JP5271145B2 - プラズマ成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ成膜装置の構造、特にアノード周辺の構造に関する。

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。このようなプラズマ成膜装置では、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。また、窒素や酸素等の反応性ガスを装置内に流して、成膜を行う反応性スパッタにおいても、反応性ガスにより、アノード表面が窒化や酸化し、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、基板とアノード電極との間でプラズマを発生させるためのアーク電源と、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るためのスパッタ電源と、２つの電源が必要であり、また、それぞれの電極間の配線を切り替えるための切替装置が３つ必要である。このため、装置が複雑になり、また、コストが高く、いま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、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、前記容器の内部に設けられたメインアノードと、前記容器の内部に設けられたカソードを有し、前記メインアノードと前記カソードとの間でプラズマを発生させるプラズマガンと、前記容器の一部を成し、前記プラズマガンと前記メインアノードとの間に形成され、その内部に成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記プラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、前記メインアノードと前記成膜空間との間に設けられたサブアノードと、前記メインアノード又は前記サブアノードと前記プラズマガンのカソードとの間に放電により前記プラズマを発生するための電圧を印加するプラズマ電源と、前記プラズマ電源を前記メインアノード及び前記サブアノードに選択的に接続するための第１切替器と、を備える。

これにより、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。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、内部を減圧可能な容器と、前記容器の内部に設けられたメインアノードと、前記容器の内部に設けられたカソードを有し、前記メインアノードと前記カソードとの間でプラズマを発生させるプラズマガンと、前記容器の一部を成し、前記プラズマガンと前記メインアノードとの間に形成され、その内部に成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記プラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、前記メインアノードと、互いに対向し、かつ、前記メインアノードとの間の空間に前記プラズマが流動するように配設されているサブアノードと、前記メインアノード又は前記サブアノードと前記プラズマガンのカソードとの間に放電により前記プラズマを発生するための電圧を印加するプラズマ電源と、前記プラズマ電源を前記メインアノード及び前記サブアノードに選択的に接続するための第１切替器と、を備える。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記メインアノードの周囲に設けられ、前記プラズマを前記メインアノードに引き寄せるように構成された第１電磁界発生手段を備えていてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記メインアノードの周囲に設けられ、前記メインアノードに前記プラズマを収束させるように構成された第１磁界発生手段と、前記第１磁界発生手段を前記メインアノードに対して近接及び遠隔するよう駆動するための第１駆動機構と、を備えていてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記サブアノードの周囲に設けられ、前記メインアノードからスパッタされた粒子を前記サブアノードに引き寄せるように構成された第２電磁界発生手段を備えていてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記サブアノードの周囲に設けられ、前記サブアノードに前記プラズマを収束させるように構成された第２磁界発生手段と、前記第２磁界発生手段を前記サブアノードに対して近接及び遠隔するよう駆動するための第２駆動機構と、を備えていてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記メインアノードは、前記容器の内部空間の前記カソードに対向する位置に配設され、前記サブアノードは、前記プラズマをその内部空間に通過せしめるように筒状に形成されていてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記ターゲットにバイアス電圧を印加する第１バイアス電源と、前記第１バイアス電源を前記メインアノード及び前記ターゲットに選択的に接続するための第２切替器と、を備えていてもよい。

さらに、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記基板にバイアス電圧を印加する第２バイアス電源と、前記第２バイアス電源を前記メインアノード及び前記基板に選択的に接続するための第３切替器を備えていてもよい。

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可能となる。

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メインアノードを清掃している状態を示す模式図である。 図３は、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４は、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５は、本発明の実施の形態３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６は、本発明の実施の形態３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。

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。なお、全ての図面において、同一また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。

（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り、基板に成膜している状態を示す。なお、図１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。

［プラズマ成膜装置の構成］
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００は、プラズマガン１０１、シートプラズマ変形室１０２、成膜室１０３、及びアノード室１０４を備えている。そして、これらは、互いに気密に、かつ、連通するように接続されていて、容器を構成する。

