JP5261179B2

JP5261179B2 - シートプラズマ装置及びシート状プラズマ調整方法

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Application number: JP2008528694A
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Inventors: 基岡田; 健司山川; 毅士古塚; 善朗村下
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Description

本発明は、シート状に形成されたプラズマを用いてスパッタリングによる成膜を行うシートプラズマ装置及びこれにより形成されたシート状プラズマの調整方法に関する。

近年、プラズマ源から発生する円柱状のプラズマ（以下、円柱状プラズマという）に永久磁石による磁界を作用させて形成したシート状のプラズマ（以下、シート状プラズマという）を用いて成膜を行うシートプラズマ装置が注目されている（特許文献１参照）。このシートプラズマ装置は、陰極側からの円柱状プラズマ流を永久磁石によりシート状プラズマに形成し、このシート状プラズマを磁場コイルを用いて陽極に導く。そして、流動中のシート状プラズマの作用により、スパッタリング室でターゲットからスパッタ粒子を発生させ、基材に成膜する。これにより、大面積の基材に対しても成膜をすることが可能になる。
特開２００５−１７９７６７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、形成されたシート状プラズマのプラズマ密度がその幅方向において不均衡である場合には、形成されたシート状プラズマがシートプラズマ装置の構成要素を加熱させて損傷を引き起こす可能性があった。

また、特許文献１の構成では、プラズマ密度が不均衡になると、成膜の対称性、特に、膜厚の対称性に影響を与える可能性があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、シート状プラズマの幅方向における不均衡による、装置の構成要素の損傷と成膜の対称性の悪化とを防止可能なシートプラズマ装置及びシート状プラズマ調整方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のシートプラズマ装置は、内部を減圧可能な減圧容器と、前記減圧容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、前記減圧容器の内部において前記プラズマを受ける陽極と、前記プラズマガンで発生したプラズマを円柱状に成形し前記陽極の側へ流動させるプラズマ流動手段と、前記減圧容器の一部を成し前記円柱状のプラズマが流動するように形成されたシートプラズマ変形槽と、前記シートプラズマ変形槽の外側に前記流動するプラズマを挟んで同極同士が対向するように設けられ、前記シートプラズマ変形槽の内部において前記円柱状のプラズマをシート状のプラズマに変形する一対の永久磁石と、該一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させる移動機構と、前記減圧容器の一部を成すように形成された成膜槽と、前記シート状のプラズマの幅方向において前記円柱状のプラズマの中心軸を挟む位置に設けられた、プラズマ密度と関連する物理量を検知するための一対のセンサと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記一対のセンサにより検知された前記物理量に基づいて、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させて前記シート状のプラズマの幅方向におけるプラズマ密度のバランスを調整するよう構成されている。

ここで、「プラズマ密度と関連する物理量」とは、温度や電流などのプラズマ密度と間接的に関連する物理量のみならず、プラズマ密度そのものを含む概念である。

このような構成とすると、一対のセンサにより検知されたプラズマ密度と関連する物理量によって、形成されたシート状プラズマの幅方向においてプラズマ密度のバランスの程度を判断することができる。そして、シート状プラズマのプラズマ密度のバランスが不適切である場合には、移動機構によって一対の永久磁石を円柱状プラズマの中心軸に対し相対的に移動させて、これを調整することができる。これにより、形成されるシート状プラズマがシートプラズマ装置の構成要素に干渉することが防止され、構成要素の損傷が防止される。また、成膜の対称性、特に、膜厚の対称性を維持することができる。

前記一対のセンサは、前記円柱状のプラズマの中心軸に対称な位置に配設され、前記制御装置は、前記一対のセンサにより検知されたそれぞれの前記物理量の差が所定の閾値を越える場合にはこれらの差が小さくなるよう、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させるよう構成されていてもよい。

このような構成とすると、一対のセンサにより検知されたプラズマ密度と関連する物理量の差が所定の閾値を越える場合には、形成されたシート状プラズマの幅方向において不均衡が生じていることがわかる。そして、形成されたシート状プラズマの幅方向において不均衡が生じている場合には、一対のセンサにより検知された物理量の差を小さくするよう、移動機構により一対の永久磁石を円柱状プラズマの中心軸に対し相対的に移動されるので、形成されるシート状プラズマの幅方向のプラズマ密度の不均衡を解消することができる。これにより、形成されるシート状プラズマがシートプラズマ装置の構成要素に干渉することが防止され、構成要素の損傷が抑制される。また、成膜の対称性、特に、膜厚の対称性を維持することができる。

前記一対のセンサが、前記一対の永久磁石の近傍かつ前記シートプラズマ変形槽の外側に設けられていてもよい。

このような構成とすると、シートプラズマ変形槽における、円柱状プラズマからシート状プラズマに変形される位置におけるプラズマ密度と関連する物理量を検知することができる。また、シートプラズマ変形槽の外側に一対のセンサを設けることから、一対のセンサをシートプラズマ変形槽の内側に設ける場合に比べて構成が容易になる。

前記１対のセンサが前記減圧容器の、前記シートプラズマ変形槽と前記成膜槽との間の部分の外側に設けられていてもよい。

このような構成とすると、シートプラズマ変形槽と成膜槽との間の、損傷を引き起こしやすい構成要素（例えば、Ｏリング等）の近傍の位置に形成される、減圧容器内のシート状プラズマのプラズマ密度に関連する物理量を検知することができる。

