(57)【要約】  【課題】  複雑な立体構造をもつ各種の機械部品やプラスチックボトルなどの基材の表面に、これの回転や移動をさせることなく、一組のスパッタ源から三次元的に高速かつ均一に薄膜を形成し得る新規な三次元高速スパッタ法を提供する。  【解決手段】  不活性ガスが導入される真空チャンバー２内に高周波アンテナコイル５を配置し、このアンテナコイル５を挟み込むように環状スパッタターゲット１０をアンテナコイル５の両側に近接配置し、高周波アンテナコイル５に高周波電力を供給することにより真空チャンバー２内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるとともに、ターゲット１０にスパッタ用の直流電力を供給することによりターゲットをスパッタ蒸発させ、該高周波アンテナコイル５内のスパッタ空間に、表面が三次元形状を有する基材Ｓを投入して、該基材Ｓの表面に堆積膜を形成する。【選択図】  図１
2005163151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーと、真空チャンバー内を所定圧力に保持すべく真空チャンバー内のガスを排気する排気管と、真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるべく真空チャンバー内に配置される高周波アンテナコイルと、該高周波アンテナコイルの軸方向両側にそれぞれ配置される環状のスパッタターゲットと、前記高周波アンテナコイルに高周波電力を供給するプラズマ励起用電源装置と、前記スパッタターゲットに直流電力若しくは高周波電力を供給するスパッタ用電源装置と、成膜を行う三次元表面を有する基材に直流若しくは高周波バイアス電圧を印加する基材用バイアス電源装置とを備え、高周波アンテナコイル内の空間に前記基材が配置される、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項２】
請求項１において、高周波アンテナコイルは少なくとも一対設けられ、該対の高周波アンテナコイルが離間して対向配置され、前記スパッタターゲットは、対の高周波アンテナコイルの軸方向両側に配置され、基材は、対の高周波アンテナコイルの間の空間に配置される、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項３】
請求項２において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力が高周波アンテナコイルに供給される、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項４】
請求項２において、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力が高周波アンテナコイルに供給される、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記高周波アンテナコイル自体が成膜材料からなるコイルスパッタターゲットであるか若しくは高周波アンテナコイルの径方向内周側に沿って成膜材料からなるコイルスパッタターゲットを取り付け、該コイルスパッタターゲットにプラズマ励起用の高周波電力とこれをスパッタするための直流電力とを同時に供給するようにした、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、前記スパッタターゲットに近接して該ターゲットの外面側を覆うようにプラズマ遮蔽電極を配設した、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、基材が配置されるスパッタ空間に、前記高周波アンテナコイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する磁界印加装置をさらに備える、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、基材は棒状乃至線状の長尺部材であり、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させる移送装置をさらに備える、三次元スパッタ成膜装置。
【請求項９】
真空チャンバー内に高周波アンテナコイルを配置するとともに、該高周波アンテナコイルの軸方向両側に環状のスパッタターゲットをそれぞれ配置し、前記高周波アンテナコイルに高周波電力を供給することにより真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させ、前記スパッタターゲットに直流電力若しくは高周波電力を供給することにより該ターゲットをスパッタし、高周波アンテナコイル内の空間に表面が三次元形状を呈する基材を投入して、該基材に直流若しくは高周波バイアス電圧を印加することにより、高周波アンテナコイル内に生じるプラズマ中で、前記ターゲットからのスパッタ粒子を基材の三次元表面に堆積させて堆積膜を形成する、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１０】
