JP2007262480A - 真空成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ形成用電極に絶縁材料が堆積した際に、当該電極の導電性の適切な再生を図れる真空成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】真空成膜装置１００は、減圧空間Ｐに反応ガスを導く反応ガス供給手段２２と、放電プラズマ形成用の電力を減圧空間Ｐの電極１４に給電する電力源ＶＳと、を備え、放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料が電極１４に堆積した場合には、電極１４の導電性を再生する導電材料が、電極１４の絶縁材料を覆うように堆積する装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空成膜装置および成膜方法に係り、更に詳しくは、真空成膜装置のプラズマ形成用電極への絶縁材料堆積による放電プラズマ不安定化を改善する技術に関する。

真空蒸着等の熱エネルギーによる基板への薄膜形成が困難な場合には、他の励起方法を用いて薄膜材料の反応温度を低下させる方法が現在多用されている。放電プラズマによるプラズマＣＶＤ法や反応性スパッタリング法がその代表例である。

例えば、プラズマＣＶＤ装置においては、薄膜材料（反応ガス）はプラズマ中の荷電粒子（電子）の衝突により活性化されラジカルになり、熱エネルギー励起のみによっては不可能な低温下での反応ガス励起活性種に基づく基板への膜形成が可能になる。

その一方、このようなプラズマＣＶＤ法や反応性スパッタリング法を用いた真空成膜装置（以下、「真空装置」と略す）については、反応ガス励起活性種を基にして形成された絶縁材料の堆積によりプラズマ形成用電極が汚染される場合がある。

以下、反応性スパッタリング法を用いたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃材料）による薄膜形成を例に取り、このような絶縁材料に基づく電極の汚染の概況を説明する。

放電プラズマ中のイオン（例えば、Ａｒ⁺）をアルミ（Ａｌ）ターゲットに給電される電力（電界）に基づいて高速衝突させると、Ａｌ原子が酸素ガス雰囲気中の減圧空間に叩き出される。これにより、Ａｌ原子が酸素ガスと反応してＡｌ₂Ｏ₃材料となり、このＡｌ₂Ｏ₃材料が基板に堆積される。

ところで、スパッタリング用のターゲットに給電される電力は、薄膜堆積レートとの間で概ね比例関係にあることから、ターゲットに対し電力供給を一定に制御する定電力電源が、通常、スパッタリング電源として使用されている。

このため、当該反応性スパッタリング法のＡｌ₂Ｏ₃薄膜形成の過程において、プラズマ形成用電極（ここではスパッタリング陽極）が、絶縁性のＡｌ₂Ｏ₃材料により覆われ、Ａｌ₂Ｏ₃材料の堆積度合いに応じてスパッタリング陰極（Ａｌターゲット）とスパッタリング陽極との間の放電抵抗が増加した場合には、放電電流と放電電圧との積に相当する放電電力が一定であることから、放電電流が減少する一方で、放電電圧が上昇する。

そして、スパッタリング電源として直流電源を使用する場合には、スパッタリング陽極へのＡｌ₂Ｏ₃材料の堆積に連れて、放電電圧が高電圧側にシフトして、異常放電をきたし放電の安定性が損なわれる。更に、スパッタリング陽極が完全にＡｌ₂Ｏ₃材料により覆われれば（絶縁されれば）、Ａｌ₂Ｏ₃材料の電子チャージアップによりスパッタリング陽極とＡｌターゲット間の電位差が無くなり、両者間の放電継続が不可能になる。

勿論、交流のＲＦ電源（１３．５６ＭＨｚ）を用いれば、スパッタリング陽極が完全にＡｌ₂Ｏ₃材料により絶縁されても、両者間の放電維持は可能であるが、スパッタリング陽極へのＡｌ₂Ｏ₃材料の堆積状態遷移に基づく放電状態の変化、例えば放電電圧の高電圧化の懸念は依然として残る。

