シートプラズマ成膜装置
【課題】シートプラズマ成膜装置において、成膜対象である基板が、その表面に穴や溝等の立体形状が形成されているものであっても、これら穴や溝における段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とする技術を提供する。
【解決手段】互いに対向するターゲット電極３７と基板支持電極３６との間の成膜空間にシートプラズマＳＰが導入され、成膜プロセスが実施される。このとき、ターゲット電極３７の裏側面に、軟磁性材料からなりターゲット電極３７よりも小さい磁性部材４６を配置して、磁性部材移動機構６０により前記裏側面内を移動させる。これにより、シートプラズマＳＰにスパッタ量が増大する凸状部位Ｐｃが生じるので、成膜プロセス時に凸状部位Ｐｃを移動させれば、スパッタ量のばらつきを低減し、膜厚分布、段差被覆性等の向上を図ることができる。
【解決手段】互いに対向するターゲット電極３７と基板支持電極３６との間の成膜空間にシートプラズマＳＰが導入され、成膜プロセスが実施される。このとき、ターゲット電極３７の裏側面に、軟磁性材料からなりターゲット電極３７よりも小さい磁性部材４６を配置して、磁性部材移動機構６０により前記裏側面内を移動させる。これにより、シートプラズマＳＰにスパッタ量が増大する凸状部位Ｐｃが生じるので、成膜プロセス時に凸状部位Ｐｃを移動させれば、スパッタ量のばらつきを低減し、膜厚分布、段差被覆性等の向上を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートプラズマ成膜装置に関し、特に、膜厚分布の均一化、並びに、表面が立体形状（溝、穴等）を有する基板（成膜対象）へ成膜する場合の段差被覆性および被覆性の対称性を向上することができるシートプラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置では、減圧室内にターゲットが配置され、ターゲットの背後に当該ターゲットの表面近傍に磁場を形成する磁石が配置される。そして、放電用ガスの存在の下、ターゲットを一方の電極として放電用の電圧が印加されると、グロー放電の発生によりプラズマが生成される。そして、このプラズマが磁石の磁場により閉じ込められることで、ターゲットの表面近傍に高密度プラズマ領域が形成され、この高密度プラズマ領域から高エネルギーのイオン粒子が飛び出してターゲットの表面に衝突する。この衝突によって、ターゲットを形成する物質の原子がはじき出される。この原子のはじき出し現象がスパッタである。
【０００３】
前記スパッタリング装置は広く成膜装置として用いられる。スパッタリング装置の減圧室内でターゲットに対向して基板等の成膜対象を配置するとともに、ターゲットを成膜したい素材で形成してスパッタを発生させれば、スパッタされた原子が基板表面に付着し、膜が形成される。
【０００４】
マグネトロンスパッタリング成膜装置は、前記スパッタを利用した成膜装置の一つであり、ターゲットの裏面の近傍に、電場に直交する磁場を与えて高密度プラズマを形成するため、所望の厚さの膜を高速に形成できる。それゆえ、この分野ではさまざまな応用技術が開発されており、例えば、スパッタリング中に、磁場を発生させる磁石を移動させる技術が種々提案されている。このように磁石を移動させることでターゲット裏面に与えられる磁場を均一化することで、ターゲットの表面全体で均一にエロージョンを発生させ、形成される膜の膜厚分布を向上させることを図っている。具体的な技術としては、例えば特許文献１に開示されるプレーナーマグネトロンカソードが挙げられる。
【０００５】
この技術では、プレーナーマグネトロンカソードにおいて、スパッタの際に、中央部永久磁石と周縁部永久磁石とが、プレーナーターゲットと平行な平面内で、当該プレーナーターゲットの互いに交わる隣接二辺方向に移動するよう構成される。これにより、前記プレーナーターゲットの表面が磁力線によって四角く走査されるため、プレーナーターゲットの利用効率が高まり、ランニングコストが低減できるとされる。また、一つのプレーナーターゲットを長時間使用できるようになるのでターゲット交換回数が減り、スパッタ装置の稼働率が高まり、コスト低減に寄与できるとされる。
【０００６】
ところで、前記スパッタを利用した他の成膜装置として、シートプラズマ成膜装置が知られている。シートプラズマ成膜装置では、円柱状のプラズマを、同じ磁極（例えばＮ極）同士を互いに対向させて強力な反発磁界を発生する永久磁石の対で挟み込む。これにより形成されたシート状のプラズマ（シートプラズマ）は、均一かつ高密度である。シートプラズマ成膜装置は、このようなシートプラズマをターゲットと基板との間の成膜室に導入し、シートプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングにより基板上にターゲット材料の膜を形成する。これにより、大きな面積の膜を高速で形成することができる。具体的な技術としては、例えば特許文献２に開示されるシートプラズマ成膜装置が挙げられる。
【０００７】
この技術では、シートプラズマ成膜装置が、互いに異極同士を向き合わせて、前記成膜空間を挟むように配置される第二の磁界発生手段の対を備えており、シート状のプラズマは、前記成膜空間を移動する間に、前記第二の磁界発生手段の対の磁界により前記主面から凸状に偏倚する。この構成によれば、シート状プラズマをその主面から湾曲させるため、シート状プラズマ中の荷電粒子によって叩き出されたターゲットの原子を、より望ましい方向に揃って配線溝に到達させることができる。その結果、基板上の配線溝に形成した配線膜の膜特性を改善することができる。
【特許文献１】特許第３７６６７０３号公報
【特許文献２】特開２００７−１５４２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記シートプラズマ成膜装置では、形成される膜の品質を向上させるべく、前記特許文献２に開示されるような種々の技術が提案されており、同文献に開示されるように有意な効果が得られる技術も多い。しかしながら、本発明者らの検討によれば、シートプラズマ成膜装置において、新たな課題が存在することが明らかとなった。この新たな課題について、図５（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）は、一般的なシートプラズマ成膜装置の成膜室内におけるシートプラズマの状態を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す成膜室において、基板表面に穴が形成されている場合に、ターゲット表面でスパッタされた原子が基板表面へ到達する状態を説明する模式図である。
【０００９】
従来のシートプラズマ成膜装置では、成膜室におけるシートプラズマの入口側および出口側にはそれぞれ電磁コイルが設けられる。これら電磁コイルは、シートプラズマ整形用の弱磁場を形成する。そのため、成膜室の入口側および出口側における磁場は、成膜室の中央部分の磁場よりも強くなる。なお、成膜室の入口側はプラズマの進行方向の上流側であり、出口側は下流側である。
【００１０】
図５（ａ）に示すように、成膜室内では、成膜対象となる基板１５１とターゲット１５２とがそれぞれ基板支持電極１３６およびターゲット電極１３７により支持され、互いに対向し、その間にシートプラズマＳＰが位置する。それゆえ、前記上流側および下流側に対応するターゲット１５２の周辺部分では、シートプラズマＳＰの厚みは相対的に小さい。これに対して、ターゲット１５２の中央部分では、整形用の磁場が十分な強さではないため、上流側および下流側に比べてシートプラズマＳＰの厚みは大きくなる。なお、基板１５１は基板支持電極１３６により支持され、ターゲット１５２はターゲット電極１３７により支持される。
【００１１】
ここで、ターゲット表面におけるスパッタ量は、当該ターゲット表面に面するプラズマの密度だけでなく、当該ターゲット表面からプラズマまでの距離に依存する。それゆえ、図５（ｂ）に示すように、周辺部分におけるシートプラズマＳＰとターゲット１５２の表面との距離Ｄ0 を基準とすれば、中央部分におけるシートプラズマＳＰとターゲット１５２の表面との距離Ｄ1は、距離Ｄ0 よりも小さくなる。なお、図５（ｂ）では、説明の便宜上、図５（ａ）に示すターゲット電極１３７および基板支持電極１３６は記載を省略している。
【００１２】
この対応関係でスパッタ処理が行われると、ターゲット１５２の中央部分では、スパッタ量が多くなってエロージョンの程度が大きくなるが、ターゲット１５２の周辺部分では、スパッタ量が相対的に少なくなりエロージョンの程度が低下する。その結果、ターゲット表面全体においてスパッタ量に不均一が生じる。
【００１３】
さらに、図５（ｂ）に示すように、ターゲット１５２の表面でスパッタされた原子（正確にはイオン粒子）はさまざまな角度ではじき出されるため、当該原子がシートプラズマを通過して生成したイオン粒子もさまざまな入射角で基板１５１の表面に到達する。基板１５１の表面の中央領域では、ターゲット１５２の表面全体からイオン粒子が入射する（図中矢印）が、基板１５１の表面の周辺領域では、入射するイオン粒子は、対向するターゲット１５２の周辺部分の表面と、当該周辺部分に近い部分の表面とだけになる。それゆえ、基板５１の周辺領域は、中央領域と比較すると、そもそもイオン粒子の入射量が少ない。
【００１４】
このように、ターゲット１５２の表面でスパッタ量に不均一が生じたり、基板１５１の表面に入射するイオン粒子の量に差が生じたりすると、形成される膜の膜厚にも分布に不均一が生じる。しかしながら、基板１５１の表面が平坦であれば、このような膜厚の不均一性はほとんど問題とならない。ところが、特に、基板１５１の表面に、溝や穴等の立体形状が形成されていれば、立体形状の部位において膜厚の不均一性は顕著となる。
