JP2008038196A - プラズマ成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができるプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。
【解決手段】容器１０１と、容器１０１の内部にプラズマを発生させるプラズマガン１と、容器１０１の内部においてプラズマを受けるアノード５０と、プラズマガン１で発生したプラズマをアノード５０の側へ流動させるプラズマ流動機構２１と、容器１０１の一部を成すように形成された成膜室４と、容器１０１にプラズマが通過するように設けられたプラズマ通過口５４と、プラズマ通過口５４を開閉するための開閉部材４８と、開閉部材４８がプラズマ通過口５４を容器１０１の外側から開閉することが可能なように開閉部材４８を支持する支持機構５１と、を備え、アノード５０が開閉部材４８のプラズマ通過口５４に面する面に設けられている、プラズマ成膜装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、プラズマ成膜装置の構造に関する。

プラズマ成膜装置は、プラズマガンから発生したプラズマをイオン源として用いて成膜する装置である。このような成膜装置では、基板を成膜する成膜材料（例えば、絶縁材料）の一部が、発生したプラズマを受けるアノードに付着する。これにより、アノードに絶縁膜が形成され、プラズマガン（正確には、カソード）−アノード間の見かけ上の抵抗値が高くなり、主電源からプラズマガンに印加する放電電圧が高くなる。そして、プラズマガン−アノード間の抵抗値が、主電源の電圧限界を超えると放電が起こらなくなるという問題があった。

また、プラズマ成膜装置に設けられているアノードは、通常は、チャンバを構成する壁にボルトで締結して取り付けられている。このため、アノードを清掃するためには、このボルトを取り外して行わなければならず、アノードの清掃時間がかかり、また、ボルトを取り外すことによって必要となるメンテナンスの作業時間がかかるという問題があった。

このような問題に対して、アノードをスパッタリングするイオンドーピング装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているイオンドーピング装置では、イオン源内壁（チャンバ内壁）とフィラメントの間でプラズマを発生させ、このプラズマを利用してアノード電極をスパッタリングし、アノード電極上の堆積物を除去することが可能である。
特開２０００−３４０１６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているようなイオンドーピング装置では、除去した堆積物は、チャンバ内を浮遊し、チャンバ内に配設されている基板やターゲット等に付着するため、基板に不純物が成膜されるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができるプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係るプラズマ成膜装置は、内部を減圧可能な容器と、該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、前記容器の内部において前記プラズマを受けるアノードと、前記プラズマガンで発生したプラズマを前記アノードの側へ流動させるプラズマ流動機構と、前記容器の一部を成すように形成され、その内部に、基板及びターゲットが前記流動するプラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、前記容器に前記プラズマが通過するように設けられたプラズマ通過口と、該プラズマ通過口を開閉するための開閉部材と、該開閉部材が前記プラズマ通過口を前記容器の外側から開閉することが可能なように前記開閉部材を支持する支持機構と、を備え、前記アノードが前記開閉部材の前記プラズマ通過口に面する面に設けられている。

これにより、簡易な構成で、アノードを大気側に開放することができ、アノードの清掃を容易に行うことができる。

本発明のプラズマ成膜装置では、前記支持機構は、前記容器に取り付けられ、前記開閉部材が所定の支軸の回りに揺動して前記プラズマ通過口を前記容器の外側から開閉することが可能なように前記開閉部材を保持するヒンジ部材であってもよい。

本発明のプラズマ成膜装置では、前記プラズマ通過口を閉鎖した前記開閉部材をロックするためのロック機構を備えていてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記アノードと前記成膜室との間に設けられ、その開閉により前記容器の内部空間の前記アノード側の部分と前記成膜室側の部分とを連通及び遮断するゲート機構を備えていてもよい。

これにより、成膜室を真空状態に保ったまま、アノードを大気中に開放して清掃を行うことができるので、成膜室を再度真空状態にする必要がなく、成膜作業を短縮することができる。

