(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にプラズマ処理をするためのプラズマ処理装置において、
電源と該電源と接続される反射電子帰還電極を含むプラズマガンを複数有し、
少なくとも１つの前記プラズマガンの前記電源と前記反射電子帰還電極を含む全体を、フローティング電位にすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
すべての前記プラズマガンの前記電源と前記反射電子帰還電極を含む全体をフローティング電位に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３】
一つの前記プラズマガンのみを接地し、他の前記プラズマガンの前記電源と前記反射電子帰還電極を含む全体をフローティング電位に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４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマガンはＵＲ式プラズマガンであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置が、成膜装置であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載のプラズマ処理装置が、絶縁膜を成膜するための絶縁膜成膜装置であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ処理装置において、
前記絶縁膜は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）よりなることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の反射電子帰還電極を有するプラズマガンを備えるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁膜は、従来からＲＦ(Radio Frequency)スパッタ法、ＥＢ(Electron Beam)蒸着法で形成されている。これは成膜材料が絶縁物であることで材料表面上に電荷がたまり成膜を阻害することから、通常メタル成膜で使用されるＤＣスパッタ法が使用できないことによる。ＥＢ蒸着法も成膜材料を電子で加熱、蒸発させることから、原理的に材料表面上に電荷がたまることには変わりはないが、高電圧、少電流であること、高速で電子ビームの照射位置を変えていることで改善をはかっている。
【０００３】
しかし、これらの手法では十分な蒸発レートが得られないことから、プラズマガンを使用する新しい手法を用いて膜形成するデバイスが現れてきた。そのひとつとしては、保護膜として絶縁膜である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜を使用するプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）である。
【０００４】
プラズマガンもＤＣスパッタ同様、ＤＣプラズマを利用しているため、絶縁物である材料表面上に電荷がたまり成膜が阻害される。しかし、１９９４年に浦本氏が発明したプラズマガン（以降ＵＲ式プラズマガンと記す）に、１９９８年に中外炉工業と大日本印刷が発表した反射電子帰還電極を設けることにより、成膜を阻害することなく蒸発レートを確保することが可能となった。
【０００５】
ＵＲ式プラズマガンは、電子放出源をその内部に有する高密度プラズマを生成するホローカソードとそこで生成されたプラズマを成膜室に導く磁場を形成する磁石より構成されている。反射電子帰還電極は、ＵＲ式プラズマガン出口にプラズマビームを取り囲むように配置されている。
【０００６】
反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを有する成膜装置の動作の基本的な考え方は、成膜材料に一方の電荷がたまり続けないようにし、且つ成膜材料等から放出された２次電子等からなる電流いわゆる反射電子帰還電流を確実にプラズマガン電源に帰還させる経路を確保することにより、成膜材料の帯電状態を定常状態に保つことにある。より具体的に説明すると、当初絶縁材料はプラズマに曝される為帯電する。一方、帯電した絶縁材料の表面からは２次電子等からなるいわゆる反射電子帰還電流が流れ出す。そして、この流入電子電流と反射電子帰還電流が均衡したところが定常状態で、原則この状態が維持される。しかし、帰還するチャンバー壁等に絶縁膜が堆積し、帰還路が確保出来なくなると、上記定常状態が維持できなくなると共に、成膜室内で異常放電等の問題が生じる。
【０００７】
そこで、成膜室とは離れた位置であるホローカソードのプラズマ出射口側に反射電子帰還電極を配置し、帰還路を確保することによって、安定な作動を確保している。
【０００８】
ここで、反射電子帰還電極とはプラズマガンにより発生したプラズマが蒸着材料に入射し、その入射電子・イオン等により発生する二次電子等よりなる、入射電子電流とは反対方向に流れる電子等からなる電流が流れ込む電極を意味する。
【０００９】
この出願の発明に関する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開昭５５−１４８３３７号公報