プラズマガン１０１は、ここでは、いわゆるデュアルタイプのプラズマガンが用いられていて、カソード１、円筒状の第１筒部材２、第１蓋部材３、及び一対の円環状の中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を有している。第１筒部材２はＺ軸方向に軸を有するように形成されていて、第１筒部材２及び中間電極Ｇ₁、Ｇ₂の内部空間により、放電空間４が形成される。また、第１筒部材２の両端部には、放電空間４を塞ぐように第１蓋部材３及び中間電極Ｇ₁が、それぞれ、配置されている。第１蓋部材３には、カソード１と放電ガス（例えば、アルゴンガス）を放電空間４に導入するように構成された放電ガス供給手段（図示せず）が設けられている。

また、カソード１は、直流電源からなる電力供給器５の負極と電気的に接続されている。中間電極Ｇ₁、Ｇ₂は、それぞれ、中間電極Ｇ１、Ｇ２を流れる電流を制限できる抵抗値を変更可能な抵抗素子Ｒ₁、Ｒ₂を介して、電力供給器５と電気的に接続されている。そして、電力供給器５と、抵抗素子Ｒ₁、Ｒ₂からプラズマ電源１０５が構成される。これにより、カソード１で発生したアーク放電が維持され、プラズマガン１０１の放電空間４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、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂による電磁界により、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１０２へ引き出される。

シートプラズマ変形室１０２は、Ｚ軸方向に軸を有する第２筒部材６を有していて、第２筒部材６の内部空間により、輸送空間７が形成される。第２筒部材６の一方の端部は、中間電極Ｒ₂と気密に、かつ、連通するように接続されている。また、第２筒部材６の他方の端部は、ボトルネック部８により、成膜室１０３と気密に、かつ、連通するように接続されている。

第２筒部材６の適所には、バルブ９により開閉可能な真空ポンプ接続口１０が設けられている。真空ポンプ接続口１０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１０２の内部空間（輸送空間７）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、第２筒部材６の外側（シートプラズマ変形室１０２の周囲）には、第２筒部材６（正確には、輸送空間７）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、Ｘ軸方向に延びる一対の角形の永久磁石１１Ａ、１１Ｂが設けられている。永久磁石１１Ａ、１１Ｂのカソード１に近い側には、環状の成形電磁コイル１２（空心コイル）が、第２筒部材６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１２には、カソード１側をＳ極、メインアノード３４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１１Ａ、１１Ｂと成形電磁コイル１２からシートプラズマ変形機構が構成される。

そして、一対の永久磁石１１Ａ、１１Ｂと成形電磁コイル１２から発生する磁場によって、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。このようにして変形されたシートプラズマＳＰは、成膜室１０３へ流入する。

成膜室１０３は、Ｙ軸方向の軸を中心とした円筒状の第３筒部材１３を有している。第３筒部材１３の一方の端部は、第２蓋部材１４で閉鎖されており、また、他方の端部は、第３蓋部材１５で閉鎖されている。また、第３筒部材１３の内部空間が、成膜空間２６を形成し、成膜空間２６には、シートプラズマＳＰを挟んで対抗するように、基板１６と成膜材料としてターゲット１７が配設されている。

ターゲット１７は、ターゲットホルダ１８に保持されている。該ターゲットホルダ１８は、第３駆動機構１９と接続されており、Ｙ軸方向に気密に移動可能に構成されている。また、ターゲットホルダ１８は、第１バイアス電源２０の負極と第２切替器２１を介して適宜な配線により電気的に接続されている。第２切替器２１は、第１バイアス電源２０の負極を、ターゲットホルダ１８と、後述するスイッチ２２と、に選択的に接続する。第２切替器２１が、第１バイアス電源２０とターゲットホルダ１８を電気的に接続すると、第１バイアス電源２０は、ターゲットホルダ１８を介してターゲット１７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。

