WO2007099658A1

WO2007099658A1 - プラズマガン及びそれを備えるプラズマガン成膜装置

Info

Publication number: WO2007099658A1
Application number: PCT/JP2006/316942
Authority: WO
Inventors: Masao Marunaka; Takayuki Tsuchiya; Atsuhiro Terakura
Original assignee: Shinmaywa Industries, Ltd.
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2007-09-07
Also published as: KR101237184B1; TW200735726A; EP1991037A1; JPWO2007099658A1; JP5416351B2; US20110011734A1; KR20080099273A

Abstract

本発明のプラズマガン（１）は、プラズマ流出口（７０）を有する容器（７２）と、容器（７２）の内部に配設され放電によりプラズマを発生するカソード（１８）と、プラズマ流出口（７０）とカソード（１８）との間に位置可能に設けられ、カソード（１８）で発生したプラズマを受けることが可能な補助アノード（３１）と、容器（７２）の内部を排気及び封止するための排気バルブ（２６）と、を備え、カソード（１８）の放電により発生するプラズマのプラズマ流出口（７０）からの流出を阻止及び許容するプラズマ流出阻止／許容装置（３０）と、を備える。

Description

明細書

プラズマガン及びそれを備えるプラズマガン成膜装置

技術分野

[0001] 本発明は、プラズマガン及びそれを備えるプラズマガン成膜装置に関する。

背景技術

[0002] プラズマ成膜装置は、プラズマガンカゝ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。プラズマの発生には、まず、プラズマガンの力ソードでグロー放電を行い、その後、アーク放電へと移行する力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を用いた場合に、グロ一放電中にアルゴンイオン (Ar+ )によって力ソードがスパッタリングされ、スパッタリングされた金属が成膜室に混入し、成膜する基材ゃターゲット等に付着するという問題があった。

[0003] このような問題に対して、グロ一放電時に水素ガスやヘリウムガスをキャリアガスとして使用するプラズマ発生装置が知られている (例えば、特許文献 2参照)。特許文献 2のプラズマ発生装置では、質量の小さい水素ガス等を用いるので、スパッタリングによるエッチング作用を減少させることが可能である。

特許文献 1：特許第 2921874号

特許文献 2：特開平 6 - 251897号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 2に開示されているプラズマ発生装置では、グロ一放電からアーク放電に移行するときに、水素ガス等カゝらアルゴンガスへの移行を徐々に行うため、力ソードのスパッタリングは発生し、また、グロ一放電時の放電圧力が高いとそのスパッタリングによるエッチング作用は大きくなるため、未だ改善する余地があった。また、水素ガス等とアルゴンガスとを用いるために、成膜装置自体の構成が煩雑となる問題があった。

[0005] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、グロ一放電時にスパッタリングされた金属を簡易な構成でプラズマガン力の流出を防止することができるブラズマガン及びプラズマガン成膜装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 上記目的を達成するために、本発明に係るプラズマガンは、プラズマ流出口を有する容器と、前記容器の内部に配設され放電によりプラズマを発生する力ソードと、前記プラズマ流出口と前記力ソードとの間に位置可能に設けられ、前記力ソードで発生したプラズマを受けることが可能な補助アノードと、前記容器の内部を排気及び封止するための排気バルブと、を有し、前記力ソードの放電により発生するプラズマの前記プラズマ流出ロカゝらの流出を阻止及び許容するプラズマ流出阻止 z許容装置と、を備える。

[0007] これにより、グロ一放電時にスパッタリングされた金属のプラズマガンからの流出を防止することが可能となる。

[0008] 本発明に係るプラズマガンでは、前記プラズマ流出阻止 Z許容装置は、前記ブラズマ流出口を開閉自在な開閉部材と、前記開閉部材を開閉駆動する駆動装置とを有し、前記補助アノードは、環状に形成されていてもよい。

[0009] 本発明に係るプラズマガンでは、前記補助アノードは、前記力ソードと前記開閉部材の間に設けられて、てもよ、。

[ooio] 本発明に係るプラズマガンでは、前記プラズマ流出阻止 Z許容装置は、前記ブラズマ流出口を開閉自在な開閉部材と、前記開閉部材を開閉駆動する駆動装置と、を有し、前記補助アノードが、前記開閉部材が前記プラズマ流出口を閉鎖したとき前記力ソードと対向するように、前記開閉部材に設けられて、てもよ、。

[0011] 本発明に係るプラズマガンでは、前記開閉部材が、前記プラズマ流出口の開口面に平行に移動して該プラズマ流出口を開閉自在なように構成され、前記駆動装置は、前記プラズマ流出口を開閉するよう前記開閉部材を移動させるように構成されていてもよい。 [0012] また、本発明に係るプラズマガン成膜装置は、プラズマ流出口を有する容器と、前記容器の内部に配設され放電によりプラズマを発生する力ソードと、前記容器の内部を排気及び封止するための排気バルブと、を有するプラズマガンと、内部を減圧可能なプラズマ流入口を有する成膜室と、前記プラズマ流入口と前記力ソードとの間に位置可能に設けられ、前記力ソードで発生したプラズマを受けることが可能な補助ァノードと、前記力ソードの放電により発生するプラズマの前記プラズマ流入口からの流入を阻止及び許容するプラズマ流出阻止 Z許容装置と前記成膜窒の内部に配設された主アノードと、を備え、前記プラズマガンは、前記容器の内部が前記プラズマ流出口及び前記プラズマ流入口を通じて前記成膜室の内部と連通するように配設され、前記主アノードは、前記補助アノードが前記力ソードで発生したプラズマを受けず、かつ、前記プラズマ流出阻止 Z許容装置が前記プラズマ流入口から前記プラズマの流入を許容する状態にぉヽて、前記力ソードで発生したプラズマを受けることが可能なように配設されている。

