(57)【要約】【課題】ダブルエロージョンを形成し、且つ非エロージョン領域を発生させにくいプラズマ処理装置及び方法を提供する。【解決手段】真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置と、前記真空容器内にありターゲットを備えたカソード電極と、前記ターゲットに対向して配設され基板の載置が可能な基板電極と、前記カソード電極に高周波電力を印加する電力供給装置を備えたプラズマ処理装置であって、前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたことにより、ターゲット上にダブルエロージョンを形成し、且つ非エロージョン領域を発生させにくいプラズマ処理方法および装置を提供する。【選択図】　図１
2004124171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置と、前記真空容器内にありターゲットを備えたカソード電極と、前記ターゲットに対向して配設され基板の載置が可能な基板電極と、前記カソード電極に高周波電力を印加する電力供給装置を備えたプラズマ処理装置であって、
前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
カソード磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
環状磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その内周位置がカソード磁石の外周位置よりも外側に配置されること
を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その外周の位置がカソード磁石の外周位置よりも内側に位置すること
を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
複数の環状磁石は、極性の方向がターゲットに対してほぼ垂直であり、極性の方向が全て同一方向であること
を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
カソード磁石は、４個以上の磁石で構成され、ターゲットに対向する極性が隣り合う磁石で異なり、且つカソード磁石とターゲット間の距離を全てのカソード磁石で独立に位置決め可能なこと
を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して真空容器内に設けられたターゲットを備えたカソード電極に高周波電力を印加することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたこと
を特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
カソード磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
環状磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その内周位置がカソード磁石の外周位置よりも外側に位置すること
を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その外周の位置がカソード磁石の外周位置よりも内側に位置すること
を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
複数の環状磁石は、極性の方向がターゲットに対してほぼ垂直であり、極性の方向が全て同一方向であること
を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
カソード磁石は、４個以上の磁石から構成され、ターゲットに対向する極性が隣り合う磁石で異なり、且つカソード磁石とターゲット間の距離を全てのカソード磁石で独立に位置決め可能なこと
を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体などの電子デバイスや光通信デバイス、光ディスクなどの製造に利用されるプラズマ処理装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクなどの製造においては、成膜材料への融通性の理由から、従来より、スパッタリング装置が用いられており、その中でもマグネトロンスパッタリング装置が最も広く用いられている。
【０００３】
以下、第１の従来例としてのＤＶＤ−ＲＡＭディスク製造におけるマグネトロンスパッタリング処理装置について、図４乃至図６を参照して説明する。
【０００４】
図４はマグネトロンスパッタリング処理装置の断面図を示す。また、磁場シミュレーションによる解析結果として、ベクトルポテンシャル分布を図５に、ターゲット直上の磁束密度分布を図６に示す。ここで、図５のＡはマグネトロンスパッタリング処理装置の中心線を示す。
【０００５】
図４において、真空容器１内のカソード電極２に隣接してターゲット３を載置させ、カソード電極２と対向となる位置に接地させた基板電極４にポリカーボネイドからなる基板５を内周側基板保持マスク６ａ、外周側基板保持マスク６ｂを用いて載置させている。また、基板５とほぼ同一平面、且つ基板５の周囲となる位置に環状磁石７ｃを載置し、カソード電極２に隣接し、大気となる位置に各々独立にターゲットとの距離を調整可能なカソード磁石８（８ａ〜８ｄ）を載置させている。
【０００６】
なお、ターゲット−基板間距離（以下「ＴＳ距離」と称する）は３０ｍｍとし、ターゲット−カソード磁石間距離（以下「ＴＭ距離」と称する）は最短で２５ｍｍ、最長５０ｍｍとし、ターゲット−環状磁石間距離（以下「ＴＭｓ距離」と称する）は３０ｍｍとした。
