シートプラズマ成膜装置、及びシートプラズマ調整方法
【課題】
永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るシートプラズマ成膜装置１は、円柱状のプラズマＰを出射するプラズマガン２と、円柱状のプラズマＰを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石７Ａ、７Ｂで構成され、円柱状のプラズマＰをシート状に変形させる永久磁石対７と、少なくとも一方の永久磁石７Ａ、７ＢのプラズマPに対向する面に配置され、かつ、一対の永久磁石７Ａ、７Ｂの対向方向（Ｙ方向）からみて円柱状のプラズマＰの中心軸Ｔに対し非対称に配置された磁性部材８と、シート状のプラズマＰを利用して成膜が行われる成膜室９と、を備えている。
永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るシートプラズマ成膜装置１は、円柱状のプラズマＰを出射するプラズマガン２と、円柱状のプラズマＰを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石７Ａ、７Ｂで構成され、円柱状のプラズマＰをシート状に変形させる永久磁石対７と、少なくとも一方の永久磁石７Ａ、７ＢのプラズマPに対向する面に配置され、かつ、一対の永久磁石７Ａ、７Ｂの対向方向（Ｙ方向）からみて円柱状のプラズマＰの中心軸Ｔに対し非対称に配置された磁性部材８と、シート状のプラズマＰを利用して成膜が行われる成膜室９と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状のプラズマを利用して成膜を行うシートプラズマ成膜装置に関し、また、シート状のプラズマの傾きを調整するシートプラズマ調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマをプラズマガンによって生成すると、その形状は通常円柱状となる。そして、この円柱状のプラズマを、同じ磁極を向い合わせた永久磁石対で挟むと、永久磁石対の間で生じる反発磁界により、プラズマがシート状に変形することが知られている。シートプラズマ成膜装置は、このシート状に形成されたプラズマ（以下、「シートプラズマ」という）を利用して、成膜を行う装置である。なお、このシートプラズマ成膜装置で行う成膜法は、真空成膜法の一種である。
【０００３】
シートプラズマ成膜装置では、プラズマをシートプラズマ形成室でシート状に形成し、このシートプラズマを成膜室に輸送する。成膜室にはターゲットと基板が対向するように配置されており、シートプラズマはこれらの間を進行する。このとき、シートプラズマ内の荷電粒子が、ターゲットに印加されたバイアス電圧によって引き付けられてターゲットをスパッタし（叩き出し）、叩き出されたスパッタ粒子は、シートプラズマを通過する際にイオン化されて基板にかけられたバイアス電圧によって引き付けられて基板に堆積する。これによって基板の表面に膜が形成されるのである。
【０００４】
この原理からわかるように、プラズマをシート状に形成する理由の１つは、プラズマの厚みを一定にして、ターゲットを偏りなくスパッタし、基板を均一に成膜することにある。ただし、基板を均一に成膜するには、単にプラズマを均一の厚さにするだけでは足りず、シートプラズマとターゲットを平行にする必要がある。ところが、プラズマは永久磁石対によってシート状に形成される際に、フレミングの法則によってプラズマ中の電子がローレンツ力を受け、プラズマガン側（カソード側）から見たとき、プラズマの輸送軸を中心として反時計回りに傾いてしまう。そのため、基板を均一に成膜するには、このプラズマの傾きに対して何らかの策を講じる必要がある。
【０００５】
これに対し、特許文献１では、永久磁石対を構成する２つの磁石を、輸送方向に直角な方向において互いに平行のまま逆方向にずらして配置したプラズマ処理装置（本願発明のシートプラズマ成膜装置に相当）が提案されている。かかる構成によれば、永久磁石対の間に生じる反発磁界を変形することができ、ひいてはシートプラズマの傾きを補正することができる。
【特許文献１】特許第３０９５６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に係るプラズマ処理装置では、対向する永久磁石を逆方向にずらす必要があることから、有効な反発磁界の幅が狭くなってしまい（オーバーラップの幅が狭くなってしまい）、条件によってはプラズマをシート状に形成できなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置、及び、シートプラズマ調整方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るシートプラズマ成膜装置は、円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に配置され、かつ、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に配置された磁性部材と、前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備える。かかる構成によれば、永久磁石対の間に生じる反発磁界を変形させることができることから、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整することができる。
【０００９】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記各々のＮ極の磁極面が、平面状でかつ互いに平行に形成されるようにしてもよい。かかる構成であれば、シートプラズマの傾きをある程度予測して調整することができる。
【００１０】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側に偏って配置されているようにしてもよい。かかる構成によれば、シートプラズマに生じる反時計回り方向の傾きを補正することができる。
【００１１】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側の端部に配置されているようにしてもよい。かかる構成によれば、より効果的にシートプラズマの傾きを調整することができる。
【００１２】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、直方体の形状を有するようにしてもよい。かかる構成によれば、磁性部材を容易に加工することができる。
【００１３】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、直方体の一辺を面取りした面取形状を有するとともに、前記面取りされた部分が前記永久磁石の中央側、かつ、プラズマ側となるような位置に配置されるようにしてもよい。かかる構成によれば、反発磁界を効率良く形成することができる。
【００１４】
さらに、上記課題を解決するため、本発明に係るシートプラズマ調整方法は、円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備えたシートプラズマ成膜装置において、少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に磁性部材を配置することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整する。かかる構成によれば、永久磁石対の間に生じる反発磁界を変形させることができることから、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整することができる。
【００１５】
また、上記のシートプラズマ調整方法において、前記各々のＮ極の磁極面が、平面状でかつ互いに平行に形成されているようにしてもよい。かかる構成によれば、シートプラズマの傾きをある程度予測して調整することができる。
【００１６】
また、上記のシートプラズマ調整方法において、前記磁性部材の配置、前記磁性部材の大きさ、前記磁性部材の形状、及び、前記磁性部材の個数のうち少なくとも１つ変更することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整するようにしてもよい。かかる構成によれば、シートプラズマの傾きをより正確に調整することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、永久磁石による反発磁界を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置、及び、シートプラズマ調整方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について図を参照して説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１について説明する。図１は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の概略図である。以下では、プラズマＰの輸送方向である図１紙面における左右方向をＺ方向とし、このＺ方向に直交する図１紙面における上下方向をＹ方向とし、Ｚ方向に直交する図１紙面における貫通方向をＸ方向として説明を行う。
【００２０】