前記一対のセンサが、それぞれ温度センサで構成されていてもよい。

このような構成とすると、プラズマ密度と関連する物理量である温度を検知することにより、減圧容器内に形成されるシート状プラズマの幅方向における不均衡が生じているかどうかを容易に判断することができる。

また、本発明のシート状プラズマ調整方法は、内部を減圧可能な減圧容器と、前記減圧容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、前記減圧容器の内部において前記プラズマを受ける陽極と、前記プラズマガンで発生したプラズマを円柱状に成形し前記陽極の側へ流動させるプラズマ流動手段と、前記減圧容器の一部を成し前記円柱状のプラズマが流動するように形成されたシートプラズマ変形槽と、前記シートプラズマ変形槽の外側に前記流動するプラズマを挟んで同極同士が対向するように設けられ、前記シートプラズマ変形槽の内部において前記円柱状のプラズマをシート状のプラズマに変形する一対の永久磁石と、該一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させる移動機構と、前記減圧容器の一部を成すように形成された成膜槽と、前記シート状のプラズマの幅方向において前記円柱状のプラズマの中心軸を挟む位置に設けられた、プラズマ密度と関連する物理量を検知するための一対のセンサと、を備えたシートプラズマ装置におけるシート状プラズマ調整方法であって、前記一対のセンサにより検知された前記物理量に基づいて、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させて前記シート状のプラズマの幅方向におけるプラズマ密度のバランスを調整するステップを含む。

本発明のシート状プラズマ調整方法においては、前記一対のセンサは、前記円柱状のプラズマの中心軸に対称な位置に配設されており、前記ステップにおいて、前記一対のセンサにより検知されたそれぞれの前記物理量に差がある場合にはこれらの差が小さくなるよう、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させてもよい。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明のシートプラズマ装置及びシート状プラズマ調整方法は、上記のように構成され、シート状プラズマの幅方向における不均衡による、装置の構成要素の損傷と成膜の対称性の悪化とを防止することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るシートプラズマ装置の概略構成の一例を示す正面図である。図２は、本実施形態のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す平面図である。図３は、本実施形態のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す正面図である。図４は、第１実施形態に係るシートプラズマ装置の変形例の概略構成を示す図であって、本変形例のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す平面図である。図５は、本変形例のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す正面図である。

符号の説明

１０プラズマガン
１１フランジ
１２陰極
１３筒状部材
１４放電空間
１５絶縁体
１６マスフローコントローラ
１７放電ガス導入管
１９筒状部材
２０シートプラズマ変形槽
２１輸送空間
２２円柱状プラズマ
２２Ａ円柱状プラズマの中心軸
２３第一電磁コイル（プラズマ流動手段）
２４Ａ，２４Ｂ永久磁石
２７シート状プラズマ
２７ａシート状プラズマの左側部分
２７ｂシート状プラズマの右側部分
２８第二電磁コイル（プラズマ流動手段）
２９第一フランジ
３０成膜槽
３１成膜空間
３１Ａターゲット空間
３１Ｂ基材空間
３２排気口
３３ターゲットホルダ
３３Ａスパッタリングターゲット
３３Ｂホルダ
３３Ｃ支軸
３３Ｄ絶縁部材
３４基材ホルダ
３４Ａ基材
３４Ｂホルダ
３４Ｃ支軸
３４Ｄ絶縁部材
３５上蓋
３６下蓋
３７バルブ
３８真空ポンプ
４０チャンバ
４２第一開口部
４５第二開口部
４７第二フランジ
４８第三電磁コイル（プラズマ流動手段）
５０陽極槽
５１陽極
５２永久磁石
５３筒状部材
６０減圧容器
７０永久磁石の移動機構
７１スライド体
７１ａスライド体の摺動部
７１ｂスライド体の本体
７１ｃネジ孔
７２固定部材
７３スライドガイド
７３ａスライドガイドの溝
７５（Ｍ）モータ
７６ボールネジ
７７支持棒
８０永久磁石の左右への移動方向
１００シートプラズマ装置
Ｇ_１第一中間電極
Ｇ_２第二中間電極
Ｓ１，Ｓ２温度センサ
Ｖ_１主バイアス電圧印加装置
Ｖ_２，Ｖ_３バイアス電圧印加装置

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るシートプラズマ装置の概略構成の一例を示す正面図である。図２は、本実施形態のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す平面図である。図３は、本実施形態のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す正面図である。なお、図１においては、図２及び図３に示した永久磁石の移動機構及びセンサの図示を省略している。また、図２及び図３においては、理解を容易にするため、減圧容器６０の内部に形成される円柱状プラズマ及びシート状プラズマを実線で描いてある。さらに、図３においては、モータＭの図示を省略している。以下、図１乃至図３を参照しながら、本実施形態に係るシートプラズマ装置について説明する。なお、ここでは便宜上、図１に示すように、プラズマ輸送の方向をＺ方向にとり、このＺ方向に直交し、かつ永久磁石２４Ａ、２４Ｂ（後述）の磁化方向をＹ方向にとり、これらのＺ方向及びＹ方向の両方に直交する方向をＸ方向にとって、このシートプラズマ装置の構成を説明する。