一方、基板１６は、基板ホルダ２３に保持されている。該基板ホルダ２３は、第４駆動機構２４と接続されており、Ｙ軸方向に気密に移動可能に構成されている。また、基板ホルダ２３は、第２バイアス電源２５の負極と適宜な配線により電気的に接続されており、第２バイアス電源２５は、基板ホルダ２３を介して基板１６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１８と第２蓋部材１４及び基板ホルダ２３と第３蓋部材１５は、それぞれ、絶縁されている。また、第３駆動機構１９及び第４駆動機構２４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。

また、第３蓋部材１５の適所には、バルブ２７により開閉可能な真空ポンプ接続口２８が設けられている。真空ポンプ接続口２８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１３の内部空間（成膜空間２６）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。なお、ここでは、第３蓋部材１５に真空ポンプ接続口２８を設けたが、これに限定されず、第３筒部材１３や第２蓋部材１４に真空ポンプ接続口２８を設けてもよい。

さらに、第３筒部材１３の外部には、磁力の強さをコントロールできる第３電磁コイル２９及び第４電磁コイル３０が、互いに対を成して第３筒部材１３の周面を囲むように配設されている。第３電磁コイル２９と第４電磁コイル３０は、互いに異極同士（ここでは、第３電磁コイル２９はＮ極、第４電磁コイル３０はＳ極）を向かい合わせて設けられている。そして、第３電磁コイル２９及び第４電磁コイル３０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）が、ミラー磁界として働き、シートプラズマＳＰは、成膜室１０３の成膜空間２６をＺ軸方向に移動する間に、その幅方向（Ｘ軸方向）の拡散を適切に抑えるように形状が整形される。

また、成膜室１０３は、アノード室１０４とボトルネック部３１を介して、気密に、かつ、連通するように接続されている。具体的には、アノード室１０４は、Ｚ軸方向に中心軸を有する第４筒部材３２を有していて、該第４筒部材３２の一方の（成膜室１０３側）端部と、成膜室１０３の第３筒部材１３と、をボトルネック部３１が、気密に、かつ、連通するように接続している。また、第４筒部材３２の他方の端部には、その内部空間を塞ぐように第４蓋部材３３が気密に設けられている。

第４筒部材３２の内周面には、メインアノード３４とサブアノード３５が互いに対向し、かつ、メインアノード３４とサブアノード３５との間の空間にプラズマ（ここでは、シートプラズマＳＰ）が流動するように配設されている。メインアノード３４は、電力供給器５の正極とスイッチ２２及び第１切替器４１を介して適宜な配線により電気的に接続されている。また、サブアノード３５は、電力供給器５の正極と第１切替器４１を介して適宜な配線により電気的に接続されている。すなわち、スイッチ２２は、メインアノード３４を、第１切替器４１と、第２切替器２１と、に選択的に接続する。また、第１切替器４１は、電力供給器５の正極を、スイッチ２２を介してメインアノード３４と、サブアノード３５と、に選択的に接続する。

また、メインアノード３４の周囲（ここでは、第４筒部材３２の外側で、該第４筒部材３２の周面を挟んでメインアノード３４と対向する位置）には、第１永久磁石（第１磁界発生手段）３６が配設されている。第１永久磁石３６は、第１駆動機構３７と接続されている。第１駆動機構３７は、第１永久磁石３６をメインアノード３４に対して近接及び遠隔するようにＹ軸方向に駆動する。

同様に、サブアノード３５の周囲（ここでは、第４筒部材３２の外側で、該第４筒部材３２の周面を挟んでサブアノード３５と対向する位置）には、第２永久磁石（第２磁界発生手段）３９が配設されている。第２永久磁石３９は、第２駆動機構４０と接続されている。第２駆動機構４０は、第２永久磁石３９をサブアノード３５に対して近接及び遠隔するようにＹ軸方向に駆動する。なお、第１駆動機構３７及び第２駆動機構４０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。