[0013] これにより、グロ一放電時にスパッタリングされた金属力成膜室に混入することを防止できる。また、成膜室への汚染がないため、基材を均一に成膜することが可能となる。

[0014] また、本発明に係るプラズマガン成膜装置では、前記成膜室の内部に基材ホルダと、成膜材料を収容しかつ蒸発させるハースと、が配設され、前記ハースが前記主ァノードを構成しており、前記ハースが受ける前記プラズマにより該ハースに収容された成膜材料が蒸発されて、基材ホルダに保持された基材上に成膜されるように構成されていてもよい。

さらに、本発明に係るプラズマガン成膜装置は、前記容器と前記成膜室との間に配設されたシートプラズマ変形室と、シートプラズマ変形機構と、を備え、前記シートプラズマ変形室は、前記成膜室の内部と前記プラズマ流入口を通じて連通し、かつ、前記容器の内部と前記プラズマ流出口を通じて連通するよう配設され、前記プラズマガンは前記容器内に円柱状のプラズマが形成されて前記プラズマ流出ロカゝら流出するよう構成され、前記流出した前記円柱状プラズマが前記シートプラズマ変形室において前記シートプラズマ変形機構によりシートプラズマに変形され、前記成膜室にぉヽて、前記シートプラズマ変形室力流入し前記主アノードに向力う前記シートプラズマを利用して成膜が行われるように構成されて、てもよ、。

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。

発明の効果

[0015] 本発明のプラズマガン及びプラズマガン成膜装置によれば、グロ一放電時にスパッタリングされた金属が、プラズマガン力も流出することを防止することができ、また、基材等を汚染しないため、基材を均一に成膜することができる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。

[図 2]図 2は、図 1に示したプラズマガン成膜装置のプラズマ流出阻止 Z許容装置の開閉部材を開けた状態を示す模式図である。

[図 3]図 3は、実施の形態 1の変形例 1に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。

[図 4]図 4は、図 3に示したプラズマガン成膜装置のプラズマ流出阻止 Z許容装置の開閉部材を開けた状態を示す模式図である。

[図 5]図 5は、本発明の実施の形態²に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。

[図 6]図 6は、図 5に示したプラズマガン成膜装置のプラズマ流出阻止 Z許容装置の開閉部材を開けた状態を示す模式図である。

[図 7]図 7は、実施の形態 2の変形例 2に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。

[図 8]図 8は、図 7に示したプラズマガン成膜装置のプラズマ流出阻止 Z許容装置の開閉部材を開けた状態を示す模式図である。

符号の説明

[0017] 1 プラズマガン

2 成膜室 a 成膜室

シートプラズマ変形室1 筒体

2 放電空間

3 蓋部材

4 補助陰極

5 保護部材

6 窓部材

7 主陰極

8 力ソード

9 蓋部材

0 主電源

1 抵抗体

2 グリット電極

3 ダリット電極

抵抗体

5 抵抗体

6 排気バノレブ7 真空ポンプ接続口8 基材ホルダ

8a ホノレダ咅

8b 支持部

9 電磁コイル

プラズマ流出阻止 ,1 開閉部材

2 補助アノード

切り替えスィッチチャンバ a 天井壁

貫通孔 (プラズマ流入口）筒体

a 蓋部材

b 蓋部材

基材ホルダ

a ホノレダ咅

b 回転軸

基材

ハース (主アノード）永久磁石

支持体

成膜材料

排気バルブ

真空ポンプ接続口成膜空間

蒸発源

バイアス電源

筒体

輸送空間

a 蓋部材

b 蓋部材

永久磁石

成形電磁コイル

ボトルネック部

スリット孔

スリット孔 (プラズマ流入口）ボトルネック部 60 ターゲット

61 ターゲットホルダ

61a ホノレダ咅

61b 支持部

62 バイアス電源

63 電磁コイル

64 電磁コイル

65a 蓋部材

65b 蓋部材

66 スジッ卜孑し

67 スリット孔

68 貫通孔

70 プラズマ流出口

71 駆動装置

72 容器

73a 取り付け部材

73b 取り付け部材

74 アノード部材

75 冷却管

100 プラズマガン成膜装置

101 プラズマガン成膜装置

200 プラズマガン成膜装置

201 プラズマガン成膜装置

CP 円柱プラズマ

SP シートプラズマ

発明を実施するための最良の形態

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に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。図 2は、図 1に示したプラズマガン成膜装置のプラズマ流出阻止 Z許容装置の開閉部材が開放した状態を示す模式図である。

[0019] まず、本実施の形態 1に係るプラズマガン成膜装置の構成について、図 1及び図 2 を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、プラズマガン成膜装置の構造における方向を、便宜上、図 1及び図 2に示す、三次元直交座標系の X軸、 Y軸及び Z軸の方向で表わす。