＜一般的構成＞
まず、本実施形態のシートプラズマ装置１００の一般的構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態のシートプラズマ装置１００は、プラズマ輸送の方向（Ｚ方向）から見て順番に、プラズマを高密度に形成するプラズマガン１０と、Ｚ方向の軸を中心とした円筒状のシートプラズマ変形槽２０と、Ｙ方向の軸を中心とした円筒状の成膜槽３０と、Ｚ方向の軸を中心とした円筒状の陽極槽５０と、を備えて構成されている。ここで、シートプラズマ変形槽２０と、成膜槽３０と、陽極槽５０と、後述するフランジ２９，４７とが、減圧容器６０を構成する。なお、これらの各部１０、２０、２９、３０、４７、５０は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。

プラズマガン１０は、筒状部材１３から構成される減圧可能な放電空間１４を有し、このプラズマガン１０のＺ方向の一端は、この放電空間１４を塞ぐようにフランジ１１が配置されている。筒状部材１３は、例えば、ガラスで構成される。フランジ１１には、プラズマ放電誘発用の熱電子を放出する陰極１２が配置されている。そして、フランジ１１には、この放電により電離される放電ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを、この放電空間１４に導くガス導入手段１７が設けられている。ガス導入手段１７には、マスフローコントローラ１６が配設されている。マスフローコントローラ１６は、放電空間１４への放電ガスの流量を調節する。なお、放電ガスとしては、アルゴン以外の希ガス等の不活性ガスを用いることができる。

そして、上記陰極１２と、後述する陽極５１とが、抵抗体Ｒ_Ｖを介して主バイアス電圧印加装置Ｖ_１の負極端子及び正極端子にそれぞれ接続されている。プラズマガン１０は、第一中間電極Ｇ_１と第二中間電極Ｇ_２とを備えている。第一中間電極Ｇ_１は、抵抗体Ｒ_１を介して上記主バイアス電圧印加装置Ｖ_１の正極端子と接続されている。第二中間電極Ｇ_２は、抵抗体Ｒ_２を介して上記主バイアス電圧印加装置Ｖ_１の正極端子と接続されている。そして、陰極１２と陽極５１との間でプラズマ放電（グロー放電）を維持するため、直流の主バイアス電圧印加装置Ｖ_１と適宜の抵抗体Ｒ_Ｖ、Ｒ_１、Ｒ_２との組合せにより所定のプラス電圧が印加される。このようなプラズマ放電により、プラズマガン１０の放電空間１４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。なおここでは、主バイアス電圧印加装置Ｖ_１に基づく低電圧かつ大電流の直流アーク放電により、陰極１２と後述する陽極５１との間に高密度のプラズマ放電を可能にする、公知の圧力勾配型のプラズマガン１０が採用されている。プラズマガン１０は、円柱状のソースプラズマ（以下、「円柱状プラズマ２２」という）を発生させる。

プラズマガン１０のＺ方向の他端には、シートプラズマ変形槽２０が配設されている。プラズマガン１０とシートプラズマ変形槽２０とは、絶縁物１５を介して接続されている。シートプラズマ変形槽２０は、筒状部材１９を備えている。筒状部材１９の内部は、Ｚ方向の軸を中心とした円柱状の輸送空間２１を有する。筒状部材１９は、非磁性体で構成されており、例えば、ガラスやステンレスを用いて構成される。筒状部材１９のＸＹ平面に平行な断面の形状は、例えば、円形又は四角形であり、本実施形態においては円形に構成されている。筒状部材１９の外側には、一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂが配設されている。一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂは、各永久磁石２４Ａ，２４ＢのＮ極を、筒状部材１９をＹ方向において挟んで対向させるように配設されている。筒状部材１９の長さ方向において永久磁石２４Ａ，２４Ｂの両側に、第一電磁コイル（プラズマ流動手段）２３と第二電磁コイル（プラズマ流動手段）２８とが配設されている。第一電磁コイル２３は、プラズマガン１０から筒状部材１９へと円柱状プラズマ２２を引き出すために用いられる。第一電磁コイル２３及び第二電磁コイル２８は、後述するシート状プラズマ２７の幅方向（Ｘ方向）の形状を整えるために用いられる。なお、第一電磁コイル２３、第二電磁コイル２８、及び後述する第三電磁コイル４８は、永久磁石２４Ａ，２４Ｂが配設されていないと仮定した場合において、プラズマガン１０で発生された円柱状プラズマ２２を、その円柱状の形状に規制しながら陽極５１の側に流動させるプラズマ流動手段である。換言すると、第一電磁コイル２３、第二電磁コイル２８、及び後述する第三電磁コイル４８は、プラズマガン１０から発生された、減圧容器６０内において拡散しようとするソースプラズマを円柱状に成形し、この成形された円柱状プラズマ２２を陽極５１の側に流動させるプラズマ流動手段である。また、第二電磁コイル２８、及び後述する第三電磁コイル４８は、本実施形態のように永久磁石２４Ａ，２４Ｂが配設されている場合において、シート状プラズマ２７を、その形状を規制しながら陽極５１の側に流動させるプラズマ流動手段である。