【００１５】
つまり、溝や穴は表面に対する段差となるため、この段差により一部のイオン粒子の到達が妨げられる。それゆえ、図５（ｂ）に示すように、基板１５１の中央領域に穴１５３ａが形成され、周辺領域に穴１５３ｂ（図中右側），１５３ｃ（図中左側）が形成されているとすると、中央領域の穴１５３ａと比較して、周辺領域の穴１５３ｂ，１５３ｃでは、イオン粒子の進行方向（図中矢印）から見て段差の「影」となる部位にイオン粒子は到達しにくくなる。その結果、周辺領域の穴１５３ｂでは、当該穴１５３ｂ内部の中央寄りで膜１５４の厚みが小さくなり、断面で見れば、周辺側から中央側に向かって傾斜するような膜厚の不均一が生じる。穴１５３ｃでも同様である。
【００１６】
前記特許文献２に開示する技術では、前記電磁コイルを傾斜させることで、シートプラズマの位置をターゲット側に曲げる。そのため、ターゲットのイオン粒子を配線溝に到達させやすくなり、膜の品質を向上することができる。しかしながら、基板表面に形成される立体形状がより複雑な形状となれば、十分に対応できなくなる可能性がある。
【００１７】
一方、前記特許文献１に開示する技術は、マグネトロンスパッタリング成膜装置に関する技術であり、この技術をシートプラズマ成膜装置に適用することはできない。つまり、マグネトロンスパッタリング成膜装置とシートプラズマ成膜装置とでは、プラズマの形成手法が異なるため、エロージョンを均一に発生させるために、磁場を発生させる手段を移動させる手法は採用できない。
【００１８】
また、ターゲットの周辺部分においてスパッタ量を増加させるためには、シートプラズマのターゲット周辺部分に対応する領域において、プラズマ密度を大きくするように磁場を調整することが考えられる。しかしながら、シートプラズマ成膜装置の構成から見れば、磁場の調整そのものが困難である。これは、シートプラズマ成膜装置では、円柱状のプラズマをシート状に変形する永久磁石対からアノードまでの空間は、弱磁場によってシートプラズマの形状を維持しつつ磁気輸送する構成となっているためである。それゆえ、例えば、特許文献１に開示するように、永久磁石等による強磁場を加えると、周辺の弱磁場に影響を及ぼすため、プラズマ密度の分布やプラズマの形状にも影響が生じる。
【００１９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、シートプラズマ成膜装置において、成膜対象である基板が、その表面に穴や溝等の立体形状が形成されているものであっても、これら穴や溝における段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とする技術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】
【００２０】
本発明に係るシートプラズマ成膜装置は、前記の課題を解決するために、表側面でターゲットを固定するターゲット電極と、表側面で成膜対象となる基板を支持する基板支持電極と、前記ターゲット電極および前記基板支持電極を、互いの表側面を対向させて内部に設ける成膜室と、円柱プラズマを発生し、当該円柱プラズマを永久磁石対の磁界によりシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという。）に変形し、かつ、当該シートプラズマを前記成膜室の前記ターゲット電極および前記基板支持電極の間を通ってアノードへ移動せしめるシートプラズマ形成機構と、少なくとも軟磁性材料からなり、前記ターゲット電極よりも小さい面積を有し、当該ターゲット電極の裏側面に配置される磁性部材と、前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内で移動させる磁性部材移動機構と、を備えている、構成である。
【００２１】
上記構成によれば、軟磁性材料からなる磁性部材をターゲット電極の裏側面に配置することで、シートプラズマに凸状の変形部位（凸状部位）が生じる。この凸状部位の生じた付近では、ターゲットのスパッタ量が増大する。しかも、前記磁性部材は磁性部材移動機構により裏側面内を移動する。そのため、スパッタ量の多くなる部位を移動させながらスパッタを行うことができ、ターゲットの表面全体においてスパッタ量のばらつきを低減することができる。その結果、基板に被覆される膜の膜厚分布を向上させることができるとともに、基板表面に溝や穴が形成されていても、段差被覆性や被覆の対象性を改善することができる。さらに、シートプラズマを変形させるために外部から強磁場を印加することがないので、プラズマをシート状に変形させる永久磁石対とアノードとの間では弱磁場が維持される。それゆえ、シートプラズマのプラズマ密度分布およびプラズマ形状に影響を及ぼすことを回避することもできる。
【００２２】
前記シートプラズマ成膜装置においては、前記磁性部材移動機構は、前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内において公転移動または往復移動させるよう構成されていることが好ましい。
【００２３】
前記磁性部材移動機構としては、回転駆動源と、前記磁性部材を前記裏側面で支持する磁性部材支持体と、を備え、前記回転駆動源により前記磁性部材支持体を自転させることにより、前記磁性部材を前記裏側面内で公転させる構成を挙げることができる。具体的には、例えば、前記磁性部材支持体として前記磁性部材を固定支持する支持腕を備えている構成を挙げることができ、前記回転駆動源により支持腕を自転させることで、前記裏側面内で前記磁性部材を公転させることになる。
【００２４】
あるいは、前記ターゲット電極が前記磁性部材支持体を兼ねており、当該ターゲット電極の前記裏側面に前記磁性部材が固定される構成も挙げることができる。前記磁性部材移動機構がこの構成であれば、前記回転駆動源により前記ターゲット電極を自転させることにより、前記磁性部材を、前記ターゲット電極の前記裏側面内で、前記基板支持電極の表側面に対して相対的に公転させることになる。
【００２５】
また前記シートプラズマ成膜装置においては、前記軟磁性材料は、透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、成膜対象である基板の表面に穴や溝等の立体形状が形成されていても、これら穴や溝における段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とするシートプラズマ成膜装置が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２８】
（実施の形態）
［シートプラズマ成膜装置の全体構成］
まず、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【００２９】
図１に示すように、シートプラズマ成膜装置は、プラズマガン１０と、シートプラズマ成形室２０と、成膜室３０とを備えている。プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０および成膜室３０は、カソードＫからアノードＡに向かう方向（所定方向）に沿って、この順で配置し、かつ、互いに気密に接続されている。なお、前記所定方向とはプラズマの輸送方向に相当し、カソードＫ側が上流、アノードＡ側が下流となる。
【００３０】
プラズマガン１０は、円筒状の第一筒部材１１とその一端を閉鎖するフランジ１２とを備えている。フランジ１２は、プラズマガン１０の一端で内壁面を構成し、このフランジ１２の内壁面から突出するようにカソードＫが設けられている。プラズマガン１０の他端はシートプラズマ成形室２０の一端に接続され、シートプラズマ成形室２０の他端はボトルネック部４１を介して成膜室３０の一端に接続されている。成膜室３０の他端には、プラズマ通過用の通路４２が接続されており、当該通路４２の末端にはアノードＡが設けられている。そして、プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０および成膜室３０、並びにアノードＡへつながる通路４２は、それぞれ気密で連通している。したがって、プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０および成膜室３０によって気密な一つの容器（気密容器）４０が構成されることになる。この気密容器４０の内部は後述するように減圧可能である。
【００３１】
［プラズマガン］
プラズマガン１０は、前記第一筒部材１１およびフランジ１２に加え、カソード部１３、第一中間電極１４、第二中間電極１５を備えており、カソード部１３に前記カソードＫが含まれる。第一筒部材１１は、プラズマガン１０の本体となり、その内部は放電空間となっている。第一筒部材１１の一端には、前記のとおり放電空間を塞ぐようにフランジ１２が配置されている。フランジ１２には、カソード部１３が当該フランジ１２の中心部を貫通して取り付けられている。カソード部１３は、一次元方向に長さを有し、プラズマガン１０内部（第一筒部材１１内部）の気密を維持するように、当該フランジ１２の中心部を貫通し、フランジ１２の内側面（プラズマガン１０の内壁面）から前記所定方向に向かって延伸するように配置されている。
【００３２】