本発明のプラズマ成膜装置では、前記容器の外部に、前記流動するプラズマをシート状に変形するシートプラズマ変形機構が設けられていてもよい。

本発明のプラズマ成膜装置によれば、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、その作業時間を短縮することが可能となる。

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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示したプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。なお、図２においては、一部を省略している。また、図１及び図２において、プラズマ成膜装置の構造における方向を、便宜上、三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向で表わす。

まず、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。

図１に示すように、プラズマ成膜装置１００は、ＹＺ平面において略十字形状をなしており、Ｚ軸方向から見て順番に、プラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、成膜室４と、アノード室６と、を有している。プラズマガン１の一端は、その端壁を構成する第１フランジ１２によって閉鎖されている。プラズマガン１の他端は、プラズマガン１とシートプラズマ変形室２とが気密に連通するようにしてシートプラズマ変形室２の一端に接続されている。シートプラズマ変形室２の他端は、シートプラズマ変形室２と成膜室４とが気密に連通するようにして成膜室４の一端に第１ボトルネック部３を介して接続されている。成膜室４の他端は、成膜室４とアノード室６とが気密に連通するようにしてアノード室６の一端に第２ボトルネック部５を介して接続されている。アノード室６の他端はその端壁を構成する第２フランジ４７によって閉鎖されている。このようにして、プラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、第１ボトルネック部３と、成膜室４と、第２ボトルネック部５と、アノード室６と、第１フランジ１２と、第２フランジ４７と、が容器１０１を構成している。容器１０１の内部は、後述するように減圧可能である。

プラズマガン１は、円筒状の第１筒部材１０を有している。第１筒部材１０の内部空間により、放電空間１１が形成される。第１筒部材１０の一方の端部は、放電空間１１を塞ぐように第１フランジ１２が配置されている。第１フランジ１２には、第１フランジ１２の中心部を気密的に貫通して、Ｚ軸に沿って延びるように、タンタル（Ｔａ）で構成された円筒状の補助陰極１３が配設されている。補助陰極１３の基端は、図示されないアルゴン（Ａｒ）ガスタンクと適宜な配管により接続されており、補助陰極１３の先端からＡｒガスが放電空間１１内に供給される。また、補助陰極１３の先端近傍の外周面には、６ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）で構成された円環状の主陰極１４が設けられている。補助陰極１３と主陰極１４によって、カソード１５が構成されている。カソード１５は、直流電源からなる主電源１８の負極と抵抗体Ｒ１を介して電気的に接続されている。

プラズマガン１には、補助陰極１３と同軸状にＺ軸に沿って延びるように、補助陰極１３よりも径の大きいモリブデン（Ｍｏ）、又は、タングステン（Ｗ）で構成された円筒状の保護部材１６が、第１フランジ１２に気密的に配設されている。保護部材１６の先端には、タングステンで構成された円環状の窓部材１７が設けられている。この保護部材１６と窓部材１７により、カソード１５が保護される。

プラズマガン１は、一対の円環状の中間電極１９、２０を有している。これらの中間電極１９、２０は、それぞれ主電源１８と適宜の抵抗体Ｒ２、Ｒ３を介して電気的に接続され、所定のプラス電圧が中間電極１９、２０に印加される。これにより、カソード１５で発生したアーク放電が維持され、プラズマガン１の放電空間１１には、荷電粒子（ここではＡｒ⁺と電子）の集合体としてのプラズマが形成される。

第１筒部材１０の径方向の外側（プラズマガン１の周囲）には、磁力の強さをコントロールできる環状の第１電磁コイル（プラズマ流動機構）２１が、第１筒部材の周壁を取り囲むように設けられている。この第１電磁コイル２１に電流を流すことにより、プラズマガン１の放電空間１１には、コイル磁界及び中間電極１９、２０による電界に基づく磁束密度のＺ軸方向の勾配が形成される。このような磁束密度のＺ軸方向の勾配により、プラズマを構成する荷電粒子は、この放電空間からＺ軸方向に運動するよう、磁力線の回りを旋回しながらＺ軸方向に進み、これらの荷電粒子の集合体としてのプラズマが、略等密度分布してなる円柱状のプラズマ（以下、円柱プラズマという）ＣＰとして、シートプラズマ変形室２へ引き出される。