図１に示すように、プラズマガン１０から放出された円柱状プラズマ２２は、輸送空間２１の永久磁石２４Ａ，２４Ｂが配設された位置にまで進むと、永久磁石２４Ａ，２４Ｂによって形成された磁界により、シート状に変形される（以下、シート状プラズマ２７という）。シート状プラズマ２７は、第二電磁コイル２８により、その幅方向（Ｘ方向）の形状が規制される。形成されたシート状プラズマ２７は、後述する陽極５１へと導かれる。

シートプラズマ変形槽２０のＺ方向の前端は、成膜槽３０と連結されている。連結部分には、図示しないＯリングが用いられている。成膜槽３０は、円筒状の導電性のチャンバ４０を備えている。チャンバ４０の一方の端部は上蓋３５により閉鎖されており、チャンバ４０の他方の端部は下蓋３６により閉鎖されている。チャンバ４０は、非磁性の材料、例えば、ステンレスで構成される。チャンバ４０には、その高さ方向（Ｙ方向）のほぼ中間に、第一開口部４２が設けられている。第一開口部４２の内部空間は、形成されたシート状プラズマ２７が該開口を通り抜けることができる大きさに形成されている。第一開口部４２には、該開口と接合する第一フランジ２９が配設されている。シートプラズマ変形槽２０と成膜槽３０とは、チャンバ４０の側壁に形成された第一開口部４２及び第一フランジ２９を介して連結されている。

チャンバ４０は、その内部に成膜空間３１を有する。ここで、以下においては、成膜空間３１は、その機能上、上下方向（Ｙ方向）において、第一開口部４２の内部空間に対応する水平面（ＸＺ平面）に沿った中央空間を境にして、後述するスパッタリングターゲット３３Ａを格納する囲い部により区画されたターゲット空間３１Ａと、後述する基材３４Ａを格納する囲い部により区画された基材空間３１Ｂと、に区分けして説明する。なお、上記中央空間は、成膜槽３０においてシートプラズマ２７の高密度部分が輸送される空間である。

ターゲット空間３１Ａには、スパッタリングターゲット３３Ａを保持する導電性のターゲットホルダ３３が配設されている。ターゲットホルダ３３は、円板状の導電性のホルダ３３Ｂを備えている。該ホルダ３３Ｂには、Ｙ方向に延びる円柱状の導電性の支軸３３Ｃが接続されている。そして、支軸３３Ｃは、前記成膜槽３０の上蓋３５に設けられた貫通穴（図示せず）に挿通されている。支軸３３Ｃは、絶縁部材３３Ｄを介して上蓋３５に取り付けられている。すなわち、支軸３３Ｃは、成膜槽３０と短絡しないよう、成膜槽３０に対して電気的に絶縁されている。絶縁部材３３Ｄとしては、アルミナセラミック等の絶縁碍子や、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂が用いられる。支軸３３Ｃは、成膜槽３０内部の成膜空間３１の真空度を保つことができるよう、チャンバ４０に対して気密的に配設されている。スパッタリングターゲット３３Ａの材料としては、単体の金属材料や誘電体等の絶縁物材料その他の材料を用いることができる。この材料は、後述する基材３４Ａに形成される膜に応じて適宜選択される。

ターゲットホルダ３３には、バイアス電圧印加装置Ｖ_２が接続されている。このバイアス電圧印加装置Ｖ_２により、ターゲットホルダ３３を介してスパッタリングターゲット３３Ａに、シート状プラズマ２７の電位に対する負の直流バイアス電圧が印加される。

また、基材空間３１Ｂには、基材３４Ａを保持する導電性の基材ホルダ３４が配設されている。基材ホルダ３４は、円板状の導電性のホルダ３４Ｂを備えている。該ホルダ３４Ｂには、Ｙ方向に延びる円柱状の導電性の支軸３４Ｃが接続されている。そして、支軸３４Ｃは、前記成膜槽３０の下蓋３６に設けられた貫通穴（図示せず）に挿通されている。支軸３４Ｃは、絶縁部材３４Ｄを介して下蓋３６に取り付けられている。すなわち、支軸３４Ｃは、成膜槽３０と短絡しないよう、成膜槽３０に対して電気的に絶縁されている。絶縁部材３４Ｄとしては、アルミナセラミック等の絶縁碍子や、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂が用いられる。基材ホルダ３４は、形成されたシート状プラズマ２７を挟んで前記ターゲットホルダ３３と対向するよう（ここでは共に水平に）配設されている。支軸３４Ｃは、成膜槽３０内部の成膜空間３１の真空度を保つことができるよう、成膜槽３０に対して気密的に配設されている。

基材ホルダ３４には、バイアス電圧印加装置Ｖ_３が接続されている。このバイアス電圧印加装置Ｖ_３により、基材ホルダ３４を介して基材３４Ａに、シート状プラズマ２７の電位に対する負の直流バイアス電圧が印加される。

チャンバ４０の適所には、該チャンバ４０内の成膜空間３１を真空引きするための排気口３２が設けられている。排気口３２は、バルブ３７により開閉可能に構成されている。排気口３２には、真空ポンプ３８が接続されている。真空ポンプ３８は、シート状プラズマ２７が輸送できるレベルにまで、成膜空間３１内を速やかに減圧する。