【０００７】
カソード磁石８ａ〜８ｄのＴＭ距離は、それぞれ２５ｍｍ，３５ｍｍ，３５ｍｍ，２５ｍｍとした。また、ターゲット３にはＡｇＰｄＣｕ（以下「ＡＰＣ」と称する）を用いた。また、ターゲット３はφ２００ｍｍ、カソード磁石８の寸法は８ａがφ４０ｍｍで高さ４５ｍｍの円筒形状、８ｂが内径φ６０ｍｍ、外径φ１００ｍｍ、高さ４５ｍｍの環状形状、８ｃが内径φ１２０ｍｍ、外径φ１６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの環状形状、８ｄが内径φ１７０ｍｍ、外径φ２００ｍｍ、高さ５０ｍｍとした。そして、環状磁石７ｃの寸法は内径φ１６０ｍｍ、外径φ１８０ｍｍ、高さ１０ｍｍとした。
【０００８】
上記のマグネトロンスパッタリング装置において、例えば、真空容器１内にガス供給装置９からＡｒガス１９ｓｃｃｍを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ１０により排気を行い、真空容器１内を圧力０．２Ｐａ程度とし、カソード電極２に対して電力供給装置１１により直流電力１５００Ｗを供給しつつ、真空容器１内にプラズマを発生させ、基板電極４に載置させたポリカーボネイドからなる基板５に対して５ｓｅｃ程度のプラズマ処理を施し、ＡＰＣ膜の成膜を２００ｓｌ程度行うことが可能である。
【０００９】
次に、第２の従来例としてのＤＶＤ−ＲＡＭディスク製造におけるマグネトロンスパッタリング処理装置について、図７乃至図９を参照して説明する。
【００１０】
図７はマグネトロンスパッタリング処理装置の断面図を示す。また、磁場シミュレーションによる解析結果として、ベクトルポテンシャル分布を図８に、ターゲット直上の磁束密度分布を図９に示す。ここで、図８のＡはマグネトロンスパッタリング処理装置の中心線を示す。
【００１１】
図７において、装置構成およびプラズマ処理条件などは全て図４と同様である。図４に対する相違点は環状磁石７ｄの寸法であり、内径φ２００ｍｍ、外径φ２２０ｍｍ、高さ１０ｍｍとした。
【００１２】
上記のマグネトロンスパッタリング装置において、例えば、真空容器１内にガス供給装置９からＡｒガス１９ｓｃｃｍを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ１０により排気を行い、真空容器１内を圧力０．２Ｐａ程度とし、カソード電極２に対して電力供給装置１１により直流電力１５００Ｗを供給しつつ、真空容器１内にプラズマを発生させ、基板電極４に載置させたポリカーボネイドからなる基板５に対して５ｓｅｃ程度のプラズマ処理を施し、ＡＰＣ膜の成膜を２００ｓｌ程度行うことが可能である。
【００１３】
【特許文献１】
特開平２−１７７３２９号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の従来例で述べた図４のマグネトロンスパッタリング処理装置では、ＡＰＣからなるターゲットにおいて中心からの距離ｒ＝３０ｍｍ近傍とｒ＝８０ｍｍ近傍の２箇所に比較的深いエロージョンが形成される、所謂ダブルエロージョンを形成できたが、ｒ＝９５〜１００ｍｍ近傍にスパッタ粒子の再デポジションによる非エロージョン領域が発生してしまった。
【００１５】
この原因について図５を用いて説明すると、カソード磁石８と環状磁石７ｃ間でベクトルポテンシャル曲線が、ループを結んでいることが原因の１つと考えられる。このループが発生すると、ラーモア運動する電子をターゲット直上付近にトラップできにくくなり、エロージョンが形成されにくく、非エロージョン領域になりやすい。従って、図５では、環状磁石７ｃの外周側にカソード磁石８ｄと環状磁石７ｃ間のループがターゲット直上で顕著に発生しているため、ｒ＝９５〜１００ｍｍ近傍に非エロージョン領域が発生したと考えられる。
【００１６】
また、第２の従来例で述べた図７のマグネトロンスパッタリング処理装置では、ＡＰＣからなるターゲットにおいて中心からの距離ｒ＝３０ｍｍ近傍とｒ＝７０ｍｍ近傍の２箇所に比較的深いエロージョンが形成される、所謂ダブルエロージョンが形成され、ｒ＝４０〜６０ｍｍ近傍と、ｒ＝９０〜９８ｍｍ近傍にスパッタ粒子の再デポジションによる非エロージョン領域が発生してしまった。但し、再デポジションの膜厚は第１の従来例における再デポジションの膜厚に比べて、１／５０程度の薄いものであった。
【００１７】
この原因について図８を用いて説明すると、カソード磁石８と環状磁石７ｄ間でベクトルポテンシャル曲線がループを結んでいることが原因の１つと考えられる。このループが発生すると、ラーモア運動する電子をターゲット直上付近にトラップできにくくなり、エロージョンが形成されにくく、非エロージョン領域になりやすい。従って、図３−ｂでは、環状磁石７ｄの内周側にカソード磁石８ｄと環状磁石７ｄ間のループがターゲット直上で顕著に発生しているため、ｒ＝９０〜１００ｍｍ近傍に非エロージョン領域が発生したと考えられる。
【００１８】
また、ｒ＝４０〜６０ｍｍ近傍の再デポジションについて図９より説明すると、ターゲット直上における磁束密度の平行成分の大きさが１００Ｇ程度と図６に比べて小さいことが原因と考えられる。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ターゲットに対してダブルエロージョンを形成しつつ、非エロージョン領域を発生させず、ターゲット利用効率を向上できるプラズマ処理装置および方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置と、前記真空容器内にありターゲットを備えたカソード電極と、前記ターゲットに対向して配設され基板の載置が可能な基板電極と、前記カソード電極に高周波電力を印加する電力供給装置を備えたプラズマ処理装置であって、前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、カソード磁石は永久磁石であることが望ましい。