第一筒部材１０の他方の端部には、シートプラズマ変形室２が設けられており、シートプラズマ変形室２とプラズマガン１とは、適宜な手段により、気密的に、かつ、電気的に絶縁されて接続されている。

シートプラズマ変形室２は、Ｚ軸方向の軸を中心とした第２筒部材２２を有しており、第２筒部材２２は、非磁性体（例えば、ステンレスやガラス）で構成されている。そして、第２筒部材２２の内部空間により、輸送空間２３が形成される。

また、第２筒部材２２の適所には、バルブ２４により開閉可能な真空ポンプ接続口２５が設けられている。真空ポンプ接続口２５には、図示されない真空ポンプ（例えば、ターボポンプ）が接続されている。この真空ポンプにより、真空引きされ、シートプラズマ変形室２の内部空間（輸送空間２３）は、円柱プラズマＣＰを輸送可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。

さらに、第２筒部材２２の外側（シートプラズマ変形室２の周囲）には、第２筒部材２２（正確には、輸送空間２３）を挟んで、互いに同極（ここではＮ極）が対向するようにして、Ｙ軸方向に磁化され、かつ、Ｘ軸方向に延びる一対の角形の永久磁石２６Ａ、２６Ｂが設けられている。

また、永久磁石２６Ａ、２６Ｂのカソード１５に近い側には、環状の成形電磁コイル２７（空心コイル）が、第２筒部材２２の周面を囲むように配設されている。なお、成形電磁コイル２７には、カソード１５側をＳ極、アノード５０側をＮ極とする向きの電流が通電されている。この永久磁石２６Ａ、２６Ｂと成形電磁コイル２７からシートプラズマ変形機構１０２が構成される。

そして、成形電磁コイル２７に電流を流すことによって、シートプラズマ変形室２の輸送空間２３に形成されるコイル磁界と、永久磁石２６Ａ、２６Ｂによって、この輸送空間２３に形成される磁石磁界との相互作用により、シートプラズマ変形室２の輸送空間２３を円柱プラズマＣＰがＺ軸方向に移動する。この間に、円柱プラズマＣＰは、ＸＺ平面に沿って拡がる、均一なシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという）ＳＰに変形される（図２参照）。このようにして変形されたシートプラズマＳＰは、成膜室４へ流入する。

成膜室４は、Ｙ軸方向の軸を中心とした円筒状の第３筒部材２８を有しており、第３筒部材２８は、非磁性体（例えば、ステンレス）で構成されている。第３筒部材２８の一方の端部は、第１蓋部材２９で閉鎖されており、また、他方の端部は、第２蓋部材３０で閉鎖されている。

第３筒部材２８のシートプラズマ変形室２近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びる第１スリット孔３１が形成されている。この第１スリット孔３１には、シートプラズマ変形室２と成膜室４の内部空間が連続するように、筒状の第１ボトルネック部３が気密的に設けられている。なお、第１ボトルネック部３の高さ（Ｙ軸方向寸法）及び長さ（Ｚ軸方向寸法）並びに幅（Ｘ軸方向寸法）は、シートプラズマＳＰを適切に通過するように設計されている。また、第１スリット孔３１の幅は、変形されたシートプラズマＳＰの幅よりも大きく形成されていればよく、適宜な大きさに設計される。これにより、シートプラズマＳＰを構成しない余分なアルゴンイオン（Ａｒ⁺）と電子が、成膜室４に導入されるのを防止することができ、シートプラズマＳＰの密度を高い状態に保つことができる。

