JPWO2008099579A1

JPWO2008099579A1 - プラズマ成膜装置

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Publication number: JPWO2008099579A1
Application number: JP2008557997A
Authority: JP
Inventors: 丸中　正雄; 正雄丸中; 貴之土屋; 寺倉　厚広; 厚広寺倉
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2010-05-27
Also published as: TW200836594A; WO2008099579A1

Abstract

減圧容器（４）と、プラズマガン（１）と、減圧容器（４）の一部を成しプラズマが流動するシートプラズマ変形室（２）と、シートプラズマ変形室（２）の外側に流動するプラズマをシート状のプラズマに変形するシートプラズマ変形機構（５０）と、減圧容器（４）の一部を成しシート状のプラズマが流動する成膜室（３）と、シートプラズマ変形室（２）及び成膜室（３）に設けられた第１及び第２排気口（２５、４１）と、第１及び第２排気口（２５、４１）を通じて減圧容器（４）の内部を排気して減圧する減圧装置（１２０、１３０）と、制御装置（１１０）と、を備え、制御装置（１１０）は、シートプラズマ変形室（２）と成膜室（３）との間に所定の圧力差が形成されるように減圧装置（１２０、１３０）を制御する、プラズマ成膜装置。

Description

本発明は、プラズマ成膜装置、特にシート状にしたプラズマで成膜するシートプラズマ成膜装置に関する。

シートプラズマ成膜装置は、円柱状のプラズマビームを挟んで同極同士を対向させて配置した永久磁石の反発磁場により円柱状のプラズマをシート状に変形し、この変形されたシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという）をイオン源として成膜材料をスパッタリングして基板を成膜する装置である（例えば、特許文献１参照）。このシートプラズマ成膜装置では、プラズマをシート状に広げるため、プラズマ密度が低下し、また、均一なプラズマを得ることが難しいという問題があった。

このような問題に対して、シートプラズマを構成する電子を収束させる電子誘導用電極の電位を変化させるプラズマ成膜装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。図６は、特許文献２に開示されてい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に示すように、特許文献２に開示されているプラズマ成膜装置では、カソード電極８１とアノード電極８２の間で生成されたプラズマ中の電子が、加速電極８３と環状コイル８４によって処理室８８内に移送される。処理室８８内に引き込まれた電子は、永久磁石８５及びソレノイドコイル８６によって形成される磁場によって、偏平状に圧縮され、偏平面に沿って移送される。そして、移送された電子は、磁場収束用永久磁石８７によって収束される。このようにして、処理室８８内に引き込まれた電子は、シート状のプラズマ領域を形成する。この際、磁場収束用永久磁石８７の背面に設けられている電子誘導用電極８９の電位を変化させることにより、プラズマ領域に引き込まれる電子の量が増大されると共に、電子がプラズマ領域外への回りこみが抑制され、プラズマ密度を高めることができる。
特許第２９５２６３９号公報特開平５−３４３１９７号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたプラズマ成膜装置では、電子誘導用電極８９の電位を変化させても、永久磁石８５等の各磁力線を均一に形成させることはできないため、永久磁石８５等によって形成される磁場は、不均一な状態のままであった。このため、シートプラズマを均一にすることはできず、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、シートプラズマのプラズマ密度を高い状態に保ち、かつ、プラズマ密度を均一にする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。また、シートプラズマのプラズマ密度を均一にすることにより、生産効率の高い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、内部を減圧可能な減圧容器と、該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アノードと、前記減圧容器の一部を成し前記プラズマが流動するシートプラズマ変形室と、該シートプラズマ変形室の外側に前記流動するプラズマをシート状のプラズマに変形するシートプラズマ変形機構と、前記減圧容器の一部を成し前記シート状のプラズマが流動する成膜室と、前記シートプラズマ変形室及び前記成膜室にそれぞれ設けられた第１及び第２排気口と、前記第１及び第２排気口を通じて前記減圧容器の内部を排気して減圧する減圧装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記シートプラズマ変形室と前記成膜室との間に所定の圧力差が形成されるように前記減圧装置を制御する。

