整合器１３を介して第１の電極３０に接続されており、アース電位との間に高周波電位を発生する。第２の電極３１は接地されている。
第１の防着板７と第２の防着板４は、その間で放電が起こらないように真空容器１内の処理ガスのデバイ長よりも小さい間隔で設置される。第１の電極３０と第１の防着板７及び第２の電極３１と第２の防着板４の間の間隔も同様に真空容器１内の処理ガスのデバイ長よりも小さくする。
【００５９】
（２）作用効果
次に、この成膜装置を用いた成膜方法の具体例を作用と共に説明する。基板９は、実施例１で両面に磁性膜を成膜した磁気記憶装置用磁気ディスク基板であり、この基板の両面にカーボン保護膜をプラズマＣＶＤにより形成するものである。
【００６０】
真空容器１は排気装置２２により０．００１Ｐａ以下の高真空に排気された後、処理ガス供給系２４より、カーボン原料として例えばメタンを真空容器内で１〜３０Ｐａになるように供給する。
【００６１】
高周波電源１４より所定の電力を所定の時間供給する。第１の電極３０は整合器１３を介して高周波電源１４に接続されており、高周波電源１４より印加される高周波電力により、周波数ｆで電位変動を起こす。基板９と第１及び第２のプラズマシールド（第１、第２の防着板７、４）は、第１及び第２の電極の間に対称におかれており、これらの間の対称性から第１の電極上及び第２の電極上で同じ電界が発生し処理ガスをそれぞれ電離する。
【００６２】
第１のプラズマ１０と、第２のプラズマ８は、基板９を介し接しており、基板の表裏面間の容量を介し高周波電流が流れる。同じくプラズマと接している第１及び第２の防着板７、４を介しても高周波電流は流れるが、これら二つのシールドの間にある隙間により、シールド間の容量が基板９の両面間の容量に比べ低くなるため高周波電流のほとんどが基板９を介して流れる。
【００６３】
第２のプラズマ８の電位が、第１のプラズマ１０に対して正になったときは、第１のプラズマ１０から電子が基板９の第１の電極３０に向いた表面に入射し、第２のプラズマ８からイオンが基板９の第２の電極３１に向いた表面に入射する。逆に第１のプラズマ１０の電位が、第２のプラズマ８に対して正になったときは、第２のプラズマ８から電子が基板９の第２の電極３１に向いた表面に入射し、第１のプラズマ１０からイオンが基板９の第１の電極３０に向いた表面に入射する。この時、基板９に入射するイオンは、プラズマと基板９との間の高周波電界により加速され、基板表面に衝突してメタン分子を分解し、その結晶構造が非晶質であるカーボン膜を堆積する。
【００６４】
このように本発明によれば、従来のように基板表面に電極を接触させることなく、基板の両表面へ電界を発生させ、加速されたイオンの入射を起こすことが可能であり、従来のように基板表面への電極の接触点での電流集中による膜の蒸発とそれに伴う異常放電や、成膜不良が発生しない。また、基板が絶縁物の場合に従来必要であった導電性膜の事前成膜が不要であり、基板表面が絶縁体であってもその表面へカーボン膜の成膜が可能である。
【００６５】
〈実施例７〉
（１）装置構成
図９は、本発明をプラズマＣＶＤ成膜装置に適用した場合の他の実施例となるＣＶＤ電極の要部断面概略図を示している。実施例６との構成上の相違点を主体に説明すると、図示のように、基板保持機構２１は電気的に絶縁されているか、または接地されるか、または任意の電位を印加されていても良い構造となっている。基板を搬送する場合の作業性を考慮すると、基板保持機構２１は接地した方が装置構成が容易となる。
【００６６】
高周波電源１４は、変成器３２の一次側に接続されている。変成器の二次側の一方の端子は第１の電極３０に接続され、他方の端子は第２の電極３１に接続されている。この場合も実施例２と同様に他方の端子はコンデンサ３６を介し第２のターゲット３に接続されている。コンデンサ３６の位置は、第１のターゲット５と変成器３２の間でも良い。
【００６７】
（２）作用効果
高周波電源１４より電力を印加することで第１の電極３０と第２の電極３１との間に高周波電界が発生する。第１の電極３０上の第１のプラズマ１０は、この電極の電位変動に従いその電位も変動する。第２の電極３１上の第２のプラズマ８は、この電極の電位変動に従いその電位も変動する。