また、第３筒部材２８の内部には、シートプラズマＳＰを挟んで対抗するように、基板ホルダ３４と、成膜材料としてターゲット３７と、が配設されている。基板ホルダ３４は、基板３３を保持しており、基板ホルダ３４は、ホルダ部３４ａと支持部３４ｂを有している。支持部３４ｂは、第２蓋部材３０を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第２駆動機構３５と接続されており、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。また、基板ホルダ３４は、第２バイアス電源３２と電気的に接続されており、第２バイアス電源３２は、ホルダ部３４ａにシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、基板ホルダ３４の支持部３４ｂと第２蓋部材３０とは、絶縁されている。

一方、ターゲット３７は、ターゲットホルダ３８に保持されており、該ターゲットホルダ３８は、ホルダ部３８ａと支持部３８ｂを有している。支持部３８ｂは、第１蓋部材２９を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第１駆動機構３９と接続されており、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。また、ターゲットホルダ３８は、第１バイアス電源３６と電気的に接続されており、第１バイアス電源３６は、ホルダ部３８ａにシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと第１蓋部材２９とは、絶縁されている。また、ここでは、ターゲットホルダ３８と基板ホルダ３３にバイアス電圧を印加するバイアス電源を別々に設けたが、これらを１つの共通のバイアス電源で構成してもよい。さらに、第１駆動機構３９及び第２駆動機構３５は、公知の駆動機構を使用しており、例えば、エアシリンダ、伝導モータによるねじ送り方式（ボールネジ機構）、ラック＆ピニオン方式、手動によるねじ送り方式等を使用することができる。

そして、この基板３３とターゲット３７との間の空間が、成膜空間４２を構成する。

また、第２蓋部材３０の適所には、バルブ４０により開閉可能な真空ポンプ接続口４１が設けられている。真空ポンプ接続口４１には、図示されない真空ポンプが接続されている。この真空ポンプ（例えばターボポンプ）により真空引きされ、第３筒部材２８の内部空間は、スパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。

第３筒部材２８の外部には、磁力の強さをコントロールできる第２電磁コイル４３及び第３電磁コイル４４が、互いに対を成して第３筒部材２８の周面を囲むように配設されている。第２電磁コイル４３と第３電磁コイル４４は、互いに異極同士（ここでは、第２電磁コイル４３はＮ極、第３電磁コイル４４はＳ極）を向かい合わせて設けられている。

この第２電磁コイル４３及び第３電磁コイル４４に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば５Ｇ〜３００Ｇ程度）によって、シートプラズマＳＰの幅方向（Ｘ軸方向）は、成膜室４の成膜空間４２を跨ぐようにＺ軸方向に移動する間に、ミラー磁界として、その幅方向拡散を適切に抑えるように形状を整形される。

また、第３筒部材２８のアノード室６近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びる第２スリット孔４５が形成されている。この第２スリット孔４５には、成膜室４とアノード室６の内部空間が連続するように、筒状の第２ボトルネック部５が気密的に設けられている。なお、第２ボトルネック部５の高さ（Ｙ軸方向寸法）及び長さ（Ｚ軸方向寸法）並びに幅（Ｘ軸方向寸法）は、第１ボトルネック部３と同様にシートプラズマＳＰを適切に通過するように設計されている。また、第２スリット孔４５の高さ及び幅は、上述した第１スリット孔３１と同様に構成されている。

アノード室６は、第２ボトルネック部５を介して成膜室４（正確には、第３筒部材２８）と連通するＺ軸方向に中心軸を有する第４筒部材４６を有している。第４筒部材４６は、非磁性体（例えば、ステンレス）で構成されている。第４筒部材４６の一方の（成膜室４側）端部には、第２ボトルネック部５が気密的に設けられている。そして、他方の端部には、その内部空間を塞ぐように第２フランジ４７が気密的に設けられている。

第２フランジ４７の中央部には貫通孔が設けられ、この貫通孔を塞ぐようにアノード５０を有する開閉部材４８が気密的に設けられている。アノード５０は、適宜な配線によって主電源１８の正極と電気的に接続されている。アノード５０には、カソード１５との間で適宜の正の電圧（例えば１００Ｖ）が印加される。