【特許文献２】特開昭５９−０２７４９９号公報
【特許文献３】特開平０７−１６１４８６号公報
【特許文献４】特開平０８−２２８０２号公報
【特許文献５】特開平０８−４５６９７号公報
【特許文献６】特開平０８−３１９５６１号公報
【特許文献７】特開２００３−２７２３１号公報
【特許文献８】特開平１１−２９９６３６号公報
【特許文献９】特開２０００−２１９９６１号公報
【特許文献１０】特開２０００−０１７４３１号公報
【特許文献１１】特開２０００−０１７４３０号公報
【特許文献１２】特開２０００−０１７４２９号公報
【非特許文献１】浦本上進、「イオンプレーティングための大電流、長寿命陰極の研究」、真空、日本真空協会、１９８２年１０月、２５巻、ｐ．６６０−６７０
【非特許文献２】浦本上進、「大面積イオンプレーティングための高能率シートプラズマ」、真空、日本真空協会、１９８２年１１月、２５巻、ｐ７１９−７２６
【非特許文献３】浦本上進、「シートプラズマによる大電流Ｈ＋、Ｄ−イオン源の研究（I）」、真空、日本真空協会、１９８４年７月、２７巻、ｐ６００−６０９
【非特許文献４】浦本上進、「シートプラズマによる大電流Ｈ＋、Ｄ−イオン源の研究（II）」、真空、日本真空協会、１９８４年７月、２７巻、ｐ６１０−６１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、大面積のＰＤＰに絶縁物を成膜するためには、１つのＵＲ式プラズマガンのみでは足りず、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数利用する必要がある。
【００１１】
しかしながら、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数有する成膜装置において絶縁膜を成膜するとき、膜厚及び膜質の均一な膜を安定的に成膜出来ないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数有するプラズマ処理装置において、膜厚及び膜質の均一な膜を安定的に成膜できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この問題の原因としては以下のものが例えば考えられる。
【００１４】
（１）ＵＲ式プラズマガンの特性が経時的に変化する。
【００１５】
（２）成膜雰囲気が経時的に変化する。
【００１６】
発明者は上記問題点を鋭意研究した結果、上記問題の原因は（１）又は（２）ではなく、以下のものであるとの知見を得た。
【００１７】
即ち、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数有する従来の成膜装置において絶縁膜を成膜するとき、例えば長時間使用したときには成膜室から漏れて来た絶縁物が一の反射電子帰還電極表面に堆積するときがある。その結果、絶縁物の堆積した一の反射電子帰還電極表面の電気抵抗が高くなる。よって、該反射電子帰還電極に流れ込む電流は減少する。そのような状態に於ける問題点を図８を使用して例示的に説明する。即ち、絶縁膜が厚く積もったプラズマガン１０ａの反射電子帰還電極１６ａに入射電子電流の８０％の反射電子帰還電流４２ａしか帰還しない。一方、絶縁膜の堆積の程度の小さいプラズマガン１０ｂの反射電子帰還電極１６ｂには入射電子電流の１２０％の反射電子帰還電流４２ｂが帰還する。その結果、ＵＲ式プラズマガン１０ｂの近傍のインピーダンスは減少し、その結果更にプラズマがそこに集中して来るという現象が生じる。この現象が生じると、成膜室内のプラズマ状態が大きく変化し、膜厚及び／又は膜質の均一な成膜を安定的に出来ないという問題が生じる。この原因は、図８からも分かるように、通常の電気配線に於いては各反射電子帰還電極への電子流入量に過不足があっても、プラズマガン電源の電流の出入量が一致するようにグランドライン５３を介して各反射電子帰還電極が結線されているので、プラズマガン電源自体は定常運転が可能な為である。
【００１８】
そこで、発明者らは鋭意研究した結果、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンをフローティング電位にする（グランドラインに接続しない）ことにより上記問題が解決されるとの知見を得た。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数有する成膜装置において、絶縁膜を長期間に亘り、均一な膜厚及び／又は膜質の膜を安定して成膜することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本願の実施の形態による反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数使用した絶縁膜成膜装置を説明する。
【００２１】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１による成膜装置の概略構成の側面図である。図２は、該装置による絶縁膜成膜の態様を示す斜視図である。但し、図２では成膜の態様の概略を説明するものであるため、成膜室等は省略してある。図３は、実施形態１で使用するＵＲ式プラズマガンによるプラズマの発生及び制御についての説明図である。