請求項９において、高周波アンテナコイルは少なくとも一対設けられ、該対の高周波アンテナコイルが離間して対向配置され、前記スパッタターゲットは、対の高周波アンテナコイルの軸方向両側に配置され、基材は、対の高周波アンテナコイルの間の空間に配置される、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１１】
請求項１０において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力が高周波アンテナコイルに供給される、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１２】
請求項１０において、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力が高周波アンテナコイルに供給される、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項において、前記高周波アンテナコイル自体が成膜材料からなるコイルスパッタターゲットであるか若しくは高周波アンテナコイルの径方向内周側に沿って成膜材料からなるコイルスパッタターゲットを取り付け、該コイルスパッタターゲットにプラズマ励起用の高周波電力とこれをスパッタするための直流電力とを同時に供給する、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか１項において、前記環状スパッタターゲットに近接して該ターゲットの外面側を覆うようにプラズマ遮蔽電極を配設する、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項において、基材が配置されるスパッタ空間に、前記高周波アンテナコイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する、三次元スパッタ成膜方法。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか１項において、基材は棒状乃至線状の長尺部材であり、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させることにより、該長尺の基材の外周面に長手方向に連続して薄膜を形成する、三次元スパッタ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な立体構造をもつ金属加工物やプラスチック容器などの基材の表面に、金属などの種々の成膜材料からなる薄膜を三次元的に高速かつ均一に成膜するための三次元スパッタ成膜装置、並びに、三次元スパッタ成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレナー型マグネトロンスパッタ法をはじめとする各種のスパッタ法による成膜技術は超微細加工技術や高度な表面処理技術の分野を中心に益々重要になってきている。このために従来型の各種スパッタ法を改良する他、種々の機能を付加した高性能なスパッタ法が開発されている。
【０００３】
例えば、平板ターゲットを用いた従来型のマグネトロンスパッタ装置のスパッタ空間に高周波コイルを設置して動作ガス圧力の下限を引き下げたり、スパッタ粒子のイオン化の割合を高めることがなされている。
【０００４】
また、二つの平板スパッタターゲットを対向させ、これに垂直方向の磁界を作用させて強磁性体の高速スパッタをも可能にした対向ターゲット型高速スパッタ装置が開発され、実用化している。
【０００５】
しかしながら、これらの高速スパッタ法では、スパッタ速度を高めるためにターゲットに密接して特別な構造を持つ磁石を配置する必要があるのでターゲット周辺部の構造が非常に複雑大型になる。しかもスパッタターゲットがプラズマを発生させるための放電電極（陰極）を兼ねているのでその形状と配置に大幅な制約がある。
【０００６】
これらの問題を改善するために誘導結合型高周波放電によってターゲット近傍に予め高密度プラズマを発生させるようにした高速スパッタ装置が開発され、非特許文献１に開示されている。
【非特許文献１】高周波放電プラズマを利用した高速スパッタ装置、山下睦雄：日本真空協会誌「真空」、Ｖｏｌ.44，Ｎｏ5，（2001）512〜519頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながらこれまでに開発されている各種高速スパッタ装置では、スパッタ粒子がある程度の方向性（指向性）をもっている。
【０００８】