また、プラズマ成膜装置１００は、その動作を制御する制御装置１０６を備えている。制御装置１０６としては、例えば、マイコンや制御回路等を使用することができる。また、制御装置１０６は、単独の制御器を用いる構成としてもよく、また、複数の制御器が協働してプラズマ成膜装置１００を制御する構成としてもよい。

なお、本実施の形態１では、プラズマガン１０１、シートプラズマ変形室１０２及びアノード室１０４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１０３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。また、プラズマガン１０１をいわゆるデュアルタイプのプラズマガンを用いたが、これに限定されず、圧力勾配型のプラズマガンや複合陰極型のプラズマガン等を用いてもよい。さらに、第１永久磁石３６、第２永久磁石３９、第１駆動機構３７、及び第２駆動機構４０をアノード室１０４外に配置する構成としたが、これに限定されず、これらの機器をアノード室１０４内に配置する構成としてもよい。

［プラズマ成膜装置の成膜動作］
次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００の成膜動作について説明する。なお、この一連の動作は、制御装置１０６の制御によって実現される。

まず、プラズマ成膜装置１００の成膜室１０３内に、基板１６とターゲット１７が搬入される。そして、図示されない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１０１、シートプラズマ変形室１０２、成膜室１０３及びアノード室１０４内のそれぞれ（容器内）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１００内の減圧を迅速に行うことができる。

次に、メインアノード３４をプラズマ電源１０５（電力供給器５）に接続するように、第１切替器４１とスイッチ２２を切り替える。また、第１バイアス電源２０をターゲットホルダ１８に接続するように、第２切替器２１を切り替える。また、第１駆動機構３７は、第１永久磁石３６をメインアノード３４に近接させるように駆動し、第２駆動機構４０は、第２永久磁石３９をサブアノード３５から遠隔させるように駆動する。

次に、プラズマガン１０１の図示されない放電ガス供給手段から、放電ガス（例えば、アルゴンガス）が放電空間４等のプラズマ成膜装置１００の容器内に供給される。そして、プラズマ電源１０５からメインアノード３４に、カソード１との間で適宜の電位差（例えば、１００Ｖ以上）が印加される。これにより、プラズマが発生し、発生したプラズマは、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂による電磁界により、円柱状に形成されて、円柱プラズマＣＰは、カソード１からシートプラズマ変形室１０２に引き出される。

そして、成形電磁コイル１２に電流を流すことによって形成されるコイル磁界と、永久磁石１１Ａ、１１Ｂによって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１０２の輸送空間７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、均一なシートプラズマＳＰに変形される。このようにして変形されたシートプラズマＳＰは、成膜室１０３へ流入する。

成膜室１０３に導入されたシートプラズマＳＰは、第３電磁コイル２９、第４電磁コイル３０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１７と基板１６の間の空間にまで導かれる。ターゲット１７には、ターゲットホルダ１８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第１バイアス電源２０から印加される。また、基板１６にも、基板ホルダ２３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第２バイアス電源２５から印加される。ターゲット１７が負にバイアスされることにより、アルゴンイオンがターゲット１７を効率よくスパッタする。スパッタされたターゲット１７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１６上に堆積し、電子を受け取り、基板１６を成膜する。

そして、シートプラズマＳＰは、第１永久磁石３６の磁力線により、幅方向に収束されながら、鉛直方向上側に移動し、メインアノード３４が、シートプラズマＳＰを受ける。

［メインアノードの清掃動作］
次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００のメインアノード３４の清掃について、図２を参照しながら説明する。

図２は、図１に示したプラズマ成膜装置１００のメインアノード３４を清掃している状態を示す模式図である。なお、図２において、プラズマ成膜装置１００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。

上述したように、スパッタされたターゲット１７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４電磁コイル３０の磁場や第１永久磁石３６の磁力線により、メインアノード３４にまで導かれ、メインアノード３４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１−メインアノード３４間の電圧値が上昇し、プラズマが形成されなくなるため、メインアノード３４を清掃しなければならないが、本実施の形態では、以下のようにしてメインアノード３４を清掃する。