【００２２】
図１に示すように、真空排気されて低圧下の成膜室３０の下部に、絶縁物の蒸発材料（例えばＭｇＯ）３１を収容した蒸発材料受け皿３２が配置されている。成膜処理される基板３３（例えばディスプレイ用ガラス基板）は、成膜室３０内の上部に、蒸発材料受け皿３２と対向するように配置されている。そして、基板３３は不図示の基板ホルダーによって、蒸発材料受け皿３２と所定の距離をあけて矢印４３のように連続的に搬送される。蒸発材料受け皿３２にある蒸発材料は、電子電流が照射されると、成膜装置内を飛散し、基板３３に付着し、基板３３で成膜される。
【００２３】
図２は、該成膜装置による絶縁膜成膜の態様を示す斜視図で、本実施低では２つプラズマガンを使用した例を示している。但し、この図は本発明の概要を説明するものである為、成膜室等は省略してある。大面積基板に均一にする為に、２つのプラズマガンが平行に配置されている。
【００２４】
図３は、その１のプラズマガン１０によるプラズマの生成及び制御について説明するための図である。プラズマガン内は、Ａｒ４０が導入されて数１００Ｐａ程度の圧力に維持されている。カソード内の不図示の電子放出源（例えばＬａＢ６）を加熱すると、大量の熱電子が発生する。この発生した熱電子は陽極１２、１３である中間電極１２、１３に向かって加速を受ける。その際、該電子は中性ガスと衝突して、該中性ガスをイオン化しプラズマを発生する。この発生したプラズマは、第一中間電極１２に内蔵されている環状マグネット１４及び第二中間電極１３に内蔵されている環状コイル１５の作る軸方向磁場に導かれてＵＲ式プラズマガン１０を出て、例えば０．数Ｐａに排気されている成膜室３０に入る。該ＵＲ式プラズマガンから流出したプラズマは、収束コイル２１で収束される。該収束されたプラズマは、２つのシート化マグネット２２、２３によりシート化される。シート化されたプラズマは蒸発材料受け皿３２の裏面にあるアノードマグネット３４に導かれて蒸発材料３１に入射し、該蒸発材料３１を加熱する。その結果、加熱された部分の蒸発材料３１は蒸発し、不図示の基板ホルダーに保持されて矢印４３方向に移動している基板３３に到達して基板３３の表面に膜を形成する。尚、材料受け皿３２は不図示の回転機構により回転されており、蒸発材料３１が均一に蒸発するようになっている。
【００２５】
しかし、上述のＵＲ式プラズマガンを使用した絶縁膜成膜装置において、例えば長期間使用したとき、課題を解決する手段の欄で説明したように反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンの反射電子帰還電極に流れ込む電流がプラズマガン毎に異なったものとなり、その結果プラズマが不均一となり、最終的に膜厚及び／又は膜質の均一性が損なわれるときがある。
【００２６】
そこで、本発明の実施形態１においては、すべての反射電子帰還電極及びこれを含むＵＲ式プラズマガンをフローティング電位とした。図４は、その回路図を示す。ここで、矢印は電子の流れを表しており、電流の向きと反対である。以降、特に断りがない限りは、図中の矢印は電子の流れの向きを表しているものとする。但し、部位を示す為の引き出し線は除く。また、本明細書、特許請求の範囲、図面において、電子電流というときは、通常の意味で使用する電流の向きと反対に方行に流れる荷電粒子の流れをいう。
【００２７】
このときの動作の状態を図５に示す。ここで、説明の為に蒸発材料受け皿３２は、水平線に回りに９０゜回転して描かれている。
【００２８】
尚、反射電子帰還電極よりＵＲ式プラズマガン１０から離れる方向、即ち短管２４、第２のシート化マグネット２３、成膜室３０の内壁を覆うシールド３４は電気的にフローティング電位になって居り、これらに正味の電流が流れ込むことはない。
【００２９】
望ましくは、反射電子帰還電極よりＵＲ式プラズマガン１０から離れる方向に配置されている構造物は全て電気的にフローティング電位になっていることが良い。従って、反射電子帰還電流は反射電子帰還電極１６に流れ込むこととなる。そして、反射電子帰還電極は、フローティング電位となっているので、ある特定のプラズマガンから出た放電電子電流４１は、同一の特定のプラズマガン電流に戻らざるを得ない。つまり、課題を解決するための手段のところで図８を使用して説明したような隣接する反射電子帰還電極に流れ込むようなことは起こり得ない。その結果、プラズマは均一なものとなり、それにより成膜される膜厚及び／又は膜質は均一なものとなる。
【００３０】
［実施形態２］
本発明の実施形態２においても、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンが複数使用されているが、そのうちの１つの、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを接地し、他のすべての、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンをフローティング状態とする（接地しない。）。図６は、その回路図を示す。
【００３１】