開閉部材４８の裏面（カソード１５から遠い方の面）には、開閉部材４８を第２フランジ４７に取り付け、第２フランジ４７の外側から開閉部材４８を開閉することが可能なように保持するための支持機構５１が配設されている。また、開閉部材４８の裏面には、アノード５０側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石４９が配設されている。これにより、永久磁石４９のＮ極から出てＳ極に入るＸＺ平面に沿った磁力線により、アノード５０に向かうシートプラズマＳＰの幅方向（Ｘ軸方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマＳＰが幅方向に収束され、シートプラズマＳＰの荷電粒子が、アノード５０に適切に回収される。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００の開閉部材４８及び支持機構５１について、図３乃至図６を参照しながら詳細に説明する。

図３は、図１におけるプラズマ成膜装置１００のアノード室６近傍を拡大した模式図であり、図４は、図２におけるプラズマ成膜装置１００のアノード室６近傍を拡大した模式図である。また、図５は、図１において矢印Ｖの方向から見たプラズマ成膜装置１００を示す模式図である。さらに、図６は、図１に示したプラズマ成膜装置１００のアノード５０を大気側に開放した状態を示す模式図である。

図３乃至図５に示すように、第２フランジ４７は、板状（ここでは、円盤状）に形成されており、第２フランジ４７のカソード１５から遠い側の面（以下、裏面という）の略中央には、凹部６１が設けられている。そして、この凹部６１の底面における略中央には、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔が、プラズマ通過口５４を構成する。なお、貫通孔の高さ（Ｙ軸方向寸法）及び幅（Ｘ軸方向寸法）は、シートプラズマＳＰを適切に通過するように設計されている。

第２フランジ４７の凹部６１には、板状の開閉部材４８が支持機構５１、５１によって取り付けられている（図５参照）。開閉部材４８のプラズマ通過口５４に面する面（以下、表面という）には、プラズマ通過口５４を閉鎖するように、板状のアノード５０が設けられている。また、開閉部材４８の表面には、アノード５０を囲むようにして溝が設けられ、該溝中にＯリング５５が配設されている。一方、開閉部材４８の裏面（カソード１５から遠い方の面）で、アノード５０と対向する位置には、永久磁石４９が設けられている。

支持機構５１は、蝶番型のヒンジ部材で構成されており、開閉部材４８は、ヒンジ部材の支軸６０の周りに揺動するように支持機構５１によって第２フランジ４７に取り付けられている。これにより、開閉部材４８は、プラズマ通過口５４を容器１０１の外側から開閉することができる。

なお、支持機構５１は、蝶番型のヒンジ部材に限定されず、例えば、トーション型のヒンジ等の種々のヒンジ部材やローラガイド、スライドガイド等のガイド部材で構成されてもよい。また、ここでは、開閉部材４８を揺動させることにより、プラズマ通過口５４を容器１０１の外側から開閉したが、これに限定されず、支持機構５１が、開閉部材４８をスライドさせて、プラズマ通過口５４を容器１０１の外側から開閉するような構成としてもよい。

開閉部材４８の裏面には、冷却媒体供給口５２ａ及び冷却媒体排出口５２ｂが設けられている。また、開閉部材４８には、冷却媒体５２ａと冷却媒体排出口５２ｂとを接続し、アノード５０と平行となる部分を有するように冷却媒体流路５２が設けられている。冷却媒体供給口５２ａ及び冷却媒体排出口５２ｂには、適宜な配管を通じて冷却媒体供給装置（図示せず）が接続されている。これにより、シートプラズマＳＰを受けることによって加熱されるアノード５０を冷却することができる。なお、ここでは、冷却媒体として、水を使用している。