以上に述べた理由から、スパッタリング陽極が一定レベル以上、絶縁材料に堆積される度に、このような陽極の清掃乃至交換等のメンテナンス作業が、従来からなされている。

また、ここで例示した絶縁材料によるプラズマ形成用電極の汚染問題は、既に知られており、このような電極の絶縁材料汚染改善を図った技術開発が進められている。

例えば、直流放電のプラズマＣＶＤにおいて、プラズマの自己照射熱に基づきＣＶＤ電極（陽極）の温度を高め、ＣＶＤ電極からの絶縁材料の再蒸発を図った真空装置がある（例えば特許文献１参照）。

また、ＣＶＤ電極板（陽極）を多孔質体に構成することにより、ＣＶＤ電極板の表面積を増大させ、単位面積当たりのＣＶＤ電極板への絶縁材料付着量を少なくして、ＣＶＤ電極板のメンテナンス交換サイクルの長期化を図った真空装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開平５−２１４５３８号公報 特開平７−２８６２７６号公報

しかし、特許文献１記載の真空装置の陽極は高温加熱に曝されているとの理由から、当該装置の使用に際して種々の技術的な制約が想定される。例えば、耐熱性の劣る樹脂基板を用いた真空成膜に、特許文献１記載の技術を適用すれば、このような樹脂基板は、高温の陽極の輻射熱により熱ダメージを受ける。

また、真空を破ってバッチ毎に大気開放する装置については、間欠的な陽極へのプラズマ照射に起因して陽極の高温維持が困難であり、仮に可能であったとしても、高温状態の陽極を酸素に曝すと陽極が酸化するという問題が残る。以上のような観点から、特許文献１記載の技術は使いづらい。

また、特許文献２記載の真空装置の陽極は、多孔質体により構成されていることから、真空を破って真空槽を大気開放した場合、次回の真空槽の効率的な排気が、このような多孔質内の表面に付着した残留ガス（例えばＨ₂Ｏ分子）により妨げられ、そうなれば、装置の生産性の大幅な低下を招く。

要するに、上記特許文献１および２記載の技術は、その適用範囲が耐熱基板乃至連続成膜装置に限定され、魅力に欠ける。

このため、例えば電極の導電性再生といった、抜本的な手法の見直しによる真空装置の汎用性向上が、早晩望まれるはずであると、本願発明者等は考えている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プラズマ形成用電極に絶縁材料が堆積した際に、当該電極の導電性の適切な再生を図れる真空成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。

まず、本件発明者等は、単一の真空槽によりスパッタリング成膜およびプラズマ重合成膜の両方を扱える既存の真空装置、例えば、アルミ（Ａｌ）金属膜（スパッタリング法）および、ＨＭＤＳガスを用いたＳｉ系絶縁膜（プラズマ重合法）を基板に連続的に成膜可能な真空装置を活用して、絶縁膜が被膜されたＣＶＤ電極の、導電材料としてのＡｌからなる金属膜による再生の可否を検証した。

この検証は、以下の手順で行われ、本検証により得られた測定結果は、図１に示されている。なおここでは、４０ｋＨｚの中周波（ＭＦ）の定電力電源が使用されている。また、この真空装置の円筒状の真空槽の内壁の、所定の間隔を隔てて配置された２つの帯状の部分が、ＣＶＤ電極の対として機能する。

図１は、金属膜による再生前と再生後のＣＶＤ電極について、横軸にＭＦ電源の電極への電力投入後の経過時間をとり、左縦軸にＡｒ放電電圧をとり、右縦軸にＡｒ放電電力をとって、Ａｒ放電電圧およびＡｒ放電電力の経時変化の一例を示した図である。