まず、図示されない真空ポンプの真空引きにより、プラズマ成膜装置１００の容器内を真空状態にする。ついで、図２に示すように、サブアノード３５をプラズマ電源１０５（電力供給器５）に接続するように、第１切替器４１を切り替える。また、第１バイアス電源２０をメインアノード３４に接続するように、第２切替器２１とスイッチ２２を切り替える。また、第１駆動機構３７は、第１永久磁石３６をメインアノード３４から遠隔させるように駆動し、第２駆動機構４０は、第２永久磁石３９をサブアノード３５に近接させるように駆動する。

次に、プラズマガン１０１の図示されない放電ガス供給手段から、放電ガス（例えば、アルゴンガス）がプラズマ成膜装置１００の容器内に供給される。そして、プラズマ電源１０５からサブアノード３５に、カソード１との間で適宜の電位差（例えば、１００Ｖ以上）が印加される。これにより、上述したように、プラズマが発生して、シートプラズマＳＰが形成される。シートプラズマＳＰは、アノード室１０４に導かれ、第２永久磁石３９の磁力線により、幅方向に収束されながら、鉛直方向下側に移動し、サブアノード３５が、シートプラズマＳＰを受ける。

次に、シートプラズマＳＰが形成された状態で、第１バイアス電源２０からメインアノード３４にシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。メインアノード３４が、負にバイアスされることにより、メインアノード３４のサブアノード３５と対向する面（以下、表面という）がスパッタされ、メインアノード３４の表面に堆積して形成された絶縁膜等が清掃される。このとき、プラズマを構成するアルゴンイオンが、メインアノード３４の表面を略垂直にスパッタするため、絶縁膜を構成する原子は、略垂直にたたき出される。このため、スパッタされた粒子（原子）は、サブアノード３５上に堆積し、成膜空間２６側に流出するのが妨げられる。これにより、基板１６やターゲット１７等に不純物が付着されるのが低減される。

なお、基板１６やターゲット１７に不純物が付着して汚染されるのを防止するために、メインアノード３４の清掃を行う前に、基板１６やターゲット１７を覆い、不純物を捕集する遮蔽板を設けることが好ましく、基板１６やターゲット１７を成膜室１０３から取り出すことがより好ましい。

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、メインアノード３４を容易に清掃することが可能となる。なお、本実施の形態１では、制御装置１０６が成膜動作やメインアノード３４の清掃動作を制御したが、これに限定されず、作業員が、各機器を作動させることによって、プラズマ成膜装置１００の動作を制御してもよい。

（実施の形態２）
図３及び図４は、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３は、基板に成膜している状態を示し、図４は、メインアノードを清掃している状態を示す模式図である。なお、図３及び図４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。

図３及び図４に示すように、本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置１００は、実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００と基本的構成は同じであるが、第１電磁コイル（第１電磁界発生手段）３８と第２電磁コイル（第２電磁界発生手段）４２が設けられている点が異なる。具体的には、第１電磁コイル３８は、第１永久磁石３６がメインアノード３４と近接したときに、該第１永久磁石３６を囲むように、メインアノード３４の周囲（ここでは、第４筒部材３２の外側）に配設されている。また、第２電磁コイル４２は、第２永久磁石３９がサブアノード３５と近接したときに、該第２永久磁石３９を囲むように、サブアノード３５の周囲（ここでは、第４筒部材３２の外側）に配設されている。

そして、第１電磁コイル３８は、基板１６に成膜するときに、電流が流されてコイル磁界を形成するように構成されている。一方、第２電磁コイル４２は、メインアノード３４を清掃するときに、電流が流されてコイル磁界を形成するように構成されている。

このように構成された本実施の形態２に係るプラズマ成膜装置１００では、基板１６の成膜時には、第１電磁コイル３８によって形成されるコイル磁界により、シートプラズマＳＰを構成する荷電粒子をメインアノード３４に引き寄せることができ、シートプラズマＳＰのプラズマ密度をより大きくすることができる。また、メインアノード３４の清掃時には、第２電磁コイル４２によって形成されるコイル磁界により、スパッタされたメインアノード３４の表面の絶縁膜等を構成する原子をサブアノード３５に引き込むことができ、基板１６等の汚染をより低減することができる。