シートプラズマ成膜装置１は、図１に示すように、プラズマガン２と、シートプラズマ形成室３と、第１〜３電磁コイル４〜６と、永久磁石対７と、磁性部材８と、成膜室９と、終端部１０とを備えている。プラズマガン２（カソード１１）から出射されたプラズマＰは、シートプラズマ形成室３及び成膜室９を通過して、終端部１０（アノード１２）で収束する。また、プラズマガン２、シートプラズマ形成室３、及び成膜室９は、互いに気密を保った状態で連通している。なお、プラズマガン２、成膜室９、アノード１２、ターゲット１３、及び、基板１４は、それぞれセラミック、樹脂等を介して電気的に絶縁されている。
【００２１】
プラズマガン２は、プラズマＰを生成する構成部品である。プラズマガン２はカソード（陰極）１１を有しており、カソード１１はプラズマガン２の端部に設けられたフランジ（カソードマウント）１５によって支えられている。また、フランジ１５には、本実施形態の放電ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスをプラズマガン２の内部に導くガス導入構造（図示せず）が形成されている。プラズマガン２の内部には放電空間（図示せず）が形成されており、この放電空間内でカソード１１は熱電子を放出する。カソード１１から放出された熱電子はプラズマ放電を誘発し、誘発されたプラズマ放電によってアルゴンガスが電離される。これにより、放電空間には、荷電粒子（Ａｒ＋と電子）の集合体であるプラズマＰが生成される。なお、プラズマ放電を維持するため、直流電圧Ｖ１と抵抗Ｒｖ、Ｒ１、Ｒ２の組合せにより所定のプラス電圧が印加された一対のグリッド電極（中間電極）Ｇ１、Ｇ２が放電空間の適所に配置されている。
【００２２】
シートプラズマ形成室３は、プラズマガン２のプラズマ輸送方向側（終端部１０側）に配設されている。プラズマＰは、プラズマガン２から放出された段階では円柱状であるが、シートプラズマ成形室３の内部でシート状に形成される。シートプラズマ形成室３は、非磁性の材料（例えばステンレスやガラス）で形成された円筒状の外壁を有しており、内部にはプラズマＰが通過する輸送空間１６が形成されている。
【００２３】
第１電磁コイル４は、環状の空心コイルであって、シートプラズマ形成室３を囲むように配設されている。第１電磁コイル４に電流を通電すると、シートプラズマ形成室３にはプラズマガン２（カソード１１）側から終端部１０（アノード１２）側に向かう磁界が形成される構成となっている。プラズマＰを構成する荷電粒子は、磁力線に沿って（厳密には磁力線に巻き付きながら）進行するという特性を有しているため、第１電磁コイル４に電流を通電すると、プラズマＰはプラズマガン２（カソード１１）から終端部１０（アノード１２）に向かう方向に輸送される。すなわち、第１電磁コイル４は、プラズマＰを終端部１０（アノード１２）側へ輸送する推進源としての機能を有している。
【００２４】
同様に、第２電磁コイル５は成膜室９を囲むようにして成膜室９とシートプラズマ形成室３との境界付近に配置され、第３電磁コイル６は成膜室９を囲むようにして成膜室９と終端部１０との境界付近に配置されている。第２電磁コイル５及び第３電磁コイル６は、第１電磁コイル４と同様、いずれも環状の空心コイルであって、電流を通電したときにプラズマガン２（カソード１１）側から終端部１０（アノード１２）側に向かう磁界が形成される。つまり、第２電磁コイル５及び第３電磁コイル６は、成膜室９内のプラズマＰを終端部１０（アノード１２）側へ輸送する推進源としての機能を有している。
【００２５】
永久磁石対７は、Ｘ方向に伸延する２つの（一対の）棒磁石（永久磁石）７Ａ、７Ｂによって構成されている。永久磁石対７は、シートプラズマ形成室３の外側であって、第１電磁コイル４よりもプラズマＰの輸送方向側（終端部１０側）に配設されている。永久磁石対７を構成する２つの棒磁石７Ａ、７Ｂは、Ｙ方向においてＮ極の磁極面同士が対向し、かつ、シートプラズマ成膜室３を挟むように配置されている。また、この２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの互いに対向する面は、平面状で、かつ、互いに平行となっている。この２つの棒磁石７Ａ、７Ｂによって、シートプラズマ成膜室３の輸送空間１６に反発磁界が発生し、円柱状のプラズマＰがこの反発磁界を通過することでシート状に形成される。なお、棒磁石７Ａ、７Ｂの材料には、ネオジウム、フェライト、サマリウム、及びコバルト等が用いられる。
【００２６】
磁性部材８は、永久磁石対７を構成する２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置されている。本実施形態に係る磁性部材８は、直方体の形状を有しており、特に立方体の形状を有している。また、磁性部材８の材料には、鉄、ニッケル、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス等の磁性体又は強磁性体を用いるのが望ましい。これらの材料は、汎用磁性金属であるため、シートプラズマ成膜装置１の製造コストを抑えることができる。図２は、図１のII−II断面を示した概略断面図である。つまり、図２は、プラズマガン１１側から見たときの磁性部材８及び永久磁石対７を含む面の断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る磁性部材８は、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂのそれぞれに配置され、かつ、棒磁石７Ａ、７Ｂの表面のうちプラズマＰ（輸送空間１６）に対向する面に配設されている。さらに、棒磁石７Ａ、７Ｂの表面における磁性部材８は、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの対向方向（Ｙ方向）からみて、プラズマＰの輸送軸Ｔに対して非対称に配置されている。より具体的には、磁性部材８は、棒磁石７Ａ、７Ｂの表面のうち、プラズマＰの輸送軸Ｔを中心として、時計回り方向側の端部に配置されている。なお、プラズマＰの輸送軸Ｔとは、カソード１１の中心と後述のアノード１２の中心をつなぐ軸、つまり円柱状のプラズマの中心軸をいう。
【００２７】
図１に戻って、成膜室９は、シートプラズマ形成室３のプラズマ輸送方向側（終端部１０側）に配設されている。成膜室９の外壁部分は、非磁性の材料（例えばステンレス）で形成されている。成膜室９のうちシートプラズマ形成室３との境界部分、及び、終端部１０との境界部分には、プラズマＰの輸送軸Ｔに垂直な面（ＸＹ断面）の断面積が小さいボトルネック部１７、１８が形成されている。さらに、２つのボトルネック部１７、１８の間には、成膜空間１９が形成されている。成膜空間１９には、真空ポンプ２５（例えばターボポンプ）に接続する排気口２０と、この排気口２０の開閉を行うバルブ２１が設けられている。排気口２０に接続する上記の真空ポンプ２５は、成膜空間１９を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できると共に、プラズマ形成室３の輸送空間１６を円柱状のプラズマＰが輸送可能なレベルの真空度まで速やかに減圧することができる程度の性能を有している。
【００２８】
また、成膜室９には、ターゲット１３を保持するためのターゲットホルダ２２と、基板１４を保持するための基板ホルダ２３とが、Ｙ方向に離間し、かつ、対向するように設けられている。本実施形態ではターゲットとして銅板がターゲットホルダ２２に保持され、基板として半導体ウエハが基板ホルダ２３に保持される。また、ターゲット１３には、ターゲットホルダ２２を介して直流電源Ｖ３により数百ボルトの範囲内で変更可能な可変バイアス電圧（マイナス電圧）を印加することができる。同様に、基板１４には、基板ホルダ２３を介して直流電源Ｖ２により数百ボルトの範囲内で変更可能な直流の可変バイアス電圧を印加することができる。なお、ターゲットホルダ２２及び基板ホルダ２３は、それぞれ図示しないアクチュエータによってＹ方向に移動可能であり、プラズマＰまでの距離をそれぞれ変化させることができる。
【００２９】
成膜室９は上記の構成を有していることから、ターゲット１３と基板１４にバイアス電圧をかけた状態で、成膜室９にシートプラズマＰが輸送されると、シートプラズマＰの中のＡｒ＋はバイアス電圧がかかったターゲット１３に引き付けられる。その結果、Ａｒ＋とターゲット１３との間の衝突エネルギによりターゲット１３のスパッタ粒子（本実施形態ではＣｕ粒子）が叩き出される。そして、シートプラズマを通過する際に、電子を剥ぎ取られて電離されたスパッタ粒子（本実施形態ではＣｕイオン）が、基板１４の表面に堆積する。これによって、基板１４に銅が成膜されるのである。
【００３０】
終端部１０は、成膜室９のプラズマ輸送方向側に配設されている。終端部１０は、アノード（陽極）１２と永久磁石２４とから主に構成されている。アノード１２は、カソード１１との間でプラス電圧（例えば１００Ｖ）を印加され、プラズマＰを構成する荷電粒子（特に電子）を回収する機能を有している。また、永久磁石（収束用磁石）２４は、アノード１２側がＳ極となるように、かつ、大気側がＮ極となるように配置されている。永久磁石２４は、Ｎ極から出てＳ極に入る磁力線からなる磁界を形成するため、アノード１２に向かうシートプラズマＰは幅方向に収束される。これにより、シートプラズマＰの荷電粒子をアノード１２に適切に回収することができる。以上が本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成である。
【００３１】