したがって、平面（二次元）構造をもつ基板表面への成膜には適しているが、凹凸の激しい表面や立体（三次元）構造をもつ基板、例えばプラスチックボトル、球形基板やボルトネジの全面に均一な膜厚で同時に高速成膜することは殆どできない。
【０００９】
このような立体構造をもつ基板表面にスパッタ法による成膜を行う方法として、従来、複数組のスパッタ源を基板の周辺に用意するか、あるいは、基板を回転運動させたり移動させるか、さらにはこれら両者を組み合わせた大掛かりで複雑な機構を設けることが考えられているが、装置の構成が複雑且つ大型で、高価となるだけでなく、その操作性や生産性においても難点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、固定した一組のスパッタ源によって、立体構造をもつ基材に対して、これを回転運動や移動をさせることなく、全面にわたって均一かつ高速に成膜し得る三次元スパッタ成膜装置ならびに方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、次の技術的手段を講じた。
【００１２】
即ち、本発明の三次元スパッタ成膜装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内を所定圧力に保持すべく真空チャンバー内のガスを排気する排気管と、真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるべく真空チャンバー内に配置される高周波アンテナコイルと、該高周波アンテナコイルの軸方向両側にそれぞれ配置される環状のスパッタターゲットと、前記高周波アンテナコイルに高周波電力を供給するプラズマ励起用電源装置と、前記スパッタターゲットに直流電力若しくは高周波電力を供給するスパッタ用電源装置と、成膜を行う三次元表面を有する基材に直流若しくは高周波バイアス電圧を印加する基材用バイアス電源装置とを備え、高周波アンテナコイル内の空間に前記基材が配置されるものである。
【００１３】
また、本発明の三次元スパッタ成膜方法は、真空チャンバー内に高周波アンテナコイルを配置するとともに、該高周波アンテナコイルの軸方向両側に環状のスパッタターゲットをそれぞれ配置し、前記高周波アンテナコイルに高周波電力を供給することにより真空チャンバー内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させ、前記スパッタターゲットに直流電力若しくは高周波電力を供給することにより該ターゲットをスパッタし、高周波アンテナコイル内の空間に表面が三次元形状を呈する基材を投入して、該基材に直流若しくは高周波バイアス電圧を印加することにより、高周波アンテナコイル内に生じるプラズマ中で、前記ターゲットからのスパッタ粒子を基材の三次元表面に堆積させて堆積膜を形成するものである。
【００１４】
高周波アンテナコイルとしては円形コイルを好適に採用でき、その他、スパッタ空間の周りを立体的に取り囲むように湾曲させたコイルを用いることも可能である。円形コイルの巻数は、要求されるプラズマ密度が得られれば特に限定されるものではないが、巻数３〜８程度が好適である。高周波アンテナコイルの材質としては、アルミニウム、銅若しくはカーボンなどの適宜の材料を採用できる。この高周波アンテナコイルは真空チャンバー内に設置されるためにプラズマに接するが、コイルの表面近傍にはイオンシースが生じ、これによってコイルの各巻線間やコイル−接地間の電気的絶縁を直流的にも高周波的にも保つことが可能である。また、高周波アンテナコイルそれ自体、インピーダンス整合回路を構成する。なお、高周波アンテナコイルを管状部材によって形成すれば、該コイル内に冷媒を流通させることでコイルを冷却させることが可能である。環状スパッタターゲットは、必ずしも全周にわたって連続している必要はなく、周方向に複数のターゲットを配置することにより全体として環状に構成されていればよい。
【００１５】
プラズマ励起用電源装置は、高周波アンテナコイルに高周波電力を供給し、これによりスパッタ空間に高密度の誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるためのものである。この電源装置の発信周波数は４ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ、最大出力１ｋＷ〜３ｋＷ程度とすることができ、スパッタによる成膜中にアンテナコイルに入射する電力は、放電ガスの種類、真空チャンバーの構造や大きさ、高周波アンテナコイルの特性などによって適宜のものとすることができる。
【００１６】
基材の三次元表面の形状は適宜のものであってよく、プラスチックボトルのように周面並びに底面を有するもの、管や棒のように周面を有するものの他、山形状のもの、凹凸溝を有する板状部材、ネジ溝を有するボルトなどを挙げることができる。
【００１７】
