(57)【要約】【課題】大型基板に対して効率的な膜形成が可能な圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜方法を提供する。【解決手段】圧力勾配型プラズマ発生装置２０で形成されて成膜装置２５の真空容器１内に導入された高密度のプラズマビーム１３が、成膜装置２５の成膜容器１内のプラズマ発生装置２０の中心軸上に配置された環状の永久磁石１５がつくり出す磁場によって真空容器１内に拡散され、真空容器１内の成膜材料分子をイオン化して大型基板全面に付着させ、基板表面に均一な膜を効率よく形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力勾配型プラズマ発生装置と成膜装置とが対向するように配置され、前記圧力勾配型プラズマ発生装置で発生されて前記成膜装置内に導入されたプラズマビームが前記成膜装置内の成膜材料蒸発粒子をイオン化させて基板表面に付着させることによって膜を形成する圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置であって、前記成膜装置内の前記プラズマビーム導入口近傍から前記基板の間の前記プラズマビームの略中心軸を略中心として前記プラズマビームを拡散する手段を設けたことを特徴とする圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法。
【請求項２】
前記プラズマビームを拡散する手段は、環状で径方向に着磁した永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法。
【請求項３】
前記プラズマビームを拡散する手段は、複数個の着磁した永久磁石を環状に等間隔で配置したもので、着磁方向は径方向で磁極の極性を環状の内側と外側でそれぞれ同一にした構成の永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法。
【請求項４】
前記プラズマビームを拡散する手段は、環状コイルであることを特徴とする請求項１に記載の圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置に関し、詳しくは、圧力勾配型プラズマ発生装置で発生されて成膜装置に導入されたプラズマビームを基板の大きさに応じて拡散するようにした圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマの拡散方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すように、従来のプラズマ成膜装置３１は、プラズマ発生装置３２とプラズマ反応装置３３とで構成されている。プラズマ発生装置３２は、円筒状の真空容器３４内にカソード３５と、補助電極３６と、放電電極３７と、加速電極３８とが設けられ、真空容器３４の外周には、放電電極３７及び加速電極３８に対応する位置にコイル３９，４０が配置されている。また、プラズマ反応装置３３は、円筒状の真空容器４１がプラズマ発生装置３２の真空容器３４に対向して配設されており、真空容器４１内に成膜試料Ｓが試料台４２に取り付けられ、真空容器４１の内周面近傍には複数の多極磁石４３が配置され、真空容器４１の外周には逆磁場コイル４４が配置されている。
【０００３】
プラズマ発生装置３２の真空容器３４内のカソード３５と放電電極３７間に電圧を印加すると、外部から供給された不活性ガス（Ａｒ）のガス雰囲気中でフィラメントのカソード３５から放出された熱電子によって放電が生じ、不活性ガスがプラズマ（ＰＡ）化される。この生成されたプラズマ（ＰＡ）は放電電極３７よりも高電位に保たれた加速電極３８によって電子のみが引き付けられ、加速されて電子ビーム（ＥＢ）となって、真空容器３４の外周に配置されたコイル３９，４０によって収束されてプラズマ反応装置３３の真空容器４１内に導入される。
【０００４】
プラズマ反応装置３３の真空容器４１内に導入された電子ビーム（ＥＢ）は、真空容器４１の中央付近で外部から供給された反応ガスをプラズマ（ＰＢ）化する。そして、プラズマ反応装置３３の真空容器４１の内周面近傍に配置された複数の多極磁石４３は、このプラズマ（ＰＢ）を真空容器４１の内側へ閉じ込めるように作用し、真空容器４１の外周に配置された逆磁場コイル４４はプラズマ（ＰＢ）を真空容器４１内に拡散させるように作用する。したがって、この複数の多極磁石４３と逆磁場コイル４４とが発生するそれぞれの磁場の強さの相互関係によって、プラズマ反応装置３３の真空容器４１内におけるプラズマ（ＰＢ）の拡散範囲が制御され、その結果、大型成膜試料Ｓ上に化学的気層成長が行なわれるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２７５７７号公報（第４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において、プラズマ反応装置３３の真空容器内４１におけるプラズマ拡散範囲を制御するためには、プラズマの閉じ込めと拡散に関与する磁場を発生させるための複数の多極磁石４３と逆磁場コイル４４との２つの磁場制御部材が必要であり、そのために部材コストが余計に掛かり、組立工数の増加に伴って発生するコストと共にコストアップの要因となり、加えて、逆磁場コイル４４に電力を供給することのよるランニングコストも上昇する。