JP2008038204A

JP2008038204A - プラズマ成膜システム及びその運転方法

Info

Publication number: JP2008038204A
Application number: JP2006214315A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamakawa; 健司山川; Motoi Okada; 基岡田; Takeshi Kozuka; 毅士古塚
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】簡易な構成で、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができ、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことができるプラズマ成膜システムを提供することを目的とする。
【解決手段】カソード１５を有するプラズマガン１と、アノード４６と、カソード１５とアノード４６との間を流れ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１１０と、ターゲット３７及び基板３３と、を有するプラズマ成膜装置１０１と、ターゲット３７とアノード４６との間の電圧を検出する第１電圧検出器１０２と、制御装置１０６と、カソード１５に電圧を印加する主電源１０７と、を備え、制御装置１０６は、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、主電源１０７によってカソード１５とアノード４６との間に印加する電圧値を変更する、プラズマ成膜システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ成膜システム及びその運転方法に関する。

プラズマ成膜装置は、プラズマガンから発生され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。このようなプラズマ成膜装置に用いられているプラズマガンとして、複合陰極型のプラズマガン、圧力勾配型のプラズマガン及びこれらを組み合わせたデュアルタイプのプラズマガンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

これらのプラズマガンでは、キャリアガスとしてアルゴン(Ａｒ)ガスを使用してプラズマを発生させるのが一般的である。上記複合陰極型のプラズマガンやデュアルタイプのプラズマガンは、補助陰極で初期放電（グロー放電）を集中させて主陰極を加熱し、主陰極でアーク放電を行うが、デュアルタイプのプラズマガンでは、プラズマを生成する際に放電状態が不安定になる現象が起き、不安定な状態で成膜を行うと、基板が汚染される等の問題があった。

このような問題に対して、成膜が行われる空間の圧力を、グロー放電を起こす段階、アーク放電を起こす段階および成膜段階の３段階についてそれぞれ所定の値に設定するイオンプレーティング方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に開示されているイオンプレーティング方法では、各段階で設定された圧力になったことを確認してから、成膜を行うので、基板の汚染等を減少させることが可能である。
特許第２９２１８７４号特開平６−３３０２９３号公報

しかしながら、特許文献２に開示されているイオンプレーティング方法では、成膜が行われる空間の圧力が所定の圧力になってから、グロー放電を行い、ついでアーク放電を行ってから、成膜が行われる空間の圧力を変更するため、グロー放電からアーク放電への移行については、何ら規定されていない。このため、グロー放電時に充分に主陰極が加熱されていない状態で、アーク放電に移行される場合があり、このような場合、イオンプレーティングの立ち上げをやり直す必要があり、また、プラズマが不安定な状態で成膜が行われる場合もあるため、未だ改善の余地があった。

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、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができ、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことができるプラズマ成膜システム及びその運転方法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システムは、放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加する電源と、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧、又は前記基板と前記アノードとの間の電圧の少なくともいずれか一方の電圧を検出する電圧検出器と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する。

これにより、簡易な構成で、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができる。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧を検出する第１電圧検出器を備え、前記制御装置は、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させてもよい。

これにより、簡易な構成で、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができ、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことができる。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記基板と前記アノードとの間の電圧を検出する第２電圧検出器を備え、前記制御装置は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧を検出する第１電圧検出器と前記基板と前記アノードとの間の電圧を検出する第２電圧検出器を備え、前記制御装置は、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率及び前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下、又は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法は、放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加する電源と、を備え、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率、又は前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率の少なくともいずれか一方の電圧値の変化率に基づき、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転の方法では、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率及び前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下、又は、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜システムは、放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧を検出する第１電圧検出器と、前記ターゲットを前記プラズマが流れる方向に対して垂直方向に移動させる第１駆動機構と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧に基づき、前記第１駆動機構を駆動させることにより前記ターゲットと前記プラズマとの距離を調整する。

これにより、簡易な構成で、プラズマとターゲットとの間の距離を制御することができる。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧が第１閾値よりも小さいと、前記第１駆動機構を駆動させることにより前記ターゲットと前記プラズマとの距離を大きくしてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧が第１閾値よりも大きいと、前記第１駆動機構を駆動させることにより前記ターゲットと前記プラズマとの距離を小さくしてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記基板と前記アノードとの間の電圧を検出する第２電圧検出器と、前記基板を前記プラズマが流れる方向に対して垂直方向に移動させる第２駆動機構と、を備え、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧に基づき、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を調整してもよい。