【００６８】
第１のプラズマ１０と、第２のプラズマ８は基板９を介し接しており、双方のプラズマ間に生じた電位差（バイアス電位）が発生するため実施例６と同様に基板９の表面に高周波バイアスが発生し同様の効果が得られ、膜質の均一なカーボン保護膜を形成することができた。この実施例では高周波電位が、変成器３２を介し第１の電極３０と第２の電極３１との間の相対的な電位差として与えられるため基板の絶対的な電位に影響されずに基板表面へ高周波電力を印加できることが特徴である。
【００６９】
〈実施例８〉
（１）装置構成
図１０は、本発明をプラズマＣＶＤ成膜装置に適用した場合のさらに異なる他の実施例となるＣＶＤ電極の要部断面概略図を示している。実施例７との構成上の相違点を主体に説明すると、図示のように、第１の電極３０及び第２の電極３１の中心に支柱３６、３７が設置され、その先に基板中心のスピンドル穴とほぼ同じ径のマスク板３８、３９が取り付けられている。対向するこれらマスク板の間隔は、処理ガスのデバイ長より小さくし、その間にプラズマが発生しないようにする。
【００７０】
（２）作用効果
磁気ディスク基板のように穴のあいた基板９を実施例６に用いた場合では基板の穴を通してプラズマ中の電荷（おもに電子）が自由に行き来できるため、その部分のインピーダンスが低下して高周波電流が集中し基板の径方向にプラズマ密度の片寄りができ、基板表面に入射するイオン電流密度に分布が生じることになる。その結果、成膜される膜厚も穴の周囲が厚くなる分布を生じ実用上好ましくない。しかし、本実施例により、マスク板３８、３９で基板９の穴を塞ぐことで、高周波電流集中はなくなり、均一なプラズマ密度分布が得られ成膜膜厚も均一な膜となる。
【００７１】
図１１は、実施例８と同様の目的で穴あき基板上への均一なイオン入射を実現する他の手段を示すもので、同図（ａ）は基板保持機構２１に保持された基板９と、基板周辺に設けられているリング状の防着板４、７との関係を示した断面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【００７２】
先に示した実施例１〜７の基板９と防着板４、７との間隔を、処理ガスのデバイ長より広い間隔ｄにし、その間を通って荷電粒子が通れるようにする。実用的に好ましくは、ｄによる間隔の面積が穴４０の面積に対して２倍以下である間隔ｄとすることである。これにより基板中央の穴４０のみに集中していた高周波電流を基板周辺にも流し、それに伴い基板上のプラズマ密度を均一化するものである。
【００７３】
〈実施例９〉
実施例６〜８は、メタンを処理ガスとして磁性膜上にカーボン保護膜を成膜する磁気ディスクの製造例について示したものであるが、ここでは処理ガスをＡｒ等の不活性ガスに切り換えて基板両面へのプラズマエッチング処理を行なった例について説明する。
【００７４】
試料基板は、予め半導体素子が形成されたＳｉウェハを基板とし、この素子上に層間絶縁膜を介して配線パターンを多層に形成するものである。先ず、実施例１のスパッタ成膜装置で、ターゲット電極にアルミを用いて導体配線用のアルミ薄膜を形成する。その上に周知の方法で配線パターンを転写したレジストマスクパターンを形成する。このレジストマスクパターンが形成されたウェハを被処理基板９として、実施例６のＣＶＤ成膜原料ガス（メタン）の代わりにＡｒガスを導入し、この装置をプラズマエッチング装置に仕立て、プラズマ処理を施すことによりアルミ配線パターンを形成する。
【００７５】
なお、Ａｒガスと共に処理対象基板表面組成に対して腐食性を持つガスとして例えばハロゲン系のエッチングガスを併用すれば、さらにエッチング速度を速めることもできる。これにより、高精細な配線パターンを形成することができた。また、エッチング条件を室温以下の低温で行なえば、さらに微細な配線パターンの形成が容易となり、高密度のＬＳＩの製造に寄与できる。なお、このプラズマエッチング法は、磁気ディスク基板の表面にテクスチャ加工を施す場合にも有効である。
【００７６】
〈実施例１０〉