上記本発明装置及び方法において、高周波アンテナコイルは少なくとも一対設けることができ、該対の高周波アンテナコイルを離間して対向配置することができる。環状スパッタターゲットは、対の高周波アンテナコイルの軸方向両側に配置するのがよい。基材は、対の高周波アンテナコイルの間の空間に配置するのが好ましい。これによれば、プラズマ発生源として真空チャンバー内に設けられる対の高周波アンテナコイルを採用し、この対の高周波アンテナコイルに各々高周波電力を供給することによってプラズマを励起することで、プラズマの高密度化が図られるとともに、三次元形状の基材を収容可能な大きな空間を真空チャンバーの中央部に設けることができ、かつ、この収容空間がスパッタ空間となり、該スパッタ空間にプラズマを集約させることが可能となり、プラズマの高密度化による成膜速度の高速化、広い範囲にわたってプラズマ密度を均一化することによる薄膜の高品質化を図ることができる。また、対の高周波アンテナコイルに印加する高周波電圧の位相を互いに１８０度変えることにより、真空チャンバー内のプラズマ密度を大幅に増加させることができる。また、両コイルに印加する高周波電圧の値を独立して変えることができ、これによれば、真空チャンバー内のプラズマ密度の分布を変えることができ、成膜速度の向上と同時に膜厚分布の制御をも行うことができる。また、ガス供給管をアンテナコイルとほぼ同径のリング状のガス導入配管により構成し、このガス導入配管を各高周波アンテナコイルの軸方向内側にそれぞれ近接配置し、リング状ガス供給管の周方向複数箇所に、高周波アンテナコイルと環状ターゲットに向けて不活性ガスを供給するガス供給孔を設けることもできる。ガス供給孔は、０．５ｍｍ程度の微小孔により構成するのがよい。
【００１８】
また、前記高周波アンテナコイル自体が成膜材料からなるコイルスパッタターゲットであるか若しくは高周波アンテナコイルの径方向内周側に沿って成膜材料からなるコイルスパッタターゲットを取り付け、該コイルスパッタターゲットに高周波電力と直流電力とを同時に供給するようにしてもよい。これによって、環状ターゲットのみ、またはコイルターゲットのみをスパッタするか、あるいは、これら両ターゲットを同時にスパッタすることができる。また、コイルスパッタターゲットの材料は、上記環状スパッタターゲットと同じであってもよく、異なる材料とすることもできる。これらターゲットの材質を異なるものとすれば、同時二元立体スパッタを行わせることができる。
【００１９】
また、前記環状スパッタターゲットに近接して該ターゲットの外面側を覆うようにプラズマ遮蔽電極を配設することが好ましく、これによれば、スパッタターゲットの外面側がスパッタされることを抑制するとともに、プラズマを環状スパッタターゲットの内部に閉じこめ、プラズマの高密度化、スパッタ成膜の高速化を図ることができる。
【００２０】
また、基材が配置されるスパッタ空間に、前記高周波アンテナコイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する磁界印加装置をさらに備えていてもよい。これによって放電特性、即ちスパッタ特性の大幅な改善を図ることができる。
【００２１】
また、基材は棒状乃至線状の長尺部材であってよく、該基材を高周波アンテナコイルの軸心に沿って連続移送させる移送装置をさらに備えることができる。これによれば、該長尺の基材の外周面に長手方向に連続してスパッタ法によって高速に薄膜を形成することが可能である。
【００２２】
また、基材を、高周波アンテナコイル内のスパッタ空間、又は、対の高周波アンテナコイルの間のスパッタ空間に支持する基材支持部材を備えることができる。この支持部材は、基材をスパッタ空間に投入し及び該空間から離脱させるように往復動可能に構成することができる。これによれば、三次元形状の基材を容易にスパッタ空間に設置させることができ、成膜後も容易に取り出すことが可能となる。さらに、プラズマが安定した後に該プラズマ中に基材を投入することが可能となり、形成される薄膜の均質性の一層の向上に役立つ。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高周波アンテナコイルの内部に三次元形状の基材を収容可能な大きな空間を設けることができ、かつ、この収容空間にプラズマを集約させることが可能となり、プラズマの高密度化による成膜速度の高速化、広い範囲にわたってプラズマ密度を均一化することによる薄膜の高品質化を図ることができる。また、一組のスパッタ源から複雑な三次元立体構造を持つ基材の全面に亘って膜厚が均一な薄膜を形成することができるので、装置を小型で簡単な構造にすることができ、しかも、基材の周囲で発生する高密度スパッタ粒子が基材に向かって集中しながら飛翔するので、成膜速度と成膜材料の利用効率を大幅に向上することができる。また、対の環状スパッタターゲットの間で起きる相乗効果によってスパッタ速度だけでなくスパッタ粒子のイオン化割合がより一層高くなるので、高速イオンプレーティングによる高品質の薄膜を得ることが可能となる。