これにより、簡易な構成で、プラズマとターゲット及びプラズマと基板との間の距離を制御することができる。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧が第２閾値よりも小さいと、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を大きくしてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムでは、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧が第２閾値よりも大きいと、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を小さくしてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜システムは、放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、前記基板と前記アノードとの間の電圧を検出する第２電圧検出器と、前記基板を前記プラズマが流れる方向に対して垂直方向に移動させる第２駆動機構と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧に基づき、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を調整する。

これにより、簡易な構成で、プラズマと基板との間の距離を制御することができる。

また、本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法は、放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、前記ターゲットを前記プラズマが流れる方向に対して垂直方向に移動させる第１駆動機構と、を備え、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧に基づき、前記第１駆動機構を駆動させることにより前記ターゲットと前記プラズマとの距離を調整する。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧が第１閾値よりも小さいと、前記第１駆動機構を駆動させることにより前記ターゲットと前記プラズマとの距離を大きくしてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧が第１閾値よりも大きいと、前記第１駆動機構を駆動させることにより前記ターゲットと前記プラズマとの距離を小さくしてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記基板を前記プラズマが流れる方向に対して垂直方向に移動させる第２駆動機構を備え、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧に基づき、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を調整してもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧が第２閾値よりも小さいと、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を大きくしてもよい。

本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法では、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧が第２閾値よりも大きいと、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を小さくしてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜システムの運転方法は、放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、前記基板を前記プラズマが流れる方向に対して垂直方向に移動させる第２駆動機構と、を備え、前記カソードと前記アノードとの間で前記プラズマが発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧に基づき、前記第２駆動機構を駆動させることにより前記基板と前記プラズマとの距離を調整する。

本発明のプラズマ成膜システム及びその運転方法によれば、簡易な構成で、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことが可能となり、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことが可能となる。

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システムの構成を模式的に示すブロック図である。

まず、本実施の形態１に係るプラズマ成膜システムの構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００は、シートプラズマ成膜装置１０１、第１電圧検出器１０２、第１駆動機構１０４、第２駆動機構１０５、制御装置１０６、主電源１０７、第１バイアス電源１０８及び第２バイアス電源１０９を有している。

シートプラズマ成膜装置１０１は、プラズマガン１とアノード４６を有しており、プラズマガン１には、カソード１５が設けられている。そして、カソード１５は、直流電源からなる主電源１０７の負極と抵抗体１８（図２参照）を介して電気的に接続されており、また、アノード４６は、主電源１０７の正極と接続されている。これにより、主電源１０７からカソード１５にマイナス電圧が印加され、プラズマが発生する。

また、シートプラズマ成膜装置１０１は、カソード１５で発生したプラズマをアノード４６側に移動させ、かつ、シート状に変形させるシートプラズマ変形機構１１０を有している。さらに、シートプラズマ成膜装置１０１には、シート状に変形させたプラズマ（以下、シートプラズマという）を挟んで対抗するように、基板３３を保持するための基板ホルダ３４とターゲット３７を保持するためのターゲットホルダ３８が設けられている。
基板ホルダ３４には、プラズマの流れに対して垂直方向に基板ホルダ３４を移動させるための第２駆動機構１０５が接続されており、また、基板ホルダ３４には、第２バイアス電源１０９が電気的に接続されている。なお、第２駆動機構１０５は、公知のものを使用しており、例えば、ボールネジとベローズを組み合わせてアクチュエータにより駆動させることができる。
ターゲットホルダ３８には、プラズマの流れに対して垂直方向にターゲットホルダ３８を移動させるための第１駆動機構１０４が接続されており、また、ターゲットホルダ３８には、第１バイアス電源１０８が電気的に接続されている。さらに、ターゲットホルダ３８は、第１電圧検出配線１１１ａを介して第１電圧検出器１０２の一方の検出端子と接続されており、第１電圧検出器１０２の他方の検出端子は、第１電圧検出配線１１１ｂを介してアノード４６と接続されている。なお、第１駆動機構１０４は、公知のものを使用しており、例えば、ボールネジとベローズを組み合わせてアクチュエータにより駆動させることができる。
第１電圧検出器１０２は、ターゲット３７とアノード４６の間の電位差（電圧）を検出し、その電圧情報は、制御装置１０６に入力される。第１電圧検出器１０２は、ここでは、一般的なテスタを使用しているが、例えば、コンパレータを利用したアナログ電圧検出方法を使用してもよい。
制御装置１０６は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、モニター等の表示部、カレンダー機能を有する時計部及びキーボード等の操作入力部（いずれも図示せず）を有している。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、プラズマ成膜システム１００に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理する。そして、特に、第１電圧検出器１０２にて検出された電圧情報に基づいて第１駆動機構１０４を制御し、シートプラズマに対するターゲット３７とシートプラズマとの間の距離を調整する。ターゲット３７とシートプラズマとの間の距離の調整動作については後述する。