第２フランジ４７の裏面の適所には、Ｌ字状のロック機構５３、５３が設けられている（図４及び図５参照）。ロック機構５３は、その基端部を中心に水平方向に回動し、開閉部材４８でプラズマ通過口５４を閉鎖したときに、ロック機構５３の先端部が開閉部材４８の裏面と当接して、開閉部材４８が傾倒しない（開閉部材４８をロックする）ように構成されている。そして、開閉部材４８でプラズマ通過口５４を閉鎖し、図示されない真空ポンプで容器１０１の内部を真空引きすると、開閉部材４８は、Ｚ軸方向のカソード１５側に移動し、開閉部材４８の表面が第２フランジ４７の凹部６１の底面と密着する。このとき、Ｏリング５５の弾性作用によって、開閉部材４８と第２フランジ４７との間が気密状態に保たれる。なお、ロック機構５３は、ここでは、トグル型のクランプを使用しているが、これに限定されず、開閉部材４８が傾倒しない（開閉部材４８をロックする）ように構成されていれば、引っ掛け式等の種々のクランプ、ファスナー類や蝶ボルト、ローレッロネジ等のボルト締め方式を使用してもよい。

なお、本実施の形態では、プラズマガン１、シートプラズマ変形室２及びアノード室６のＸＹ平面に平行な断面を、円形であると説明したが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。また、成膜室４のＸＺ平面に平行な断面を、円形であると説明したが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００の動作について説明する。

まず、プラズマ成膜装置１００の成膜室４内に、基板３３とターゲット３７が搬入される。そして、真空ポンプの真空引きにより、プラズマ成膜装置１００を構成するプラズマガン１、シートプラズマ変形室２、成膜室４及びアノード室６内のそれぞれが真空状態になる。このとき、真空ポンプ接続口が２箇所に設けられているので、プラズマ成膜装置内の減圧を迅速に行うことができる。

次に、プラズマガン１に設けられた補助陰極１３の先端から、Ａｒガスが放電空間１１内に供給され、補助陰極１３でグロー放電が行われる。このグロー放電により、補助陰極１３の先端部分の温度が上昇すると、この熱で主陰極１４が加熱されて高温になり、アーク放電が行われる。このようにして、カソード１５からプラズマ放電誘発用熱電子が放出され、プラズマが発生する。発生したプラズマは、中間電極１９、２０による電界と第１電磁コイル２１による磁界により、カソード１５からアノード５０側に引き出され、円柱状に成形される。そして、形成された円柱プラズマＣＰは、第１電磁コイル２１によって形成される磁場の磁力線に沿ってシートプラズマ変形室２に導かれる。

シートプラズマ変形室２に導かれた円柱プラズマＣＰは、一対の永久磁石２６Ａ、２６Ｂと成形電磁コイル２７から発生する磁場によってシート状に広がって（ＸＺ平面に延びるように）、シートプラズマＳＰに変形される。このシートプラズマＳＰは、第１ボトルネック部３及び第１スリット孔３１を通過して成膜室４に導かれる。

成膜室４に導入されたシートプラズマＳＰは、第２電磁コイル４３、第３電磁コイル４４による磁場によって、幅方向の形状が整えられ、ターゲット３７と基板３３の間の空間にまで導かれる。ターゲット３７には、ターゲットホルダ３８を介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。また、基板３３にも、基板ホルダ３４を介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。ターゲット３７が負にバイアスされることにより、Ａｒ⁺イオンがターゲットを効率よくスパッタする。スパッタされたターゲット３７を構成する原子は、垂直方向にシートプラズマＳＰ中を通過し、このとき陽イオンにイオン化される。この陽イオンは、負にバイアスされた基板３３上に堆積し、電子を受け取り、基板３３を成膜する。

そして、シートプラズマＳＰは、永久磁石４９の磁力線により幅方向に収束され、アノード５０が、シートプラズマＳＰを受ける。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００のアノードの清掃について説明する。

上述のように、スパッタされたターゲット３７を構成する原子は、シートプラズマＳＰ中を通過するときに、陽イオンにイオン化される。そして、この陽イオンの一部が、第３電磁コイル４４の磁場や永久磁石４９の磁力線により、プラズマ通過口５４にまで導かれ、アノード５０上に堆積して絶縁膜等が形成される。