まず、ＨＭＤＳガスを用いたプラズマ重合法により一対のＣＶＤ電極（陽極と陰極）に絶縁膜を被膜した。

次に、ＨＭＤＳガスの導入を止めた後、Ａｒガス放電を実行した際の一対のＣＶＤ電極間のＡｒ放電電圧Ｖ１およびＡｒ放電電力Ｐ１の経時変化を測定した。

このような測定の結果、Ａｒ放電電圧Ｖ１は、図１の米印（＊）で示す如く、ＣＶＤ電極への電力投入に同期して略３５０Ｖになり、この数値でほぼ安定化した。

なおこの場合のＡｒ放電電力Ｐ１は、図１の四角印（□）に示す如く、略３．８ｋＷであった。

次に、ＨＭＤＳガスを用いたプラズマ重合法を用いて、一対のＣＶＤ電極（陽極と陰極）に絶縁膜を再び被膜した。これは、上記Ａｒガス放電によりＣＶＤ電極に堆積した絶縁膜を剥ぎ取ったかもしれないという疑念を根本的に無くし、検証の精度を高める趣旨でなされたものである。

次に、ＨＭＤＳガスと導入を止めた後、ＣＶＤ電極と別の一対のスパッタリング電極（例えば、Ａｌターゲット陰極板と、陽極として機能する真空槽）に電力を印加して、ＡｌターゲットをＡｒイオン（Ａｒ⁺）スパッタリングすることにより、ＣＶＤ電極の絶縁膜を、略５０ｎｍの厚みのＡｌ金属膜で被膜した。

次に、Ａｒガス放電を再び実行した際の、一対のＣＶＤ電極間のＡｒ放電電圧Ｖ２およびＡｒ放電電力Ｐ２の経時変化を測定した。

このような測定の結果、Ａｒ放電電圧Ｖ２は、図１の丸印（○）に示す如く、ＣＶＤ電極への電力投入に同期して略２５０Ｖになり、この数値でほぼ安定化した。この場合のＡｒ放電電力Ｐ２は、図１のひし形（◇）に示す如く、略３．８ｋＷであった。

なお、このＡｒ放電電圧Ｖ２の測定時の真空槽内圧力と、上記Ａｒ放電電圧Ｖ１の測定時の圧力とが同じような傾向を示して変化することが、適宜の真空計を用いて確認されている。

図１によれば、ＣＶＤ電極の絶縁膜をＡｌ金属膜で被膜することにより、Ａｒ放電電力Ｐ１、Ｐ２が一定（３．８ｋＷ）の条件下において、Ａｒ放電電圧Ｖ１とＡｒ放電電圧Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）が略１００Ｖであることが判明した。このようなＡｒ放電電圧Ｖ２の低下は、Ａｒ放電電力Ｐ１、Ｐ２が一定であることから、一対のＣＶＤ電極間の放電抵抗の減少を意味しており、このことは、絶縁膜が形成されたＣＶＤ電極の導電性の再生を推認させる現象と言える。

このため、本件発明者等は、プラズマ形成用電極に堆積した絶縁材料を覆うように導電材料を更に堆積させれば、電極の導電性を再生できると判断した。

よって本発明は、このような電極の導電性再生という着想を契機にして案出されものであり、本発明の真空成膜装置は、減圧空間に反応ガスを導く反応ガス供給手段と、放電プラズマ形成用の電力を前記減圧空間の電極に給電する電力源と、を備えて構成され、前記放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料が前記電極に堆積した場合には、前記電極の導電性を再生する導電材料が、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積する装置である。

これにより、電極の導電性を再生できるため、真空成膜装置の安定な放電を長期間に亘り持続できる。

特に、真空成膜工程と、電極再生工程とを交互に反復させることにより、電極の清掃乃至交換等のメンテナンスサイクルを大幅に延ばすことが可能になり、ひいては真空成膜装置の生産性を改善でき好適である。

なおここで、前記真空成膜装置の一例は反応性スパッタリングを利用する装置であり、より詳しくは、減圧空間に配置された金属製のスパッタリング用のターゲットと、前記減圧空間に反応ガスを導く反応ガス供給手段と、前記減圧空間に放電ガスを導く放電ガス供給手段と、前記放電ガスを励起する電力を前記減圧空間の前記ターゲットと電極に給電する電力源と、を備えて構成され、放電プラズマにより活性化された反応ガスと、前記放電プラズマによりスパッタリングされたターゲット材料との反応を基に生成してなる絶縁材料が、前記電極に堆積した場合には、前記電極の導電性を再生する導電材料としての前記ターゲット材料が、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積する装置である。