成膜槽３０のチャンバ４０の後端（Ｚ方向）には第二開口部４５が形成されている。第二開口部４５には、該開口に接合する第二フランジ４７が配設されている。成膜槽３０と後述する陽極槽５０とは、第二開口部４５及び第二フランジ４７を介して連結されている。

陽極槽５０は、筒状部材５３を備えている。筒状部材５３は、本実施形態ではガラスで構成される。陽極槽５０は、上記第二フランジ４７に筒状部材５３の一端が接続され、該筒状部材５３の他端が陽極５１で閉鎖されて形成されている。筒状部材５３の周囲には、第三電磁コイル（プラズマ流動手段）４８が配設されている。該第三電磁コイル４８は、形成されたシート状プラズマ２７の幅方向の形状を整えるために用いられる。筒状部材５３と陽極５１とは、絶縁物（図示せず）を介して接続されている。陽極５１の裏面には、永久磁石５２が配設されている。永久磁石５２は、そのＳ極が陽極５１と接触するように配設されている。永久磁石５２は、シート状プラズマ２７のＺ方向の末端の形状を整える。本実施形態では、陽極５１が接地されている。

また、本実施形態のシートプラズマ装置１００は、制御装置９０を備えている。制御装置９０は、主バイアス電圧印加装置Ｖ_１、真空ポンプ３８、バイアス電圧印加装置Ｖ_２，Ｖ_３、及び後述するモータＭ等の動作を制御する。制御装置９０は、マイコン等の演算装置で構成され、シートプラズマ装置１００の所要の構成要素を制御して、シートプラズマ装置１００の動作を制御する。ここで、本明細書においては、制御装置９０とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して制御を実行する制御器群をも意味する。よって、制御装置９０は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置されていて、それらが協働してシートプラズマ装置１００の動作を制御するよう構成されていてもよい。

なお、本実施形態においては、円柱状プラズマ２２及びシート状プラズマ２７の形状を整えるための磁場の発生手段として第一電磁コイル２３乃至第三電磁コイル４８を用いたが、その他の手段を用いることも可能である。例えば、第一電磁コイル２３乃至第三電磁コイル４８の替わりに、永久磁石や、超伝導体（により発生するマイスナー効果）を用いることもできる。

＜特徴的構成＞
次に、本実施形態のシートプラズマ装置１００の特徴的構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。

本実施形態では、シートプラズマ変形槽２０の外側に、プラズマ密度に関連する物理量である温度を検知する温度センサＳ１と温度センサＳ２とが配設されている。温度センサＳ１と温度センサＳ２とは、シート状プラズマ２７の幅方向において円柱状プラズマ２２の中心軸２２Ａに対称な位置に設けられている。また、温度センサＳ１及びＳ２は、一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂの近傍かつシートプラズマ変形槽２０の外側に配設されている。温度センサＳ１は、シートプラズマ変形槽２０の左側に配設されている。温度センサＳ２は、シートプラズマ変形槽２０の右側に配設されている。

なお、プラズマ密度に関連する物理量は、温度でなく、例えば、電流等であってもかまわない。この場合には、電流等を検知する他の種類のセンサをシートプラズマ変形槽２０の内側に配設する。

次に、永久磁石の移動機構を説明する。

図２及び図３に示すように、永久磁石の移動機構７０は、スライドガイド７３を備えている。スライドガイド７３は、柱状に形成され、その上面にその中心軸の延在方向に延びる溝７３ａが形成されている。このスライドガイド７３が、シートプラズマ変形槽２０の下方に平面視においてシートプラズマ変形槽２０の両側に突出して左右方向に延在するように配設されている。このスライドガイド７３の溝７３ａにスライド体７１が摺動自在に嵌挿されている。スライド体７１は、左右方向に延びる柱状の本体７１ｂとこの本体７１ｂから下方に突出する摺動部７１ａとを有している。摺動部７１ａはスライドガイド７３の溝７３ａに嵌合する形状に形成されていて、スライド体７１は、この摺動部７１ａにおいて、スライドガイド７３の溝７３ａに嵌挿されている。スライド体７１の上面の両端部には１対の支持棒７７，７７が鉛直方向に延びるように配設されている。各支持棒７７は適宜な固定部材７２によってスライド体７１に固定されている。この１対の支持棒７７に１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂが固定されている。各々の永久磁石２４Ａ，２４Ｂは四角柱の形状に形成されていて、その一対の側面がそれぞれＮ極及びＳ極の磁極面に形成されている。この１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂが各々の端部に形成された貫通孔に１対の支持棒７７，７７を挿通せしめるようにして該１対の支持棒７７，７７に固定されている。１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂは、互いに同じ磁性の磁極面（ここではＮ極面）が共に水平であり、かつ互いに平行でかつ対向するように配置されている（図１参照）。また、１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂは、それぞれ、シートプラズマ変形槽２０の上方及び下方に平面視においてシートプラズマ変形槽２０の両側に突出して左右方向に延在するように配置されている。さらに、１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂは、上下方向において、円柱状プラズマの中心軸２２Ａからの距離が等しくなるように配置されている。

また、スライド体７１の本体部７１ｂには、その中心軸の延在方向（左右方向）に貫通するようにネジ孔７１ｃが形成されていて、このネジ孔７１ｃにボールネジ７６が螺合するようにして挿通されている。このボールネジ７６はモータＭ（７５）の主軸に接続されている。そして、このモータＭの回転が制御装置９０によって制御される。