次に、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の作用効果について、従来のシートプラズマ成膜装置５０と対比して説明する。図３は、従来のシートプラズマ成膜装置５０について、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図３は、永久磁石対７を含むＸＹ断面を表わしており、紙面奥側がアノード１２（終端部１０）側である。つまり、図３はカソード１１（プラズマガン２）側から見た図である。なお、以下では、図３の紙面における上下左右を単に上下左右として説明する（後述の図４〜７についても同様とする）。図中の左右に伸延する同じ長さの２つの長方形は、棒磁石７Ａ、７Ｂの位置及び形状を示している。また、図中の矢印は、長さが磁束密度の大きを示しており、方向が磁力線の方向を示している。さらに、符号Ａを付した灰色の濃い部分は、下向き成分の磁力が大きい領域を示しており、符号Ｂを付したやや灰色が薄い部分は、上向き成分の磁力が大きい領域を示している。また、棒磁石の間に位置し、左右方向（Ｘ方向）に伸延する太線状の部分は、シートプラズマＰの位置及び形状を示している。
【００３２】
ここで、図３において、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における磁力線の方向（矢印の方向）に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から出た磁力線は、下方の棒磁石７Ｂに向かって伸びている。一方、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から出た磁力線は、上方の棒磁石７Ａに向かって伸びている。そして、両方の棒磁石７Ａ、７Ｂから伸びた磁力線は、両棒磁石７Ａ、７Ｂの中央で衝突して反発し、左右方向（Ｘ方向）に伸びていることがわかる。上述したように、プラズマＰを構成する荷電粒子は、磁力線に沿って（厳密には磁力線に巻き付きながら）進行することから、円柱状のプラズマＰが２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの間を通過すると、荷電粒子が左右方向（Ｘ方向）に広がっていく。これにより、Ｘ方向に伸延するシート状のプラズマＰが形成されるのである。
【００３３】
さらに、図３において、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における上下方向に磁力が大きい領域（符号Ａ、Ｂが付された領域；以下、「大磁力領域」と呼ぶ。）の形状に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から広がる大磁力領域は、右側に比べ左側の方がわずかにプラズマＰ側にせり出していることがわかる。一方、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から広がる大磁力領域は、左側に比べ右側の方がわずかにプラズマＰ側にせり出していることがわかる。そして、これらの大磁力領域の間をシートプラズマＰが伸延している。そのため、シートプラズマＰは、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して平行ではなく、プラズマＰの輸送軸Ｔを中心として反時計回りに傾いた形状となっている。以上が、従来のシートプラズマ成膜装置５０についてのシミュレーション結果である。
【００３４】
これに対して図４は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１について、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図４に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。ただし、図３には表示されていない棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に位置する正方形は、磁性部材８を示している。磁性部材８を備えている点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成は、従来のシートプラズマ成膜装置５０の構成と同じである。ここで、図４において、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における大磁力領域（符号Ａ、Ｂが付された領域）の形状に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から広がる大磁力領域、及び、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から広がる大磁力領域は、その先端部分の外縁が棒磁石のＮ極面とほぼ平行の状態で広がっていることがわかる。
【００３５】
このように、大磁力領域における先端部分の外縁が、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面とほぼ平行な状態で広がっているため、大磁力領域の影響を受けるシートプラズマＰは棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面と平行か、わずかに右下がりに傾いた状態で左右方向に伸延している。なお、上記の大磁力領域がその先端部分の外縁において棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面とほぼ平行な状態で広がっているのは、棒磁石７Ａ、７Ｂに取り付けられた磁性部材８が磁化されて磁界を形成しているからである。つまり、磁化された磁性部材８がシートプラズマＰ側に突出することで、上方の棒磁石７Ａについては右側の大磁力領域をシートプラズマＰ側に押し上げる結果となり、下方の棒磁石７Ｂについては左側の大磁力領域をシートプラズマＰ側に押し上げる結果となったのである。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１によれば、一般的な材料及び形状である磁性部材８を棒磁石７Ａ、７Ｂに取り付けるだけで、シートプラズマＰの傾きを補正することができる。つまり、従来のシートプラズマ成膜装置５０に複雑な駆動機構や制御機構を新たに加えたり、反発磁界の幅を狭めたりすることなく、シートプラズマＰの傾きを補正することができる。さらに、磁性部材８は、棒磁石７Ａ、７Ｂの磁力によって取り付けることができることから、接着剤等を用いる必要もなく、磁性部材８の棒磁石７Ａ、７Ｂへの取り付け及び取り外しが非常に容易である。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａについて説明する。図５は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａについて、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図ある。図５に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。なお、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施例に係る磁性部材８に比べて上下方向（Ｙ方向）の長さが２倍の直方体の形状を有している。図５における棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置された長方形は、この磁性部材８を示したものである。磁性部材８の長さが上下方向（Ｙ方向）に長い点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａの構成は、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成と同じである。
【００３８】
ここで、図５に示されている、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における大磁力領域（符号Ａ、Ｂが付された領域）の形状に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から広がる大磁力領域は、左側に比べ右側の方がプラズマＰ側にせり出していることがわかる。一方、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から広がる大磁力領域は、右側に比べ左側の方がプラズマＰ側にせり出していることがわかる。これは、本実施形態に係る磁性部材８が、第１実施形態の磁性部材８（図３参照）に比べプラズマＰ側に大きく突出しているためである。そして、これらの大磁力領域の間をシートプラズマＰが伸延しており、シートプラズマＰが棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して時計回り（右下がり）に傾いた状態となっている。
【００３９】