また、前記真空成膜装置の他の例は、前記減圧空間に放電プラズマを放出するプラズマガンを備え、前記電極が前記放電プラズマを回収する陽極に相当する装置である。

そしてこの場合、前記放電プラズマが前記減圧空間を輸送される間に、前記放電プラズマをシート状に成形する磁界発生手段を備え、前記シート状の放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料が前記陽極に堆積した場合には、前記陽極の導電性を再生する導電材料が、前記陽極の絶縁材料を覆うように堆積する装置であっても良い。

前記導電材料からなる導電膜と電極との間の電気接続としては、この導電膜が、前記絶縁材料からなる絶縁膜を介在させた状態において前記電極の導通領域を介して前記電極と電気接続しても良い。

当該電気接続の一形態例は、前記電極は、前記放電プラズマを臨む表面と前記表面に略直交する側面とを有してなり、前記電極の側面が前記導通領域として機能するものである。なおこの場合、前記電極の側面への導電膜形成に、スパッタリング法等のターゲット材料の回り込み現象を利用しても良い。

また、当該電気接続の他の形態例は、前記電極に対して進退可能に構成された前記電極の遮蔽部材を備えて構成され、前記絶縁材料が前記電極に堆積する間、前記遮蔽部材の進入により、前記遮蔽部材により遮蔽された前記電極の部分が前記導通領域として機能するものである。

更に、当該電気接続の更なる他の形態例は、島状の前記絶縁膜の間にある前記電極の露出部が前記導通領域として機能するものである。

本発明の成膜方法は、減圧空間に反応ガスを導き、前記減圧空間の電極に放電プラズマ形成用の電力を給電し、前記放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料を前記減圧空間内の基板に堆積させ、前記絶縁材料が前記電極に堆積した場合には、前記減圧空間への前記反応ガスの導入を止めた後、前記電極の導電性を再生する導電材料を、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積させる方法である。

これにより、電極の導電性を再生できるため、真空成膜装置の安定な放電を長期間に亘り持続できる。

特に、真空成膜工程と、電極再生工程とを交互に反復させることにより、電極の清掃乃至交換等のメンテナンスサイクルを大幅に延ばすことが可能になり、ひいては真空成膜装置の生産性を改善でき好適である。

なおここで、前記成膜方法の一例は反応性スパッタリングによる成膜方法であり、より詳しくは、減圧空間に放電ガスおよび反応ガスを導き、前記放電ガスを励起する電力を、前記減圧空間のターゲットおよび電極に給電し、前記放電プラズマにより活性化された反応ガスと、前記放電プラズマによりスパッタリングされたターゲット材料との反応を基に生成してなる絶縁材料を前記減圧空間内の基板に堆積させ、前記絶縁材料が前記電極に堆積した場合には、前記減圧空間への前記反応ガス導入を止めた後、前記電極の導電性を再生する導電材料としての前記ターゲット材料を、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積させる方法である。

本発明によれば、プラズマ形成用電極に絶縁材料が堆積した際に、当該電極の導電性の適切な再生を図れる真空成膜装置および成膜方法が得られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明の実施の形態の反応性スパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。

本実施の形態の反応性スパッタリング装置１００（真空成膜装置）は、主として、減圧空間Ｐ（以下、「内部Ｐ」と略す）を有する真空槽１０と、この真空槽１０の壁部の開口（不図示）を介して真空槽１０の内部Ｐを真空引きする真空ポンプ（不図示）と、真空槽１０の内部Ｐに放電ガスとしてのアルゴンガス（Ａｒガス）を導く放電ガス供給手段２２（例えば放電ガス供給元弁）と、真空槽１０の内部Ｐに反応ガスとしての酸素ガス（Ｏ₂ガス）を導く反応ガス供給手段２３（例えば反応ガス供給元弁）と、を備える。

また、真空槽１０の内部Ｐには、アルミ金属（Ａｌ）からなる板状のターゲット１３と、金属製のスパッタリング陽極用の板状の電極１４とが、基板１２を挟むようにして互いに対向するように配置されている。