[0020] 図 1に示すように、本実施の形態 1に係るプラズマガン成膜装置 100は、プラズマを高密度に生成するデュアルタイプのプラズマガン 1と、プラズマガン 1で発生したブラズマを利用して基材を成膜する成膜室 2と、を備えている。プラズマガン 1と成膜室 2 は、互いに気密状態を保って連通されている。

[0021] プラズマガン 1は、円筒状の筒体 11を有している。筒体 11の内部空間により、放電空間 12が構成される。筒体 11の一方の端部には、放電空間 12を塞ぐように板状の蓋部材 13が配設されている。また、筒体 11の他方の端部には、円環状の蓋部材 19 が配設されており、蓋部材 19の内部空間が、プラズマ流出口 70を構成している。そして、筒体 11と、蓋部材 13、 19から容器 72が構成される。

[0022] 蓋部材 13には、蓋部材 13の中心部を気密的に貫通して、筒体 11の中心軸 (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 14が配設されている。補助陰極 14の基端 (筒体 11の外に位置する端）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 14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 14の先端近傍の外周面には、 6ホウ化ランタン (LaB )で構成された円環状の主陰極 17が設けられている。補助陰極 14と

6

主陰極 17によって、力ソード 18が構成されている。力ソード 18は、直流電源からなる主電源 20の負極と抵抗体 21を介して電気的に接続されている。

[0023] 筒体 11の内部空間には、補助陰極 14と同軸状に筒体 11の中心軸 (Z軸）に沿って延びるように、補助陰極 14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 15が、蓋部材 13に気密的に配設されている。保護部材 15の先端には、タングステンで構成された円環状の窓部材 16が設けられている。この保護部材 15と窓部材 16により、力ソード 18が保護される。

[0024] また、プラズマガン 1は、一対の円環状のグリット電極 22、 23を有している。一対のグリット電極 22、 23は、筒体 11を気密的に貫通するように設けられており、力ソード 1 8との間で、主電源 20と適宜の抵抗体 24、 25と電気的に接続され、所定のプラス電圧を印加される。これにより力ソード 18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。

[0025] 筒体 11の他方の端部側の周壁には、排気バルブ 26により筒体 11の内部を排気及び封止することが可能な真空ポンプ接続口 27が設けられて、る。真空ポンプ接続口 27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。真空ポンプにより真空引きされると、放電空間 12はプラズマを発生可能なレベルにまで速やかに減圧される。このとき、放電空間 12には、グリット電極 22、 23によって空気の流れが妨げられるので、力ソード 18側の圧力が高くなるような圧力勾配が生じる。

[0026] 筒体 11の径方向の外側には、磁力の強さをコントロールできる環状の電磁コイル 2 9が、筒体 11周壁を取り囲むように、筒体 11と同心に設けられている。この電磁コィル 29に電流を流し、グリッド電極 22、 23に所定のプラス電圧を印加することにより、プラズマガン 1の放電空間 12にはコイル磁界及びグリッド電極 22、 23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、成膜室 2へ引き出される。なお、筒体 11と、グリット電極 22、 23と、力ソード 18は、適宜な手段によって、互いに絶縁されている。

[0027] 蓋部材 19に設けられた内部空間（プラズマ流出口 70)の形状やその高さ (Y軸方向寸法)及び幅 (X軸方向寸法）は、円柱プラズマ CPを適切に通過するように設計されている。これ〖こより、円柱プラズマ CPを構成しない余分なアルゴンイオン (Ar+)と電子が、成膜室 2に導入されるのを防止することができ、円柱プラズマ CPの密度を高い状態に保つことができる。

[0028] また、蓋部材 19には、プラズマ流出口 70からプラズマの流出を阻止及び許容するプラズマ流出阻止 Z許容装置 30が気密的に設けられて、る。プラズマ流出阻止 Z 許容装置 30は、プラズマ流出口 70を開閉する開閉部材 31と、開閉部材 31をプラズマ流出口 70の開口面に平行に移動させる駆動装置 71と、を有する。開閉部材 31は、プラズマ流出口 70を閉鎖したときに、放電空間 12内の気密状態を保てるように構成されている。また、開閉部材 31の内面には、開閉部材 31がプラズマ流出口 70を閉鎖したときに力ソード 18と対向するように補助アノード 32が配設されており、補助ァノード 32は、主電源 20の正極と切り替えスィッチ 34を介して電気的に接続されている。

[0029] これにより、開閉部材 31が閉じた状態で切り替えスィッチ 34により補助アノード 32と力ソード 18が接続された状態（図 1参照)では、成膜室 2内が真空状態であるか否かに関わらず、プラズマガン 1の放電空間 12内を真空状態に保つことができ、力ソード 18と補助アノード 32との間でアーク放電が生じ、プラズマを発生させることができる。本実施の形態では、プラズマ流出阻止 Z許容装置 30は、ゲートバルブで構成され、開閉部材 31がその弁体で構成され、駆動装置 71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。図 1には、駆動装置 71を構成する弁体駆動装置のァクテユエータのみが示されて、る。