カソード部１３は、図１では詳細に図示されないが、円筒状の補助陰極および円環状の主陰極、並びにこれらを保護する円筒状の保護部材および窓部材を備えている。補助陰極は例えばタンタル（Ｔａ）で形成され、その一方の端部（後端）はフランジ１２に気密を維持するよう固定されるとともに、図示されないアルゴン（Ａｒ）ガスタンクと配管により接続されている。これにより、補助陰極の他方の端部（先端）から気密の放電空間内にＡｒガスが供給される。主陰極は、補助陰極の先端近傍の外周面に配置され（もしくは位置し）、例えば六ホウ化ランタン（ＬａＢ6 ）で形成される。前記補助陰極の外周には、当該補助陰極および先端近傍の主陰極を覆うように保護部材が配置されている。保護部材の形状は、補助陰極と同軸で、かつ、補助陰極よりも径の大きい円筒形状となっている。保護部材は、例えばモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）により形成される。保護部材の後端はフランジ１２に対して気密を維持するよう固定され、その先端には円環状の窓部材が設けられている。前記補助陰極および主陰極によってカソードＫが構成され、前記保護部材および窓部材によりカソードＫの保護容器が構成される。カソードＫは、図示されない直流電源からなる主電源と電気的に接続されている。
【００３３】
第一中間電極１４および第二中間電極１５はいずれも円環状であり、カソード部１３の先端側に前記所定方向に沿ってこの順で配置されている。第一中間電極１４および第二中間電極１５はそれぞれ前記主電源と電気的に接続され、所定の正の電圧が印加される。これにより、カソードＫで発生したアーク放電が維持され、放電空間内には荷電粒子（本実施の形態ではＡｒ+ および電子）の集合体としてのプラズマが形成される。なお、本実施の形態では、プラズマガン１０は、第一中間電極１４および第二中間電極１５の２つの中間電極を備えているが、中間電極は少なくとも１つ備えていればよい。
【００３４】
プラズマガン１０におけるシートプラズマ成形室２０側の周囲には、プラズマを円柱状に成形する第一コイル４３が設けられている。この第一コイル４３は、磁力の強さをコントロールできる環状の電磁コイルであり、これに電流を流すことにより磁場が形成される。以下、このようにコイルにより形成される磁場をコイル磁場と呼ぶ。このコイル磁場と第一中間電極１４および第二中間電極１５による電界により、プラズマガン１０の放電空間内において、前記所定方向に沿って磁束密度の勾配が形成される。プラズマを構成する荷電粒子は、前記磁束密度の勾配により前記所定方向に向かって運動するように、磁力線の回りを旋回しながら前記所定方向に進む。その結果、荷電粒子が円柱形状に略等密度分布してなるソースプラズマ（以下、円柱プラズマという。）ＣＰとして、図示されない通路を介してプラズマガン１０からシートプラズマ成形室２０へ引き出される。
【００３５】
［シートプラズマ成形室］
シートプラズマ成形室２０は、プラズマガン１０の本体となる第一筒部材１１と同一の軸を中心とする円筒状の第二筒部材２１を備えており、この第二筒部材２１がシートプラズマ成形室２０の本体となる。第一筒部材１１と第二筒部材２１とは、気密を維持して接続されている。第二筒部材２１は、導電性材料、半導体材料、絶縁性材料のいずれで形成されてもよいが、強度等を考慮すると導電性金属材料で形成されることが好ましい。第二筒部材２１の内部すなわちシートプラズマ成形室２０の内部は、プラズマの輸送空間となる。
【００３６】
第二筒部材２１の適所には、図示されない真空ポンプ接続口が設けられている。当該真空ポンプ接続口はバルブにより開閉可能であり、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シートプラズマ成形室２０内部を吸引することで、輸送空間内は、円柱プラズマＣＰを輸送可能なレベルの真空度まで減圧される。
【００３７】
シートプラズマ成形室２０の周囲には、プラズマガン１０側（すなわちカソードＫ側）に第二コイル４４が設けられ、第二コイル４４の下流側（すなわち成膜室３０側またはアノードＡ側）に永久磁石対４５が設けられる。第二コイル４４は、第二筒部材２１の周囲に巻き回される円環状の電磁コイル（空心コイル）であり、カソードＫ側をＳ極、アノードＡ側をＮ極とする方向に電流が通電される。永久磁石対４５は、角型棒状の永久磁石４５ａ（図中上方）および永久磁石４５ｂ（図中下方）からなり、第二筒部材２１（正確には輸送空間）を挟んで互いに同極が対向するように配置されている。各永久磁石４５ａ，４５ｂは、その幅方向（長手方向に直交する方向）に磁化されている。つまり、各永久磁石４５ａ，４５ｂは、その両端部の面がＮ極およびＳ極となっているのではなく、角型棒状の一側面がＮ極、他の側面がＳ極となるように磁化されている。そして、各永久磁石４５ａ，４５ｂは、その長手方向がシートプラズマ成膜装置の横方向（図１では紙面に対する垂直方向）となり、かつ、互いに同極側が対向するように、シートプラズマ成形室２０（第二筒部材２１）の上下にそれぞれ配置される。本実施の形態では、永久磁石対４５は、互いにＮ極側が対向するように配置されている。
【００３８】
シートプラズマ成形室２０では、第二コイル４４に電流を流すことにより輸送空間にコイル磁場が形成され、かつ、第二コイル４４の下流側に位置する永久磁石対４５により磁石磁場が形成される。これら磁場の相互作用により、前記所定方向へ円柱プラズマＣＰが移動するとともに、円柱プラズマＣＰがシートプラズマ成膜装置の横方向に広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に成形される。成形されたシートプラズマＳＰはボトルネック部４１を通って成膜室３０へ引き出される。
【００３９】
ボトルネック部４１は、シートプラズマ成形室２０と成膜室３０との間に設けられ、内部にシートプラズマＳＰを通過させるスリット状の通路が形成されている。スリット状の通路の形状（すなわちボトルネック部４１の形状）は、シートプラズマＳＰを適切に通過させるように設計されればよい。ボトルネック部４１を設けることにより、シートプラズマ成膜室２０の内部（輸送空間）において、シートプラズマＳＰを形成しない余分なアルゴンイオン（Ａｒ+ ）と電子とが成膜室３０に流入することを回避することができる。そのため、成膜室３０内では、シートプラズマＳＰの密度を高い状態で保持することができる。
【００４０】
［成膜室］
成膜室３０は、シートプラズマ成膜装置の上下方向に沿った軸を中心とした第三筒部材３１を備えており、この第三筒部材３１が成膜室３０の本体となる。つまり、第三筒部材３１の中心軸と第一筒部材１１および第二筒部材２１の中心軸とは互いに直交している。第三筒部材３１の側壁の適所には、スリット穴３２が形成されており、このスリット穴３２に前記ボトルネック部４１が接続される。これにより、第三筒部材３１と第二筒部材２１の他端とは前記ボトルネック部４１を介して気密を維持するよう接続される。第三筒部材３１の側壁で、スリット穴３２に対向する位置にはアノードＡが配置される。第三筒部材は、例えばアルミニウム、ＳＵＳ等の導電性材料で形成されている。
【００４１】
第三筒部材３１の両端部は蓋部材３３，３４により気密を維持するよう閉鎖されている。また、蓋部材３４の適所には、図示されないバルブにより開閉可能な真空ポンプ接続口３５が設けられている。真空ポンプ接続口３５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第三筒部材３１内部（成膜室３０内部）を吸引することにより、第三筒部材３１の内部空間は、スパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで減圧される。なお、真空ポンプ接続口３５は蓋部材３３に設けられてもよい。
【００４２】
第三筒部材３１の内部には、それぞれ平板状の基板支持電極３６およびターゲット電極３７が設けられる。基板支持電極３６およびターゲット電極３７は、シートプラズマ成形室２０から引き出されたシートプラズマＳＰが移動する空間を挟んで、それぞれの表側面が対向するように、第三筒部材３１の両端部にそれぞれ位置している。
【００４３】
基板支持電極３６は、図１では詳細に図示されないが、成膜対象である基板５１をその表側面で支持する平板状の基板ホルダと、基板５１を基板ホルダ表面に固定するチャック機構と、基板ホルダを第三筒部材３１の軸方向（すなわちシートプラズマ成膜装置の上下方向）に沿って移動可能に支持するホルダ支持機構とを備えている。基板ホルダは、基板支持電極３６の本体であり、図示されない基板用バイアス電源の負極と配線によって電気的に接続され、基板用バイアス電源は成膜プロセス中に基板支持電極３６（正確には、基板ホルダ）に対して負のバイアス電圧−Ｖbiasを印加する。チャック機構としては、例えば公知の静電チャック等を好適に用いることができるが特に限定されない。ホルダ支持機構は、蓋部材３４とは絶縁されており、気密に蓋部材３４を貫通する支持軸と第三筒部材３１の外部に位置する図示されないアクチュエータとを備えている。ホルダ支持機構は、アクチュエータの動作により支持軸の先端に取り付けられる基板ホルダを蓋部材３４側に移動（後退）させたりターゲット電極３７側に移動（前進）させたりすることができる。
【００４４】
ターゲット電極３７は、図１では詳細に図示されないが、膜の材料からなるターゲット５２をその表側面で固定するバッキングプレートと、バッキングプレートを前記軸方向に沿って移動可能に支持するプレート支持機構とを備えており、さらにターゲット電極３７の裏側面に軟磁性材料からなる磁性部材４６が設けられている。バッキングプレートは、ターゲット電極３７の本体であり、その表側面にターゲット５２を溶接又はボルト等の固定部材により固定することで、当該ターゲット５２を保持するとともに、その背面に給電極が取り付けられている。給電極は、図示されないターゲット用バイアス電源の負極と配線によって電気的に接続されているため、ターゲット用バイアス電源は成膜プロセス中にターゲット電極３７に対して負のバイアス電圧−Ｖbiasを印加する。プレート支持機構は、前記ホルダ支持機構と同様の構成を有しているので、その説明は省略する。なお、プレート支持機構も蓋部材３３とは絶縁されている。ホルダ支持機構及びプレート支持機構のアクチュエータとしては、例えば、エアシリンダ、モータ又は手動によるネジ送り機構、ラック−ピニオン機構等の公知の駆動機構を採用することができる。