酸素ガスを真空槽１０内に導く真空槽１０の側壁部の開口は、基板１２とターゲット１３との間の基板１２寄りに位置し、Ａｒガスを真空槽１０内に導く真空槽１０の側壁部の開口は、基板１２とターゲット１３との間のターゲット１３寄りに位置している。

なお、ターゲット１３の裏面に、複数の磁石からなる磁界発生手段（不図示）が配置され、これらの磁石の作る磁力線により、ターゲット１３の表面近傍に所定の漏れ磁界が形成されている。

このターゲット１３は、基板１２に被膜させる薄膜の母材であり、放電プラズマ中のイオン（Ａｒ⁺）を引き付ける電界を形成する目的で、直流の定電力電源ＶＳより陰極になるように、一定の電力を供給されている。なお電極１４が、定電力電源ＶＳの陽極側に接続されている。

そして、ターゲット１３のスパッタリングの過程において、放電プラズマ閉じ込め用のトンネル状の漏れ磁界と電界とを直交させることによるＡｒガス放電（マグネトロン放電）に基づき、ターゲット１３の表面付近に多数の荷電粒子（Ａｒ⁺および電子）からなる高密度の放電プラズマが形成される。

このＡｒ⁺は、定電力電源ＶＳからターゲット１３に印加された定電力の電界に基づきターゲット１３に引き付けられる。これにより、ターゲット１３の構成原子（ここではＡｌ原子）が、Ａｒ⁺の衝突エネルギーによりターゲット１３の表面から叩き出される。一方、叩き出されたＡｌ原子は、放電プラズマにより活性化されたＯ₂ガスと反応した後、Ａｌ₂Ｏ₃材料（絶縁材料）となる。このＡｌ₂Ｏ₃材料が基板１２に堆積される。

なおここでは、ターゲット１３としてＡｌ金属を選び、反応ガスとしてＯ₂ガスを選んで、Ａｌ₂Ｏ₃材料を基板に堆積する例を述べたが、ターゲット材料や反応ガス種はこれに限定されない。

例えば、ターゲット材料としてシリコン（Ｓｉ）を選び、反応ガスとして酸素ガス（Ｏ₂ガス）を選んで、基板に二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を堆積して良い。

次に、本実施の形態の反応性スパッタリング装置の動作について図面を参照して説明する。

図３は、本実施の形態の反応性スパッタリング装置の動作の一例を説明する図である。図３（ａ）は、反応性スパッタリング工程（真空成膜工程）中の装置内部の様子を示した図である。図３（ｂ）は、電極再生工程（金属スパッタリング工程）中の装置内部の様子を示した図である。

図３（ａ）の反応性スパッタリング工程によれば、真空槽１０の内部Ｐには、放電ガス供給手段２２を開いてＡｒガスが導かれるとともに、反応ガス供給手段２３を開いてＯ₂ガスが導かれている。

この状態で、Ａｒガスを励起（電離）する電力が、定電力電源ＶＳからターゲット１３および電極１４に給電される。これにより、Ａｒ⁺と電子からなる放電プラズマにより活性化されたＯ₂ガスと、この放電プラズマ中のＡｒ⁺によりスパッタリングされたＡｌ原子との反応を基にして形成されたＡｌ₂Ｏ₃材料が、ターゲット１３に対向する基板１２の表面に堆積される。

そして、このようなＡｌ₂Ｏ₃材料が、基板１２の裏面側（ターゲット１３に対向する面と反対側）に対向する電極１４の表面に所定の厚み以上の絶縁膜３０として堆積した場合には、上述のとおり、放電の安定性が損なわれる。このため、図３（ｂ）に示した電極再生工程が、以下に述べる如く、実行される。