[0030] 成膜室 2は、チャンバ 35を有しており、チャンバ 35の内部空間により、成膜空間 46 が形成される。チャンバ 35の側壁のプラズマガン 1側の適所には、貫通孔 36が設けられている。該貫通孔 36が、プラズマ流入口 36を形成する。プラズマ流出阻止 Z許容装置 30は、成膜室 2に設けられた貫通孔 36と連通するように配設されている。ブラズマ流入口（貫通孔） 36は、円柱プラズマ CPが通過し、プラズマ流出阻止 Z許容装置 30の開閉部材 31を介してプラズマガン 1と成膜室 2とが気密状態を保って連通されれば、その形状等は特に限定されない。これにより、容器 72の内部が、プラズマ流出口 70を通じて成膜室 2の内部と連通する。

[0031] チャンバ 35内の上部には、基材ホルダ 38が配設されている。基材ホルダ 38は、基材 39を保持するものである。該基材ホルダ 38は、ホルダ部 38aと回転軸 38bを有している。回転軸 38bは、チャンバ 35の天井壁 35aを気密的に、かつ、回動自在に貫通し、図示されない回転駆動機構と接続されており、それにより回転される。また、基材ホルダ 38は、バイアス電源 48と電気的に接続されている。バイアス電源 48は、ホルダ部 38aに円柱プラズマ CPに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、基材ホルダ 38の回転軸 38bと天井壁 35a (チャンバ 35)とは、絶縁されて接続されている。

[0032] また、天井壁 35aの適所には、排気ノレブ 44により開閉可能な真空ポンプ接続口 45が設けられている。真空ポンプ接続口 45〖こは、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 46は成膜可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。

[0033] 一方、チャンバ 35内の下部には、ハース 40、永久磁石 41及び支持体 42から構成される蒸発源 47が設けられている。ハース 40の内部には、成膜材料 43が充填されている。また、ハース 40は、永久磁石 41が内部に設けられた支持体 42に支持されており、切り替えスィッチ 34を介して主電源 20と電気的に接続されている。これにより、成膜室 2に流入した円柱プラズマ CPは、永久磁石 41が形成する磁場の磁力線に沿つて Z軸方向力 Y軸方向に曲がり、ハース 40が主アノードとしてプラズマを受けることができる。なお、プラズマガン成膜装置 100は、装置全体の動作を制御する制御装置（図示せず)を備えている。

[0034] 次に、本実施の形態 1に係るプラズマガン成膜装置 100の動作について説明する。この動作は、図示されない制御装置の制御によって実現される。

[0035] まず、プラズマ流出阻止 Z許容装置 30の駆動装置 71が作動して、プラズマ流出口 70を開閉部材 31が閉鎖する。そして、図示されない真空ポンプの真空引きにより、プラズマガン 1と成膜室 2内のそれぞれが真空状態になる。このとき、グリット電極 22、 23によって、プラズマガン 1 (正確には、放電空間 12)内は、力ソード 18側の圧力が高くなるような圧力勾配が生じる。そして、プラズマガン 1に設けられた補助陰極 14の先端から、 Arガスが放電空間 12内に供給され、補助陰極 14でグロ一放電が行われる。このグロ一放電によって、保護部材 15を形成するタングステン等がスパッタされる 1S 開閉部材 31によって、スパッタされた金属が成膜室 2に混入されるのが防止される。 [0036] 次に、グロ一放電力補助陰極 14でのホロ力ソード放電に移行する。このホロカソード放電により、補助陰極 14の先端部分の温度が上昇すると、この熱で主陰極 17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、力ソード 25からブ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、ダリット電極 22、 23による電界と電磁コイル 29による磁界により、力ソード 18から補助ァノード 32側に引き出され、円柱状に成形される。このとき、補助アノード 32が発生したプラズマを受ける。

[0037] 次に、駆動機構 71が作動して、開閉部材 31がプラズマ流出口 70の開口面に平行に移動して、プラズマ流出口 70からプラズマの流出を許容する状態になり、プラズマガン 1と成膜室 2とが連通される。それと同時に切り替えスィッチ 34は、主アノードであるハース 40に電流が流れるように切り替えられ、補助アノード 32が力ソード 18で発生したプラズマを受けず、主アノードであるハース 40がプラズマを受ける状態となる（図 2参照）。また、基材 39には、基材ホルダ 38を介して、プラズマに対して負のバイァス電圧が印加される。なお、プラズマを受けている状態における主アノードであるハース 40、又は、補助アノード 32と力ソード 18との間にはアーク放電が生じている。

[0038] これにより、成形された円柱プラズマ CPは、プラズマ流出口 70から流出して成膜室 2 (正確には、成膜空間 46)に導かれる。成膜室 2に導かれた円柱プラズマ CPは、永久磁石 41が形成する磁場の磁力線に沿って Z軸方向から Y軸方向に曲がり、ハース 40が円柱プラズマ CPを受ける。このハース 40に照射されるプラズマにより、ハース 4 0に充填されている成膜材料が蒸発する。蒸発した成膜材料は、成膜空間 46中に存在するプラズマ中を通過し、このとき陽イオンにイオンィ匕される。この陽イオンは、負にバイアスされた基材 39上に堆積し、電子を受け取り、基材 39上に成膜される。

[0039] このような構成とすることにより、グロ一放電時にスノッタリングされた陰極を形成する金属が、成膜室に混入することを防止することができる。また、基材ゃ成膜材料に不純物が付着することが防止されるので、基材上に均一に成膜することができる。次に、本実施の形態 1に係るプラズマガン成膜装置の変形例について説明する。

[変形例 1]