実施例９で配線パターンを形成したウェハ基板を被処理基板９とし、処理ガスをＡｒガスと酸素ガスとの混合系として、基板上に残されたレジストマスクパターンをプラズマアッシング処理を行って除去した。使用した処理装置の構成は実施例９と同一であるが、処理ガスの種類を変えたものである。これによりアルミ配線パターン上を覆っていたレジストが完全に除去された。
【００７７】
以上、プラズマ処理方法及び処理装置として、成膜とエッチングとアッシングとを主体に説明したが、本発明は周知のいずれのプラズマ処理にも適用できるものであることは云うまでもない。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により所期の目的を達成することができた。すなわち、本発明によれば基板両面をプラズマ処理する場合に、基板表面に電極を接触させることなく、基板の両表面に高周波電界を発生させ、入射イオンを加速することが可能であり、特に絶縁体基板及び表面が絶縁体で覆われた基板であってもその表面へ加速されたイオンの入射を行うことが可能となる効果がある。
【００７９】
また、従来のように基板表面への電極の接触点での電流集中による膜の蒸発とそれに伴う異常放電や、バイアス印加不良が発生せず、安定な処理を行うことができる効果がある。
【００８０】
また、従来必要であった基板表面への電極を接触する手段が不要となり、処理装置構造及び処理プロセスを単純化できる効果がある。この手段をバイアススパッタ成膜法に用いれば絶縁基板上への成膜でも膜表面へのイオン衝撃により膜中の結晶性が向上するなど膜質の向上がはかれる。
【００８１】
また、プラズマＣＶＤに用いれば絶縁体基板表裏両面に同時に導電性膜あるいは絶縁性膜にかかわらず所望する膜を成膜することができる。また、プラズマエッチングに用いることで絶縁体基板の表裏両面を同時にエッチング処理を行うことができる。また、基板加熱に用いることで特にランプによる加熱が困難な透明絶縁体基板に対しても熱供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）となるバイアススパッタ成膜装置の要部構成断面図。
【図２】同じくバイアススパッタ成膜装置による印加する高周波電力と基板へ入射するバイアス電力との関係を示すグラフ。
【図３】同じくバイアススパッタ成膜装置による印加する高周波電力と成膜した磁性膜の磁気特性（保磁力）との関係を示すグラフ。
【図４】同じく他の実施例（実施例２）となるバイアススパッタ成膜装置の要部構成断面図。
【図５】同じく他の実施例（実施例３）となるバイアススパッタ成膜装置の要部構成断面図。
【図６】同じく他の実施例（実施例４）となるバイアススパッタ成膜装置の要部構成断面図。
【図７】同じく他の実施例（実施例５）となるバイアススパッタ成膜装置の要部構成断面図。
【図８】同じく他の実施例（実施例６）となるＣＶＤ成膜装置の要部構成断面図。
【図９】同じく他の実施例（実施例７）となるＣＶＤ成膜装置の要部構成断面図。
【図１０】同じく他の実施例（実施例９）となるＣＶＤ成膜装置の要部構成断面図。
【図１１】同じく他の実施例となる基板とその周辺の防着板との関係を示した説明図。
【符号の説明】
１…真空容器、
２…第２のアノード電極、
３…第２のターゲット電極、
４…第２の防着板、
５…第１のターゲット電極、
６…第１のアノード電極、
７…第１の防着板、
８…第２のプラズマ、
９…基板、
１０…第１のプラズマ、
１１、１２…磁気発生手段、
１３、２９…整合器、
１４…高周波電源、
１５、１７…ローパスフィルタ、
１６、２０…直流電源、
１７…ローパスフィルタ、
１８、１９…コンデンサ、
２１…基板保持機構、
２２…排気装置、
２３…絶縁材、
２４…処理ガス供給系、
２５…高周波信号発生器、
２６…位相調整器、
２７、２８…電力増幅器、
３０…第１の電極、
３１…第２の電極、
３２…変成器、
３３、３４…ローパスフィルタ、
３５…コンデンサ、
３６、３７…支柱、
３８、３９…マスク板、
４０…穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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