次に、シートプラズマ成膜装置１０１について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。

図２は、図１に示したプラズマ成膜システム１００のシートプラズマ成膜装置１０１の構成を示す模式図である。図３は、図２に示したシートプラズマ成膜装置１０１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。なお、図３においては、一部を省略している。また、図２及び図３において、シートプラズマ成膜装置１０１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。

図２に示すように、シートプラズマ成膜装置１０１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、Ｚ軸方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製やガラス製）のシートプラズマ変形室２と、Ｙ軸方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）の成膜室３と、Ｚ軸方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）のアノード室４と、を有している。なお、プラズマガン１、シートプラズマ変形室２、成膜室３及びアノード室４は、互いに気密状態を保って連通されている。

プラズマガン１は、減圧可能な放電空間１２を有しており、プラズマガン１の一方の端部には、放電空間１２を塞ぐようにフランジ１１が設けられている。フランジ１１には、フランジ１１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１２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１０７の負極と抵抗体１８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、フランジ１１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１０７と適宜の抵抗体５１、５２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１２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。

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２１が、プラズマガン１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１２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。

プラズマガン１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、減圧可能な輸送空間２６を有しており、また、シートプラズマ変形室２の適所には、バルブ２２により開閉可能な真空ポンプ接続口２３が設けられている。真空ポンプ接続口２３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。

また、シートプラズマ変形室２の周囲には、シートプラズマ変形室２（正確には、輸送空間２６）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２４Ａ、２４Ｂが設けられている。

また、永久磁石２４Ａ、２４Ｂのカソード１５に近い側には、環状の成形電磁コイル２５（空心コイル）が、シートプラズマ変形室２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２５には、カソード１５側をＳ極、アノード４６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２４Ａ、２４Ｂと成形電磁コイル２５からシートプラズマ変形機構１１０が構成される。

そして、成形電磁コイル２５に電流を流すことにより、シートプラズマ変形室２の輸送空間２６に形成されるコイル磁界と、永久磁石２４Ａ、２４Ｂによりこの輸送空間２６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２６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３参照）。このようにして変形されたシートプラズマＳＰは、成膜室３へ流入する。

成膜室３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軸方向に延びるスリット孔３１が形成されている。このスリット孔３１には、シートプラズマ変形室２と成膜室３の内部空間が連続するように、筒状のボトルネック部２７が気密的に設けられている。なお、ボトルネック部２７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、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３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。

成膜室３は、減圧可能な成膜空間３２を有しており、成膜室３の内部（成膜空間３２）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、成膜材料としてのターゲット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、底壁３６を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第２駆動機構１０５と接続されており、Ｙ軸方向（プラズマが流れる方向に対して垂直方向）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１０９と電気的に接続されており、第２バイアス電源１０９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と底壁３６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、天井壁３９を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第１駆動機構１０４と接続されており、Ｙ軸方向（プラズマが流れる方向に対して垂直方向）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１０８と電気的に接続されており、第１バイアス電源１０８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と天井壁３９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。

ターゲットホルダ３８には、電圧検出配線１１１ａを介して第１電圧検出器１０２の一方の検出端子が接続されており、第１電圧検出器１０２の他方の検出端子には、電圧検出配線１１１ｂを介してアノード４６が接続されている。これにより、ターゲット３７の電位（正確には、ターゲットホルダ３８を介したターゲット３７の電位）とアノード４６の電位（正確には、アノード４６を介したプラズマの電位）との差を、第１電圧検出器１０２で検出することができる。なお、ターゲット３７とアノード４６との間の電圧を検出するときには、第１バイアス電源１０８からターゲット３７にバイアス電圧は印加されない。