このときの動作の状態を図７に示す。ここで、説明の為に蒸発材料受け皿３２は、水平線に対して９０゜回転して描かれていることは本発明の第一の実施の形態と同様である。また、反射電子帰還電極よりＵＲ式プラズマガンから離れる方向、即ち短管２４、第２のシート化マグネット２３、成膜室３０の内壁を覆うシールド３４はフローティング電位になっていることも実施形態１と同様である。図７に示すように、いずれの反射電子帰還電極もお互いに繋がっていないので、プラズマガン電源への戻り電流の過不足をお互いに補償することが出来ない。よって、ある特定のプラズマガンから出た放電電子電流４１は、対応する反射帰還電極に戻らざるを得ない。つまり、課題を解決するための手段のところで図８を使用して説明したような隣接する反射電子帰還電極に流れ込むようなことは起こり得ない。その結果、プラズマは均一なものとなり、それにより成膜される膜厚及び／又は膜質は均一なものとなる。
【００３２】
また、接地されている１つの、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンに係るプラズマの電位は、グランドレベルに近いものとなる。また、別々の、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンに係るプラズマは、成膜室内において、接触するため同一の電位となる。従って、全ての、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンに係るプラズマの電位は、グランドレベルに近くなる。従って、プラズマ全体の電位が安定する。
【００３３】
［実施形態３］
本発明の実施形態３は、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数有する上述の絶縁膜成膜装置において、ある特定の、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンをフローティング電位にするというものである。
【００３４】
以上の説明から分かると思うが、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンを複数有する上述のプラズマ処理装置において、ある特定の、反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンをフローティング電位にすることにより、隣接するＵＲ式プラズマガンの反射帰還電子電流が当該反射電子帰還電極に流れ込んだり、当該ＵＲ式プラズマガンに係る電子電流が隣接する反射電子帰還電極に流れ出るのを防ぐことが出来る。故に、そのプラズマガンに関する限り、ＵＲ式プラズマガンから流れ出た電子電流は、そのプラズマガンの反射電子帰還電極に戻る。本実施の形態は、絶縁膜装置の構成上隣接するプラズマガンによるプラズマの干渉が起こり易いプラズマに対応する反射電子帰還電極を含むＵＲ式プラズマガンに適用すると有効である。
【００３５】
上記の実施形態では、２台のＵＲ式プラズマガンを使用した場合について説明したが、３台、４台を使用した絶縁膜成膜装置についても適用可能であるのは言うまでもない。
【００３６】
また、本明細書では説明は絶縁膜の成膜について行ったが、イオンプレーティング等の大面積基板への表面処理等のプラズマを使用したプロセス一般に適用可能である。
【００３７】
また、本発明は、ＵＲ式プラズマガンのみならず、一般に、反射電子帰還電極を有するプラズマガンに適用することができる。
【００３８】
以上、添付図面を参照して本願の好ましい実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１による成膜装置の概略構成の側面図である。
【図２】本発明の実施形態１による成膜装置による絶縁膜成膜の態様を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１で使用するＵＲ式プラズマガンによるプラズマの発生及び制御についての説明図である。
【図４】本発明の実施形態１による成膜装置の概略構成の回路図である。
【図５】本発明の実施形態１による成膜装置における電子電流を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２による成膜装置の概略構成の回路図である。
【図７】本発明の実施形態２による成膜装置における電子電流を示す図である。
【図８】従来例による成膜装置の構成及びここで流れる電子電流を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０ａ  プラズマガン
１２、１３  中間電極
１４  環状マグネット
１５  環状コイル
２１  収束コイル
２２、２３  シート化マグネット
３０  成膜室
３１  蒸発材料
３２  蒸発材料受け皿
３３  基板
３４  アノードマグネット
４１  放電電子電流
４２  反射電子帰還電流
【図１】
0004901696.tif 000002
【図２】
0004901696.tif 000003
【図３】
0004901696.tif 000004
【図４】
0004901696.tif 000005
【図５】
0004901696.tif 000006
【図６】
0004901696.tif 000007
【図７】
0004901696.tif 000008
【図８】
0004901696.tif 000009