なお、本実施の形態２においては、第１電磁コイル３８と第２電磁コイル４２の両方を備える構成としたが、これに限定されず、いずれか一方の電磁コイルを備える構成としてもよい。

また、上記実施の形態１及び２では、メインアノード３４とサブアノード３５を対向するように設けたが、これに限定されず、サブアノード３５を第４筒部材３２の内周面に配置し、メインアノード３４を第４蓋部材３３の内面に配置するように構成しても、上記実施の形態１及び２に係るプラズマ成膜装置と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態３）
図５及び図６は、本発明の実施の形態３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５は、基板に成膜している状態を示し、図６は、メインアノードを清掃している状態を示す模式図である。なお、図５及び図６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。

図５及び図６に示すように、本発明の実施の形態３に係るプラズマ成膜装置１００は、実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００と基本的構成は同じであるが、アノード室１０４の構成が異なる。具体的には、メインアノード３４が、プラズマガン１０１と対向する位置である、第４蓋部材３３のカソード１に近い方の面（内面）に設けられている。また、サブアノード３５は、筒状に形成されていて、第４筒部材３２の内周面に沿うように設けられている。さらに、第１永久磁石３６が、第４蓋部材３３のカソード１から遠い方の面（外面）に設けられている。なお、第２永久磁石３９は、ここでは、設けられていない構成としたが、第２永久磁石３９を設けてもよい。

このように構成された本実施の形態３に係るプラズマ成膜装置１００であっても、実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態３にかかるプラズマ成膜装置１００では、サブアノード３５が筒状に形成されているため、その表面積が大きいため、不純物が付着しても、カソード１−サブアノード３５間の電圧値の上昇を低減させることができ、サブアノード３５の清掃回数（メンテナンスの作業回数）を低減し、作業効率を改善することができる。

なお、上記実施の形態１乃至３では、メインアノード３４を清掃するときに、シートプラズマＳＰを形成したが、これに限定されず、円柱プラズマＣＰのままアノード室１０４までプラズマを移動させて、サブアノード３５で円柱プラズマＣＰを受けるように構成してもよい。また、上記実施の形態１乃至３では、第１バイアス電源２０からメインアノード３４にバイアス電圧が印加されるように構成したが、これに限定されず、第２バイアス電源２５からメインアノード３４にバイアス電圧が印加されるように構成してもよく、また、別途、電源を設けて、該電源からメインアノード３４にバイアス電圧を印加される構成であってもよく、さらに、メインアノード３４にバイアス電圧を印加しない構成であってもよい。

本発明のプラズマ成膜装置は、簡易な構成で、メインアノードの清掃を容易に行うことができるため、成膜装置の分野で有用である。

１ カソード
２ 第１筒部材
３ 第１蓋部材
４ 放電空間
５ 電力供給器
６ 第２筒部材
７ 輸送空間
８ ボトルネック部
９ バルブ
１０ 真空ポンプ接続口
１１Ａ 永久磁石
１１Ｂ 永久磁石
１２ 成形電磁コイル
１３ 第３筒部材
１４ 第２蓋部材
１５ 第３蓋部材
１６ 基板
１７ ターゲット
１８ ターゲットホルダ
１９ 第３駆動機構
２０ 第１バイアス電源
２１ 第２切替器
２２ スイッチ
２３ 基板ホルダ
２４ 第４駆動機構
２５ 第２バイアス電源
２６ 成膜空間
２７ バルブ
２８ 真空ポンプ接続口
２９ 第３電磁コイル
３０ 第４電磁コイル
３１ ボトルネック部
３２ 第４筒部材
３３ 第４蓋部材
３４ メインアノード
３５ サブアノード
３６ 第１永久磁石（第１磁界発生手段）
３７ 第１駆動機構
３８ 第１電磁コイル（第１電磁界発生手段）
３９ 第２永久磁石（第２磁界発生手段）
４０ 第２駆動機構
４１ 第１切替器
４２ 第２電磁コイル（第２電磁界発生手段）
１００ プラズマ成膜装置
１０１ プラズマガン
１０２ シートプラズマ変形室
１０３ 成膜室
１０４ アノード室
１０５ プラズマ電源
１０６ 制御装置
ＣＰ 円柱プラズマ
Ｇ₁ 中間電極
Ｇ₂ 中間電極
Ｒ₁ 抵抗素子
Ｒ₂ 抵抗素子
ＳＰ シートプラズマ