これにより、シートプラズマのプラズマ密度を高い状態に保ち、かつ、プラズマ密度を均一にすることができる。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記制御装置は、前記減圧装置の排気能力を変更することにより前記所定の圧力差が形成されるように前記減圧装置を制御されてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記制御装置は、前記減圧装置の作動時間を変更することにより前記所定の圧力差が形成されるように前記減圧装置を制御されてもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記減圧装置は、前記第１及び第２排気口にそれぞれ設けられ該第１及び第２排気口の開口度合いをそれぞれ調整する第１及び第２調整弁と、前記第１及び第２排気口に接続され前記減圧容器の内部を排気して減圧する排気装置と、を有してもよい。

また、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記排気装置は、前記第１及び第２排気口にそれぞれ接続された第１及び第２排気装置で構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、前記制御装置は、前記第１調整弁の開度を１００％に制御し、前記第２調整弁の開度を４０％以上８０％以下に制御してもよい。

さらに、本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記制御装置は、前記第２調整弁の開度を６０％以上８０％以下に制御してもよい。

なお、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。

本発明のプラズマ成膜装置によれば、シートプラズマのプラズマ密度を高い状態に保ち、かつ、プラズマ密度を均一にすることが可能となり、また、シートプラズマのプラズマ密度を均一にすることにより、生産効率を高くすることが可能となる。

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に示したシートプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、図１に示した制御装置の記憶部に格納されたシートプラズマ成膜装置の圧力調整と圧力差の形成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４は、第２調整弁における弁の開度を調整し、シートプラズマ変形室及び成膜室の真空度（圧力値）を測定した結果を示すグラフである。図５は、第２調整弁における弁の開度を調整し、測定ポイントにおけるシートプラズマのプラズマ密度を測定した結果を示すグラフである。図６は、特許文献２に開示されているプラズマ成膜装置の概略構成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成膜室
４減圧容器
５第１ボトルネック部
６第２ボトルネック部
１０第１筒部材
１１放電空間
１２蓋部材
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
２２第２筒部材
２３輸送空間
２４第１調整弁
２５第１排気口
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駆動装置
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駆動装置
４０成膜空間
４１第２排気口
４２第２調整弁
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蓋部材
４８アノード
４９永久磁石
５０シートプラズマ変形機構
５１第１圧力検出器
５２第２圧力検出器
８１カソード電極
８２アノード電極
８３加速電極
８４環状コイル
８５永久磁石
８６ソレノイドコイル
８７磁場収束用磁石
８８処理室
８９電子誘導用電極
１００プラズマ成膜装置
１０１シートプラズマ成膜装置
１１０制御装置
１１１演算処理部
１１２記憶部
１１３表示部
１１４操作入力部
１２０第１真空ポンプ
１３０第２真空ポンプ
ＣＰ円柱プラズマ
Ｍ１測定ポイント
Ｍ２測定ポイント
Ｍ３測定ポイント
Ｍ４測定ポイント
Ｒ１抵抗体
Ｒ２抵抗体
Ｒ３抵抗体
ＳＰシートプラズマ

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１に示すように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００は、シートプラズマ成膜装置１０１と、制御装置１１０と、第１真空ポンプ１２０と、第２真空ポンプ１３０と、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と減圧容器４を有しており、プラズマガン１と減圧容器４は、気密的に連通されている。プラズマガン１は、ここでは、公知の圧力勾配型のプラズマガンと複合陰極型プラズマガンの両者を組み合わせたデュアルタイプのプラズマガンが採用されている。

減圧容器４は、シートプラズマ変形室２と成膜室３を有している。シートプラズマ変形室２には、第１排気口２５が設けられており、第１排気口２５には、適宜な配管を介して第１真空ポンプ１２０が接続されている。また、成膜室３には、第２排気口４１が設けられており、第２排気口４１には、適宜な配管を介して第２真空ポンプ１３０が接続されている。さらに、第１及び第２排気口２５、４１には、それぞれ第１及び第２調整弁２４、４２が設けられており、第１及び第２調整弁２４、４２における弁の開度を変更することで第１及び第２排気口２５、４１の開口度を調整している。この第１及び第２真空ポンプ１２０、１３０により、シートプラズマ成膜装置１０１内がプラズマを形成可能な真空度にまで減圧される。なお、第１及び第２調整弁２４、４２と、第１及び第２真空ポンプ１２０、１３０と、により、減圧装置が構成されている。