図 3は、変形例 1に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。また、図 4は、図 3に示したプラズマガン成膜装置 101のプラズマ流出阻止 Z許容装置 70 の開閉部材 31が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。

[0040] 図 3に示すように、本変形例では、図 1に示した補助アノード 32が、筒体 11の途中に設けられており、力ソード 17で発生したプラズマを補助アノード 32で受ける場合には、電磁コイル 29に電流を流さな、ように構成されて！、る。

[0041] 具体的には、補助アノード 32は、筒体 11と同軸上に設けられた金属製 (例えば、銅 )で円筒状のアノード部材 74を有している。アノード部材 74は、筒体 11のグリッド電極 23とプラズマ流出阻止 Z許容装置 30との間の適所に円筒状の取り付け部材 73a 及び 73bを介して気密的に設けられている。また、アノード部材 74は、主電源 20の正極と切り替えスィッチ 34を介して電気的に接続されている。なお、アノード部材 74 は、取り付け部材 73a及び 73bにより、筒体 11と絶縁されている。

[0042] また、アノード部材 74の外周には、金属製 (例えば、銅）の冷却管 75が、アノード部材 74の周方向に卷回されている。そして、冷却管 75には、冷却媒体 (ここでは、水）を循環させる冷却媒体供給装置（図示せず)が接続されており、アノード部材 74が冷却されるように構成されて、る。

[0043] 次に、本変形例に係るプラズマガン成膜装置 101の動作について説明する。

上述したように、補助陰極 14でグロ一放電が行われ、ついで、主陰極 17でアーク放電が行われ、力ソード 17でプラズマが発生する。発生したプラズマは、グリッド電極 2 2、 23の電界により、円柱状に成形され、グリッド電極 22、 23の内部空間を通過して、補助アノード 32側に引き出される。そして、グリッド電極 23を通過した円柱プラズマ CPは、電磁コイル 29に電流が流されていないため、筒体 11の内壁に向かって広がり、この広がったプラズマを補助アノード 32が受ける。

次に、駆動機構 71が作動して、開閉部材 31がプラズマ流出口 70の開口面に平行に移動して、プラズマ流出口 70からプラズマの流出を許容する状態になり、プラズマガン 1と成膜室 2とが連通される。それと同時に切り替えスィッチ 34は、主アノードであるハース 40に電流が流れるように切り替えられ、補助アノード 32が力ソード 18で発生したプラズマを受けず、主アノードであるハース 40がプラズマを受ける状態となる。また、同時に電磁コイル 29に電流を流して放電空間 12に磁界を作用させ、筒体 11 の内壁に向かって広がっているプラズマを、円柱状に形成する。そして、この円柱プラズマ CPが、プラズマ流出口 70から流出して成膜室 2 (正確には、成膜空間 46)に導かれる。成膜室 2に導かれた円柱プラズマ CPは、永久磁石 41が形成する磁場の磁力線に沿って Z軸方向から Y軸方向に曲がり、ハース 40が円柱プラズマ CPを受ける。

このように、本変形例 1に係るプラズマガン成膜装置では、電磁コイル 29に電流を流さないようにすることにより、円柱プラズマ CPが筒体 11の内壁に向力つて広がり、補助アノード 32でこの広がったプラズマを受けることができる。

(実施の形態 2)

図 5は、本発明の実施の形態²に係るプラズマガン成膜装置 200の構成を示す模式図である。図 6は、図 5のプラズマガン成膜装置 200のプラズマ流出阻止 Z許容装置の開閉部材が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。また、本実施の形態では、プラズマガン成膜装置 200の構造における方向を、便宜上、図 5及び図 6 に示す、三次元直交座標系の X軸、 Y軸及び Z軸の方向で表わす。

[0044] 図 5に示すように、本実施の形態 2に係るプラズマガン成膜装置 200は、 YZ平面において略十字形をなしており、 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 3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 2aと、を備えて構成されている。なお、プラズマガン 1、シートプラズマ変形室 3 及び成膜室 2aは、互いに気密状態を保って連通されて!/ヽる。

[0045] シートプラズマ変形室 3は、円筒状の筒体 50を有している。筒体 50の内部空間により、輸送空間 51が形成される。筒体 50の一方 (プラズマガン 1側）の端部は、蓋部材 52aにより閉鎖されており、他方の端部は、蓋部材 52bにより閉鎖されている。蓋部材 52aの中心部には、貫通孔 68が設けられ、この貫通孔 68と蓋部材 19に設けられた内部空間（プラズマ流出口 70)が連通するように、蓋部材 19が配設されている。また、蓋部材 52bの中心部には、スリット孔 56が X軸方向に延びるように形成されている。筒体 50は、適宜な手段により、気密的に、かつ、電気的に絶縁されるように、筒体 11と同軸状（中心軸を共有するように）に接続されている。筒体 50は、永久磁石 5 3等の磁力を円柱プラズマに作用させやすい観点から、ガラスや SUS等の非磁性の材料で構成されている。

[0046] 筒体 50の外側には、筒体 50 (正確には、輸送空間 51)を挟み、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 53が設けられている。

[0047] また、永久磁石 53の力ソード 18に近い側には、環状の成形電磁コイル 54 (空心コィル） 1S 筒体 50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 54には、力ソード 18側を S極、主アノード 40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 53と成形電磁コイル 54からシートプラズマ変形機構が構成される。