また、成膜工程での成膜条件を固定するにあたって、プラズマ反応装置３３の真空容器４１内におけるプラズマ（ＰＢ）の最適な広がりを、２つの磁場制御部材が作り出す磁場の大きさを相互に調整しながら見出す必要があり、手間と時間の掛かる作業とならざるを得ないため、成膜工程の効率化に逆行することとなってコストアップに繋がるものとなる。さらに、逆磁場コイル４４がプラズマ反応装置３３の真空容器４１の外周に配置されているため、プラズマ反応装置３３の小型化に障害となる構造になっている。
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、装置の小型化を阻害することがなく、形状が異なる大型成膜基板に対しても成膜条件の設定が簡単で工数が少なく、部品コストおよびランニングコストの少ない増加分で、効率的で均一な成膜が可能となる圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、圧力勾配型プラズマ発生装置と成膜装置とが対向するように配置され、前記圧力勾配型プラズマ発生装置で発生されて前記成膜装置内に導入されたプラズマビームが前記成膜装置内の成膜材料蒸発粒子をイオン化させて基板表面に付着させることによって膜を形成する圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置であって、前記成膜装置内の前記プラズマビーム導入口近傍から前記基板の間の前記プラズマビームの略中心軸を略中心として前記プラズマビームを拡散する手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記プラズマビームを拡散する手段は、環状で径方向に着磁した永久磁石であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記プラズマビームを拡散する手段は、複数個の着磁した永久磁石を環状に等間隔で配置したもので、着磁方向は径方向で磁極の極性を環状の内側と外側でそれぞれ同一にした構成の永久磁石であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１において、前記プラズマビームを拡散する手段は、環状コイルであることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１２】
図１は、本発明に係わる圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法に関する原理を示す断面図である。本発明は圧力勾配型プラズマ発生装置２０と成膜装置２５とで構成されている。
【００１３】
圧力勾配型プラズマ発生装置２０は、円筒状の真空容器２１にキャリアガス（Ａｒ等の不活性ガス）を導入するためのガス導入口２２が設けられ、真空容器２１内には陰極３と、環状の永久磁石５を内蔵した第１中間電極４と、環状の電磁石コイル７を内蔵した第２中間電極６と、第３中間電極部８と、環状の電磁石コイル１０を内蔵した陽極９が設けられており、真空容器２１の外周には、陽極９に対応する位置に環状の大口径電磁石コイル１１が配置されている。
【００１４】
成膜装置２５は、圧力勾配型プラズマ発生装置２０に対向して配置されており、真空容器１は真空容器１内を排気するための排気口２３が設けられ、真空容器１内には圧力勾配型プラズマ発生装置２０の略中心軸を略中心とするように配置された環状の永久磁石１５と、連結部から距離をおいた位置に、表面に成膜される基板１４とがそれぞれ配置され、さらに永久磁石１５の周辺部に成膜材料の蒸発源１２が配置されている。
【００１５】
そして、直流電源Ｅのマイナス端２６が陰極３に、プラス端２７が陽極９に接続され、プラス端２７はさらに抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ３を介してそれぞれ第１中間電極４，第２中間電極６および第３中間電極８に接続されている。従って、陰極３の電位に対して第１中間電極４，第２中間電極６および第３中間電極８よりも陽極９の電位が高くなるように電圧が印加されている。
【００１６】