このように、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａによれば、磁性部材８の大きさを大きくすることで、シートプラズマＰが棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して時計回り方向に（右下がりに）傾くように調整することができる。実際のシートプラズマ成膜装置では、アンペールの法則によってシートプラズマＰ（電子）自体が移動することで、シートプラズマＰの周辺に磁場が発生する。そして、シートプラズマ（電子）の移動量を増やすと（放電電流を増やすと）、この磁場による影響が大きくなり、シートプラズマＰは、プラズマガン２側から見て、輸送軸Ｔを中心として反時計回りに傾いてしまう。本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａは、このようにプラズマＰが反時計回りに傾くような条件で運転するな場合に有効である。つまり、成膜室９における反時計方向の傾きの程度を考慮して、シートプラズマＰを形成する時点でシートプラズマＰの傾きを時計回り側になるように調整すれば、ターゲット１３と基板１４の間において、これらと平行になるようにシートプラズマＰを通過させることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂについて説明する。図６は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂについて、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図６に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。なお、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施例に係る磁性部材８に比べて左右方向（Ｘ方向）の長さが２倍の直方体の形状を有している。図６における棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置された長方形は、この磁性部材８を示したものである。磁性部材８の長さが左右方向（Ｘ方向）に長い点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂの構成は、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成と同じである。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂによれば、第２実施形態の場合と同様、シートプラズマＰが棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して時計回り方向（右下がり）に傾くように調整することができる。ただし、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂは、第２実施形態の場合に比べて、磁性部材８のプラズマＰ側への突出量が少ない（Ｙ方向の長さが短い）ため、棒磁石７Ａ、７Ｂ間の距離が小さい状態でシートプラズマ成膜装置１Ｂを運転する場合には、シートプラズマＰと磁性部材８の衝突を避けることができるため有効である。
【００４２】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｃについて説明する。図７は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｃについて、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図７に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。なお、本実施形態に係る磁性部材８は、直方体の一辺が面取りされた面取形状を有するとともに、面取りされた部分が、永久磁石（棒磁石）７Ａ、７Ｂの中央側、かつ、プラズマＰ側となるような位置に配置されている。換言すれば、磁性部材８は、面取された部分がプラズマＰの輸送軸Ｔに対向するように配置されている。図７における棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置された五角形は、この磁性部材８を示したものである。磁性部材８が面取形状である点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｃの構成は、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成と同じである。
【００４３】
図７に示すように、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施形態に係る磁性部材８（図３参照）に比べて、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に直角で棒磁石７Ａ、７Ｂの中心側（内側）に向いた面の表面積が、面取りされた影響により小さくなっている。この面から広がる磁界は、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に平行に磁力線が伸びていくことから、棒磁石７Ａ、７Ｂ間で生じる反発磁界の形成にほとんど寄与していない。また、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施形態に係る磁性部材８にはない、プラズマＰの輸送軸Ｔに対向する面を有している。この面は、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂによって生じた磁界の衝突する部分に向いているため、棒磁石７Ａ、７Ｂ間で生じる反発磁界の形成に寄与している。つまり、本実施形態に係る磁性部材８によれば、プラズマＰをシート状に形成するための反発磁界を効率良く形成することができる。
【００４４】
以上、第１〜４実施形態において、それぞれ異なる形状の磁性部材を備えたシートプラズマ成膜装置１、１Ａ〜１Ｃについて説明した。上述したように、磁性部材８を異なる形状のものに置換えることによって、シートプラズマＰの傾きを調整することができる。ただし、シートプラズマＰの傾きは、磁性部材８の形状のみならず、磁性部材８の配置、大きさ、及び、個数を変更することで調整することもできる。
【００４５】
また、磁性部材８は、必ずしも２つの永久磁石（棒磁石）７Ａ、７Ｂのそれぞれに配置する必要はなく、いずれか一方の永久磁石７Ａ、７Ｂに配置するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記の実施形態では、磁性部材８のみでシートプラズマの傾きを調整する場合について説明したが、本発明に係るシートプラズマ調整方法を、他のシートプラズマ調整方法と併用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置、及び、シートプラズマ調整方法を提供することができる。よって、本発明は、シートプラズマ成膜装置の技術分野において有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る磁性部材及び永久磁石対を含む面の概略断面図である。
【図３】従来のシートプラズマ成膜装置のシミュレーション結果を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ シートプラズマ成膜装置
２ プラズマガン
７ 永久磁石対
７Ａ 永久磁石
７Ｂ 永久磁石
８ 磁性部材
９ 成膜室
Ｐ プラズマ
Ｔ 輸送軸（円柱状のプラズマの中心軸）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状のプラズマを利用して成膜を行うシートプラズマ成膜装置に関し、また、シート状のプラズマの傾きを調整するシートプラズマ調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマをプラズマガンによって生成すると、その形状は通常円柱状となる。そして、この円柱状のプラズマを、同じ磁極を向い合わせた永久磁石対で挟むと、永久磁石対の間で生じる反発磁界により、プラズマがシート状に変形することが知られている。シートプラズマ成膜装置は、このシート状に形成されたプラズマ（以下、「シートプラズマ」という）を利用して、成膜を行う装置である。なお、このシートプラズマ成膜装置で行う成膜法は、真空成膜法の一種である。
【０００３】
シートプラズマ成膜装置では、プラズマをシートプラズマ形成室でシート状に形成し、このシートプラズマを成膜室に輸送する。成膜室にはターゲットと基板が対向するように配置されており、シートプラズマはこれらの間を進行する。このとき、シートプラズマ内の荷電粒子が、ターゲットに印加されたバイアス電圧によって引き付けられてターゲットをスパッタし（叩き出し）、叩き出されたスパッタ粒子は、シートプラズマを通過する際にイオン化されて基板にかけられたバイアス電圧によって引き付けられて基板に堆積する。これによって基板の表面に膜が形成されるのである。
【０００４】
この原理からわかるように、プラズマをシート状に形成する理由の１つは、プラズマの厚みを一定にして、ターゲットを偏りなくスパッタし、基板を均一に成膜することにある。ただし、基板を均一に成膜するには、単にプラズマを均一の厚さにするだけでは足りず、シートプラズマとターゲットを平行にする必要がある。ところが、プラズマは永久磁石対によってシート状に形成される際に、フレミングの法則によってプラズマ中の電子がローレンツ力を受け、プラズマガン側（カソード側）から見たとき、プラズマの輸送軸を中心として反時計回りに傾いてしまう。そのため、基板を均一に成膜するには、このプラズマの傾きに対して何らかの策を講じる必要がある。