[0048] そして、成形電磁コイル 54に電流を流すことにより、シートプラズマ変形室 3の輸送空間 51に形成されるコイル磁界と、永久磁石 53によりこの輸送空間 51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 3の輸送空間 51を円柱プラズマ CP力 ¾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。

[0049] このようにして変形されたシートプラズマ SPは、筒体 50の蓋部材 52bと成膜室 2aの側壁との間に介在するスリット状のボトルネック部 55を介して成膜室 2aへ流入する。

[0050] 成膜室 2aは、円筒状の筒体 37と、ボトルネック部 58を介して筒体 37と連通する Z 軸方向に中心軸を有する円筒状の筒体 59と、を有している。筒体 37の内部空間により、成膜空間 46が形成される。筒体 37の一方の端部は、蓋部 37aにより閉鎖されており、他方の端部は、蓋部 37bにより閉鎖されている。

[0051] 筒体 37の筒体 50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 57が設けられており、該スリット孔 57が、プラズマ流入口 57を形成する。このスリット孔 57 には、筒体 37と筒体 50の内部空間が連続するように、断面が四角形で筒状のボトルネック部 55が気密的に設けられている。ボトルネック部 55は、蓋部材 52bに設けられたスリット孔 56と気密的に接続されている。なお、ボトルネック部 55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 56、 57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ぐ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 2a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。

[0052] 筒体 37の内部には、シートプラズマ SPを挟んで対抗するように成膜材料としてターゲット 60と基材ホルダ 28が配設されている。ターゲット 60は、ターゲットホルダ 61に保持されており、該ターゲットホルダ 61は、ホルダ部 6 laと支持部 6 lbを有している。支持部 61bは、蓋部材 37bを気密的に、かつ、摺動自在に貫通し、図示されない駆動機構と接続されており、 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 61には、バイアス電源 62と電気的に接続されている。バイアス電源 62は、ホルダ部 61a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 61の支持部 61bと蓋部材 37bとは、絶縁されている。

一方、基材ホルダ 28は、基材 39を保持するものである。該基材ホルダ 28は、ホルダ部 28aと支持部 28bを有している。支持部 28bは、蓋部 37aを気密的に、かつ、摺動自在に貫通し、図示されない駆動機構と接続されており、 Y軸方向に移動可能に構成されている。また、基材ホルダ 28は、バイアス電源 48と電気的に接続されている。バイアス電源 48は、ホルダ部 28a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、基材ホルダ 28の支持部 28bと蓋部 37aとは、絶縁されて接続されている。また、ここでは、ターゲットホルダ 61と接続するバイアス電源 62と基材ホルダ 28 と接続するバイアス電源 48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、主電源 20にターゲットホルダ 61と基材ホルダ 28がそれぞれ接続されるような構成としてもよい。但し、上述のようにターゲットホルダ 61と基材ホルダ 28とに、別々にバイアス電源を設けることにより、ターゲット 60と基材 39の間の距離を自由に設定することができ、かつ、負のバイアス電圧をターゲット 60と基材 39の両方に印加することができる、その結果、スパッタ効率が向上する。

[0053] また、蓋部材 37aの適所には、排気ノレブ 44により開閉可能な真空ポンプ接続口 45が設けられている。真空ポンプ接続口 45〖こは、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 46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。

[0054] 筒体 37の外部には、磁力の強さをコントロールできる電磁コイル 63、 64力互いに対を成して筒体 11、 50の中心軸を貫通せしめるように設けられている。電磁コイル 6 3、 64は、異極同士（ここでは、電磁コイル 63は N極、電磁コイル 64は S極）を向かい合わせて設けられている。

[0055] この電磁コイル 63、 64に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば 10G〜3 OOG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 51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。

[0056] また、成膜室 2aは、ボトルネック部 58を介して筒体 37と連通する Z軸方向に中心軸を有する筒体 59を有している。筒体 59の一方の (筒体 37側)端部は、蓋部材 65aにより閉鎖されており、他方の端部は、蓋部材 65bにより閉鎖されている。蓋部材 65aの中心部には、 X軸方向に延びるスリット孔 67が形成されている。このスリット孔 67には、筒体 59と筒体 37の内部空間が連続するように、断面が四角形で筒状のボトルネック部 58が気密的に設けられている。ボトルネック部 58は、筒体 37の周面の中央部に X軸方向に延びるように形成されたスリット孔 66と気密的に接続されている。なお、ボトルネック部 58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 55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 66、 67の高さ及び幅は、上述したスリット孔 56、 57と同様に構成されている。

[0057] 蓋部材 65bの内面には、主アノード 40が設けられており、主アノード 40は、切り替えスィッチ 34を介して主電源 20の正極と電気的に接続されている。主アノード 40は、力ソード 18との間で適宜の正の電圧（例えば 100V)を印加され、これにより、カソード 18で主アノード 40の間のアーク放電によるシートプラズマ SP中の荷電粒子（特に電子)を回収することができる。

[0058] 主アノード 40の裏面（力ソード 18に対する対向面の反対側の面）には、主アノード 4 0側を S極、大気側を N極とした永久磁石 41が配置されている。これにより、永久磁石 41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、主アノード 40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の荷電粒子力主アノード 40に適切に回収される。