また、成膜室３の内部には、アノード４８が気密的に設けられており、アノード４８は、直流電源からなる主電源１８の正極と電気的に接続されている。一方、主電源１８の負極には、抵抗体Ｒ１を介してプラズマガン１が接続されている。これにより、主電源１８からプラズマガン１にマイナス電圧が印加され、プラズマが発生する。

さらに、減圧容器４（正確には、シートプラズマ変形室２）の外部には、シートプラズマ変形機構５０が設けられており、シートプラズマ変形機構５０は、プラズマガン１で発生したプラズマをアノード側に移動させ、かつ、シート状に変形させる。そして、成膜室３では、シート状に変形したプラズマ（以下、シートプラズマという）を用いて、ここでは、ターゲット３７をスパッタして基板３３を成膜する。

第１及び第２真空ポンプ１２０、１３０は、ここでは、公知のターボ分子ポンプを使用しているが、減圧容器４内を減圧することができれば、どのような減圧装置を使用してもよい。また、ここでは、第１及び第２真空ポンプ１２０、１３０と２つの真空ポンプを使用したがこれに限定されず、例えば、１つの真空ポンプによって、減圧容器４内を減圧してもよく、また、複数の真空ポンプを用いてもよい。

制御装置１１０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１１１、メモリ等からなる記憶部１１２、モニター等の表示部１１３、及びキーボード等の操作入力部１１４を有している。演算処理部１１１は、記憶部１１２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、プラズマ成膜装置１００に関する各種の制御を行う。また、演算処理部１１１は、記憶部１１２に記憶されたデータや操作入力部１１４から入力されたデータを処理する。そして、特に、第１及び第２調整弁２４、４２における弁の開度を調整して、シートプラズマ変形室２と成膜室３内の圧力を調整し、これらの間で所定の圧力差を形成するように制御する。圧力調整及び圧力差の形成制御については、後述する。

ここで、本明細書において、制御装置とは、単独の制御装置だけでなく、複数の制御装置が協働してプラズマ成膜装置１００の制御を実行する制御装置群をも意味する。このため、制御装置１１０は、単独の制御装置から構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置され、それらが協働してプラズマ成膜装置１００を制御するように構成されていてもよい。

次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００のシートプラズマ成膜装置１０１について図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。

図２は、図１に示すシートプラズマ成膜装置１０１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図１及び図２に示すように、シートプラズマ成膜装置１０１の方向を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって表している。また、図２においては、一部を省略している。

図１に示すように、本実施の形態１に係るシートプラズマ成膜装置１０１は、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３と、を備えており、プラズマガン１、シートプラズマ変形室２、及び成膜室３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、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を塞ぐように蓋部材１２が配置されている。蓋部材１２には、該蓋部材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、円筒状の補助陰極１３が配設されており、補助陰極１３は、タンタル（Ｔａ）で構成されている。補助陰極１３の基端は、図示されないアルゴン（Ａｒ）ガス供給装置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、円環状の主陰極１４が設けられており、主陰極１４は、６ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）で構成されている。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、補助陰極１３よりも径の大きい円筒状の保護部材１６が、蓋部材１２にＺ軸に沿って延びるように配設されている。保護部材１６は、モリブデン（Ｍｏ）、又は、タングステン（Ｗ）で構成されており、また、保護部材１６の先端には、円環状の窓部材１７が設けられている。窓部材１７は、タングステンで構成されており、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ている。中間電極１９、２０には、主電源１８から所定のプラス電圧が印加される。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。

プラズマガン１の周囲には、環状の第１電磁コイル２１が、第１筒部材１０の周壁を取り囲むように設けられている。そして、第１電磁コイル２１に電流を流し、中間電極１９、２０に所定のプラス電圧を印加することにより、第１電磁コイル２１によるコイル磁界及び中間電極１９、２０による電界が発生し、プラズマガン１の放電空間１１には、このコイル磁界及び電界に基づく磁束密度の勾配がＺ軸方向に形成される。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、磁力線の回りを旋回しながらＺ軸方向に進み、このため、荷電粒子の集合体としてのプラズマが、Ｚ方向の輸送中心６０に対して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１筒部材１０の他方の端部には、シートプラズマ変形室２が配設されており、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、気密的に接続されており、かつ、電気的に絶縁されている。