【００４５】
このように、基板支持電極３６およびターゲット電極３７は、互いの間隔を変更可能に対向し、その間にシートプラズマＳＰを挟むことになる。すなわち、基板支持電極３６およびターゲット電極３７の間に形成される空間は、シートプラズマＳＰが輸送される輸送空間であり、かつ、基板５１に成膜処理を施す成膜空間となる。なお、前記磁性部材４６については後述する。
【００４６】
なお、基板支持電極３６およびターゲット電極３７は、二次元の広がりを有する平板状であれば、その具体的構成は限定されず、例えば、その表側面が凹状または凸状に湾曲していてもよい。
【００４７】
第三筒部材３１の外部には、その外周面を囲む位置に第三コイル４７および第四コイル４８が設けられる。第三コイル４７および第四コイル４８は、いずれも磁力の強さを調節できる電磁コイル（空心コイル）であり、互いに異なる極同士が対向する（例えば、第三コイル４７がＮ極、第四コイル４８がＳ極）ように対をなして配置される。これら第三コイル４７および第四コイル４８に電流を流すことによりコイル磁場が形成される。このコイル磁場は、シートプラズマＳＰの幅方向（シートプラズマ成膜装置の横方向）の拡散を抑える磁場となる。すなわち、シートプラズマＳＰがシートプラズマ成形室２０から成膜室３０に引き出され、アノードＡに向かって成膜空間内を移動する間、前記コイル磁場は、シートプラズマＳＰの幅方向にプラズマが拡散しないように形状を成形する。
【００４８】
アノードＡは、第三筒部材３１の側壁のうちスリット穴３２に対向する位置に配置される。アノードＡと側壁との間には、前述のとおりプラズマ通過用の通路４２が設けられている。この通路４２は、前記ボトルネック部４１と同様に、シートプラズマＳＰを適切に通過させるように設計されればよい。アノードＡは、主電源の正極と配線により電気的に接続されており、この主電源は、アノードＡとカソードＫとの間に正の電圧（例えば１００Ｖ）を印加する。これにより、カソードＫおよびアノードＡの間に直流のアーク放電が発生し、当該アーク放電が、シートプラズマＳＰ中の荷電粒子（特に電子）を回収する。
【００４９】
アノードＡの裏側面（カソードＫの対向面の反対側となる面）には、永久磁石４９が設けられる。この永久磁石４９は、アノードＡ側をＳ極、大気側をＮ極とするように配置されている。この永久磁石４９のＮ極からＳ極に向かって形成される磁力線より、アノードＡに向かうシートプラズマＳＰの幅方向の拡散を抑えることができる。これにより、シートプラズマＳＰは幅方向に収束されるため、アノードＡはシートプラズマＳＰの荷電粒子をより適切に回収することができる。なお、この永久磁石４９は必ずしも設けなくてよい。
【００５０】
なお、プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０、ボトルネック部４１、通路４２、アノードＡ、永久磁石対４５、コイル４３，４４，４７，４８、および永久磁石４９がシートプラズマ形成機構を構成している。
【００５１】
前記のとおり、本実施の形態では、シートプラズマ成膜装置を構成するプラズマガン１０およびシートプラズマ成形室２０は、前記所定方向に沿った軸を同じくする円筒形状であるため、その断面も円形であるが、本発明はこれに限定されず、多角形等の形状であってもよい。同様に、成膜室３０も前記所定方向に直行する方向に沿った軸を有する円筒形状であるため、その断面も円形であるが、多角形等の形状であってもよい。また、前述した各部の配置は、本発明の範囲内で適宜変更することができ、また各部や各部材等の具体的構成は、公知の構成に置き換えることができる。
【００５２】
［磁性部材および磁性部材移動機構］
次に、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置が備えている磁性部材４６の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置に設けられる磁性部材４６を移動させる構成の一例を示す模式図である。
【００５３】
図２に示すように、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置は、ターゲット電極３７の裏側面に、当該裏側面内を移動可能に配置される磁性部材４６をさらに備えている。磁性部材４６は、第三コイル４７および第四コイル４８の少なくとも一方により磁化される。これにより、磁性部材４６の配置位置に対応するシートプラズマＳＰの部位には凸状の変形部位Ｐｃが形成される。本実施の形態では、磁性部材４６は、ターゲット電極３７よりも小さい面積の矩形平板であり、軟磁性材料により形成されている。
【００５４】
具体的な軟磁性材料は特に限定されないが、鉄、ニッケル、およびその合金を挙げることができる。合金としては、ケイ素鋼等の鉄−ケイ素系合金、パーマロイ等の鉄−ニッケル系合金、センダスト等の鉄−ケイ素−アルミニウム系合金、パーメンジュール等の鉄−コバルト系合金を挙げることができる。軟磁性材料の具体的な物性も限定されないが、少なくとも高い透磁性を有しかつ保磁力が低いことが必要である。透磁性が高ければ磁力線を通しやすいが、保磁力が高ければ磁力線の影響が長期間残るためである。一般に透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上であれば高い透磁性を有すると判断できる。また保磁力は８０Ａ／ｍ以下であれば低いと判断できる。それゆえ、本発明で用いられる磁性部材４６は、透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上の軟磁性材料で形成されていることが好ましく、当該軟磁性材料の保磁力が８０Ａ／ｍ以下であることがより好ましい。
【００５５】
磁性部材４６の具体的な構成も特に限定されず、ターゲット電極３７よりも小さい面積を有する平板であればよい。平板の形状としては、円形、矩形、多角形等の各種形状を選択することができるが、シートプラズマＳＰに凸状の変形Ｐｃを生じさせる点から見れば、本実施の形態のように矩形であることが好ましい。また、磁性部材４６は、少なくとも軟磁性材料からなっていればよく、必ずしも軟磁性材料のみからなる平板でなくてよい。例えば、ターゲット電極３７の裏側面に対向する面（対向面）が軟磁性材料からなっていれば、対向面の反対側の面（背面）は、非磁性材料からなっていてもよい。つまり、磁性部材４６は、対向面を形成する軟磁性材料の層と、この層に積層される非磁性材料の層とを含む多層構造であってもよい。磁性部材４６として用いることができないのは、永久磁石等の硬質磁性材料のみである。
【００５６】
磁性部材４６のサイズも特に限定されず、少なくともターゲット電極３７よりも小さい面積であればよい。後述するように、磁性部材４６は、基板保持電極３６およびターゲット電極３７の間の成膜空間に位置するシートプラズマＳＰの厚みを調整するために用いられる。そのため、ターゲット電極３７の大きさやシートプラズマＳＰにおける厚みの調節領域の広さ等に応じて、適切なサイズの磁性部材４６を選択することができる。
【００５７】
磁性部材４６は、図２に示すように、磁性部材移動機構６０によりターゲット電極３７の裏面内で移動するよう構成される。本実施の形態では、磁性部材移動機構６０は、回転駆動源６１と支持腕６２とを備えており、磁性部材４６は、ターゲット電極３７の裏側面３７ａ内で、磁性部材移動機構６０の動作により公転移動する。回転駆動源６１は、少なくとも公知のモータから構成され、その出力軸６１ａが支持腕６２の一端に接続されている。回転駆動源６１は、出力軸６１ａがターゲット電極３７の裏側面３７ａに垂直な軸の周りに回転するように配置されている。
【００５８】
なお、磁性部材４６の公転移動の条件によっては、出力軸６１ａと支持腕６２との間に加減速機を設けてもよい。支持腕６２は、磁性部材支持体であり、その長手方向がターゲット電極３７の裏側面に対して平行となるよう配置され、他端に磁性部材４６が固定支持されている。このように、支持腕６２の一端が回転中心となり他端に磁性部材４６が取り付けられることで、磁性部材４６は、支持腕６２の長さを回転半径として公転移動する。これによって、後述するように、シートプラズマＳＰの濃度の相違によるエロージョンのアンバランスを有効に緩和することができる。
【００５９】
［シートプラズマ成膜装置の動作］
次に、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の動作について、図１、図２および図３（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図３（ａ）は、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の成膜室３０において磁性部材４６を設けた場合のシートプラズマＳＰの状態を示す模式図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す成膜室において、基板５１の表面に穴５３ａ〜５３ｃが形成されている場合に、ターゲット５２の表面でスパッタされた原子が基板５１の表面へ到達する状態を説明する模式図である。なお、図３（ｂ）では、説明の便宜上、図３（ａ）に示すターゲット電極３７および基板支持電極３６は記載を省略している。
【００６０】
まず、成膜室３０内に、基板５１およびターゲット５２が搬入される。そして、図示されない真空ポンプの吸引により、気密容器４０内部、すなわち、それぞれ気密に連通されるプラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０、および成膜室３０内のそれぞれが真空状態となる。