[0059] なお、本発明の効果が得られるという観点から、プラズマ流出阻止 Z許容装置 30をシートプラズマ変形室 3 (正確には、ボトルネック部 55)に設けてもよい。また、筒体 11 、筒体 50及び筒体 59の XY平面に平行な断面は、ここでは円形であるが、これに限定されるものではなぐ多角形等であってもよい。また、筒体 37の XZ平面に平行な断面は、ここでは円形であるが、これに限定されるものではなぐ多角形等であってもよい。

[0060] 次に、本実施の形態 2に係るプラズマガン成膜装置 200の動作について説明する

[0061] まず、実施の形態 1に係るプラズマガン成膜装置 100の動作と同様に、円柱プラズマ CPが形成される。形成された円柱プラズマ CPは、電磁コイル 29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 3に導かれる。

シートプラズマ変形室 3に導かれた円柱プラズマ CPは、一対の永久磁石 53と成形電磁コイル 54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、スリット孔 56、ボトルネック部 55及びスリット孔 57を通過して成膜室 2aに導かれる。

[0062] 成膜室 2aに導入されたシートプラズマ SPは、電磁コイル 63、 64による磁場によつて、幅方向の形状が整えられ、ターゲット 60と基材 39の間の空間にまで導かれる。タ一ゲット 60には、ターゲットホルダ 61を介して、シートプラズマ SPに対して負のバイァス電圧が印加される。また、基材 39にも、基材ホルダ 28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 60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 60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ィ匕される。この陽イオンは、負にノィァスされた基材 39上に堆積し、電子を受け取り、基材 39を成膜する。そして、シートプラズマ SPは、永久磁石 41の磁力線により幅方向に収束され、主ァノード 40力シートプラズマ SPを受ける。

[0063] このように構成することにより、グロ一放電時にスパッタリングされた陰極を形成する金属が、成膜室に混入することを防止することができる。また、基材ゃ成膜材料に不純物が付着することが防止されるので、基材を均一に成膜することができる。

[0064] 次に、本実施の形態 2に係るプラズマガン成膜装置の変形例について説明する。

[変形例 2]

図 7は、変形例 2に係るプラズマガン成膜装置の構成を示す模式図である。また、図 8は、図 7に示したプラズマガン成膜装置 201のプラズマ流出阻止 Z許容装置 70 の開閉部材 31が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 5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。

[0065] 図 7に示すように、本変形例では、図 5に示した補助アノード 32が、筒体 11の途中に設けられており、力ソード 17で発生したプラズマを補助アノード 32で受ける場合には、電磁コイル 29、 63、 64及び成形電磁コイル 54のそれぞれに電流を流さないように構成されている。

具体的には、補助アノード 32は、筒体 11と同軸上に設けられた金属製 (例えば、銅 )で円筒状のアノード部材 74を有している。アノード部材 74は、筒体 11のグリッド電極 23とプラズマ流出阻止 Z許容装置 30との間の適所に円筒状の取り付け部材 73a 及び 73bを介して気密的に設けられている。また、アノード部材 74は、主電源 20の正極と切り替えスィッチ 34を介して電気的に接続されている。なお、アノード部材 74 は、取り付け部材 73a及び 73bにより、筒体 11と絶縁されている。

[0066] また、アノード部材 74の外周には、金属製 (例えば、銅）の冷却管 75が、アノード部材 74の周方向に卷回されている。そして、冷却管 75には、冷却媒体 (ここでは、水）を循環させる冷却媒体供給装置（図示せず)が接続されており、アノード部材 74が冷却されるように構成されて、る。

[0067] 次に、本変形例に係るプラズマガン成膜装置 201の動作について説明する。

上述したように、補助陰極 14でグロ一放電が行われ、ついで、主陰極 17でアーク放電が行われ、力ソード 17でプラズマが発生する。発生したプラズマは、グリッド電極 2 2、 23の電界により、円柱状に成形され、グリッド電極 22、 23の内部空間を通過して、補助アノード 32側に引き出される。そして、グリッド電極 23を通過した円柱プラズマ CPは、電磁コイル 29、 63、 64及び成形電磁コイル 54のそれぞれに電流が流されていないため、筒体 11の内壁に向力つて広がり、この広がったプラズマを補助アノード 32が受ける。なお、力ソード 17で発生したプラズマを円柱状に成形させない観点から、電磁コイル 29のみに電流を流さずにしてもよい。

次に、駆動機構 71が作動して、開閉部材 31がプラズマ流出口 70の開口面に平行に移動して、プラズマ流出口 70からプラズマの流出を許容する状態になり、プラズマガン 1とシートプラズマ変形室 3とが連通される。それと同時に切り替えスィッチ 34は、主アノード 40に電流が流れるように切り替えられ、補助アノード 32が力ソード 18で発生したプラズマを受けず、主アノード 40がプラズマを受ける状態となる（図 8参照)。また、同時に電磁コイル 29、 63、 64及び成形電磁コイル 54のそれぞれに電流を流して放電空間 12等に磁界を作用させ、筒体 11の内壁に向力つて広がっているプラズマを、円柱状に形成する。そして、この円柱プラズマ CP力プラズマ流出口 70から流出してシートプラズマ変形室 3 (正確には、輸送空間 51)に導かれる。シートプラズマ変形室 3に導かれた円柱プラズマ CPは、成形電磁コイルによるコイル磁界と永久磁石 53による磁石磁界との相互作用により、シートプラズマ SPに変形され、成膜室 2a に導かれる。そして、成膜室 2aに導かれたシートプラズマ SPは、電磁コイル 63、 64 によるコイル磁界によって形状が成形され、主アノード 40がシートプラズマ SPを受ける。