【０００５】
これに対し、特許文献１では、永久磁石対を構成する２つの磁石を、輸送方向に直角な方向において互いに平行のまま逆方向にずらして配置したプラズマ処理装置（本願発明のシートプラズマ成膜装置に相当）が提案されている。かかる構成によれば、永久磁石対の間に生じる反発磁界を変形することができ、ひいてはシートプラズマの傾きを補正することができる。
【特許文献１】特許第３０９５６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に係るプラズマ処理装置では、対向する永久磁石を逆方向にずらす必要があることから、有効な反発磁界の幅が狭くなってしまい（オーバーラップの幅が狭くなってしまい）、条件によってはプラズマをシート状に形成できなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置、及び、シートプラズマ調整方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るシートプラズマ成膜装置は、円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に配置され、かつ、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に配置された磁性部材と、前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備える。かかる構成によれば、永久磁石対の間に生じる反発磁界を変形させることができることから、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整することができる。
【０００９】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記各々のＮ極の磁極面が、平面状でかつ互いに平行に形成されるようにしてもよい。かかる構成であれば、シートプラズマの傾きをある程度予測して調整することができる。
【００１０】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側に偏って配置されているようにしてもよい。かかる構成によれば、シートプラズマに生じる反時計回り方向の傾きを補正することができる。
【００１１】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側の端部に配置されているようにしてもよい。かかる構成によれば、より効果的にシートプラズマの傾きを調整することができる。
【００１２】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、直方体の形状を有するようにしてもよい。かかる構成によれば、磁性部材を容易に加工することができる。
【００１３】
また、上記のシートプラズマ成膜装置において、前記磁性部材は、直方体の一辺を面取りした面取形状を有するとともに、前記面取りされた部分が前記永久磁石の中央側、かつ、プラズマ側となるような位置に配置されるようにしてもよい。かかる構成によれば、反発磁界を効率良く形成することができる。
【００１４】
さらに、上記課題を解決するため、本発明に係るシートプラズマ調整方法は、円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備えたシートプラズマ成膜装置において、少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に磁性部材を配置することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整する。かかる構成によれば、永久磁石対の間に生じる反発磁界を変形させることができることから、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整することができる。
【００１５】
また、上記のシートプラズマ調整方法において、前記各々のＮ極の磁極面が、平面状でかつ互いに平行に形成されているようにしてもよい。かかる構成によれば、シートプラズマの傾きをある程度予測して調整することができる。
【００１６】
また、上記のシートプラズマ調整方法において、前記磁性部材の配置、前記磁性部材の大きさ、前記磁性部材の形状、及び、前記磁性部材の個数のうち少なくとも１つ変更することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整するようにしてもよい。かかる構成によれば、シートプラズマの傾きをより正確に調整することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、永久磁石による反発磁界を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置、及び、シートプラズマ調整方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について図を参照して説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１について説明する。図１は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の概略図である。以下では、プラズマＰの輸送方向である図１紙面における左右方向をＺ方向とし、このＺ方向に直交する図１紙面における上下方向をＹ方向とし、Ｚ方向に直交する図１紙面における貫通方向をＸ方向として説明を行う。
【００２０】
シートプラズマ成膜装置１は、図１に示すように、プラズマガン２と、シートプラズマ形成室３と、第１〜３電磁コイル４〜６と、永久磁石対７と、磁性部材８と、成膜室９と、終端部１０とを備えている。プラズマガン２（カソード１１）から出射されたプラズマＰは、シートプラズマ形成室３及び成膜室９を通過して、終端部１０（アノード１２）で収束する。また、プラズマガン２、シートプラズマ形成室３、及び成膜室９は、互いに気密を保った状態で連通している。なお、プラズマガン２、成膜室９、アノード１２、ターゲット１３、及び、基板１４は、それぞれセラミック、樹脂等を介して電気的に絶縁されている。
【００２１】
プラズマガン２は、プラズマＰを生成する構成部品である。プラズマガン２はカソード（陰極）１１を有しており、カソード１１はプラズマガン２の端部に設けられたフランジ（カソードマウント）１５によって支えられている。また、フランジ１５には、本実施形態の放電ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスをプラズマガン２の内部に導くガス導入構造（図示せず）が形成されている。プラズマガン２の内部には放電空間（図示せず）が形成されており、この放電空間内でカソード１１は熱電子を放出する。カソード１１から放出された熱電子はプラズマ放電を誘発し、誘発されたプラズマ放電によってアルゴンガスが電離される。これにより、放電空間には、荷電粒子（Ａｒ＋と電子）の集合体であるプラズマＰが生成される。なお、プラズマ放電を維持するため、直流電圧Ｖ１と抵抗Ｒｖ、Ｒ１、Ｒ２の組合せにより所定のプラス電圧が印加された一対のグリッド電極（中間電極）Ｇ１、Ｇ２が放電空間の適所に配置されている。
【００２２】
シートプラズマ形成室３は、プラズマガン２のプラズマ輸送方向側（終端部１０側）に配設されている。プラズマＰは、プラズマガン２から放出された段階では円柱状であるが、シートプラズマ成形室３の内部でシート状に形成される。シートプラズマ形成室３は、非磁性の材料（例えばステンレスやガラス）で形成された円筒状の外壁を有しており、内部にはプラズマＰが通過する輸送空間１６が形成されている。
【００２３】
第１電磁コイル４は、環状の空心コイルであって、シートプラズマ形成室３を囲むように配設されている。第１電磁コイル４に電流を通電すると、シートプラズマ形成室３にはプラズマガン２（カソード１１）側から終端部１０（アノード１２）側に向かう磁界が形成される構成となっている。プラズマＰを構成する荷電粒子は、磁力線に沿って（厳密には磁力線に巻き付きながら）進行するという特性を有しているため、第１電磁コイル４に電流を通電すると、プラズマＰはプラズマガン２（カソード１１）から終端部１０（アノード１２）に向かう方向に輸送される。すなわち、第１電磁コイル４は、プラズマＰを終端部１０（アノード１２）側へ輸送する推進源としての機能を有している。
【００２４】
同様に、第２電磁コイル５は成膜室９を囲むようにして成膜室９とシートプラズマ形成室３との境界付近に配置され、第３電磁コイル６は成膜室９を囲むようにして成膜室９と終端部１０との境界付近に配置されている。第２電磁コイル５及び第３電磁コイル６は、第１電磁コイル４と同様、いずれも環状の空心コイルであって、電流を通電したときにプラズマガン２（カソード１１）側から終端部１０（アノード１２）側に向かう磁界が形成される。つまり、第２電磁コイル５及び第３電磁コイル６は、成膜室９内のプラズマＰを終端部１０（アノード１２）側へ輸送する推進源としての機能を有している。
【００２５】