Claims (9)

1. 内部を減圧可能な容器と、
   前記容器の内部に設けられたメインアノードと、
   前記容器の内部に設けられたカソードを有し、前記メインアノードと前記カソードとの間でプラズマを発生させるプラズマガンと、
   前記容器の一部を成し、前記プラズマガンと前記メインアノードとの間に形成され、その内部に成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記プラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、
   前記メインアノードと前記成膜空間との間に設けられたサブアノードと、
   前記メインアノード又は前記サブアノードと前記プラズマガンのカソードとの間に放電により前記プラズマを発生するための電圧を印加するプラズマ電源と、
   前記プラズマ電源を前記メインアノード及び前記サブアノードに選択的に接続するための第１切替器と、を備える、プラズマ成膜装置。
2. 内部を減圧可能な容器と、
   前記容器の内部に設けられたメインアノードと、
   前記容器の内部に設けられたカソードを有し、前記メインアノードと前記カソードとの間でプラズマを発生させるプラズマガンと、
   前記容器の一部を成し、前記プラズマガンと前記メインアノードとの間に形成され、その内部に成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記プラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、
   前記メインアノードと、互いに対向し、かつ、前記メインアノードとの間の空間に前記プラズマが流動するように配設されているサブアノードと、
   前記メインアノード又は前記サブアノードと前記プラズマガンのカソードとの間に放電により前記プラズマを発生するための電圧を印加するプラズマ電源と、
   前記プラズマ電源を前記メインアノード及び前記サブアノードに選択的に接続するための第１切替器と、を備える、プラズマ成膜装置。
3. 前記メインアノードの周囲に設けられ、前記プラズマを前記メインアノードに引き寄せるように構成された第１電磁界発生手段を備える、請求項２に記載のプラズマ成膜装置。
4. 前記メインアノードの周囲に設けられ、前記メインアノードに前記プラズマを収束させるように構成された第１磁界発生手段と、
   前記第１磁界発生手段を前記メインアノードに対して近接及び遠隔するよう駆動するための第１駆動機構と、を備える、請求項２又は３に記載のプラズマ成膜装置。
5. 前記サブアノードの周囲に設けられ、前記メインアノードからスパッタされた粒子を前記サブアノードに引き寄せるように構成された第２電磁界発生手段を備える、請求項２〜４のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。
6. 前記サブアノードの周囲に設けられ、前記サブアノードに前記プラズマを収束させるように構成された第２磁界発生手段と、
   前記第２磁界発生手段を前記サブアノードに対して近接及び遠隔するよう駆動するための第２駆動機構と、を備える、請求項２〜５のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。
7. 前記メインアノードは、前記容器の内部空間の前記カソードに対向する位置に配設され、
   前記サブアノードは、前記プラズマをその内部空間に通過せしめるように筒状に形成されている、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
8. 前記ターゲットにバイアス電圧を印加する第１バイアス電源と、
   前記第１バイアス電源を前記メインアノード及び前記ターゲットに選択的に接続するための第２切替器と、を備える、請求項１又は２に記載のプラズマ成膜装置。
9. 前記基板にバイアス電圧を印加する第２バイアス電源と、
   前記第２バイアス電源を前記メインアノード及び前記基板に選択的に接続するための第３切替器を備える、請求項１又は２に記載のプラズマ成膜装置。

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