【００６１】
次に、図示されない基板用バイアス電源をターゲット電極３７に電気的に接続するとともに、図示されない主電源をアノードＡに電気的に接続する。次に、プラズマガン１０では、カソードＫを構成する補助陰極の先端からアルゴン（Ａｒ）ガスが放電空間内に供給され、当該補助陰極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の先端部分の温度が上昇すると、この熱でカソードＫを構成する主陰極が加熱されて高温になり、アーク放電が行われる。これにより、カソードＫ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、第一中間電極１４および第二中間電極１５による電界と第一コイル４３によるコイル磁場により、カソードＫからアノードＡ側に引き出され、円柱プラズマＣＰに成形される。円柱プラズマＣＰは、第一コイル４３によって形成されるコイル磁場の磁力線に沿ってシートプラズマ成形室２０に導入される。
【００６２】
シートプラズマ成形室２０に導入された円柱プラズマＣＰは、永久磁石対４５と第二コイル４４から発生する磁場によってシート状に広がり、シートプラズマＳＰに成形される。シートプラズマＳＰは、ボトルネック部４１（およびスリット穴３２）を通過して成膜室３０に導入される。
【００６３】
成膜室３０に導入されたシートプラズマＳＰは、第三コイル４７および第四コイル４８によるコイル磁場によって、幅方向の形状が整えられ、基板５１とターゲット５２と間の空間（成膜空間）に導入される。ターゲット５２には、バッキングプレートを介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧−Ｖbiasが印加される。基板５１には、基板ホルダを介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧−Ｖbiasが印加される。ターゲット５２の電圧が負にバイアスされることにより、シートプラズマＳＰ中のアルゴンイオン（Ａｒ+ ）がターゲット５２に向かって引き付けられ、ターゲット５２に衝突する。このときアルゴンイオンとターゲット５２との衝突エネルギーにより、ターゲット５２を構成する材料の原子（ターゲット原子）が、基板５１に向かってはじき出され、スパッタが生じる。
【００６４】
スパッタによりはじき出されたターゲット原子は、直進してシートプラズマＳＰ中を通過する。このとき、ターゲット原子はシートプラズマＳＰにより電子を剥ぎ取られて電離され、陽イオンにイオン化する。基板５１は負の電圧にバイアスされているため、この陽イオンの進行速度は基板５１に向かって加速する。この加速により、陽イオンは、基板５１の表面に対して付着強度を高めて堆積し、堆積に伴って電子を受け取ることで基板５１の表面にターゲットの材料からなる膜を形成する。その後、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ＡがシートプラズマＳＰの荷電粒子を回収する。
【００６５】
ここで、磁性部材４６を設けない構成であれば、成膜空間内のシートプラズマＳＰは、当該成膜空間の中央部分で厚みが大きくなる傾向がある（図５（ａ）参照）。これは、第三コイル４７および第四コイル４８が成膜室３０の外側に位置するためである。すなわち、第三コイル４７および第四コイル４８により形成されるコイル磁場は、シートプラズマＳＰの拡散を抑える磁場である。そのため、第三コイル４７または第四コイル４８の近傍部分となる、成膜空間の上流側（シートプラズマ成形室２０側、カソードＫ側）および下流側（アノードＡ側）においては、磁場は相対的に強くなるが、これら第三コイル４７および第四コイル４８から離れる中央部分では、磁場は相対的に弱くなる。それゆえ、中央部分ではシートプラズマＳＰが拡散し、その厚みが増大する。
【００６６】
前記のとおり、スパッタは、シートプラズマ中のアルゴンイオンがターゲット５２の表面に衝突することにより生じる。したがって、シートプラズマＳＰの厚みが増大すれば、ターゲット５２における対応部位でのスパッタ量も増大する。また、成膜空間の中央部分に対応するターゲット５２の表面では、より多くのターゲット原子が多方向にはじき出されるため、基板５１の表面の中央領域では堆積量が多くなるとともに、さまざまな入射角でターゲットの陽イオンが表面に到達するため、段差被覆性も向上する。
【００６７】
これに対して、成膜空間の上流側や下流側ではシートプラズマＳＰが拡散せず収束しているため、相対的にスパッタ量も少なくなる。さらに、基板５１の表面の周辺領域は中央領域と比較するとイオン粒子の入射量が相対的に少ない。その結果、基板５１の表面の周辺領域では堆積量が相対的に少なくなるとともに、表面に到達する陽イオンの入射角も制限されるため、段差被覆性も低下する（図５（ｂ）参照）。
【００６８】
成膜対象である基板５１の表面が平坦であれば、このような堆積量や段差被覆性の部分的な相違は、成膜にあまり影響しない。しかしながら、基板５１の表面に溝や穴等の立体形状が形成されている場合、これら溝または穴は表面における段差であるため、この段差の「影」となる部位では陽イオンの到達が妨げられやすくなる。ここで、基板５１の中央領域では、ターゲットの陽イオンは多方向から表面に到達するため「影」が生じにくく、それゆえ段差被覆性が良好となる。一方、基板５１の周辺領域では、その表面に到達する陽イオンそのものが制限される上、陽イオンの進行方向から見て段差の「影」となる部位には陽イオンは到達しにくくなる。その結果、周辺領域では、段差被覆性が低下するため、同一の基板５１表面での膜厚や被覆状態の顕著なばらつきが生じる。
【００６９】
そこで、本発明では、図２および図３（ａ）に示すように、ターゲット５２の背面側（正確には、ターゲット電極３７の裏側面）に軟磁性材料からなる磁性部材４６を配置する。磁性部材４６を配置することで、第三コイル４７または第四コイル４８により磁性部材４６が磁化するため、磁性部材４６の位置に対応する部位では、シートプラズマＳＰは磁性部材４６側に引き付けられ凸状に変形する。そして、磁性部材４６を公転移動させることによって、シートプラズマＳＰの凸状の変形部位（以下、凸状部位という。）Ｐｃも移動する。凸状部位Ｐｃの移動により、スパッタ量の多くなる部位が移動するため、ターゲット原子のイオン化率のばらつきを調整することが可能となり、堆積量および段差被覆性の部分的なばらつきを有効に緩和することができる。
【００７０】
例えば、図３（ｂ）に示すように、基板５１の中央領域に穴５３ａが形成され、周辺領域に穴５３ｂ（図中右側），５３ｃ（図中左側）が形成されているとし、ターゲット５３の周辺部分におけるシートプラズマＳＰとターゲット５２の表面との距離Ｄ0 を基準とする。磁性部材４６により、ターゲット５２の周辺部分に凸状部位Ｐｃを生じさせると、当該凸状部位Ｐｃとターゲット５２の表面との距離Ｄ2 は距離Ｄ0 よりも小さくなる。ターゲット５２の表面におけるスパッタ量は、当該表面からプラズマまでの距離に依存するので、周辺部分でターゲット５２の表面と凸状部位Ｐｃとの距離が小さくなると、周辺部位におけるスパッタ量が増大する。それゆえ、例えば、図３（ｂ）の右側に示す、基板５１の周辺領域の穴５３ｂでは、イオン粒子の進行方向（図中矢印）から見て段差の「影」となる部位が生じにくくなり、当該穴５３ｂ内で形成された膜５４の厚みは均一性を増す。
【００７１】
ここで、凸状部位Ｐｃが図中右側の位置から動かず静止していれば、周辺部分でのスパッタ量の増大により、基板５１の中央領域の穴５３ａに到達するイオン粒子の量に差が生じ、膜厚に不均一が生じることになる。ところが前記のように、磁性部材４６はターゲット５２（正確にはターゲット電極３７の裏側面）で公転移動するので、凸状部位Ｐｃも移動する。それゆえ、穴５３ａにおいても、図３（ｂ）に示すような膜厚の不均一は生じず、均一性を増した膜５４を形成することができる。なお、図中左側の穴５３ｃについても同様に膜厚の均一性が増す。
【００７２】
また、磁性部材４６は軟磁性材料で構成されるため、永久磁石のように外部から強制的な磁場を加えることがない。それゆえ、シートプラズマ成形室２０の永久磁石対４５とアノードＡとの間では、弱磁場が維持される。その結果、シートプラズマＳＰは、シート形状および高密度の状態を維持して成膜空間に移動することができる。また、磁性部材４６を回転移動させるときに、ターゲット電極３７の裏側面全体に磁性部材４６が隅々まで均等に移動するように設定することで、基板５１の表面の周辺領域だけでなく中央領域においても段差被覆性を改善することが可能となる。
【００７３】
ここで、磁性部材４６の公転速度は特に限定されず、成膜のばらつきに応じてシートプラズマＳＰの凸状部位Ｐｃを適切に移動させることができれば、どのような速度であってもよいし、速度を変化させてもよい。また、公転は一定周期で行ってもよいし、断続的に行ってもよい。本実施の形態では、磁性部材４６の公転速度は一定であるが、公転速度を段階的に変化させることにより、膜厚の均一性および段差被覆性をより一層改善することが可能となる。
【００７４】
なお、磁性部材４６をターゲット電極３７の裏側面に静置し移動させない場合、磁性部材４６の静置位置でシートプラズマＳＰの凸状部位Ｐｃが静止するため、ターゲット５２の表面では、凸状部位Ｐｃに対応する位置でスパッタ量が多くなりエロージョンが集中する。それゆえ、必ずしも堆積量や段差被覆性のばらつきを抑制できるわけではなく、静置位置によっては、ばらつきが悪化する可能性もある。したがって、本発明では、磁性部材４６は磁性部材移動機構６０によってターゲット電極３７の裏側面を移動するように構成される必要がある。
【００７５】
［変形例］