永久磁石対７は、Ｘ方向に伸延する２つの（一対の）棒磁石（永久磁石）７Ａ、７Ｂによって構成されている。永久磁石対７は、シートプラズマ形成室３の外側であって、第１電磁コイル４よりもプラズマＰの輸送方向側（終端部１０側）に配設されている。永久磁石対７を構成する２つの棒磁石７Ａ、７Ｂは、Ｙ方向においてＮ極の磁極面同士が対向し、かつ、シートプラズマ成膜室３を挟むように配置されている。また、この２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの互いに対向する面は、平面状で、かつ、互いに平行となっている。この２つの棒磁石７Ａ、７Ｂによって、シートプラズマ成膜室３の輸送空間１６に反発磁界が発生し、円柱状のプラズマＰがこの反発磁界を通過することでシート状に形成される。なお、棒磁石７Ａ、７Ｂの材料には、ネオジウム、フェライト、サマリウム、及びコバルト等が用いられる。
【００２６】
磁性部材８は、永久磁石対７を構成する２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置されている。本実施形態に係る磁性部材８は、直方体の形状を有しており、特に立方体の形状を有している。また、磁性部材８の材料には、鉄、ニッケル、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス等の磁性体又は強磁性体を用いるのが望ましい。これらの材料は、汎用磁性金属であるため、シートプラズマ成膜装置１の製造コストを抑えることができる。図２は、図１のII−II断面を示した概略断面図である。つまり、図２は、プラズマガン１１側から見たときの磁性部材８及び永久磁石対７を含む面の断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る磁性部材８は、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂのそれぞれに配置され、かつ、棒磁石７Ａ、７Ｂの表面のうちプラズマＰ（輸送空間１６）に対向する面に配設されている。さらに、棒磁石７Ａ、７Ｂの表面における磁性部材８は、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの対向方向（Ｙ方向）からみて、プラズマＰの輸送軸Ｔに対して非対称に配置されている。より具体的には、磁性部材８は、棒磁石７Ａ、７Ｂの表面のうち、プラズマＰの輸送軸Ｔを中心として、時計回り方向側の端部に配置されている。なお、プラズマＰの輸送軸Ｔとは、カソード１１の中心と後述のアノード１２の中心をつなぐ軸、つまり円柱状のプラズマの中心軸をいう。
【００２７】
図１に戻って、成膜室９は、シートプラズマ形成室３のプラズマ輸送方向側（終端部１０側）に配設されている。成膜室９の外壁部分は、非磁性の材料（例えばステンレス）で形成されている。成膜室９のうちシートプラズマ形成室３との境界部分、及び、終端部１０との境界部分には、プラズマＰの輸送軸Ｔに垂直な面（ＸＹ断面）の断面積が小さいボトルネック部１７、１８が形成されている。さらに、２つのボトルネック部１７、１８の間には、成膜空間１９が形成されている。成膜空間１９には、真空ポンプ２５（例えばターボポンプ）に接続する排気口２０と、この排気口２０の開閉を行うバルブ２１が設けられている。排気口２０に接続する上記の真空ポンプ２５は、成膜空間１９を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できると共に、プラズマ形成室３の輸送空間１６を円柱状のプラズマＰが輸送可能なレベルの真空度まで速やかに減圧することができる程度の性能を有している。
【００２８】
また、成膜室９には、ターゲット１３を保持するためのターゲットホルダ２２と、基板１４を保持するための基板ホルダ２３とが、Ｙ方向に離間し、かつ、対向するように設けられている。本実施形態ではターゲットとして銅板がターゲットホルダ２２に保持され、基板として半導体ウエハが基板ホルダ２３に保持される。また、ターゲット１３には、ターゲットホルダ２２を介して直流電源Ｖ３により数百ボルトの範囲内で変更可能な可変バイアス電圧（マイナス電圧）を印加することができる。同様に、基板１４には、基板ホルダ２３を介して直流電源Ｖ２により数百ボルトの範囲内で変更可能な直流の可変バイアス電圧を印加することができる。なお、ターゲットホルダ２２及び基板ホルダ２３は、それぞれ図示しないアクチュエータによってＹ方向に移動可能であり、プラズマＰまでの距離をそれぞれ変化させることができる。
【００２９】
成膜室９は上記の構成を有していることから、ターゲット１３と基板１４にバイアス電圧をかけた状態で、成膜室９にシートプラズマＰが輸送されると、シートプラズマＰの中のＡｒ＋はバイアス電圧がかかったターゲット１３に引き付けられる。その結果、Ａｒ＋とターゲット１３との間の衝突エネルギによりターゲット１３のスパッタ粒子（本実施形態ではＣｕ粒子）が叩き出される。そして、シートプラズマを通過する際に、電子を剥ぎ取られて電離されたスパッタ粒子（本実施形態ではＣｕイオン）が、基板１４の表面に堆積する。これによって、基板１４に銅が成膜されるのである。
【００３０】
終端部１０は、成膜室９のプラズマ輸送方向側に配設されている。終端部１０は、アノード（陽極）１２と永久磁石２４とから主に構成されている。アノード１２は、カソード１１との間でプラス電圧（例えば１００Ｖ）を印加され、プラズマＰを構成する荷電粒子（特に電子）を回収する機能を有している。また、永久磁石（収束用磁石）２４は、アノード１２側がＳ極となるように、かつ、大気側がＮ極となるように配置されている。永久磁石２４は、Ｎ極から出てＳ極に入る磁力線からなる磁界を形成するため、アノード１２に向かうシートプラズマＰは幅方向に収束される。これにより、シートプラズマＰの荷電粒子をアノード１２に適切に回収することができる。以上が本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成である。
【００３１】
次に、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の作用効果について、従来のシートプラズマ成膜装置５０と対比して説明する。図３は、従来のシートプラズマ成膜装置５０について、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図３は、永久磁石対７を含むＸＹ断面を表わしており、紙面奥側がアノード１２（終端部１０）側である。つまり、図３はカソード１１（プラズマガン２）側から見た図である。なお、以下では、図３の紙面における上下左右を単に上下左右として説明する（後述の図４〜７についても同様とする）。図中の左右に伸延する同じ長さの２つの長方形は、棒磁石７Ａ、７Ｂの位置及び形状を示している。また、図中の矢印は、長さが磁束密度の大きを示しており、方向が磁力線の方向を示している。さらに、符号Ａを付した灰色の濃い部分は、下向き成分の磁力が大きい領域を示しており、符号Ｂを付したやや灰色が薄い部分は、上向き成分の磁力が大きい領域を示している。また、棒磁石の間に位置し、左右方向（Ｘ方向）に伸延する太線状の部分は、シートプラズマＰの位置及び形状を示している。
【００３２】
ここで、図３において、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における磁力線の方向（矢印の方向）に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から出た磁力線は、下方の棒磁石７Ｂに向かって伸びている。一方、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から出た磁力線は、上方の棒磁石７Ａに向かって伸びている。そして、両方の棒磁石７Ａ、７Ｂから伸びた磁力線は、両棒磁石７Ａ、７Ｂの中央で衝突して反発し、左右方向（Ｘ方向）に伸びていることがわかる。上述したように、プラズマＰを構成する荷電粒子は、磁力線に沿って（厳密には磁力線に巻き付きながら）進行することから、円柱状のプラズマＰが２つの棒磁石７Ａ、７Ｂの間を通過すると、荷電粒子が左右方向（Ｘ方向）に広がっていく。これにより、Ｘ方向に伸延するシート状のプラズマＰが形成されるのである。
【００３３】
さらに、図３において、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における上下方向に磁力が大きい領域（符号Ａ、Ｂが付された領域；以下、「大磁力領域」と呼ぶ。）の形状に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から広がる大磁力領域は、右側に比べ左側の方がわずかにプラズマＰ側にせり出していることがわかる。一方、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から広がる大磁力領域は、左側に比べ右側の方がわずかにプラズマＰ側にせり出していることがわかる。そして、これらの大磁力領域の間をシートプラズマＰが伸延している。そのため、シートプラズマＰは、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して平行ではなく、プラズマＰの輸送軸Ｔを中心として反時計回りに傾いた形状となっている。以上が、従来のシートプラズマ成膜装置５０についてのシミュレーション結果である。
【００３４】