したがって、本発明は、研究用のみならず、大型生産用装置としても多方面へ応用することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、一組のスパッタ源から平面基板表面はもとより複雑な立体構造をもつ基材の表面にこれの回転運動や移動をさせることなく金属薄膜や化合物薄膜を低温で高速且つ均一に成膜することを可能にする。これによって、金属やガラス製の各種加工製品の表面処理だけでなく加工性に優れたプラスチックその他適宜の材料からなる容器の外表面の耐気性、耐水性を確保するための処理が可能になる。したがって、例えば、ビールや炭酸飲料用プラスチックボトルや薬剤容器、並びに、今後莫大な需要が期待されているバイオ新薬用容器のバリア性向上への応用が大いに期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態に係る三次元スパッタ成膜装置１を示し、該装置１は、真空チャンバー２と、該真空チャンバー２内にアルゴンガスなどのプラズマ発生用の不活性ガス（放電サポートガス）等を供給するガス供給管３と、真空チャンバー２内を所定圧力に保持するべく真空チャンバー２内のガスを排気する排気管４と、真空チャンバー２内に誘導結合型高周波放電プラズマを発生させるべく真空チャンバー２内に配置される高周波アンテナコイル５と、該高周波アンテナコイル５に高周波電力を供給するプラズマ励起用電源装置６と、高周波アンテナコイル５によって発生されたプラズマ中に球状やボトル状などの適宜の立体構造を有する基材Ｓを支持する基材支持部材７と、プラズマ遮蔽電極８と、基材Ｓに直流若しくは高周波バイアス電圧を印加する基材用バイアス電源装置９と、高周波アンテナコイル５の軸方向両側にそれぞれ配置される環状のスパッタターゲット１０と、該スパッタターゲット１０に直流電力若しくは高周波電力を供給するスパッタ用電源装置１１とを備えている。
【００２７】
真空チャンバー２は、例えば直径３００ｍｍの円筒状を呈しており、金属、例えばステンレス鋼からなり、接地されている。ガス供給管３は、真空チャンバー２に付設したガスタンクから真空チャンバー２へサポートガスを導入するガス供給系を構成するものであり、その管構成は適宜のものであってよい。図示実施例では、ガス供給管３は、高周波アンテナコイル５の軸方向一方側で真空チャンバー２に開口形成されてなる。排気管４は真空ポンプに接続されており、真空チャンバー２内を真空吸引することにより、成膜中のチャンバー内の放電ガス圧力を０．０５Ｐａ〜２０Ｐａ程度の真空度とすることができるようになっている。
【００２８】
プラズマ励起用の高周波アンテナコイル５は、例えば銅製のパイプを螺旋状に加工してなる。アンテナコイル５は、例えば、直径１００ｍｍ、巻き数５となるように螺旋状に曲げ加工してなるものとすることができる。なお、アンテナコイル５の内部には冷媒を流通させて、コイル５の冷却を行うことができる。このアンテナコイル５は、これに直流電源装置１３によって直流電力を重畳することによりコイルスパッタターゲットともなるものである。また、図２に示すように、アンテナコイル５の径方向内周側に沿って例えばアルミニウム製のコイルスパッタターゲット５ａを取り付け、アンテナコイル５を介してコイルスパッタターゲット５ａに直流電力を重畳することにより、該ターゲット５ａをスパッタすることも可能である。コイルスパッタターゲット５ａは、例えば、長尺のアルミニウム板材を螺旋状に加工することにより構成されるものであり、アンテナコイル５の内面に溶接若しくは嵌め込み等の適宜の手段によって取り付けることができる。
【００２９】
プラズマ励起用電源装置６は、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源装置１２と、高周波アンテナコイル５にスパッタ用の直流電圧を供給するための直流電源装置１３と、平衡型のインピーダンス整合回路１４とを備えており、高周波アンテナコイル５は、インピーダンス整合回路１４を介して高周波電源装置１２に接続されているとともに、コイルスパッタターゲットをスパッタするときには直流電源装置１３に接続される。高周波電源装置１２と直流電源装置１３との相互干渉を避ける為に、直流電源装置１３には、コンデンサ１５とインダクター１６とで構成される低域フィルター（ＬＰＦ）を直列に接続してある。直流電源装置１３としては、例えば、０Ｖ〜−１０００Ｖまで可変の電源を用いることができる。
【００３０】
前記基材支持部材７は、例えばステンレス鋼からなるロッド状部材からなり、プラスチックボトルＳを高周波アンテナコイル５内のスパッタ空間に投入し及び該空間から離脱させるように流体圧シリンダなどの適宜の駆動装置によって往復動可能に構成されている。
【００３１】