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。

第２筒部材２２の適所には、第１調整弁２４により開閉可能な第１排気口２５が設けられている。第１排気口２５には、適宜な配管を介して第１真空ポンプ１２０が接続されている。この第１真空ポンプ１２０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。なお、第１調整弁２４は、制御装置１１０により弁の開度を調整されるように構成されている。また、ここでは、第１調整弁２４は、バタフライバルブを使用しており、第１排気口２５の開口度を調整することができれば、例えば、ゲートバルブのような圧力調整弁を使用してもよい。また、第２筒部材２２の適所には、第１圧力検出器５１が気密的に設けられており、輸送空間２３の圧力を検出して、制御装置１１０にその検出した圧力を伝達する。なお、第１圧力検出器５１は、ここでは、イオンゲージを使用しており、圧力を検出することができれば、例えば、電離真空計を使用してもよい。

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、一対の角形の永久磁石２６Ａ、２６Ｂが、Ｘ軸方向に延びるように設けられている。

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（空心コイル）２７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４８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５０が構成される。

そして、シートプラズマ変形室２の輸送空間２３には、成形電磁コイル２７に電流を流すことによってコイル磁界が形成され、このコイル磁界と永久磁石２６Ａ、２６Ｂによって形成される磁石磁界との相互作用により、円柱プラズマＣＰがシートプラズマ変形室２の輸送空間２３を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３へ流入する。

成膜室３は、Ｙ軸方向の軸を中心とした円筒状の第３筒部材２８とＺ軸方向の軸を中心とした円筒状の第４筒部材４６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。なお、第３筒部材２８の内部空間により、成膜空間４０が形成される。また、第４筒部材４６については後述する。

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３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５が気密的に設けられている。なお、第１ボトルネック部５の高さ（Ｙ軸方向内寸法）及び長さ（Ｚ軸方向内寸法）並びに幅（Ｘ軸方向内寸法）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３に導入されるのを防止することができる。

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、摺動自在に貫通しており、第２駆動機構３５と接続されている。また、支持部３４ｂは、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。さらに、基板ホルダ３４は、第２バイアス電源３２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、摺動自在に貫通しており、第１駆動機構３９と接続されている。また、支持部３８ｂは、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。さらに、ターゲットホルダ３８は、第１バイアス電源３６の負極と適宜な配線により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、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、エアシリンダ等を使用することができる。

また、第２蓋部材３０の適所には、第２調整弁４２により開閉可能な第２排気口４１が設けられている。第２排気口４１には、第２真空ポンプ１３０が接続されている。この第２真空ポンプ１３０により真空引きされ、第３筒部材２８の内部空間（成膜空間４０）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、第２調整弁４２は、制御装置１１０によりその開度を調整されるように構成されている。また、ここでは、第２調整弁４２は、バタフライバルブを使用しており、第２排気口４１の開口度を調整することができれば、例えば、ゲートバルブのような圧力調整弁を使用してもよい。

さらに、第２蓋部材３０の適所には、第２圧力検出器５２が気密的に設けられており、成膜空間４０の圧力を検出して、制御装置１１０にその検出した圧力を伝達する。なお、第２圧力検出器５２は、ここでは、第２蓋部材３０に設けられているが、これに限定されず、成膜空間４０の圧力を検出することができれば、例えば、第１蓋部材２９に設けられてもよい。また、第２圧力検出器５２は、第１圧力検出器５１と同様に、ここでは、イオンゲージを使用しているが圧力を検出することができれば、例えば、電離真空計を使用してもよい。

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、互いに異なる極（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１０Ｇ〜３００Ｇ程度）は、ミラー磁界として、成膜室３の成膜空間４０をＺ軸方向に移動するシートプラズマＳＰの幅方向の拡散を適切に抑えるように、シートプラズマＳＰの形状を整形する。

また、第３筒部材２８のアノード４８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、第３筒部材２８と第４筒部材４６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６が気密的に設けられている。なお、第２ボトルネック部６の高さ（Ｙ軸方向内寸法）及び長さ（Ｚ軸方向内寸法）並びに幅（Ｘ軸方向内寸法）は、第１ボトルネック部５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。