これに対して図４は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１について、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図４に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。ただし、図３には表示されていない棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に位置する正方形は、磁性部材８を示している。磁性部材８を備えている点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成は、従来のシートプラズマ成膜装置５０の構成と同じである。ここで、図４において、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における大磁力領域（符号Ａ、Ｂが付された領域）の形状に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から広がる大磁力領域、及び、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から広がる大磁力領域は、その先端部分の外縁が棒磁石のＮ極面とほぼ平行の状態で広がっていることがわかる。
【００３５】
このように、大磁力領域における先端部分の外縁が、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面とほぼ平行な状態で広がっているため、大磁力領域の影響を受けるシートプラズマＰは棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面と平行か、わずかに右下がりに傾いた状態で左右方向に伸延している。なお、上記の大磁力領域がその先端部分の外縁において棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面とほぼ平行な状態で広がっているのは、棒磁石７Ａ、７Ｂに取り付けられた磁性部材８が磁化されて磁界を形成しているからである。つまり、磁化された磁性部材８がシートプラズマＰ側に突出することで、上方の棒磁石７Ａについては右側の大磁力領域をシートプラズマＰ側に押し上げる結果となり、下方の棒磁石７Ｂについては左側の大磁力領域をシートプラズマＰ側に押し上げる結果となったのである。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１によれば、一般的な材料及び形状である磁性部材８を棒磁石７Ａ、７Ｂに取り付けるだけで、シートプラズマＰの傾きを補正することができる。つまり、従来のシートプラズマ成膜装置５０に複雑な駆動機構や制御機構を新たに加えたり、反発磁界の幅を狭めたりすることなく、シートプラズマＰの傾きを補正することができる。さらに、磁性部材８は、棒磁石７Ａ、７Ｂの磁力によって取り付けることができることから、接着剤等を用いる必要もなく、磁性部材８の棒磁石７Ａ、７Ｂへの取り付け及び取り外しが非常に容易である。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａについて説明する。図５は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａについて、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図ある。図５に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。なお、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施例に係る磁性部材８に比べて上下方向（Ｙ方向）の長さが２倍の直方体の形状を有している。図５における棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置された長方形は、この磁性部材８を示したものである。磁性部材８の長さが上下方向（Ｙ方向）に長い点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａの構成は、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成と同じである。
【００３８】
ここで、図５に示されている、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂに挟まれた部分における大磁力領域（符号Ａ、Ｂが付された領域）の形状に注目する。上方の棒磁石７ＡのＮ極面（下方面）から広がる大磁力領域は、左側に比べ右側の方がプラズマＰ側にせり出していることがわかる。一方、下方の棒磁石７ＢのＮ極面（上方面）から広がる大磁力領域は、右側に比べ左側の方がプラズマＰ側にせり出していることがわかる。これは、本実施形態に係る磁性部材８が、第１実施形態の磁性部材８（図３参照）に比べプラズマＰ側に大きく突出しているためである。そして、これらの大磁力領域の間をシートプラズマＰが伸延しており、シートプラズマＰが棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して時計回り（右下がり）に傾いた状態となっている。
【００３９】
このように、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａによれば、磁性部材８の大きさを大きくすることで、シートプラズマＰが棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して時計回り方向に（右下がりに）傾くように調整することができる。実際のシートプラズマ成膜装置では、アンペールの法則によってシートプラズマＰ（電子）自体が移動することで、シートプラズマＰの周辺に磁場が発生する。そして、シートプラズマ（電子）の移動量を増やすと（放電電流を増やすと）、この磁場による影響が大きくなり、シートプラズマＰは、プラズマガン２側から見て、輸送軸Ｔを中心として反時計回りに傾いてしまう。本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ａは、このようにプラズマＰが反時計回りに傾くような条件で運転するな場合に有効である。つまり、成膜室９における反時計方向の傾きの程度を考慮して、シートプラズマＰを形成する時点でシートプラズマＰの傾きを時計回り側になるように調整すれば、ターゲット１３と基板１４の間において、これらと平行になるようにシートプラズマＰを通過させることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂについて説明する。図６は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂについて、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図６に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。なお、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施例に係る磁性部材８に比べて左右方向（Ｘ方向）の長さが２倍の直方体の形状を有している。図６における棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置された長方形は、この磁性部材８を示したものである。磁性部材８の長さが左右方向（Ｘ方向）に長い点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂの構成は、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成と同じである。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂによれば、第２実施形態の場合と同様、シートプラズマＰが棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に対して時計回り方向（右下がり）に傾くように調整することができる。ただし、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｂは、第２実施形態の場合に比べて、磁性部材８のプラズマＰ側への突出量が少ない（Ｙ方向の長さが短い）ため、棒磁石７Ａ、７Ｂ間の距離が小さい状態でシートプラズマ成膜装置１Ｂを運転する場合には、シートプラズマＰと磁性部材８の衝突を避けることができるため有効である。
【００４２】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｃについて説明する。図７は、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｃについて、永久磁石対７の周辺における磁場のシミュレーション結果を示した図である。図７に示すシミュレーション結果の表示方法は、図３の場合と同じである。なお、本実施形態に係る磁性部材８は、直方体の一辺が面取りされた面取形状を有するとともに、面取りされた部分が、永久磁石（棒磁石）７Ａ、７Ｂの中央側、かつ、プラズマＰ側となるような位置に配置されている。換言すれば、磁性部材８は、面取された部分がプラズマＰの輸送軸Ｔに対向するように配置されている。図７における棒磁石７Ａ、７Ｂの表面に配置された五角形は、この磁性部材８を示したものである。磁性部材８が面取形状である点を除けば、本実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１Ｃの構成は、第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置１の構成と同じである。