このように、本変形例 2に係るプラズマガン成膜装置では、電磁コイル 29、 63、 64 及び成形電磁コイル 54のそれぞれに電流を流さないようにすることにより、円柱ブラズマ CPが筒体 11の内壁に向かって広がり、補助アノード 32でこの広がったプラズマを受けることができる。

なお、本発明の実施の形態では、プラズマ成膜装置内を真空状態にして成膜を行つたが、成膜室に反応性のガスを導入し、このガスと成膜材料の反応物を用いて基材を成膜するような構成としてもょヽ。

また、プラズマ流出阻止 Z許容装置は、開閉部材が揺動してプラズマ流出口を開閉するものであってもよい。

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ぐその構造及び Z又は機能の詳細を実質的に変更できる。

産業上の利用可能性

本発明のプラズマガン及びプラズマガン成膜装置は、成膜室に不純物が混入するのを防止することができるので有用である。また、成膜室とプラズマガンとを別々に減圧することができるため、プラズマガンでプラズマを発生させた状態で成膜室内部を大気圧下で作業する、あるいは、成膜室内を真空状態に保った状態でプラズマガンの取替え作業等をすることができるプラズマガン及びプラズマガン成膜装置として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] プラズマ流出口を有する容器と、

前記容器の内部に配設され放電によりプラズマを発生する力ソードと、前記プラズマ流出口と前記力ソードとの間に位置可能に設けられ、前記力ソードで発生したプラズマを受けることが可能な補助アノードと、

前記容器の内部を排気及び封止するための排気バルブと、を有し、

前記力ソードの放電により発生するプラズマの前記プラズマ流出口からの流出を阻止及び許容するプラズマ流出阻止 Z許容装置と、を備える、プラズマガン。

[2] 前記プラズマ流出阻止 Z許容装置は、前記プラズマ流出口を開閉自在な開閉部材と、前記開閉部材を開閉駆動する駆動装置と、を有し、

前記補助アノードは、環状に形成されている、請求項 1に記載のプラズマガン。

[3] 前記補助アノードは、前記力ソードと前記開閉部材の間に設けられている、請求項 2 に記載のプラズマガン。

[4] 前記プラズマ流出阻止 Z許容装置は、前記プラズマ流出口を開閉自在な開閉部材と、前記開閉部材を開閉駆動する駆動装置と、を有し、

前記補助アノードが、前記開閉部材が前記プラズマ流出口を閉鎖したとき前記カソードと対向するように、前記開閉部材に設けられている、請求項 1に記載のプラズマガン。

[5] 前記開閉部材は、前記プラズマ流出口の開口面に平行に移動して該プラズマ流出口を開閉自在なように構成され、前記駆動装置は、前記プラズマ流出口を開閉するよう前記開閉部材を移動させる、請求項 2〜4のいずれかに記載のプラズマガン。

[6] プラズマ流出口を有する容器と、前記容器の内部に配設され放電によりプラズマを発生する力ソードと、前記容器の内部を排気及び封止するための排気バルブと、を有するプラズマガンと、

プラズマ流入口を有する内部を減圧可能な成膜室と、

前記プラズマ流入口と前記力ソードとの間に位置可能に設けられ、前記力ソードで発生したプラズマを受けることが可能な補助アノードと、

前記力ソードの放電により発生するプラズマの前記プラズマ流入口からの流入を阻止及び許容するプラズマ流出阻止 z許容装置と

前記成膜窒の内部に配設された主アノードと、を備え、

前記プラズマガンは、前記容器の内部が前記プラズマ流出口及び前記プラズマ流入口を通じて前記成膜室の内部と連通するように配設され、

前記主アノードは、前記補助アノードが前記力ソードで発生したプラズマを受けず、かつ、前記プラズマ流出阻止 Z許容装置が前記プラズマ流入口から前記プラズマの流入を許容する状態にぉヽて、前記力ソードで発生したプラズマを受けることが可能なように配設されている、プラズマガン成膜装置。

[7] 前記成膜室の内部に基材ホルダと、成膜材料を収容し、かつ、蒸発させるハースと

、が配設され、前記ハースが前記主アノードを構成しており、前記ハースが受ける前記プラズマにより該ハースに収容された成膜材料が蒸発されて、基材ホルダに保持された基材上に成膜される、請求項 6に記載のプラズマガン成膜装置。

[8] 前記容器と前記成膜室との間に配設されたシートプラズマ変形室と、

シートプラズマ変形機構と、を備え、

前記シートプラズマ変形室は、前記成膜室の内部と前記プラズマ流入口を通じて連通し、かつ、前記容器の内部と前記プラズマ流出口を通じて連通するよう配設され、前記プラズマガンは前記容器内に円柱状のプラズマが形成されて前記プラズマ流出口から流出するよう構成され、

前記流出した前記円柱状プラズマが前記シートプラズマ変形室において前記シートプラズマ変形機構によりシートプラズマに変形され、

前記成膜室において、前記シートプラズマ変形室力流入し前記主アノードに向かう前記シートプラズマを利用して成膜が行われる、請求項 6に記載のプラズマガン成膜装置。