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６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蓋部材４７が気密的に設けられている。

蓋部材４７のカソード１５に近い方の面には、アノード４８が設けられている。アノード４８は、主電源１８の正極と適宜な配線により電気的に接続されている。主電源１８によってアノード４８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。

蓋部材４７の裏面（カソード１５から遠い方の面）には、アノード４８側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石４９が配置されている。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４８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４８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及び成膜室３における第４筒部材４６のＸＹ平面の断面を、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における第３筒部材２８のＸＺ平面の断面を、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装置１００の動作について説明する。なお、以下の諸動作は、制御装置１１０によって制御される。

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、第１及び第２真空ポンプ１２０、１３０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、及び成膜室３内のそれぞれが真空状態になる。なお、シートプラズマ成膜装置１０１におけるシートプラズマ変形室２及び成膜室３内の真空度の調整（圧力差の形成）については、後述する。

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４８側に引き出され、円柱状に成形される。そして、このように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（輸送中心６０に対してＸ軸方向に対称に広がるようにしてＸＺ平面に延びるように）広がって、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５及び第１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４３、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４９の磁力線により幅方向に収束され、アノード４８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におけるシートプラズマ成膜装置１０１のシートプラズマ変形室２と成膜室３内の圧力調整とこれらの間に形成される圧力差の形成方法について説明する。

図３は、図１に示した制御装置１１０の記憶部１１２に格納されたシートプラズマ成膜装置１０１の圧力調整と圧力差の形成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。

まず、制御装置１１０の演算処理部１１１は、第１及び第２調整弁２４、４２にそれぞれの弁の開度を１００％にする指令を出し（ステップＳ１）、ついで、第１及び第２真空ポンプ１２０、１３０に作動開始指令を出す（ステップＳ２）。これにより、プラズマガン１及び減圧容器４の内部が減圧される。

次に、演算処理部１１１は、第２圧力検出器５２から成膜室３内の圧力値（真空度）Ｐ２情報を取得して（ステップＳ３）、記憶部１１２に記憶されている所定の圧力値と比較する（ステップＳ４）。ここで、所定の圧力値とは、プラズマガン１のカソード１５からプラズマを発生させることができるシートプラズマ成膜装置１０１内の圧力値をいい、ここでは、１０^−６〜１０^−４Ｐａで設定されている。なお、プラズマを安定に発生させる観点から、この所定の圧力値は、上記範囲の中でより低い方が好ましい。

そして、演算処理部１１１は、ステップＳ３で取得した圧力値Ｐ２が、所定の圧力値に達していない（所定の圧力値よりも高い）場合、ステップＳ３に戻り、圧力値Ｐ２が所定の圧力値に達するまで、ステップＳ３及びステップＳ４を繰り返す。一方、圧力値Ｐ２が、所定の圧力値に達した場合には、ステップＳ５に進む。なお、ここでは、成膜室３の圧力値を検出して、プラズマを発生させることができるか否かの判定を行ったがこれに、限定されず、シートプラズマ変形室２の圧力値によって判定してもよい。

ステップＳ５では、制御装置１１０の演算処理部１１１は、第１調整弁２４に弁の開度を０％にする指令を出す。これにより、第１排気口２５が閉じられる。そして、演算処理部１１１は、図示されないアルゴンガス供給装置にＡｒガス供給開始指令を出し（ステップＳ６）、Ａｒガスが、シートプラズマ成膜装置１０１内に供給される。

次に、演算処理部１１１は、シートプラズマ成膜装置１０１及び主電源１８にプラズマガン１の作動指令を出す（ステップＳ７）。これにより、主電源１８からプラズマガン１（正確には、カソード１５）に対して、中間電極１８、１９及びアノード４８に所定のプラス電圧が印加され、補助陰極１３でグロー放電が開始される。そして、上述したように、グロー放電によって主陰極１４が充分に加熱されると、アーク放電が開始される。演算処理部１１１は、適宜な手段（例えば、操作入力部１１４からアーク放電が開始したことが入力される等）によってこのアーク放電が開始されたことを確認する（ステップＳ８）。