【００４３】
図７に示すように、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施形態に係る磁性部材８（図３参照）に比べて、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に直角で棒磁石７Ａ、７Ｂの中心側（内側）に向いた面の表面積が、面取りされた影響により小さくなっている。この面から広がる磁界は、棒磁石７Ａ、７ＢのＮ極面に平行に磁力線が伸びていくことから、棒磁石７Ａ、７Ｂ間で生じる反発磁界の形成にほとんど寄与していない。また、本実施形態に係る磁性部材８は、第１実施形態に係る磁性部材８にはない、プラズマＰの輸送軸Ｔに対向する面を有している。この面は、２つの棒磁石７Ａ、７Ｂによって生じた磁界の衝突する部分に向いているため、棒磁石７Ａ、７Ｂ間で生じる反発磁界の形成に寄与している。つまり、本実施形態に係る磁性部材８によれば、プラズマＰをシート状に形成するための反発磁界を効率良く形成することができる。
【００４４】
以上、第１〜４実施形態において、それぞれ異なる形状の磁性部材を備えたシートプラズマ成膜装置１、１Ａ〜１Ｃについて説明した。上述したように、磁性部材８を異なる形状のものに置換えることによって、シートプラズマＰの傾きを調整することができる。ただし、シートプラズマＰの傾きは、磁性部材８の形状のみならず、磁性部材８の配置、大きさ、及び、個数を変更することで調整することもできる。
【００４５】
また、磁性部材８は、必ずしも２つの永久磁石（棒磁石）７Ａ、７Ｂのそれぞれに配置する必要はなく、いずれか一方の永久磁石７Ａ、７Ｂに配置するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記の実施形態では、磁性部材８のみでシートプラズマの傾きを調整する場合について説明したが、本発明に係るシートプラズマ調整方法を、他のシートプラズマ調整方法と併用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、永久磁石による反発磁界の幅を狭めることなく、シートプラズマの傾きを調整できるシートプラズマ成膜装置、及び、シートプラズマ調整方法を提供することができる。よって、本発明は、シートプラズマ成膜装置の技術分野において有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシートプラズマ成膜装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る磁性部材及び永久磁石対を含む面の概略断面図である。
【図３】従来のシートプラズマ成膜装置のシミュレーション結果を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ シートプラズマ成膜装置
２ プラズマガン
７ 永久磁石対
７Ａ 永久磁石
７Ｂ 永久磁石
８ 磁性部材
９ 成膜室
Ｐ プラズマ
Ｔ 輸送軸（円柱状のプラズマの中心軸）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、
前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、
少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に配置され、かつ、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に配置された磁性部材と、
前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備えたシートプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記各々のＮ極の磁極面は、平面状でかつ互いに平行に形成されている、請求項１に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側に偏って配置されている、請求項１又は２に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側の端部に配置されている、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記磁性部材は、直方体の形状を有する、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項６】
前記磁性部材は、直方体の一辺が面取りされた面取形状を有するとともに、前記面取りされた部分が前記永久磁石の中央側、かつ、前記プラズマ側となるような位置に配置されている、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項７】
円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備えたシートプラズマ成膜装置において、少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に磁性部材を配置することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整するシートプラズマ調整方法。
【請求項８】
前記各々のＮ極の磁極面は、平面状でかつ互いに平行に形成されている、請求項７に記載のシートプラズマ調整方法。
【請求項９】
前記磁性部材の配置、前記磁性部材の大きさ、前記磁性部材の形状、及び、前記磁性部材の個数のうち少なくとも１つ変更することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整する、請求項７又は８に記載のシートプラズマ調整方法。
【請求項１】
円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、
前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、
少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に配置され、かつ、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に配置された磁性部材と、
前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備えたシートプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記各々のＮ極の磁極面は、平面状でかつ互いに平行に形成されている、請求項１に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側に偏って配置されている、請求項１又は２に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記磁性部材は、前記永久磁石の表面のうち、前記プラズマガン側から見たとき、前記円柱状のプラズマの中心軸を中心として時計回り方向側の端部に配置されている、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記磁性部材は、直方体の形状を有する、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項６】
前記磁性部材は、直方体の一辺が面取りされた面取形状を有するとともに、前記面取りされた部分が前記永久磁石の中央側、かつ、前記プラズマ側となるような位置に配置されている、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項７】
円柱状のプラズマを出射するプラズマガンと、前記円柱状のプラズマを挟んでＮ極の磁極面が対向するように配置された一対の永久磁石で構成され、前記円柱状のプラズマをシート状に変形させる永久磁石対と、前記シート状のプラズマを利用して成膜が行われる成膜室と、を備えたシートプラズマ成膜装置において、少なくとも一方の前記永久磁石の前記プラズマに対向する面に、前記一対の永久磁石の対向方向からみて前記円柱状のプラズマの中心軸に対し非対称に磁性部材を配置することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整するシートプラズマ調整方法。
【請求項８】
前記各々のＮ極の磁極面は、平面状でかつ互いに平行に形成されている、請求項７に記載のシートプラズマ調整方法。
【請求項９】
前記磁性部材の配置、前記磁性部材の大きさ、前記磁性部材の形状、及び、前記磁性部材の個数のうち少なくとも１つ変更することで、前記シート状のプラズマの傾きを調整する、請求項７又は８に記載のシートプラズマ調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２２８０１１（Ｐ２００９−２２８０１１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７１０３３（Ｐ２００８−７１０３３）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]