本実施の形態では、前記のとおり、磁性部材移動機構６０が磁性部材４６を公転移動させるよう構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、往復移動させるように構成されてもよい。往復移動させる構成は特に限定されず、磁性部材４６をターゲット電極３７の裏側面で単純に往復移動させるよう構成されてもよいし、裏側面全体で磁性部材４６を走査移動させるよう構成されてもよい。具体的な構成としては公知の構成を採用することができる。
【００７６】
なお、磁性部材４６を往復移動させるか公転移動させるかについては、ターゲット５２や基板５１の形状に合わせて適宜選択すればよい。例えば、ターゲット５２および基板５１が円形であれば、磁性部材４６を公転移動させればよく、ターゲット５２および基板５１が矩形であれば、磁性部材４６を往復移動させればよい。もちろん、磁性部材４６の移動の仕方は往復または公転に限定されない。
【００７７】
また、本実施の形態では、支持腕６２の一端に回転駆動源６１の出力軸６１ａを接続し、他端に磁性部材４６を固定支持する構成となっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、出力軸６１ａを接続する部位と磁性部材４６を固定する部位との間隔が変更可能な構成であってもよい。
【００７８】
この場合、支持腕６２は、ターゲット電極３７の裏側面３７ａに対向する側（支持側）のいずれかの箇所に磁性部材４６を固定支持し、前記支持側の背面側（駆動側）のいずれかの箇所に出力軸６１ａを接続するよう構成されればよい。この構成では、支持腕６２における磁性部材４６の固定部位と出力軸６１ａの接続部位とを、支持腕６２の延伸方向において異ならせることで、磁性部材４６を公転移動させることができる。前記固定部位と接続部位とが、支持腕６２の延伸方向において異なっていなければ、支持腕６２の回転中心の直下で磁性部材４６が固定支持されているため、磁性部材４６が自転することになる。この場合、磁性部材４６を静置した状態と同様に、シートプラズマＳＰの凸状部位Ｐｃがターゲット５２の表面で移動しないことになるため、好ましくない。
【００７９】
また、磁性部材４６は、ターゲット電極３７の裏側面で、当該ターゲット電極３７に対向する基板支持電極３６の表側面に対して相対的に公転するようになっていればよい。したがって、磁性部材移動機構の具体的構成は、図２に示すような、回転駆動源６１により支持腕６２を回転させる構成に限定されず、例えば、ターゲット電極３７を磁性部材支持体として用い、当該ターゲット電極３７の前記裏側面に磁性部材４６を固定させる構成であってもよい。この構成であれば、回転駆動源６１によりターゲット電極３７を自転させるので、磁性部材４６は、基板支持電極３６の表側面に対して相対的に公転することになる。
【００８０】
また、回転駆動源６１の出力軸６１ａは、裏側面３７ａに垂直な軸となっている必要はなく、裏側面３７ａと平行な軸であってもよいし、傾斜してもよい。すなわち回転駆動源６１の回転出力が磁性部材支持体またはターゲット電極３７を自転させるようになっていればよく、例えば、ベベルギヤやウォームギヤ等の回転力の方向を変える機構を備えていてもよい。
【００８１】
このように、本発明においては、磁性部材４６を裏側面３７ａで公転させる構成を採用するのであれば、磁性部材移動機構は、公知の回転駆動源と磁性部材支持体とを備え、前記磁性部材を前記裏側面内で相対的に公転させるようになっていればよい。
【００８２】
（実施例）
次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。本実施例では、本発明の効果をより明確に示すために、磁性部材４６を設けないときに穴に形成された膜の段差被覆性と、磁性部材４６を設け、かつ、磁性部材４６を敢えて移動させないときに、穴に形成された膜の段差被覆性とを比較した。
【００８３】
図４（ａ），（ｂ）は、図５（ｂ）に示す従来の構成に対応する比較例であり、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置において磁性部材４６を用いないで基板１５１に成膜したときの穴１５３ａおよび１５３ｂの段差被覆性の結果（電子顕微鏡写真）を示す図である。図４（ａ）が、基板１５１の中央領域に形成された穴１５３ａに対応する結果を示し、図４（ｂ）が、
周辺領域（外周部）に形成された穴１５３ｂに対応する結果を示す。
【００８４】
また、図４（ｃ），（ｄ）は、図３（ｂ）に示す本発明の構成に対応する実施例であり、前記シートプラズマ成膜装置において磁性部材４６を用いて基板５１に成膜したときの穴５３ａおよび５３ｂの段差被覆性の結果を示す図である。図４（ｃ）が、基板５１の中央領域に形成された穴５３ａに対応する結果を示し、図４（ｄ）が、周辺領域（外周部）に形成された穴５３ｂに対応する結果を示す。
【００８５】
図４（ａ）に示すように、基板１５１の中央領域では、穴１５３ａ内において膜厚は均一なものとなっているのに対して、図４（ｂ）に示すように、基板１５１の周辺領域では、穴１５３ｂ内において、中央側の膜厚が小さく外周側の膜厚が大きくなっている。これに対して、本発明を適用すれば、図４（ｄ）に示すように、基板５１の周辺領域では、穴５３ｂ内の膜厚は、図４（ｂ）に示す穴１５３ｂ内の膜厚と比較して、明らかに段差被覆性が向上している。
【００８６】
なお、本実施例では、前記のとおり、磁性部材４６を回転させていないので、図３（ｂ）におけるシートプラズマの進行方向（図の右から左側）を基準とすれば、図４（ｃ）に示すように、基板５１の中央領域では、穴５３ａ内において、前記進行方向の下流側（図中左側）の膜厚が大きく、前記進行方向の上流側（図中右側）の膜厚が小さくなっている。これは、穴５３ａから見れば、前記進行方向の上流側で磁性部材４６が静止しているためである。しかしながら、磁性部材４６を回転させることによって、中央領域でも、図４（ａ）に示す穴１５３ａと同様に膜厚の不均一性を解消することができる。それゆえ、本発明によれば、穴の段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とできるだけでなく、被覆の対象性も向上できることがわかる。
【００８７】
前述した本発明をシートプラズマ処理方法としてみれば、スパッタリングによる薄膜形成において、表側面を互いに対向させて配置されるターゲットおよび基板の間に、シート状のプラズマを導入する工程と、前記ターゲットおよび前記基板それぞれに電極を介して電圧を印加し、スパッタを行う工程を含み、スパッタを行う工程では、スパッタを行うと同時に、前記ターゲットの裏側面で、軟磁性材料で形成される磁性部材を移動させている。これにより、基板に被覆される膜の膜厚分布を向上させることができるとともに、基板表面に穴や溝が形成されていても、段差被覆性や被覆の対象性を改善することができる。
【００８８】
なお、本発明は上記の実施形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明のシートプラズマ成膜装置は、スパッタリングを用いた真空成膜装置の分野に好適に用いることができるだけでなく、イオンアシストモジュールやプラズマを使用した装置全般にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すシートプラズマ成膜装置に設けられる磁性部材を移動させる構成の一例を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すシートプラズマ成膜装置の成膜室において磁性部材を設けた場合のシートプラズマの状態を示す模式図であり、（ｂ）は、前記成膜室において基板表面に穴が形成されている場合に、ターゲットの表面でスパッタされた原子が基板の表面へ到達する状態を説明する模式図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図３（ａ）に示す成膜室の構成で基板に成膜したときの穴の段差被覆性の結果を示す図であり、（ｃ），（ｄ）は、図３（ｂ）に示す成膜室の構成で基板に成膜したときの穴の段差被覆性の結果を示す図である。
【図５】（ａ）は、一般的なシートプラズマ成膜装置の成膜室内におけるシートプラズマの状態を示す模式図であり、（ｂ）は、前記成膜室において、基板表面に穴が形成されている場合に、ターゲット表面でスパッタされた原子が基板表面へ到達する状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
２０ シートプラズマ成形室
３０ 成膜室
３６ 基板支持電極
３７ ターゲット電極
３７ａ ターゲット電極の裏側面
４６ 磁性部材
５１ 基板
５２ ターゲット
６０ 磁性部材移動機構
６１ 回転駆動源
６１ａ 出力軸
６２ 支持腕（磁性部材支持体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートプラズマ成膜装置に関し、特に、膜厚分布の均一化、並びに、表面が立体形状（溝、穴等）を有する基板（成膜対象）へ成膜する場合の段差被覆性および被覆性の対称性を向上することができるシートプラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置では、減圧室内にターゲットが配置され、ターゲットの背後に当該ターゲットの表面近傍に磁場を形成する磁石が配置される。そして、放電用ガスの存在の下、ターゲットを一方の電極として放電用の電圧が印加されると、グロー放電の発生によりプラズマが生成される。そして、このプラズマが磁石の磁場により閉じ込められることで、ターゲットの表面近傍に高密度プラズマ領域が形成され、この高密度プラズマ領域から高エネルギーのイオン粒子が飛び出してターゲットの表面に衝突する。この衝突によって、ターゲットを形成する物質の原子がはじき出される。この原子のはじき出し現象がスパッタである。