次に、演算処理部１１１は、再度、第１及び第２調整弁２４、４２に開度指令を出す（ステップＳ９）。具体的には、第１調整弁２４に弁の開度を１００％にする指令を出し、第２調整弁４２に弁の開度を４０〜８０％にする指令を出す（ステップＳ９）。そして、演算処理部１１１は、第１及び第２圧力検出器５１、５２から成膜室３の圧力値Ｐ２とシートプラズマ変形室２の圧力値Ｐ１情報を取得する（ステップＳ１０）。そして、演算処理部１１１は、ステップＳ１０で取得した圧力値Ｐ２と圧力値Ｐ１の比であるＰ２／Ｐ１を算出し、この算出したＰ２／Ｐ１が１より小さいか否かを判定する（ステップＳ１２）。すなわち、シートプラズマ変形室２の圧力値Ｐ１より、成膜室３の圧力値Ｐ２の方が小さい場合に、シートプラズマ変形室２と成膜室３との間に所定の圧力差が形成されたと判定する。なお、シートプラズマＳＰのプラズマ密度を高く、かつ、均一にする観点から、所定の圧力差（圧力比）であるＰ２／Ｐ１は、０．８３以下であることが好ましく、０．５２以下であることがより好ましい。また、所定の圧力差を形成させ、シートプラズマＳＰのプラズマ密度を高く、かつ、均一にする観点から、成膜室３の圧力値Ｐ２は、３．４×１０^−２Ｐａより小さいことが好ましく、シートプラズマＳＰの形成を維持させる観点から１．３×１０^−２Ｐａより大きいことが好ましい。さらに、所定の圧力差をより容易に形成させる観点から、ステップＳ９で第２調整弁２の弁の開度は、６０〜８０％にすることが好ましい。

そして、演算処理部１１１は、ステップＳ１１で算出したＰ２／Ｐ１が１以上である場合には、ステップＳ１０に戻り、Ｐ２／Ｐ１が１より小さくなるまで、ステップＳ１０及びステップＳ１１を繰り返す。一方、Ｐ２／Ｐ１が１より小さい場合には、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、制御装置１１０の演算処理部１１１は、シートプラズマ成膜装置１０１に成膜開始指令を出し、本プログラムを終了する。これにより、シートプラズマ成膜装置１０１内では、基板３３が成膜される。

なお、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００では、第１及び第２調整弁における弁の開度を調整することにより、シートプラズマ変形室２と成膜室３との間に所定の圧力差を形成させたが、これに限定されず、第１真空ポンプ１２０と第２真空ポンプ１３０の排気能力（出力）を変更する（例えば、第１真空ポンプ１２０の出力に比べて第２真空ポンプ１３０の出力を下げる等）ことによって、所定の圧力差を形成してもよい。また、第１真空ポンプ１２０と第２真空ポンプ１３０の作動時間を変える（例えば、第１真空ポンプ１２０の作動時間に比べて第２真空ポンプ１３０の作動時間を短くする等）ことによって、所定の圧力差を形成してもよい。

また、本実施の形態では、第１及び第２圧力検出器５１、５２を用いて、シートプラズマ変形室２及び成膜室３の真空度（圧力）をフィードバック制御したが、これに限定されず、圧力検出器を用いずにフィードフォワード制御してもよい。

さらに、ここでは、シートプラズマ成膜装置１０１内を真空状態にして成膜を行ったが、成膜室３に反応性のガスを導入し、このガスとターゲット３７の反応物を用いて基板３３を成膜するような構成としてもよい。

このような構成とすることにより、シートプラズマのプラズマ密度を高い状態に保ち、かつ、プラズマ密度を均一にすることができ、これにより、均一に基板に膜を形成させることができ、生産効率を高くすることができる。

次に、実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。

[実施例１]
本実施例１では、上記実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００を構築し、シートプラズマ成膜装置１０１内に形成されたシートプラズマＳＰのプラズマ密度（イオン飽和電流）、具体的には、図２に示す測定ポイントＭ１〜Ｍ４部分のプラズマ密度、を、第１蓋部材２９に設けた（図１では、図示せず）公知のラングミュアプローブを用いて測定した。なお、測定ポイントＭ１〜Ｍ３は、図２に示すように、輸送中心６０の延長線上に位置し、測定ポイントＭ１はシートプラズマ変形室２に近い側に位置し、測定ポイントＭ２は略中央部分に位置し、測定ポイントＭ３はカソード４８に近い側に位置する。そして、測定ポイントＭ４は、シートプラズマＳＰの幅方向（Ｘ軸方向）の端部に位置し、測定ポイントＭ２のＸ軸方向の延長線上に位置する。