以上の構成により、制御装置９０に制御されてモータＭが回転すると、ボールネジ７６が回転し、それにより、スライド体７１がスライドガイド７３に案内されつつ左右方向に移動する。すると、１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂが左右方向に移動し（図２中の矢印８０）、それにより、シート状プラズマ２７の幅方向（左右方向）におけるバランス、すなわち、その左側部分２７ａのプラズマ密度（ひいては形状）とその右側部分２７ｂのプラズマ密度（ひいては形状）とのバランスが変化する。これにより、制御装置９０が、モータＭの回転を制御することにより、シート状プラズマ２７の幅方向におけるバランスを調整することができる。なお、１対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂの移動は、１対の支持棒７７，７７とシートプラズマ変形槽２０とが当たらない範囲に限られる。

＜動作＞
次に、本実施形態のシートプラズマ装置１００の動作を説明する。ここで、シートプラズマ装置１００の動作は、制御装置９０によって遂行される。

まず、本実施形態のシートプラズマ装置１００の一般的な動作について、簡単に説明する。

本実施形態のシートプラズマ装置１００においては、成膜槽３０内を、真空ポンプ３８により１×１０^−６Ｐａのオーダーまで真空引きする。次に、シートプラズマ変形槽２０内に、プラズマガン１０で形成した円柱状プラズマ２２を導入する。そして、この円柱状プラズマ２２は、一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂにより、シート状プラズマ２７に形成され、成膜槽３０内に導入される。その後、成膜槽３０内の圧力は、１×１０^−２Ｐａのオーダーとされる。

成膜槽３０内においては、バイアス電圧印加装置Ｖ_２から負のバイアス電圧がターゲットホルダ３３を介してターゲット３３Ａに印加されている。一方、バイアス電圧印加装置Ｖ_３から負のバイアス電圧が基材ホルダ３４を介して基材３４Ａに印加されている。そして、ターゲット３３Ａが負バイアスに帯電することにより、シート状プラズマ２７中のアルゴンイオンがターゲット３３Ａへと引き付けられる。ターゲット３３Ａに引き付けられたアルゴンイオンは、ターゲット３３Ａ中のターゲット原子をスパッタする。スパッタされたターゲット原子は、シート状プラズマ２７中を該厚み方向へ通過して、その際にイオンへと変換される。変換されたイオンは、基材３４Ａの表面に堆積することによって膜を形成する。

次に、本実施形態のシートプラズマ装置１００の特徴的な動作について説明する。

まず、制御装置９０は、温度センサＳ１及び温度センサＳ２を介して、プラズマ密度と関連する物理量である温度を取得する。ここで、シート状プラズマ２７は、幅方向（図１におけるＸ軸方向、図２における左右方向）に拡がっている。そして、シートプラズマ変形槽２０の内部に形成されるシート状プラズマ２７の左側部分２７ａのプラズマ密度が、その右側部分２７ｂのプラズマ密度よりも高い場合には、温度センサＳ１によりシートプラズマ変形槽２０の外壁を通して検知される温度が、温度センサＳ２によりシートプラズマ変形槽２０の外壁を通して検知される温度よりも高くなる。一方、シートプラズマ変形槽２０の内部に形成されるシート状プラズマ２７の右側部分２７ｂのプラズマ密度が、その左側部分２７ａのプラズマ密度よりも高い場合には、温度センサＳ２によりシートプラズマ変形槽２０の外壁を通して検知される温度が、温度センサＳ１によりシートプラズマ変形槽２０の外壁を通して検知される温度よりも高くなる。したがって、シートプラズマ変形槽２０の左側に配設された温度センサＳ１により検知された温度と、シートプラズマ変形槽２０の右側に配設された温度センサＳ２により検知された温度とを比較することにより、シート状プラズマ２７の幅方向のプラズマ密度のバランスが正常であるかどうかを判断することができる。

制御装置９０は、シートプラズマ変形槽２０の左側の温度センサＳ１によって検知された温度と、右側の温度センサＳ２によって検知された温度との差が所定の閾値以下である場合には、差がないと判定する。なお、この「所定の閾値」は、シートプラズマ変形槽２０等のシートプラズマ装置１００の各構成要素の大きさ、形状、材質等によって適宜、決定される。差がないと判定した場合には、シート状プラズマ２７の幅方向におけるプラズマ密度のバランスが正常である。したがって、この場合には、永久磁石の移動機構７０を動作させず、その状態（永久磁石２４Ａ，２４Ｂの位置）を維持する。

一方、制御装置９０は、シートプラズマ変形槽２０の左側の温度センサＳ１によって検知された温度と、右側の温度センサＳ２によって検知された温度との差が所定の閾値を越える場合には、差があると判定する。この場合には、シート状プラズマ２７の左側部分２７ａのプラズマ密度と右側部分２７ｂのプラズマ密度のバランスに不均衡が生じている。したがって、これらの温度差を小さくするよう、永久磁石の移動機構７０によって永久磁石２４Ａ，２４Ｂを、左右方向のいずれかに、円柱状プラズマ２２の中心軸２２Ａに対して相対的に移動させる。この場合において、制御装置９０は、左側の温度センサＳ１によって検知された温度と右側の温度センサＳ２によって検知された温度とのうちのどちらの温度がどれだけ高いかに応じて、モータＭの回転角及び回転方向を制御することにより、永久磁石の移動機構７０による永久磁石２４Ａ，２４Ｂの移動方向及び移動距離を調整する。これにより、シート状プラズマ２７の幅方向におけるプラズマ密度のバランスが調整される（不均衡が修正される）。