【０００３】
前記スパッタリング装置は広く成膜装置として用いられる。スパッタリング装置の減圧室内でターゲットに対向して基板等の成膜対象を配置するとともに、ターゲットを成膜したい素材で形成してスパッタを発生させれば、スパッタされた原子が基板表面に付着し、膜が形成される。
【０００４】
マグネトロンスパッタリング成膜装置は、前記スパッタを利用した成膜装置の一つであり、ターゲットの裏面の近傍に、電場に直交する磁場を与えて高密度プラズマを形成するため、所望の厚さの膜を高速に形成できる。それゆえ、この分野ではさまざまな応用技術が開発されており、例えば、スパッタリング中に、磁場を発生させる磁石を移動させる技術が種々提案されている。このように磁石を移動させることでターゲット裏面に与えられる磁場を均一化することで、ターゲットの表面全体で均一にエロージョンを発生させ、形成される膜の膜厚分布を向上させることを図っている。具体的な技術としては、例えば特許文献１に開示されるプレーナーマグネトロンカソードが挙げられる。
【０００５】
この技術では、プレーナーマグネトロンカソードにおいて、スパッタの際に、中央部永久磁石と周縁部永久磁石とが、プレーナーターゲットと平行な平面内で、当該プレーナーターゲットの互いに交わる隣接二辺方向に移動するよう構成される。これにより、前記プレーナーターゲットの表面が磁力線によって四角く走査されるため、プレーナーターゲットの利用効率が高まり、ランニングコストが低減できるとされる。また、一つのプレーナーターゲットを長時間使用できるようになるのでターゲット交換回数が減り、スパッタ装置の稼働率が高まり、コスト低減に寄与できるとされる。
【０００６】
ところで、前記スパッタを利用した他の成膜装置として、シートプラズマ成膜装置が知られている。シートプラズマ成膜装置では、円柱状のプラズマを、同じ磁極（例えばＮ極）同士を互いに対向させて強力な反発磁界を発生する永久磁石の対で挟み込む。これにより形成されたシート状のプラズマ（シートプラズマ）は、均一かつ高密度である。シートプラズマ成膜装置は、このようなシートプラズマをターゲットと基板との間の成膜室に導入し、シートプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングにより基板上にターゲット材料の膜を形成する。これにより、大きな面積の膜を高速で形成することができる。具体的な技術としては、例えば特許文献２に開示されるシートプラズマ成膜装置が挙げられる。
【０００７】
この技術では、シートプラズマ成膜装置が、互いに異極同士を向き合わせて、前記成膜空間を挟むように配置される第二の磁界発生手段の対を備えており、シート状のプラズマは、前記成膜空間を移動する間に、前記第二の磁界発生手段の対の磁界により前記主面から凸状に偏倚する。この構成によれば、シート状プラズマをその主面から湾曲させるため、シート状プラズマ中の荷電粒子によって叩き出されたターゲットの原子を、より望ましい方向に揃って配線溝に到達させることができる。その結果、基板上の配線溝に形成した配線膜の膜特性を改善することができる。
【特許文献１】特許第３７６６７０３号公報
【特許文献２】特開２００７−１５４２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記シートプラズマ成膜装置では、形成される膜の品質を向上させるべく、前記特許文献２に開示されるような種々の技術が提案されており、同文献に開示されるように有意な効果が得られる技術も多い。しかしながら、本発明者らの検討によれば、シートプラズマ成膜装置において、新たな課題が存在することが明らかとなった。この新たな課題について、図５（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）は、一般的なシートプラズマ成膜装置の成膜室内におけるシートプラズマの状態を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す成膜室において、基板表面に穴が形成されている場合に、ターゲット表面でスパッタされた原子が基板表面へ到達する状態を説明する模式図である。
【０００９】
従来のシートプラズマ成膜装置では、成膜室におけるシートプラズマの入口側および出口側にはそれぞれ電磁コイルが設けられる。これら電磁コイルは、シートプラズマ整形用の弱磁場を形成する。そのため、成膜室の入口側および出口側における磁場は、成膜室の中央部分の磁場よりも強くなる。なお、成膜室の入口側はプラズマの進行方向の上流側であり、出口側は下流側である。
【００１０】
図５（ａ）に示すように、成膜室内では、成膜対象となる基板１５１とターゲット１５２とがそれぞれ基板支持電極１３６およびターゲット電極１３７により支持され、互いに対向し、その間にシートプラズマＳＰが位置する。それゆえ、前記上流側および下流側に対応するターゲット１５２の周辺部分では、シートプラズマＳＰの厚みは相対的に小さい。これに対して、ターゲット１５２の中央部分では、整形用の磁場が十分な強さではないため、上流側および下流側に比べてシートプラズマＳＰの厚みは大きくなる。なお、基板１５１は基板支持電極１３６により支持され、ターゲット１５２はターゲット電極１３７により支持される。
【００１１】
ここで、ターゲット表面におけるスパッタ量は、当該ターゲット表面に面するプラズマの密度だけでなく、当該ターゲット表面からプラズマまでの距離に依存する。それゆえ、図５（ｂ）に示すように、周辺部分におけるシートプラズマＳＰとターゲット１５２の表面との距離Ｄ0 を基準とすれば、中央部分におけるシートプラズマＳＰとターゲット１５２の表面との距離Ｄ1は、距離Ｄ0 よりも小さくなる。なお、図５（ｂ）では、説明の便宜上、図５（ａ）に示すターゲット電極１３７および基板支持電極１３６は記載を省略している。
【００１２】
この対応関係でスパッタ処理が行われると、ターゲット１５２の中央部分では、スパッタ量が多くなってエロージョンの程度が大きくなるが、ターゲット１５２の周辺部分では、スパッタ量が相対的に少なくなりエロージョンの程度が低下する。その結果、ターゲット表面全体においてスパッタ量に不均一が生じる。
【００１３】
さらに、図５（ｂ）に示すように、ターゲット１５２の表面でスパッタされた原子（正確にはイオン粒子）はさまざまな角度ではじき出されるため、当該原子がシートプラズマを通過して生成したイオン粒子もさまざまな入射角で基板１５１の表面に到達する。基板１５１の表面の中央領域では、ターゲット１５２の表面全体からイオン粒子が入射する（図中矢印）が、基板１５１の表面の周辺領域では、入射するイオン粒子は、対向するターゲット１５２の周辺部分の表面と、当該周辺部分に近い部分の表面とだけになる。それゆえ、基板５１の周辺領域は、中央領域と比較すると、そもそもイオン粒子の入射量が少ない。
【００１４】
このように、ターゲット１５２の表面でスパッタ量に不均一が生じたり、基板１５１の表面に入射するイオン粒子の量に差が生じたりすると、形成される膜の膜厚にも分布に不均一が生じる。しかしながら、基板１５１の表面が平坦であれば、このような膜厚の不均一性はほとんど問題とならない。ところが、特に、基板１５１の表面に、溝や穴等の立体形状が形成されていれば、立体形状の部位において膜厚の不均一性は顕著となる。
【００１５】
つまり、溝や穴は表面に対する段差となるため、この段差により一部のイオン粒子の到達が妨げられる。それゆえ、図５（ｂ）に示すように、基板１５１の中央領域に穴１５３ａが形成され、周辺領域に穴１５３ｂ（図中右側），１５３ｃ（図中左側）が形成されているとすると、中央領域の穴１５３ａと比較して、周辺領域の穴１５３ｂ，１５３ｃでは、イオン粒子の進行方向（図中矢印）から見て段差の「影」となる部位にイオン粒子は到達しにくくなる。その結果、周辺領域の穴１５３ｂでは、当該穴１５３ｂ内部の中央寄りで膜１５４の厚みが小さくなり、断面で見れば、周辺側から中央側に向かって傾斜するような膜厚の不均一が生じる。穴１５３ｃでも同様である。
【００１６】
前記特許文献２に開示する技術では、前記電磁コイルを傾斜させることで、シートプラズマの位置をターゲット側に曲げる。そのため、ターゲットのイオン粒子を配線溝に到達させやすくなり、膜の品質を向上することができる。しかしながら、基板表面に形成される立体形状がより複雑な形状となれば、十分に対応できなくなる可能性がある。
【００１７】
一方、前記特許文献１に開示する技術は、マグネトロンスパッタリング成膜装置に関する技術であり、この技術をシートプラズマ成膜装置に適用することはできない。つまり、マグネトロンスパッタリング成膜装置とシートプラズマ成膜装置とでは、プラズマの形成手法が異なるため、エロージョンを均一に発生させるために、磁場を発生させる手段を移動させる手法は採用できない。
【００１８】
また、ターゲットの周辺部分においてスパッタ量を増加させるためには、シートプラズマのターゲット周辺部分に対応する領域において、プラズマ密度を大きくするように磁場を調整することが考えられる。しかしながら、シートプラズマ成膜装置の構成から見れば、磁場の調整そのものが困難である。これは、シートプラズマ成膜装置では、円柱状のプラズマをシート状に変形する永久磁石対からアノードまでの空間は、弱磁場によってシートプラズマの形状を維持しつつ磁気輸送する構成となっているためである。それゆえ、例えば、特許文献１に開示するように、永久磁石等による強磁場を加えると、周辺の弱磁場に影響を及ぼすため、プラズマ密度の分布やプラズマの形状にも影響が生じる。