そして、上記プログラムのステップＳ１〜ステップＳ８に従ってシートプラズマ成膜装置１０１内でシートプラズマＳＰを形成し、第１調整弁２４の弁の開度を１００％に維持した状態で、第２調整弁４２における弁の開度を調整し、シートプラズマ変形室２及び成膜室３の真空度（圧力値）と測定ポイントＭ１〜Ｍ４におけるシートプラズマＳＰのプラズマ密度を測定した。その結果を示したのが、図４及び図５である。

図４は、第２調整弁４２における弁の開度を調整し、シートプラズマ変形室２及び成膜室３の真空度（圧力値）を測定した結果を示すグラフである。図４において、菱形のプロットは、成膜室３の真空度を示し、丸のプロットは、シートプラズマ変形室２の真空度を示す。また、図５は、第２調整弁４２における弁の開度を調整し、測定ポイントＭ１〜Ｍ４におけるシートプラズマＳＰのプラズマ密度を測定した結果を示すグラフである。図５において、菱形のプロットは測定ポイントＭ１におけるプラズマ密度（イオン飽和電流値）を、四角のプロットは測定ポイントＭ２におけるプラズマ密度を、三角のプロットは測定ポイントＭ３におけるプラズマ密度を、丸のプロットは測定ポイントＭ４におけるプラズマ密度をそれぞれ示す。

図４に示すように、第２調整弁４２における弁の開度（以下、単に第２調整弁４２の開度という）が０〜３０％の間では、シートプラズマ変形室２の真空度の方が成膜室３の真空度より高く（第２調整弁４２の開度３０％で、シートプラズマ変形室２の真空度が５．９×１０^−２Ｐａ、成膜室３の真空度が６．９×１０^−２Ｐａ）、所定の圧力差が形成されていない。そして、この間では、図５に示すように、シートプラズマＳＰのプラズマ密度は不均一であった。一方、第２調整弁４２の開度を９０％にすると、プラズマガン１のカソード１５とアノード４８の間の放電電圧が１００Ｖを超えてしまい、放電状態を維持することができなかった。

しかしながら、図４に示すように、第２調整弁４２の開度を４０％にすると、成膜室３の真空度が３．４×１０^−２Ｐａ、シートプラズマ変形室２の真空度が４．１×１０^−２Ｐａとなり、成膜室３の真空度がシートプラズマ変形室２の真空度より低い所定の圧力差が形成された。この開度のとき、図５に示すように、シートプラズマＳＰのプラズマ密度は、高くなり、かつ、均一化された。また、図５に示すように、第２調整弁４２の開度を６０％（成膜室３の真空度が１．６×１０^−２Ｐａ、シートプラズマ変形室２の真空度が３．２×１０^−２Ｐａ）にすると、さらにシートプラズマＳＰのプラズマ密度は高くなり、かつ、より均一化され、第２調整弁４２の開度を８０％（成膜室３の真空度が１．３×１０^−２Ｐａ、シートプラズマ変形室２の真空度が２．９×１０^−２Ｐａ）にすると、測定ポイントＭ１〜Ｍ４におけるプラズマ密度は、ほぼ同じになり、よりプラズマ密度が高く、かつ、均一化されていることが示された。

このように、第１調整弁２４の開度を１００％に保った状態で、第２調整弁４２の開度を４０〜８０％に調整すると、成膜室３の真空度がシートプラズマ変形室２の真空度より低くなり、所定の圧力差が形成され、シートプラズマＳＰのプラズマ密度は、高くなり、かつ、均一化されることが実証された。