この形成された絶縁膜を放置すると、カソード１５−アノード５０間の電圧値が上昇し、プラズマが形成されなくなるため、アノード５０を清掃しなければならないが、本実施の形態では、以下のようにしてアノード５０を清掃する。

図１に示すように開閉部材４８が、プラズマ通過口５４を閉鎖している状態にあるとする。

まず、ロック機構５３、５３の先端部を開閉部材４８から離間させるようにして、ロック機構５３、５３のそれぞれを回動させる。そして、作業者が図示されない取っ手を引く。すると、開閉部材４８は、支持機構５１、５１の支軸６０を軸にして揺動し、プラズマ通過口５４を開放する。これにより、図６に示すように、アノード５０が大気側に開放され、アノード５０に付着した絶縁膜等を清掃することができる。そして、アノード５０を清掃後に、開閉部材４８の表面と第２フランジ４７の凹部６１の底面とを当接させ、開閉部材４８がプラズマ通過口５４を閉鎖している状態に戻す。次に、ロック機構５３、５３の先端部を、それぞれ開閉部材４８と当接させ、図示されない真空ポンプで真空引きすることにより、開閉部材４８が、Ｚ軸方向カソード１５側に移動し、Ｏリング５１の弾性作用によって、開閉部材４８と第２フランジ４７との間が気密状態に保たれ、成膜作業が行うことができる程度まで、容器１０１内が減圧される。そして、上述した成膜作業が行われる。

このように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００では、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、その作業時間を短縮することが可能となる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置は、基本的構成は、実施の形態１に係るプラズマ成膜装置と同じであるが、以下の点で異なる。

図７は、本実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概容構成を示す模式図である。図８は、図７に示したプラズマ成膜装置のアノードを大気側に開放した状態を示す模式図である。なお、以下の説明では、図１と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図７及び図８に示すように、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システム２００では、第４筒部材の第２フランジ４７が配設されている側の端部に、ゲート機構５６が気密的に設けられている。ゲート機構５６は、プラズマ通過口５４を開閉するゲート部材５７と、ゲート部材５７をプラズマ通過口５４の開口面に平行に移動させる駆動機構５８と、を有する。ゲート部材５７は、プラズマ通過口５４を閉鎖したときに、容器１０１の内部空間（正確には、第１フランジ１２とゲート部材５７との間の空間）を、気密状態に保たれるように構成されている。具体的には、ゲート機構５６は、ゲートバルブで構成されており、ゲート部材５７が、その弁体で構成され、駆動機構５８がその弁体駆動装置（電磁駆動機構、エアシリンダ等）で構成されている。これにより、ゲート部材５７でプラズマ通過口５４を閉鎖することで、プラズマ成膜装置２００を構成するプラズマガン１、シートプラズマ変形室２、成膜室４及びアノード室６内のそれぞれを真空状態に保ちながら、開閉部材４８を傾倒させて、アノード５０の清掃を行うことができる。

なお、本実施の形態では、ゲート機構５６は、ゲート弁を使用したが、これに限定されず、ゲート部材５７でプラズマ通過口５４を閉鎖したときに、容器１０１の内部空間（正確には、第１フランジ１２とゲート部材５７との間の空間）を、気密状態に保つことができれば、バタフライ弁等を使用してもよい。また、ゲート機構５６を第４筒部材の第２フランジ４７が配設されている側の端部に配設する構成としたが、これに限定されず、容器１０１の内部空間の大部分を気密状態に保つことができるような構成にすればよく、例えば、第２ボトルネック部５にゲート機構５６を配設する構成としてもよい。

このように、本実施の形態２に係るプラズマ成膜装置２００では、ゲート部材５７でプラズマ通過口５４を閉鎖することにより、容器１０１内を気密状態に保った状態で、開閉部材４８を傾倒させて、アノード５０の清掃を行うことが可能である。また、容器１０１内が気密状態に保たれているため、容器１０１内を真空ポンプで再度真空引きする時間が短縮され、アノード清掃動作から成膜動作への移行を容易に行うことが可能である。