また、底壁３６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、成膜空間３２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。

成膜室３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４２及び第３電磁コイル４３が、互いに対を成して成膜室３の周面を囲むように配設されている。第２電磁コイル４２と第３電磁コイル４３は、互いに異極同士（ここでは、第２電磁コイル４２はＮ極、第３電磁コイル４３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４２及び第３電磁コイル４３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３の成膜空間３２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、成膜室３のアノード室４近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びるスリット孔４４が形成されている。このスリット孔４４には、成膜室３とアノード室４の内部空間が連続するように、筒状のボトルネック部４５が気密的に設けられている。なお、ボトルネック部４５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、ボトルネック部２７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、スリット孔４４の高さ及び幅は、上述したスリット孔３１と同様に構成されている。

アノード室４の一方の端部は、ボトルネック部４５と接続されており、他方の端部には、その内部空間を塞ぐようにアノード４６が設けられている。アノード４６は、主電源１０７の正極と電気的に接続されている。アノード４６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。

アノード４６の裏面（カソード１５から遠い方の面）には、アノード４６側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石４７が配置されている。これにより、永久磁石４７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４６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４６に適切に回収される。

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４のＸ軸方向の断面を、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３のＺ軸方向の断面を、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システム１００の動作について説明する。

まず、シートプラズマ成膜装置１０１の成膜室３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、シートプラズマ成膜装置１０１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３及びアノード室４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１２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４６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２４Ａ、２４Ｂと成形電磁コイル２５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、ボトルネック部２７及びスリット孔３１を通過して成膜室３に導かれる。

成膜室３に導入されたシートプラズマＳＰは、第２電磁コイル４２、第３電磁コイル４３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４７の磁力線により幅方向に収束され、アノード４６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システム１００におけるシートプラズマ成膜装置１０１のターゲット３７とシートプラズマＳＰとの距離（ターゲット３７の位置）の調整動作について説明する。

まず、制御装置１０６の演算処理部は、第１電圧検出部１０２からターゲット３７とアノード４６との間の電位差（以下、ターゲット−アノード間電圧という）情報を取得する。そして、演算処理部は、取得した電圧が、第１閾値内にある場合には、シートプラズマＳＰとターゲット３７との距離が適正なものと判定する。

ここで、第１閾値とは、ターゲット３７（成膜材料）の種類や基板３３に形成する膜の厚みによって変化するものであり、予め実験で求められたものである。
第１閾値の範囲は、例えば、−１５Ｖ以上、−５Ｖ以下である。

一方、取得した電圧が、第１閾値よりも大きい場合、演算処理部は、シートプラズマＳＰとターゲット３７との間の距離が大きいと判定して、第１駆動機構１０４によって、シートプラズマＳＰとターゲット３７との距離が小さくなるようにターゲット３７を駆動する。他方、取得した電圧が、第１閾値よりも小さい場合、演算処理部は、シートプラズマＳＰとターゲット３７との距離が小さいと判定して、第１駆動機構１０４によって、シートプラズマＳＰとターゲット３７との距離が大きくなるようにターゲット３７を駆動する。例えば、シートプラズマＳＰとターゲット３７との距離が小さいと、シートプラズマＳＰとターゲット３７との電位差が逆転するので、第１電圧検出器１０２で検出される電圧も正負が逆転する。

これにより、アノード４６を介してプラズマとターゲット３７との間の電位差を検出し、この電位差を指標とすることで、シートプラズマＳＰとターゲット３７との距離を的確に制御することが可能となり、効率よくスパッタすることができ、また、基板３３に所望の膜厚を形成することが可能となる。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００におけるシートプラズマ成膜装置１０１の放電移行動作について説明する。

図４は、図１に示した制御装置１０６の記憶部に格納されたプラズマ成膜システム放電移行プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。なお、このプラズマ成膜システム放電移行プラグラムを遂行時には、第１バイアス電源１０８によってターゲット３８にバイアス電源は印加されていない。