このような構成の圧力勾配型プラズマ発生装置２０において、圧力勾配型プラズマ発生装置２０の真空容器２１内にキャリアガス導入口２２からキャリアガスが導入されると、陰極３と陽極９の間に印加された電圧によってキャリアガス雰囲気中で放電が開始され、プラズマ１３が発生する。そして、このプラズマ１３は、陰極３に対して高電位（正電位）に保たれた第１中間電極４，第２中間電極６，第３中間電極８および陽極９の各電極に引き付けられて加速されながら、第１中間電極４に内蔵された環状の永久磁石５，第２中間電極６に内蔵された環状の電磁石コイル７，陽極９に内蔵された環状の電磁石コイル１０および真空容器２１の外周に設けられた環状の大口径電磁石コイル１１がそれぞれ形成する磁場でプラズマ１３の通路の内側へ閉じ込められ、収束されて高密度のプラズマ１３ビームとなって成膜装置２５の真空容器１内に導入される。
【００１７】
真空容器１内に導入された高密度のプラズマ１３ビームは、プラズマ１３ビーム導入口２４近傍に前記圧力勾配型プラズマ発生装置２０の略中心軸を略中心として配置された環状の永久磁石１５がつくり出す磁場によって真空容器１内に拡散される。図２および図３は本発明のプラズマ拡散方法に使用される上記永久磁石１５に関する２つの例の構成および働きを示すもので、図２（ａ）は環状で径方向に着磁した永久磁石の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。この永久磁石は環状の中心部のプラズマ通路を通過したプラズマは永久磁石の磁界方向に沿って環状の外側に曲げられて真空容器内に拡散される。また、図３の永久磁石は、複数個の着磁した永久磁石を環状に等間隔で配置したものの平面図で、着磁方向は径方向で磁極の極性を環状の内側と外側でそれぞれ同一にした構成の永久磁石であり、図２で示した永久磁石と同様にプラズマは磁界に沿って環状の外側に曲げられて真空容器内に拡散される。そして、蒸発源から抵抗加熱法等によって蒸発された成膜材料分子が、上述した永久磁石１５によって拡散されたプラズマビームによってイオン化・活性化され、このイオン粒子が大型基板に付着して基板表面に膜が形成されることになる。なお、上記実施形態では、プラズマビームを拡散する手段として永久磁石を用いた例で説明したが、環状コイルにより同様な磁場を発生するようにしても良いものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法は、大型の基板表面に膜を形成する場合を前提に効率良い膜付けを可能にするために発明されたもので、圧力勾配型プラズマ発生装置で発生されたプラズマが、高密度に収束されたプラズマビームとなって成膜装置に導入される時、成膜装置のプラズマビーム導入口近傍から基板の間のプラズマビームの中心軸上にプラズマビーム拡散用の永久磁石を設け、それによって成膜装置内に拡散されたプラズマビームが蒸発した成膜材料をイオン化して大型基板の表面に付着させ、膜を形成するようにしている。したがって、成膜される基板の大きさに対応するプラズマビームの拡散度合に基づいてプラズマビーム拡散用の永久磁石の磁化の強さ及び設置位置を設定することによって成膜基板の大型化に対しても成膜材料の成膜に寄与しない部分を少なくし、単位時間当たりの膜形成の効率を上げることができる。その結果、無駄な材料費の削減及び成膜時間の短縮によるコストの低減が図られる。また、プラズマ拡散用の永久磁石は成膜装置の内部に配置するため装置の大型化を必要としないと共に、永久磁石を使用しているので電力を必要とせず、ランニングコストの上昇を伴わない、などの優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力勾配型プラズマ発生装置を用いた成膜装置のプラズマ拡散方法を示す断面図である。
【図２】本発明のプラズマ拡散方法に使用される永久磁石に関する一例の構成および働きを示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。
【図３】本発明のプラズマ拡散方法に使用される永久磁石に関する別の例の構成を示す概略平面図である。
【図４】従来のプラズマ成膜装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１      真空容器
３      陰極
４      第１中間電極
５      永久磁石
６      第２中間電極
７      電磁石コイル
８      第３中間電極
９      陽極
１０      電磁石コイル
１１      大口径電磁石コイル
１２      蒸発源
１３      プラズマ
１４      基板
１５      永久磁石
２０      圧力勾配型プラズマ発生装置
２１      真空容器
２２      キャリアガス導入口
２３      排気口
２４      プラズマビーム導入口
２５      成膜装置
２６      マイナス端
２７      プラス端
【図１】
2004353012.tif 000003
【図２】
2004353012.tif 000004
【図３】
2004353012.tif 000005
【図４】
2004353012.tif 000006