図３（ｂ）の電極再生工程では、反応ガス供給手段２３を閉じて真空槽１０の内部Ｐへの反応ガス導入が止められ、基板１２が、真空槽１０の内部Ｐから取り除かれている。

この状態で、Ａｒガスを励起（電離）する電力が、定電力電源ＶＳからターゲット１３および電極１４に給電される。これにより、放電プラズマ中のＡｒ⁺によりスパッタリングされたＡｌ原子が、電極１４の絶縁膜３０を被膜する導電性金属膜３１（導電膜）を形成するよう堆積され、電極１４の導電性が再生される。

本実施の形態では、スパッタリング陽極としての電極１４の導電性再生技術を述べた。その一方で、スパッタリング陰極（ターゲット１３）に、絶縁材料が堆積しても、このような絶縁材料は、ターゲット材料とともにＡｒ⁺によりスパッタリングされ、その結果として、ターゲット１３の絶縁材料堆積による問題が顕在化する可能性は低い。なおここでは詳細な説明を省くが、プラズマＣＶＤ装置のＣＶＤ電極については、陽電極および陰電極とも、以上に述べた絶縁材料堆積に配慮する必要がある。

ところで、この金属膜３１をスパッタリング陽極として適切に機能させるには、絶縁膜３０が介在した金属膜３１と電極１４との間の電気接続（導通）を適切に図る必要がある。以下、金属膜３１と電極１４との間の電気接続例について述べる。

金属膜３１と電極１４との間の電気接続の具体例は、絶縁膜３０の電極１４への形成状態に依存して、各種の形態に分類される。

図４は、金属膜と電極との間の電気接続の一形態例を説明する図である。

図４（ａ）に示す如く、絶縁膜３０が、放電プラズマを臨む電極１４の表面に主として形成される形態であれば、この表面に直交する電極１４の側面は、絶縁膜３０に被膜されておらず、金属膜３１との電気接続をとる電極１４の導通領域Ｃとして機能し得る。

すなわち、図４（ｂ）に示す如く、例えばスパッタリングされたＡｌ原子の回り込み現象を利用して、Ａｌ原子からなる金属膜３１が電極１４の表面の絶縁膜３０と電極１４の側面とを被膜して形成され、金属膜３１と電極１４との間の電気接続（導通）を、電極１４の側面を介して図ることが可能になり、金属膜３１に定電力電源ＶＳの電力を適切に給電できる。

なお、金属膜３１を形成する専用の薄膜形成手段（例えば、真空蒸着源）を用いて、電極１４の側面に向いた方向に金属原子を飛散させるといった金属膜形成方法を用いても良い。

図５は、金属膜と電極との間の電気接続の他の形態例を説明する図である。

図５（ａ）に示す如く、絶縁膜３０が、放電プラズマを臨む電極１４の表面の他、この表面に直交する側面にも回り込むように形成される形態であれば、電極１４の表面の部分４０に対し、適宜のアクチュエータ（不図示）により進退可能に構成された遮蔽部材４１を備える必要がある。

そうすれば、Ａｌ₂Ｏ₃材料が電極１４に堆積する間、図５（ａ）に示す如く、遮蔽部材４１が、電極１４の表面の部分４０を遮蔽するように進入して、この箇所のＡｌ₂Ｏ₃材料堆積が防止され、電極１４の表面の部分４０に対応する電極１４の表面が露出した状態に維持される。その結果、この部分４０が、金属膜３１との電気接続をとる電極１４の導通領域Ｃとして機能し得る。

すなわち、図５（ｂ）に示す如く、Ａｌ原子が電極１４の表面の絶縁膜３０を覆うように堆積する間、遮蔽部材４１が電極１４の表面の部分４０から退避し、この部分４０を介してＡｌ原子からなる金属膜３１と電極１４との間の電気接続が図れ、金属膜３１に定電力電源ＶＳの電力を適切に給電できる。

図６は、金属膜と電極との間の電気接続の更なる他の形態例を説明する図である。

図６（ａ）に示す如く、放電プラズマを臨む電極１４の表面に絶縁膜３０が島状に形成される形態であれば、島状の絶縁膜３０の間にある電極１４の露出部５０が、金属膜３１との電気接続をとる電極１４の導通領域Ｃとして機能し得る。