まず、制御装置１０６の演算処理部は、主電源１０７にカソード１５（正確には、補助陰極１３）とアノード４６との間にグロー放電を行うために必要な所定の電圧を印加する指令を出す（ステップＳ１）。これにより、補助陰極１３でグロー放電が開始される。

次に、制御装置１０６の演算処理部は、第１電圧検出器１０２で検出されたターゲット−アノード間電圧を取得し（ステップＳ２）、時計部から時間情報を取得する（ステップＳ３）。そして、演算処理部は、ステップＳ２で取得したターゲット−アノード間電圧とステップＳ３で取得した時間から、単位時間当たりの電圧の変化率を算出し（ステップＳ４）、このステップＳ４で算出した電圧変化率と、記憶部に記憶されているグロー放電時におけるターゲット−アノード間電圧の単位時間当たりの変化率の閾値（以下、第１ＧＡ閾値という）と、を比較する（ステップＳ５）。第１ＧＡ閾値よりも大きい場合には、グロー放電によって主陰極１４が充分に加熱されていないと判定して、ステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返す。一方、第１ＧＡ閾値以下である場合には、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、制御装置１０６の演算処理部は、主電源１０７にカソード１５（正確には、主陰極１４）とアノード４６との間にアーク放電を行うために必要な所定の電圧を印加する（カソード１５とアノード４６との間に印加する電圧値を変更する）指令を出す。これにより、主陰極１４でアーク放電が開始される。

次に、制御装置１０６の演算処理部は、再び第１電圧検出器１０２で検出されたターゲット−アノード間電圧を取得し（ステップＳ７）、時計部から時間情報を取得する（ステップＳ８）。そして、演算処理部は、ステップＳ７で取得したターゲット−アノード間電圧とステップＳ８で取得した時間から、単位時間当たりの電圧の変化率を算出し（ステップＳ９）、このステップＳ９で算出した電圧変化率と、記憶部に記憶されているアーク放電時におけるターゲット−アノード間電圧の変化率の閾値（以下、第１ＡＦ閾値という）と、を比較する（ステップＳ１０）。第１ＡＦ閾値よりも大きい場合には、アーク放電により発生したプラズマが安定していないと判定して、ステップＳ７〜ステップＳ１０を繰り返す。一方、第１ＡＦ閾値以下である場合には、成膜開始可能と判定し、成膜動作を開始させ（ステップＳ１１）、本プログラムを終了する。

なお、第１ＧＡ閾値及び第１ＡＦ閾値は、予め実験等により主電源１０７から印加される電圧値と経過した時間から求められたものであり、これらの閾値の範囲は、例えば、−５Ｖ／分以上、５Ｖ／分以下である。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００におけるシートプラズマ成膜装置１０１のターゲット３７とアノード４６との電位差（ターゲット−アノード間電圧）の経時変化について説明する。

図５は、図１に示したシートプラズマ成膜装置１０１のターゲット３７とアノード４６との電位差（ターゲット−アノード間電圧）の放電開始から成膜開始までの経時変化を示したグラフである。

図５に示すように、時刻ｔ０でグロー放電を開始（主電源１０７から補助陰極１３に所定の電圧を印加）すると、ターゲット３７とアノード４６との間の電位差（ターゲット−アノード間電圧）は、急激に増加し、その後なだらかに増加する。つまり、主陰極１４が充分加熱されてグロー放電が安定してくると、ターゲット−アノード間電圧の変化率が小さくなる。このため、本実施の形態のように、ターゲット−アノード間電圧の単位時間当たりの変化率をモニターすることにより、主陰極１４が充分加熱されたか否か（グロー放電が安定したか否か）を的確に判断することができる。

また、電圧変化率がグロー放電時における電圧変化率の閾値である第１ＧＡ閾値以下になり（時刻ｔ１）、アーク放電を開始（主電源１０７から主陰極１４に所定の電圧値を印加）すると、ターゲット３７とアノード４６との間の電位差（ターゲット−アノード間電圧）は、急激に増加し、その後なだらかに減少する。つまり、アーク放電により発生するプラズマが安定してくると、ターゲット−アノード間電圧の変化率が小さくなる。このため、本実施の形態のように、ターゲット−アノード間電圧の単位時間当たりの変化率をモニターすることにより、アーク放電によるプラズマの状態が安定か否かを的確に判断することができる。