【００２２】
また、本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、環状磁石は永久磁石であることが望ましい。
【００２３】
また、本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その内周位置がカソード磁石の外周位置よりも外側に位置することが望ましい。
【００２４】
また、本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その外周の位置がカソード磁石の外周位置よりも内側に位置することが望ましい。
【００２５】
また、本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、複数の環状磁石は、極性の方向がターゲットに対してほぼ垂直となり、極性の方向が全て同一方向であることが望ましい。
【００２６】
更に、本願の第１発明におけるプラズマ処理装置は、カソード磁石は、４個以上の磁石から構成され、ターゲットに対向する極性が隣り合う磁石で異なり、且つカソード磁石とターゲット間の距離を全てのカソード磁石で独立に位置決め可能なことが望ましい。
【００２７】
一方、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して真空容器内に設けられたターゲットを備えたカソード電極に高周波電力を印加することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、カソード磁石は永久磁石であることが望ましい。
【００２９】
また、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、環状磁石は永久磁石であることが望ましい。
【００３０】
また、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その内周位置がカソード磁石の外周位置よりも外側に位置することが望ましい。
【００３１】
また、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、複数の環状磁石のうち少なくとも１つは、その外周の位置がカソード磁石の外周位置よりも内側に位置することが望ましい。
【００３２】
また、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、複数の環状磁石は、極性の方向がターゲットに対してほぼ垂直となり、複数の環状磁石は、極性の方向が全て同一方向であることが望ましい。
【００３３】
更に、本願の第２発明におけるプラズマ処理方法は、カソード磁石は、４個以上の磁石から構成され、ターゲットに対向する極性が隣り合う磁石で異なり、且つカソード磁石とターゲット間の距離を全てのカソード磁石で独立に位置決め可能なことが望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態としてのＤＶＤ−ＲＡＭディスク製造におけるマグネトロンスパッタリング処理装置について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明に係るプラズマ処理装置、特にマグネトロンスパッタリング処理装置の断面図を示す。また、磁場シミュレーションによる解析結果として、ベクトルポテンシャル分布を図２に、ターゲット直上の磁束密度分布を図３に示す。ここで、図２のＡはマグネトロンスパッタリング処理装置の中心線を示す。
【００３６】
図１において、真空容器１内のカソード電極２に隣接してターゲット３を載置させ、カソード電極２と対向となる位置に接地させた基板電極４にポリカーボネイドからなる基板５を内周側基板保持マスク６ａ、外周側基板保持マスク６ｂを用いて載置させている。
【００３７】
また、基板５とほぼ同一平面、且つ基板の周囲となる位置に環状磁石７ａ，７ｂを載置し、カソード電極２に隣接し、大気となる位置に各々独立にターゲットとの距離を調整可能なカソード磁石８（８ａ〜８ｄ）を載置させている。
【００３８】
なお、ＴＳ距離は３０ｍｍとし、ＴＭ距離は最短で２５ｍｍ、最長５０ｍｍとし、ＴＭｓ距離は３０ｍｍとした。カソード磁石８ａ〜８ｄのＴＭ距離は、それぞれ２５ｍｍ、３５ｍｍ，３５ｍｍ、２５ｍｍとした。また、ターゲット３にはＡＰＣを用いた。また、ターゲット３はφ２００ｍｍ、カソード磁石８の寸法は８ａがφ４０ｍｍで高さ４５ｍｍの円筒形状、８ｂが内径φ６０ｍｍ、外径φ１００ｍｍ、高さ４５ｍｍの環状形状、８ｃが内径φ１２０ｍｍ、外径φ１６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの環状形状、８ｄが内径φ１７０ｍｍ、外径φ２００ｍｍ、高さ５０ｍｍとした。そして、環状磁石７ａの寸法は内径φ１６０ｍｍ、外径φ１８０ｍｍ、高さ１０ｍｍとし、環状磁石７ｂの寸法は内径φ２００ｍｍ、外径φ２２０ｍｍ、高さ１０ｍｍとした。
【００３９】