本発明のプラズマ成膜装置は、容易にアノードの清掃を行うことができるプラズマ成膜装置として有用である。

本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示したプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。 図１におけるプラズマ成膜装置のアノード室近傍を拡大した模式図である。 図２におけるプラズマ成膜装置のアノード室近傍を拡大した模式図である。 図１において矢印Ｖの方向から見たプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。 図１に示したプラズマ成膜装置のアノードを大気側に開放した状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。 図７に示したプラズマ成膜装置のアノードを大気側に開放した状態を示す模式図である。

符号の説明

１ プラズマガン
２ シートプラズマ変形室
３ 第１ボトルネック部
４ 成膜室
５ 第２ボトルネック部
６ アノード室
１０ 第１筒部材
１１ 放電空間
１２ 第１フランジ
１３ 補助陰極
１４ 主陰極
１５ カソード
１６ 保護部材
１７ 窓部材
１８ 主電源
１９ 中間電極
２０ 中間電極
２１ 第１電磁コイル（プラズマ流動機構）
２２ 第２筒部材
２３ 輸送空間
２４ バルブ
２５ 真空ポンプ接続口
２６Ａ 永久磁石
２６Ｂ 永久磁石
２７ 成形電磁コイル
２８ 第３筒部材
２９ 第１蓋部材
３０ 第２蓋部材
３１ 第１スリット孔
３２ 第２バイアス電源
３３ 基板
３４ 基板ホルダ
３４ａ ホルダ部
３４ｂ 支持部
３５ 第２駆動機構
３６ 第１バイアス電源
３７ ターゲット
３８ ターゲットホルダ
３８ａ ホルダ部
３８ｂ 支持部
３９ 第１駆動機構
４０ バルブ
４１ 真空ポンプ接続口
４２ 成膜空間
４３ 第２電磁コイル
４４ 第３電磁コイル
４５ 第２スリット孔
４６ 第４筒部材
４７ 第２フランジ
４８ 開閉部材
４９ 永久磁石
５０ アノード
５１ 支持機構
５２ 冷却媒体流路
５２ａ 冷却媒体供給口
５２ｂ 冷却媒体排出口
５３ ロック機構
５４ プラズマ通過口
５５ Ｏリング
５６ 開閉機構
５７ ゲート部材
５８ 駆動機構
６０ 支軸
６１ 凹部
１００ プラズマ成膜装置
１０１ 容器
１０２ シートプラズマ変形機構
ＣＰ 円柱プラズマ
Ｒ１ 抵抗体
Ｒ２ 抵抗体
Ｒ３ 抵抗体
ＳＰ シートプラズマ

Claims (5)

1. 内部を減圧可能な容器と、
   該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、
   前記容器の内部において前記プラズマを受けるアノードと、
   前記プラズマガンで発生したプラズマを前記アノードの側へ流動させるプラズマ流動機構と、
   前記容器の一部を成すように形成され、その内部に、基板及びターゲットが前記流動するプラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、
   前記容器に前記プラズマが通過するように設けられたプラズマ通過口と、
   該プラズマ通過口を開閉するための開閉部材と、
   該開閉部材が前記プラズマ通過口を前記容器の外側から開閉することが可能なように前記開閉部材を支持する支持機構と、を備え、
   前記アノードが前記開閉部材の前記プラズマ通過口に面する面に設けられている、プラズマ成膜装置。
2. 前記支持機構は、前記容器に取り付けられ、前記開閉部材が所定の支軸の回りに揺動して前記プラズマ通過口を前記容器の外側から開閉することが可能なように前記開閉部材を保持するヒンジ部材である、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
3. 前記プラズマ通過口を閉鎖した前記開閉部材をロックするためのロック機構を備える、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
4. 前記アノードと前記成膜室との間に設けられ、その開閉により前記容器の内部空間の前記アノード側の部分と前記成膜室側の部分とを連通及び遮断するゲート機構を備える、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
5. 前記容器の外部には、前記流動するプラズマをシート状に変形するシートプラズマ変形機構が設けられている、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
   
   

Images