前記基材用バイアス電源装置９は、直流電源装置１７と、高周波電源装置１８と、これら電源装置を選択的に切り替えるためのスイッチ１９とを備え、基材支持部材７を介して基材Ｓに、例えば０〜−３００Ｖの所定の直流バイアス電圧、若しくは、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電圧を選択的に印加し得るように構成されている。なお、高周波電源装置１６にはインピーダンス整合回路（マッチングボックス）２０を介して接続されるようにしている。なお、直流電源装置１７と高周波電源装置１８のいずれか一方のみを設けることもできる。
【００３２】
前記環状スパッタターゲット１０は、高周波アンテナコイル５の軸方向両端部に近接して、対の環状スパッタターゲット１０が対向するように設置されている。この環状スパッタターゲット１０の外径は、高周波アンテナコイル５の外径とほぼ等しい１００ｍｍとすることができ、ターゲット１０の中央部には、堆積膜の膜厚分布を調整するために直径３０ｍｍの孔１０ａが設けられ、これにより環状になっている。なお、基材Ｓの交換、即ち、真空チャンバー２の外部からスパッタ空間への基材Ｓの投入と、該基材Ｓのスパッタ空間からの離脱は、環状スパッタターゲット１０の孔１０ａを通して行えるようになっている。
【００３３】
さらに、環状スパッタターゲット１０には、スパッタ空間の中央部（本実施例では高周波アンテナコイル５内の空間の中央部）に向くスパッタ面１０ｂが形成されており、本実施例では、このスパッタ面１０ｂは、孔１０ａの内側縁部にテーパー面状に加工形成されている。なお、各ターゲット１０は従来公知の適宜の手段によって水冷を行うことが好ましい。
【００３４】
前記プラズマ遮蔽電極８は、各環状スパッタターゲット１０に近接して該ターゲット１０の外面側を覆うように配設されている。これにより、ターゲット１０の裏面におけるスパッタを防止すると共に、プラズマの閉じ込め効果を高めている。
【００３５】
前記スパッタ用電源装置１１は、直流電源装置２１と、高周波電源装置２２と、これら電源装置を選択的に切り替えるためのスイッチ２３とを備え、例えば０〜−１０００Ｖの直流電圧、若しくは、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を環状スパッタターゲット１０に供給し得るように構成されている。なお、高周波電源装置２２はインピーダンス整合回路２４を介して接続されるようにしている。なお、直流電源装置１７と高周波電源装置１８のいずれか一方のみを設けることもできる。
【００３６】
上記実施形態の装置を用いてプラスチックボトルＳの表面に薄膜を成膜するには、まず、真空チャンバー２内を１０-4Ｐａ以下に排気した後、真空チャンバー２内にアルゴンガスを導入してそのガス圧力を所定圧力、例えば１Ｐａとなるように調整する。次に、所定の高周波電力、例えば３００Ｗの高周波電力を高周波アンテナコイル５に供給する。すると、真空チャンバー２内に生じる高周波エネルギーによりアルゴンガスの高周波放電が始まり、高周波アンテナコイル５の中で１０12／ｃｍ3台の高密度プラズマが発生して、アルゴンガス特有の赤紫色で強く発光する。さらに、対の環状スパッタターゲット１０に所定の直流電力を供給すると、対の環状スパッタターゲット間でプラズマ電子運動に関する相乗効果が生じてプラズマ密度がさらに増加し、スパッタターゲット１０の内側表面で高速スパッタ蒸発が起きる。なお、上記環状スパッタターゲットに、直流電力に代えて高周波電力を供給すると、絶縁材料に対しても高速スパッタができる。
【００３７】
また、プラズマが安定した後、支持部材７を駆動して基材Ｓを高周波アンテナコイル５内の空間に投入する。上記のようにして発生した高密度のスパッタ粒子は、雰囲気ガス等との衝突によって散乱しながらも、高周波アンテナコイル５内のスパッタ空間に置かれた基材Ｓに向かって集中するように飛翔し、基材Ｓの外表面全体に亘って均一に高速で堆積する。この飛翔中にスパッタ粒子は高周波エネルギーによって発生するプラズマ電子やアルゴンイオンとの衝突によるイオン化だけでなく、準安定状態に励起したアルゴン原子からイオン化に必要なエネルギーを受け取ってイオン化するペニング効果によって非常に高い割合でイオン化する。したがって、基材Ｓを負電位にバイアスすると、これに入射するイオン化スパッタ粒子のエネルギーを制御しながら成膜することができ、より高品質な薄膜形成を行うことができる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、直流電源装置１３を切り離すと環状スパッタターゲットのみがスパッタされ、また、スパッタ用電源装置２１，２２を切り離し、環状スパッタターゲットをアース電位にするとコイルスパッタターゲットのみがスパッタされる。さらに、図３に示すように、高周波アンテナコイル５を２つに分割し、該対の高周波アンテナコイル５，５を真空チャンバー内で離間して対向配置させることも可能である。この場合、基材Ｓは、対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に配置させることができる。