すなわち、図６（ｂ）に示す如く、Ａｌ原子からなる金属膜３１が、電極１４の表面の絶縁膜３０と電極１４の露出部５０とを被膜して形成され、金属膜３１と電極１４との間の電気接続を、露出部５０を介して図ることが可能になり、金属膜３１に定電力電源ＶＳの電力を適切に給電できる。

以上に述べた本実施の形態の反応性スパッタリング装置１００によれば、真空槽１０の内部Ｐに配置されたターゲット１３と、真空槽１０内にＯ₂ガスを導く反応ガス供給手段２３と、真空槽１０内にＡｒガスを導く放電ガス供給手段２２と、Ａｒガスを励起（電離）する電力をターゲット１３と電極１４に給電する定電力電源ＶＳと、を備えて構成され、Ａｒガス放電プラズマにより活性化されたＯ₂ガスと、この放電プラズマによりスパッタリングされたＡｌ原子との反応を基にして形成されるＡｌ₂Ｏ₃材料が、電極１４に堆積した場合には、図３（ａ）に示した反応性スパッタリング工程から図３（ｂ）に示した電極再生工程に移行して、電極１４の導電性を再生する導電材料としてのＡｌ原子が、電極１４のＡｌ₂Ｏ₃材料を覆うように堆積する。

このようにして電極１４の導電性を再生できるため、反応性スパッタリング装置１００の安定な放電を長期間に亘り持続できる。

特に、図３（ａ）に示した反応性スパッタリング工程と、図３（ｂ）に示した電極再生工程とを交互に反復させることにより、スパッタリング陽極としての電極１４の清掃乃至交換等のメンテナンスサイクルを大幅に延ばすことが可能になり、ひいては反応性スパッタリング装置１００の生産性を改善でき好適である。

〔変形例〕
ここまで、スパッタリング電極の導電性再生技術を説明した。しかしここに述べた技術は、スパッタリング電極への適用に限定されるものではなく、プラズマ形成用電極を備えて、絶縁材料を堆積する真空成膜装置であれば本技術を適用する価値がある。

例えば、ＣＶＤ電極を備えたプラズマＣＶＤ装置であっても、本技術を適用できる。

また、本技術を適用した真空成膜装置の他の例は、放電プラズマを高密度に生成するプラズマガン（不図示）を備えた装置である。そして、この場合、放電プラズマを回収するプラズマガンの陽極は、本実施の形態で述べたスパッタリング電極と同様に絶縁材料により汚染される場合がある。

例えば、放電プラズマが真空槽内の減圧空間を輸送される間に、この放電プラズマをシート状に広げる磁界発生手段（不図示）を備えて構成され、このプラズマガンの陰極と陽極との間に、適宜の直流電源に基づく低電圧かつ大電流のアーク放電により、高密度の放電を可能にするシートプラズマ成膜装置に、本実施の形態で述べた導電性再生技術が適用できる。すなわち、シートプラズマ成膜装置の真空槽内で、シート状プラズマ中の放電ガスイオン（例えばＡｒ⁺）用いた反応性スパッタリングやプラズマＣＶＤを実行すれば、シート状プラズマを回収するプラズマガンの陽極には、シート状プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料が堆積する場合がある。

本発明による真空成膜装置および成膜方法は、例えば、反応性スパッタリング法やＣＶＤ法によって絶縁材料を基板に堆積する装置に利用できる。

金属膜による再生前と再生後のＣＶＤ電極について、横軸にＭＦ電源による電極への電力投入後の経過時間をとり、左縦軸にＡｒ放電電圧をとり、右縦軸にＡｒ放電電力をとって、Ａｒ放電電圧およびＡｒ放電電力の経時変化の一例を示した図である。 本発明の実施の形態の反応性スパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。 本実施の形態の反応性スパッタリング装置の動作の一例を説明する図である。 金属膜と電極との間の電気接続の一形態例を説明する図である。 金属膜と電極との間の電気接続の他の形態例を説明する図である。 金属膜と電極との間の電気接続の更なる他の形態例を説明する図である。