本発明のシートプラズマ装置１００は、上記のような構成としたため、一対の温度センサにより検知されたプラズマ密度と関連する物理量（温度）によって、形成されたシート状プラズマ２７の幅方向においてプラズマ密度のバランスの程度を判断することができる。

また、一対の温度センサをシートプラズマ変形槽２０の外側に設けたため、シートプラズマ変形槽２０（減圧容器６０）内のシート状プラズマ２７のプラズマ密度に関連する物理量を、シートプラズマ変形槽２０（減圧容器６０）の外側から検知することができる。そして、このように検知されたシート状プラズマのプラズマ密度に関連する物理量に基づいて、シート状プラズマ２７の幅方向におけるプラズマ密度のバランスを調整する。これにより、シート状プラズマ２７のプラズマ密度の高い部分がシートプラズマ装置１００の構成要素（シートプラズマ変形槽２０、成膜槽３０、フランジ２９，４７、図示しないＯリング）に干渉することが抑制され、シートプラズマ装置１００の構成要素の破損が防止される。また、成膜の対称性、特に、膜厚の対称性を維持することができる。

［変形例］
図４は、第１実施形態に係るシートプラズマ装置の変形例の概略構成を示す図であって、本変形例のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す平面図である。図５は、本変形例のシートプラズマ装置における永久磁石の移動機構とセンサとの配設位置を示す正面図である。以下、図４及び図５を参照しながら、本変形例のシートプラズマ装置の構成を説明する。

本変形例のシートプラズマ装置は、第１実施形態のシートプラズマ装置において温度センサを配設する位置を変更している。すなわち、一対の温度センサは、減圧容器６０の、シートプラズマ変形槽２０と成膜槽３０との間の部分であるフランジ２９の近傍に設けられている。具体的には、温度センサＳ３は、第一フランジ２９のシートプラズマ変形槽２０側の近傍であって、シートプラズマ変形槽２０の左側に配設されている。温度センサＳ４は、第一フランジ２９のシートプラズマ変形槽２０側の近傍であって、シートプラズマ変形槽２０の右側に配設されている。それ以外の構成については、上述の第１実施形態のシートプラズマ装置と同様である。

このような構成としても、第１実施形態のシートプラズマ装置と同様の効果を奏する。

また、このような構成とすると、シートプラズマ変形槽２０と成膜槽３０との間の、損傷を引き起こしやすい構成要素（例えば、Ｏリング等）の近傍の位置に形成される、減圧容器６０内のシート状プラズマ２７の幅方向におけるプラズマ密度のバランスを調整することができる。これにより、損傷を引き起こしやすい構成要素の損傷が、防止される。

なお、上述の第１実施形態のシートプラズマ装置及び変形例のシートプラズマ装置においては、一対の温度センサは、シート状プラズマ２７の幅方向において円柱状プラズマ２２の中心軸２２Ａに対称な位置に配設されていた。ここで、一対の温度センサを円柱状プラズマ２２の中心軸２２Ａに対称な位置ではない位置に配設し、これらの位置に配設された温度センサにより検知された温度を補正して、円柱状プラズマ２２の中心軸２２Ａに対称な位置の温度としてもよい。このような構成としても、シート状プラズマ２７の幅方向におけるプラズマ密度のバランスが正常であるかどうかを判断することができる。

また、上述の第１実施形態のシートプラズマ装置及び変形例のシートプラズマ装置においては、シート状プラズマ２７の左側部分２７ａと右側部分２７ｂとが均衡している状態を適正状態であると設定していた。しかし、例えば、シート状プラズマ２７の左側部分２７ａと右側部分２７ｂとが、不均衡である状態を適正状態であると設定して、これに合わせて、シートプラズマ装置１００の構成、例えば、チャンバ４０に形成された第一開口部４２の形状や第一フランジ２９の取り付け位置等を設計してもかまわない。このような構成としても、シートプラズマ装置１００の構成要素の破損が防止される。

［実験例］
本実験例では、第１実施形態のシートプラズマ装置１００を用い、永久磁石の移動機構７０により一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂを移動させる前と移動させた後において、放電開始から所定の期間が経過した後に、温度センサＳ１及び温度センサＳ２によって温度を検知した。その結果を、下記の表１及び表２に示す。

表１は、永久磁石の移動機構７０により一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂを移動させる前の、温度センサＳ１により検知された温度と温度センサＳ２により検知された温度とを示したものである。表２は、永久磁石の移動機構７０により一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂを移動させた後の、温度センサＳ１により検知された温度と温度センサＳ２により検知された温度と示したものである。なお、表１は放電開始後約１０００秒経過後に検知された温度、表２は放電開始後約１２００秒経過後に検知された温度を示すものである。以下、表１及び表２を参照しながら、本実施形態のシートプラズマ装置１００の利点について説明する。