そして、図５に示すように、電圧変化率がアーク放電時における電圧変化率の閾値である第１ＡＦ閾値以下になる（時刻ｔ２）と、プラズマが安定したと判定して、成膜動作が開始される。

このように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜システムでは、プラズマとターゲット３７との間の電圧（正確には、単位時間当たりの電圧の変化率）を検出することにより、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができ、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことができるため、基板の汚染等が生じるおそれがない。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００の変形例について説明する。

［変形例１］
本変形例１に係るプラズマ成膜システムでは、基本的構成は、実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００と同じであるが、第１電圧検出器１０２に代えて第２電圧検出器１０３が設けられている点で異なる。

第２電圧検出器１０３は、基板３３とアノード４６との間の電位差（以下、基板−アノード間電圧という）を検出し、検出した基板−アノード間電圧を制御装置１０６の演算制御部に入力する。

アノード４６とカソード１５との間のグロー放電及びアーク放電時における基板−アノード間電圧の経時変化もターゲット−アノード間電圧の経時変化と同様の傾向を有する。このため、実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００と同様に、本変形例においても、この基板−アノード間電圧の経時変化に基づいて、放電移行動作を的確に行うことができる。具体的には、制御装置１０６の演算制御部は、取得した基板−アノード間電圧の単位時間当たりの変化率と、この電圧変化率の閾値である第２ＧＡ閾値と、第２ＡＦ閾値と、に基づいて放電移行動作を行う。なお、第２ＧＡ閾値及び第２ＡＦ閾値は、予め実験等により主電源１０７から印加される電圧値と経過した時間から求められたものであり、これらの閾値の範囲は、例えば、−５Ｖ／分以上、５Ｖ／分以下である。

これにより、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことが可能となり、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことが可能となる。

また、制御装置１０６の演算制御部は、取得した基板−アノード間電圧が、第２閾値よりも大きいか、または第２閾値よりも小さいか、あるいは第２閾値内にあるかにより、シートプラズマＳＰと基板３３との距離（基板３３の位置）が適正なものとなるように第２駆動機構１０５によって基板３３を駆動する。これにより、基板３３に所望の膜厚を形成することが可能となる。
ここで、第２閾値とは、ターゲット３７（成膜材料）の種類や基板３３に形成する膜の厚みによって変化するものであり、予め実験で求められたものである。第２閾値の範囲は、例えば、−１５Ｖ以上、−１０Ｖ以下である。
（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システムは、基本的構成は、実施の形態１に係るプラズマ成膜システムと同じであるが、以下の点で異なる。

図６は、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システムの構成を模式的に示すブロック図である。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６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１００は、第１電圧検出器１０２と、第２電圧検出器１０３の両方の電圧検出器を備えている。第２電圧検出器１０３の一方の検出端子には、電圧検出配線１１２ａを介して基板ホルダ３４が接続されており、第２電圧検出器１０３の他方の検出端子には、電圧検出配線１１２ｂを介してアノード４６が接続されている。

これにより、基板３３の電位（正確には、基板ホルダ３４を介した基板３３の電位）とアノード４６の電位（正確には、アノード４６を介したプラズマの電位）との差を、第２電圧検出器１０３で検出することができる。なお、基板３３とアノード４６との間の電圧を検出するときには、第２バイアス電源１０９から基板３３にバイアス電圧は印加されない。

また、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システム１００におけるシートプラズマ成膜装置１０１の基板３３及びターゲット３７の位置の調整動作は、第１電圧検出器１０２で検出されたターゲット−アノード間電圧に基づいてターゲット３７を第１駆動機構１０４で駆動し、第２電圧検出器１０３で検出された基板−アノード間電圧に基づいて基板３３を第２駆動機構１０５で駆動する点が、実施の形態１に係るプラズマ成膜システム１００と異なり、他の動作は同様である。

次に、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システム１００におけるシートプラズマ成膜装置１０１の放電移行動作について説明する。

本実施の形態２に係る制御装置１０６の記憶部に格納されたプラズマ成膜システム放電移行プログラムの各ステップは、図４に示したフローチャートと同様であるので、図４を参照して説明する。なお、実施の形態１と同様に、このプラズマ成膜システム放電移行プラグラムを遂行時には、第１バイアス電源１０８によってターゲット３８にバイアス電源は印加されておらず、また第２バイアス電源１０９によって基板３３にバイアス電源は印加されていない。