符号の説明

１０ 真空槽
１２ 基板
１３ ターゲット
１４ 電極
２２ 放電ガス供給手段
２３ 反応ガス供給手段
３０ 絶縁膜
３１ 金属膜
４０ 電極の表面の部分
４１ 遮蔽部材
５０ 露出部
１００ 反応性スパッタリング装置
Ｖ１、Ｖ２ Ａｒ放電電圧
Ｐ 減圧空間
Ｐ１、Ｐ２ Ａｒ放電電力
ＶＳ 定電力電源

Claims (10)

1. 減圧空間に反応ガスを導く反応ガス供給手段と、
   放電プラズマ形成用の電力を前記減圧空間の電極に給電する電力源と、
   を備え、
   前記放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料が前記電極に堆積した場合には、前記電極の導電性を再生する導電材料が、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積する、真空成膜装置。
2. 減圧空間に配置された金属製のスパッタリング用のターゲットと、
   前記減圧空間に反応ガスを導く反応ガス供給手段と、
   前記減圧空間に放電ガスを導く放電ガス供給手段と、
   前記放電ガスを励起する電力を前記減圧空間の前記ターゲットと電極に給電する電力源と、
   を備え、
   放電プラズマにより活性化された反応ガスと前記放電プラズマによりスパッタリングされたターゲット材料との反応を基に生成してなる絶縁材料が、前記電極に堆積した場合には、前記電極の導電性を再生する導電材料としての前記ターゲット材料が、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積する、真空成膜装置。
3. 前記減圧空間に前記放電プラズマを放出するプラズマガンを備え、
   前記電極が前記放電プラズマを回収する陽極である、請求項１記載の真空成膜装置。
4. 前記放電プラズマが前記減圧空間を輸送される間に、前記放電プラズマをシート状に成形する磁界発生手段を備え、
   前記シート状の放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料が前記陽極に堆積した場合には、前記陽極の導電性を再生する導電材料が、前記陽極の絶縁材料を覆うように堆積する、請求項３記載の真空成膜装置。
5. 前記導電材料からなる導電膜は、前記絶縁材料からなる絶縁膜を介在させた状態において前記電極の導通領域を介して前記電極と電気接続する、請求項１乃至４の何れかに記載の真空成膜装置。
6. 前記電極は、前記放電プラズマを臨む表面と前記表面に略直交する側面とを有してなり、前記電極の側面が前記導通領域として機能する、請求項５記載の真空成膜装置。
7. 前記電極に対して進退可能に構成された前記電極の遮蔽部材を備え、
   前記絶縁材料が前記電極に堆積する間、前記遮蔽部材の進入により、前記遮蔽部材により遮蔽された前記電極の部分が前記導通領域として機能する、請求項５記載の真空成膜装置。
8. 島状の前記絶縁膜の間にある前記電極の露出部が前記導通領域として機能する、請求項５記載の真空成膜装置。
9. 減圧空間に反応ガスを導き、
   前記減圧空間の電極に放電プラズマ形成用の電力を給電し、
   前記放電プラズマにより活性化された反応ガスを基に生成してなる絶縁材料を、前記減圧空間内の基板に堆積させ、
   前記絶縁材料が前記電極に堆積した場合には、前記減圧空間への前記反応ガスの導入を止めた後、前記電極の導電性を再生する導電材料を、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積させる、成膜方法。
10. 減圧空間に放電ガスおよび反応ガスを導き、
    前記放電ガスを励起する電力を、前記減圧空間のターゲットおよび電極に給電し、
    前記放電プラズマにより活性化された反応ガスと、前記放電プラズマによりスパッタリングされたターゲット材料との反応を基に生成してなる絶縁材料を、前記減圧空間内の基板に堆積させ、
    前記絶縁材料が前記電極に堆積した場合には、前記減圧空間への前記反応ガス導入を止めた後、前記電極の導電性を再生する導電材料としての前記ターゲット材料を、前記電極の絶縁材料を覆うように堆積させる、成膜方法。

Images