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。

本発明のプラズマ成膜装置は、シートプラズマのプラズマ密度を均一にすることにより、生産効率を高くすることができるプラズマ成膜装置として有用である。

【００２１】
整弁４２の開度という）が０〜３０％の間では、シートプラズマ変形室２の真空度の方が成膜室３の真空度より高く（第２調整弁４２の開度３０％で、シートプラズマ変形室２の真空度が５．９×１０^−２Ｐａ、成膜室３の真空度が６．９×１０^−２Ｐａ）、所定の圧力差が形成されていない。そして、この間では、図５に示すように、シートプラズマＳＰのプラズマ密度は不均一であった。一方、第２調整弁４２の開度を９０％にすると、プラズマガン１のカソード１５とアノード４８の間の放電電圧が１００Ｖを超えてしまい、放電状態を維持することができなかった。
［００７９］
しかしながら、図４に示すように、第２調整弁４２の開度を４０％にすると、成膜室３の真空度が３．４×１０^−２Ｐａ、シートプラズマ変形室２の真空度が４．１×１０^−２Ｐａとなり、成膜室３の真空度がシートプラズマ変形室２の真空度より低い所定の圧力差が形成された。この開度のとき、成膜室３の圧力値とシートプラズマ変形室２の圧力値との圧力比である成膜室３の圧力値／シートプラズマ変形室２の圧力値が、３．４×１０^−２÷４．１×１０^−２≒０．８２９２６≒０．８３となり、図５に示すように、シートプラズマＳＰのプラズマ密度は、高くなり、かつ、均一化された。また、図５に示すように、第２調整弁４２の開度を６０％（成膜室３の真空度が１．６×１０^−２Ｐａ、シートプラズマ変形室２の真空度が３．２×１０^−２Ｐａ）にすると、さらにシートプラズマＳＰのプラズマ密度は高くなり、かつ、より均一化され、第２調整弁４２の開度を８０％（成膜室３の真空度が１．３×１０^−２Ｐａ、シートプラズマ変形室２の真空度が２．９×１０^−２Ｐａ）にすると、成膜室３の圧力値とシートプラズマ変形室２の圧力値との圧力比である成膜室３の圧力値／シートプラズマ変形室２の圧力値が、１．３×１０^−２÷２．９×１０^−２≒０．４４８２７≒０．４５となり、測定ポイントＭ１〜Ｍ４におけるプラズマ密度は、ほぼ同じになり、よりプラズマ密度が高く、かつ、均一化されていることが示された。
［００８０］
このように、第１調整弁２４の開度を１００％に保った状態で、第２調整弁４２の開度を４０〜８０％に調整すると、成膜室３の真空度がシートプラズマ変形室２の真空度より低くなり、所定の圧力差が形成され、シートプラズマＳＰのプラズマ密度は、高くなり、かつ、均一化されることが実証された。
［００８１］
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

Claims

内部を減圧可能な減圧容器と、
該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アノードと、
前記減圧容器の一部を成し前記プラズマが流動するシートプラズマ変形室と、
該シートプラズマ変形室の外側に前記流動するプラズマをシート状のプラズマに変形するシートプラズマ変形機構と、
前記減圧容器の一部を成し前記シート状のプラズマが流動する成膜室と、
前記シートプラズマ変形室及び前記成膜室にそれぞれ設けられた第１及び第２排気口と、
前記第１及び第２排気口を通じて前記減圧容器の内部を排気して減圧する減圧装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記シートプラズマ変形室と前記成膜室との間に所定の圧力差が形成されるように前記減圧装置を制御する、プラズマ成膜装置。
前記制御装置は、前記減圧装置の排気能力を変更することにより前記所定の圧力差が形成されるように前記減圧装置を制御する、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
前記制御装置は、前記減圧装置の作動時間を変更することにより前記所定の圧力差が形成されるように前記減圧装置を制御する、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
前記減圧装置は、前記第１及び第２排気口にそれぞれ設けられ該第１及び第２排気口の開口度合いをそれぞれ調整する第１及び第２調整弁と、
前記第１及び第２排気口に接続され前記減圧容器の内部を排気して減圧する排気装置と、を有する、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
前記排気装置は、前記第１及び第２排気口にそれぞれ接続された第１及び第２排気装置で構成されている、請求項４に記載のプラズマ成膜装置。
前記制御装置は、前記第１調整弁の開度を１００％に制御し、前記第２調整弁の開度を４０％以上８０％以下に制御する、請求項５に記載のプラズマ成膜装置。
前記制御装置は、前記第２調整弁の開度を６０％以上８０％以下に制御する、請求項６に記載のプラズマ成膜装置。