また、図示例では、両コイル５，５に印加する高周波電圧の位相を互いに１８０度変えることによって、スパッタ空間のプラズマ密度の大幅な向上を図っており、これにより、一層の成膜速度の向上が図られる。また、各アンテナコイル５の電源配線を変更することによって、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように高周波電源装置１２による高周波電圧が各高周波アンテナコイル５に印加されるとともに、磁力線が対の高周波アンテナコイル５，５の中心部に向かうように直流電源装置１３によるバイアス電圧が各高周波アンテナコイルに印加されるようにすることもできる。かかる構成によれば、対のアンテナコイル５，５の間の空間では、その両側のアンテナコイル５からの高周波エネルギーが作用して、コイル径よりも大きく広がるようにプラズマが励起される。したがって、より大きな基材Ｓの三次元表面に対して高周波スパッタによる薄膜形成を均一かつ高速に行うことができる。
【００３９】
また、高周波コイル５内のスパッタ空間、乃至、対の高周波アンテナコイル５、５の間のスパッタ空間に、該コイルの軸心に対して平行又は垂直方向の直流磁界を印加する磁界印加装置をさらに備えることもできる。このような磁界印加装置としては、真空チャンバ２に内蔵若しくは付設される永久磁石や電磁石などを挙げることができる。高周波アンテナコイル５の軸心に対して垂直方向の弱い磁界、好ましくは２×１０-4Ｔ程度の磁界を重畳することにより、スパッタ空間のプラズマ密度を大幅に増加させると共に動作ガス圧力の下限を１０-1Ｐａ台から１０-2Ｐａ台へ一桁程度引き下げることが出来る。スパッタ粒子が基材Ｓの周囲から飛来する本発明のスパッタ方式においては、このようにして動作ガス圧力を引き下げることによって形成される薄膜の膜厚の均一性を損なうことなくスパッタ粒子の輸送効率を高め、成膜速度を大きく向上させることができる。
【００４０】
ガス供給管３から導入されるサポートガスに、メタンガス等の原料ガスや酸素ガスなどを混合すると、スパッタによる成膜と同時に、基材表面でプラズマＣＶＤによる気相成長を行わせることや、反応性スパッタによる金属酸化物等を成膜することも可能である。すなわち、上記実施形態に係る装置は、かかる複合機能により、酸化アルミニウム系薄膜や導電性ダイヤモンド状炭素（DLC:N又はDAC:N）膜などをも成膜可能である。 
【００４１】
また、上記実施形態に係る装置１は、棒状乃至線状の長尺部材を基材として、その外周面に長手方向に連続して薄膜を形成することにも応用できる。かかる本発明の他の実施形態は、図４に示されており、上記実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。
【００４２】
本実施形態では、高周波アンテナコイル５の軸心に沿って線状部材Ｓ（基材）が連続移送され、真空チャンバー２内を通過する際に、スパッタターゲット１０及び／又はコイルターゲット５からのスパッタにより表面に薄膜を高速かつ均一に成膜するように構成されている。線状部材Ｓは繰り出しドラム２５から繰り出されて真空チャンバー２内を通過し、巻き取りドラム２６に巻き取られる。これらドラム２５，２６は適宜の回転駆動手段によって一定速度で回転駆動されるように構成され、これにより基材Ｓの移送装置が構成される。プラズマ遮蔽板８の中央部には、線状部材Ｓが通過するための貫通孔８ａが設けられている。また、線状部材Ｓには、真空チャンバー２の内部又は外部の所定位置で基材用バイアス電源装置９の電源出力端子９ａに接触され、この接触部を介して線状部材Ｓにバイアス電圧を印加するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元スパッタ成膜装置の全体簡略断面図である。
【図２】同装置の高周波アンテナコイルの他の実施例の拡大断面図である。
【図３】高周波アンテナコイルの他の実施例を示す全体断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る三次元スパッタ成膜装置の全体簡略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  三次元スパッタ成膜装置
２  真空チャンバー
３  放電サポートガス供給管
４  排気管
５  高周波アンテナコイル
６  プラズマ励起用電源装置
７  基材支持部材
８  プラズマ遮蔽電極
９  基材用バイアス電源装置
１０  環状スパッタターゲット
１１  スパッタ用電源装置
１２  高周波電源装置
１３  直流電源装置
【図１】
2005163151.tif 000003
【図２】
2005163151.tif 000004
【図３】
2005163151.tif 000005
【図４】
2005163151.tif 000006