上記のマグネトロンスパッタリング装置において、例えば、真空容器１内にガス供給装置９からＡｒガス１９ｓｃｃｍを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ１０により排気を行い、真空容器１内を圧力０．２Ｐａ程度とし、カソード電極２に対して電力供給装置１１により直流電力１５００Ｗを供給しつつ、真空容器１内にプラズマを発生させ、基板電極４に載置させたポリカーボネイドからなる基板５に対して５ｓｅｃ程度のプラズマ処理を施し、ＡＰＣ膜の成膜を２００ｓｌ程度処理したところ、中心からの距離ｒ＝３０ｍｍ近傍とｒ＝８５ｍｍ近傍の２箇所に比較的深いエロージョンが形成される、所謂ダブルエロージョンを形成でき、非エロージョン領域は発生しなかった。
【００４０】
これについて図２を用いて説明すると、カソード磁石８と環状磁石７ａ間でループを形成するベクトルポテンシャル曲線がほとんど存在しないためと考えられる。また、カソード磁石８と環状磁石７ｂ間のベクトルポテンシャル曲線はループを結んでいるが、ターゲット直上に存在するループはほとんど存在しないためと考えられる。これは、環状磁石を複数備えることで環状磁石の形成する磁場の中心位置が複数存在し、カソード磁石の形成する磁場を好ましい状態に制御できたためと考えられる。
【００４１】
なお、以上述べた本発明の実施形態においては、基板として光ディスクの基板として一般に用いられるポリカーボネイドについてのみ例示したが、それ以外の基板を用いた、例えば、Ｓｉ半導体基板および化合物半導体基板、液晶基板、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネルなどを用いることも可能である。
【００４２】
また、対向電極に直流電力を供給することについてのみ例示したが、交流電力およびパルス状直流電力を用いても良い。ただし、被処理物が絶縁体を含む場合は、交流電力であることが望ましい。
【００４３】
また、ターゲットとしてＡＰＣについてのみ例示したが、それ以外の金属ターゲット、半導体ターゲット、絶縁物ターゲットを用いても良い。
【００４４】
また、環状磁石として固定磁石についてのみ例示したが、他の磁性を有する材料例えば、電磁石やＧＭＲ素子を用いても良い。
【００４５】
また、カソード磁石として固定磁石についてのみ例示したが、他の磁性を有する材料例えば、電磁石やＧＭＲ素子を用いても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願第１の発明は、真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置と、前記真空容器内にありターゲットを備えたカソード電極と、前記ターゲットに対向して配設され基板の載置が可能な基板電極と、前記カソード電極に高周波電力を印加する電力供給装置を備えたプラズマ処理装置であって、前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたことにより、ダブルエロージョンを形成し、且つターゲット上に非エロージョン領域が発生しにくいプラズマ処理装置を実現できる。
【００４７】
また、本願第２の発明は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して真空容器内に設けられたターゲットを備えたカソード電極に高周波電力を印加することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記基板電極の周辺に環状磁石を複数個備え、前記ターゲットを間に挟み、前記カソード電極と対向する位置に環状もしくは円筒形状のカソード磁石を備えたことにより、ダブルエロージョンを形成し、且つターゲット上に非エロージョン領域が発生しにくいプラズマ処理方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態で用いたプラズマ処理装置の装置構成を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態で用いたプラズマ処理装置の磁場シミュレーション結果であるベクトルポテンシャル分布を示す図
【図３】本発明の第１実施形態で用いたプラズマ処理装置の磁場シミュレーション結果である磁束密度分布を示す図
【図４】第１の従来例で用いたプラズマ処理装置の装置構成を示す断面図
【図５】第２の従来例で用いたプラズマ処理装置の磁場シミュレーション結果であるベクトルポテンシャル分布を示す図
【図６】第１の従来例で用いたプラズマ処理装置の磁場シミュレーション結果である磁束密度分布を示す図
【図７】第２の従来例で用いたプラズマ処理装置の装置構成を示す断面図
【図８】第２の従来例で用いたプラズマ処理装置の磁場シミュレーション結果であるベクトルポテンシャル分布を示す図
【図９】第２の従来例で用いたプラズマ処理装置の磁場シミュレーション結果である磁束密度分布を示す図
【符号の説明】
１　真空容器
２　カソード電極
３　ターゲット
４　基板電極
５　基板
６ａ　内周側基板保持マスク
６ｂ　外周側基板保持マスク
７ａ，７ｂ　環状磁石
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ　カソード磁石
９　ガス供給装置
１０　ターボ分子ポンプ
１１　電力供給装置
【図１】
2004124171.tif 000003
【図２】
2004124171.tif 000004
【図３】
2004124171.tif 000005
【図４】
2004124171.tif 000006
【図５】
2004124171.tif 000007
【図６】
2004124171.tif 000008
【図７】
2004124171.tif 000009
【図８】
2004124171.tif 000010
【図９】
2004124171.tif 000011