次に、制御装置１０６の演算処理部は、第１電圧検出器１０２で検出されたターゲット−アノード間電圧及び第２電圧検出器１０３で検出された基板−アノード間電圧を取得し（ステップＳ２）、時計部から時間情報を取得する（ステップＳ３）。そして、演算処理部は、ステップＳ２で取得した電圧とステップＳ３で取得した時間から、単位時間当たりの電圧変化率をそれぞれ算出し（ステップＳ４）、このステップＳ４で算出したそれぞれの電圧変化率（以下、ターゲット−アノード間電圧に基づく電圧変化率をターゲット電圧変化率といい、同様に、基板−アノード間電圧に基づく電圧変化率を基板電圧変化率という）と、記憶部に記憶されているグロー放電時におけるそれぞれの電圧変化率の閾値（以下、ターゲット電圧変化率の閾値を第１ＧＡ閾値といい、同様に、基板電圧変化率に基づく閾値を第２ＧＡ閾値という）と、を比較する（ステップＳ５）。

ターゲット電圧変化率が第１ＧＡ閾値よりも大きく、かつ、基板電圧変化率が第２ＧＡ閾値よりも大きい場合には、グロー放電によって主陰極１４が充分に加熱されていないと判定して、ステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返す。一方、ターゲット電圧変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、基板電圧変化率が第２ＧＡ閾値以下である場合には、ステップＳ６に進む。

次に、制御装置１０６の演算処理部は、再び第１電圧検出器１０２で検出されたターゲット−アノード間電圧及び第２電圧検出器１０３で検出された基板−アノード間電圧を取得し（ステップＳ７）、時計部から時間情報を取得する（ステップＳ８）。そして、演算処理部は、ステップＳ７で取得した電圧とステップＳ８で取得した時間から、単位時間当たりの電圧変化率をそれぞれ算出し（ステップＳ９）、このステップＳ９で算出した電圧変化率と、記憶部に記憶されているアーク放電時における電圧変化率の閾値（以下、ターゲット電圧変化率の閾値を第１ＡＦ閾値といい、同様に、基板電圧変化率に基づく閾値を第２ＡＦ閾値という）と、を比較する（ステップＳ１０）。

ターゲット電圧変化率が第１ＡＦ閾値よりも大きく、かつ、基板電圧変化率が第２ＡＦ閾値よりも大きい場合には、アーク放電により発生したプラズマが安定していないと判定して、ステップＳ７〜ステップＳ１０を繰り返す。一方、ターゲット電圧変化率が第１ＡＦ閾値以下、又は、基板電圧変化率が第２ＡＦ閾値以下である場合には、成膜開始可能と判定し、成膜動作を開始させ（ステップＳ１１）、本プログラムを終了する。

なお、第２ＧＡ閾値及び第２ＡＦ閾値は、予め実験等により主電源１０７から印加される電圧値と経過した時間から求められたものであり、これらの閾値の範囲は、例えば、−５Ｖ／分以上、５Ｖ／分以下である。また、ここでは、第１電圧検出器１０２及び第２電圧検出器１０３の両方で検出された電圧に基づいて、放電移行動作を行ったが、第１電圧検出器１０２又は第２電圧検出器１０３のいずれか一方で検出された電圧に基づいて、放電移行動作を行ってもよい。

このように、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システムでは、プラズマとターゲット３７及び基板３３との間の電圧値（正確には、単位時間当たりの電圧値の変化率）を検出することにより、プラズマの状態を判定することができるので、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができ、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことができるため、基板の汚染等が生じるおそれがない。また、この電位差を指標とすることで、シートプラズマＳＰとターゲット３７及び基板３３との間の距離を的確に制御することが可能となり、効率よくスパッタすることが可能となり、また、基板３３に所望の膜厚を形成することが可能となる。

本発明のプラズマ成膜システム及びその運転方法によれば、簡易な構成で、グロー放電からアーク放電への移行を的確に行うことができ、また、アーク放電により発生したプラズマが安定してから成膜動作を行うことができるため、基板の汚染等が生じるおそれがないプラズマ成膜システムとして有用である。