表１に示すように、移動機構７０により一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂを移動させる前においては、温度センサＳ１によって検知された温度は９０℃で、温度センサＳ２によって検知された温度は１６０℃であった。温度センサＳ１により検知された温度と温度センサＳ２により検知された温度との温度差が大きいことから、シート状プラズマ２７の幅方向におけるプラズマ密度のバランスが正常でないと考えられる。具体的には、シート状プラズマの右側部分２７ｂ（図２参照）のプラズマ密度が、その左側部分２７ａのプラズマ密度よりもかなり高くなっていると考えられる。

そこで、永久磁石の移動機構７０により、一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ右側に３ｍｍ移動させた。そして、放電開始後約１２００秒経過後に、温度センサＳ１と温度センサＳ２により温度を検知した。

表２に示すように、永久磁石の移動機構７０により一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ右側に３ｍｍ移動させた後においては、温度センサＳ１によって検知された温度は１６０℃で、温度センサＳ２によって検知された温度は２００℃であった。すなわち、温度センサＳ１により検知された温度と温度センサＳ２により検知された温度との差が、移動機構７０により一対の永久磁石２４Ａ，２４Ｂを移動させる前に比べて小さくなっている。これにより、シート状プラズマ２７の幅方向のプラズマ密度のバランスが調整されたことがわかった。具体的には、シート状プラズマの右側部分２７ｂのプラズマ密度と、その左側部分２７ａのプラズマ密度との差が小さくなったと考えられる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明のシートプラズマ装置及びシート状プラズマ調整方法は、シート状プラズマの幅方向における不均衡による、装置の構成要素の損傷と成膜の対称性の悪化とを防止することが可能なシートプラズマ装置及びシート状プラズマ調整方法として有用である。

Claims

内部を減圧可能な減圧容器と、
前記減圧容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、
前記減圧容器の内部において前記プラズマを受ける陽極と、
前記プラズマガンで発生したプラズマを円柱状に成形し前記陽極の側へ流動させるプラズマ流動手段と、
前記減圧容器の一部を成し前記円柱状のプラズマが流動するように形成されたシートプラズマ変形槽と、
前記シートプラズマ変形槽の外側に前記流動するプラズマを挟んで同極同士が対向するように設けられ、前記シートプラズマ変形槽の内部において前記円柱状のプラズマをシート状のプラズマに変形する一対の永久磁石と、
該一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させる移動機構と、
前記減圧容器の一部を成すように形成された成膜槽と、
前記シート状のプラズマの幅方向において前記円柱状のプラズマの中心軸を挟む位置に設けられた、プラズマ密度と関連する物理量を検知するための一対のセンサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記一対のセンサにより検知された前記物理量に基づいて、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させて前記シート状のプラズマの幅方向におけるプラズマ密度のバランスを調整するよう構成されている、シートプラズマ装置。
前記一対のセンサは、前記円柱状のプラズマの中心軸に対称な位置に配設され、
前記制御装置は、前記一対のセンサにより検知されたそれぞれの前記物理量の差が所定の閾値を越える場合にはこれらの差が小さくなるよう、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させるよう構成されている、請求項１に記載のシートプラズマ装置。
前記一対のセンサが、前記一対の永久磁石の近傍かつ前記シートプラズマ変形槽の外側に設けられている、請求項１に記載のシートプラズマ装置。
前記１対のセンサが前記減圧容器の、前記シートプラズマ変形槽と前記成膜槽との間の部分の外側に設けられている、請求項１のシートプラズマ装置。
前記一対のセンサが、それぞれ温度センサで構成されている、請求項１に記載のシートプラズマ装置。
内部を減圧可能な減圧容器と、
前記減圧容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、
前記減圧容器の内部において前記プラズマを受ける陽極と、
前記プラズマガンで発生したプラズマを円柱状に成形し前記陽極の側へ流動させるプラズマ流動手段と、
前記減圧容器の一部を成し前記円柱状のプラズマが流動するように形成されたシートプラズマ変形槽と、
前記シートプラズマ変形槽の外側に前記流動するプラズマを挟んで同極同士が対向するように設けられ、前記シートプラズマ変形槽の内部において前記円柱状のプラズマをシート状のプラズマに変形する一対の永久磁石と、
該一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させる移動機構と、
前記減圧容器の一部を成すように形成された成膜槽と、
前記シート状のプラズマの幅方向において前記円柱状のプラズマの中心軸を挟む位置に設けられた、プラズマ密度と関連する物理量を検知するための一対のセンサと、を備えたシートプラズマ装置におけるシート状プラズマ調整方法であって、
前記一対のセンサにより検知された前記物理量に基づいて、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させて前記シート状のプラズマの幅方向におけるプラズマ密度のバランスを調整するステップを含む、シート状プラズマ調整方法。
前記一対のセンサは、前記円柱状のプラズマの中心軸に対称な位置に配設されており、
前記ステップにおいて、前記一対のセンサにより検知されたそれぞれの前記物理量に差がある場合にはこれらの差が小さくなるよう、前記移動機構により前記一対の永久磁石を前記前記円柱状のプラズマの中心軸に対し相対的に移動させる、請求項６に記載のシート状プラズマ調整方法。