本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１に示したプラズマ成膜システムにおけるシートプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。図２に示したシートプラズマ成膜装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。図１に示した制御装置の記憶部に格納されたプラズマ成膜システム放電移行プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。図１に示したシートプラズマ成膜装置のターゲットとアノードとの電位差（ターゲット−アノード間電圧）の放電開始から成膜開始までの経時変化を示したグラフである。本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜システムの構成を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

１プラズマガン
２シートプラズマ変形室
３成膜室
４アノード室
１１フランジ
１２放電空間
１３補助陰極
１４主陰極
１５カソード
１６保護部材
１７窓部材
１８抵抗体
１９中間電極
２０中間電極
２１第１電磁コイル
２２バルブ
２３真空ポンプ接続口
２４Ａ永久磁石
２４Ｂ永久磁石
２５成形電磁コイル
２６輸送空間
２７ボトルネック部
３１スリット孔
３２成膜空間
３３基板
３４基板ホルダ
３４ａホルダ部
３４ｂ支持部
３６底壁
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天井壁
４０バルブ
４１真空ポンプ接続口
４２第２電磁コイル
４３第３電磁コイル
４４スリット孔
４５ボトルネック部
４６アノード
４７永久磁石
５１抵抗体
５２抵抗体
１００プラズマ成膜システム
１０１シートプラズマ成膜装置
１０２第１電圧検出器
１０３第２電圧検出器
１０４第１駆動機構
１０５第２駆動機構
１０６制御装置
１０７主電源
１０８第１バイアス電源
１０９第２バイアス電源
１１０シートプラズマ変形機構
１１１ａ第１電圧検出配線
１１１ｂ第１電圧検出配線
１１２ａ第２電圧検出配線
１１２ｂ第２電圧検出配線
ＣＰ円柱プラズマ
ＳＰシートプラズマ

Claims

放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、
前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加する電源と、
前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧、又は前記基板と前記アノードとの間の電圧の少なくともいずれか一方の電圧を検出する電圧検出器と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、プラズマ成膜システム。
前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧を検出する第１電圧検出器を備え、
前記制御装置は、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１に記載のプラズマ成膜システム。
前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項２に記載のプラズマ成膜システム。
前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させる、請求項２に記載のプラズマ成膜システム。
前記基板と前記アノードとの間の電圧を検出する第２電圧検出器を備え、
前記制御装置は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１に記載のプラズマ成膜システム。
前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項５に記載のプラズマ成膜システム。
前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させる、請求項５に記載のプラズマ成膜システム。
前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧を検出する第１電圧検出器と前記基板と前記アノードとの間の電圧を検出する第２電圧検出器を備え、
前記制御装置は、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率及び前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１に記載のプラズマ成膜システム。
前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項８に記載のプラズマ成膜システム。
前記制御装置は、前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記第１電圧検出器で検出された電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下、又は、前記第２電圧検出器で検出された電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させる、請求項８に記載のプラズマ成膜システム。
放電によりプラズマを発生させるカソードを有するプラズマガンと、前記発生したプラズマを受けるアノードと、前記カソードと前記アノードとの間を流れる前記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と、前記シート状のプラズマを挟んで対抗するように設けられたターゲット及び基板と、を有するプラズマ成膜装置と、
前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加する電源と、を備え、
前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率、又は前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率の少なくともいずれか一方の電圧の変化率に基づき、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、プラズマ成膜システムの運転方法。
前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１１に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１２に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させる、請求項１２に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１１に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１５に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させる、請求項１５に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率及び前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率に基づき、前記電源から前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１１に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更する、請求項１８に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。
前記カソードと前記アノードとの間でグロー放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＧＡ閾値以下、又は、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＧＡ閾値以下になると、前記電源によって前記カソードと前記アノードとの間に印加する電圧値を変更し、前記カソードと前記アノードとの間でアーク放電が発生している状態で、前記ターゲットと前記アノードとの間の電圧の変化率が第１ＡＦ閾値以下、又は、前記基板と前記アノードとの間の電圧の変化率が第２ＡＦ閾値以下になると、前記プラズマ成膜装置の成膜動作を開始させる、請求項１８に記載のプラズマ成膜システムの運転方法。