【００１９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、シートプラズマ成膜装置において、成膜対象である基板が、その表面に穴や溝等の立体形状が形成されているものであっても、これら穴や溝における段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とする技術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】
【００２０】
本発明に係るシートプラズマ成膜装置は、前記の課題を解決するために、表側面でターゲットを固定するターゲット電極と、表側面で成膜対象となる基板を支持する基板支持電極と、前記ターゲット電極および前記基板支持電極を、互いの表側面を対向させて内部に設ける成膜室と、円柱プラズマを発生し、当該円柱プラズマを永久磁石対の磁界によりシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという。）に変形し、かつ、当該シートプラズマを前記成膜室の前記ターゲット電極および前記基板支持電極の間を通ってアノードへ移動せしめるシートプラズマ形成機構と、少なくとも軟磁性材料からなり、前記ターゲット電極よりも小さい面積を有し、当該ターゲット電極の裏側面に配置される磁性部材と、前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内で移動させる磁性部材移動機構と、を備えている、構成である。
【００２１】
上記構成によれば、軟磁性材料からなる磁性部材をターゲット電極の裏側面に配置することで、シートプラズマに凸状の変形部位（凸状部位）が生じる。この凸状部位の生じた付近では、ターゲットのスパッタ量が増大する。しかも、前記磁性部材は磁性部材移動機構により裏側面内を移動する。そのため、スパッタ量の多くなる部位を移動させながらスパッタを行うことができ、ターゲットの表面全体においてスパッタ量のばらつきを低減することができる。その結果、基板に被覆される膜の膜厚分布を向上させることができるとともに、基板表面に溝や穴が形成されていても、段差被覆性や被覆の対象性を改善することができる。さらに、シートプラズマを変形させるために外部から強磁場を印加することがないので、プラズマをシート状に変形させる永久磁石対とアノードとの間では弱磁場が維持される。それゆえ、シートプラズマのプラズマ密度分布およびプラズマ形状に影響を及ぼすことを回避することもできる。
【００２２】
前記シートプラズマ成膜装置においては、前記磁性部材移動機構は、前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内において公転移動または往復移動させるよう構成されていることが好ましい。
【００２３】
前記磁性部材移動機構としては、回転駆動源と、前記磁性部材を前記裏側面で支持する磁性部材支持体と、を備え、前記回転駆動源により前記磁性部材支持体を自転させることにより、前記磁性部材を前記裏側面内で公転させる構成を挙げることができる。具体的には、例えば、前記磁性部材支持体として前記磁性部材を固定支持する支持腕を備えている構成を挙げることができ、前記回転駆動源により支持腕を自転させることで、前記裏側面内で前記磁性部材を公転させることになる。
【００２４】
あるいは、前記ターゲット電極が前記磁性部材支持体を兼ねており、当該ターゲット電極の前記裏側面に前記磁性部材が固定される構成も挙げることができる。前記磁性部材移動機構がこの構成であれば、前記回転駆動源により前記ターゲット電極を自転させることにより、前記磁性部材を、前記ターゲット電極の前記裏側面内で、前記基板支持電極の表側面に対して相対的に公転させることになる。
【００２５】
また前記シートプラズマ成膜装置においては、前記軟磁性材料は、透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、成膜対象である基板の表面に穴や溝等の立体形状が形成されていても、これら穴や溝における段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とするシートプラズマ成膜装置が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２８】
（実施の形態）
［シートプラズマ成膜装置の全体構成］
まず、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【００２９】
図１に示すように、シートプラズマ成膜装置は、プラズマガン１０と、シートプラズマ成形室２０と、成膜室３０とを備えている。プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０および成膜室３０は、カソードＫからアノードＡに向かう方向（所定方向）に沿って、この順で配置し、かつ、互いに気密に接続されている。なお、前記所定方向とはプラズマの輸送方向に相当し、カソードＫ側が上流、アノードＡ側が下流となる。
【００３０】
プラズマガン１０は、円筒状の第一筒部材１１とその一端を閉鎖するフランジ１２とを備えている。フランジ１２は、プラズマガン１０の一端で内壁面を構成し、このフランジ１２の内壁面から突出するようにカソードＫが設けられている。プラズマガン１０の他端はシートプラズマ成形室２０の一端に接続され、シートプラズマ成形室２０の他端はボトルネック部４１を介して成膜室３０の一端に接続されている。成膜室３０の他端には、プラズマ通過用の通路４２が接続されており、当該通路４２の末端にはアノードＡが設けられている。そして、プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０および成膜室３０、並びにアノードＡへつながる通路４２は、それぞれ気密で連通している。したがって、プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０および成膜室３０によって気密な一つの容器（気密容器）４０が構成されることになる。この気密容器４０の内部は後述するように減圧可能である。
【００３１】
［プラズマガン］
プラズマガン１０は、前記第一筒部材１１およびフランジ１２に加え、カソード部１３、第一中間電極１４、第二中間電極１５を備えており、カソード部１３に前記カソードＫが含まれる。第一筒部材１１は、プラズマガン１０の本体となり、その内部は放電空間となっている。第一筒部材１１の一端には、前記のとおり放電空間を塞ぐようにフランジ１２が配置されている。フランジ１２には、カソード部１３が当該フランジ１２の中心部を貫通して取り付けられている。カソード部１３は、一次元方向に長さを有し、プラズマガン１０内部（第一筒部材１１内部）の気密を維持するように、当該フランジ１２の中心部を貫通し、フランジ１２の内側面（プラズマガン１０の内壁面）から前記所定方向に向かって延伸するように配置されている。
【００３２】
カソード部１３は、図１では詳細に図示されないが、円筒状の補助陰極および円環状の主陰極、並びにこれらを保護する円筒状の保護部材および窓部材を備えている。補助陰極は例えばタンタル（Ｔａ）で形成され、その一方の端部（後端）はフランジ１２に気密を維持するよう固定されるとともに、図示されないアルゴン（Ａｒ）ガスタンクと配管により接続されている。これにより、補助陰極の他方の端部（先端）から気密の放電空間内にＡｒガスが供給される。主陰極は、補助陰極の先端近傍の外周面に配置され（もしくは位置し）、例えば六ホウ化ランタン（ＬａＢ6 ）で形成される。前記補助陰極の外周には、当該補助陰極および先端近傍の主陰極を覆うように保護部材が配置されている。保護部材の形状は、補助陰極と同軸で、かつ、補助陰極よりも径の大きい円筒形状となっている。保護部材は、例えばモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）により形成される。保護部材の後端はフランジ１２に対して気密を維持するよう固定され、その先端には円環状の窓部材が設けられている。前記補助陰極および主陰極によってカソードＫが構成され、前記保護部材および窓部材によりカソードＫの保護容器が構成される。カソードＫは、図示されない直流電源からなる主電源と電気的に接続されている。
【００３３】
第一中間電極１４および第二中間電極１５はいずれも円環状であり、カソード部１３の先端側に前記所定方向に沿ってこの順で配置されている。第一中間電極１４および第二中間電極１５はそれぞれ前記主電源と電気的に接続され、所定の正の電圧が印加される。これにより、カソードＫで発生したアーク放電が維持され、放電空間内には荷電粒子（本実施の形態ではＡｒ+ および電子）の集合体としてのプラズマが形成される。なお、本実施の形態では、プラズマガン１０は、第一中間電極１４および第二中間電極１５の２つの中間電極を備えているが、中間電極は少なくとも１つ備えていればよい。
【００３４】
プラズマガン１０におけるシートプラズマ成形室２０側の周囲には、プラズマを円柱状に成形する第一コイル４３が設けられている。この第一コイル４３は、磁力の強さをコントロールできる環状の電磁コイルであり、これに電流を流すことにより磁場が形成される。以下、このようにコイルにより形成される磁場をコイル磁場と呼ぶ。このコイル磁場と第一中間電極１４および第二中間電極１５による電界により、プラズマガン１０の放電空間内において、前記所定方向に沿って磁束密度の勾配が形成される。プラズマを構成する荷電粒子は、前記磁束密度の勾配により前記所定方向に向かって運動するように、磁力線の回りを旋回しながら前記所定方向に進む。その結果、荷電粒子が円柱形状に略等密度分布してなるソースプラズマ（以下、円柱プラズマという。）ＣＰとして、図示されない通路を介してプラズマガン１０からシートプラズマ成形室２０へ引き出される。
【００３５】
［シートプラズマ成形室］
シートプラズマ成形室２０は、プラズマガン１０の本体となる第一筒部材１１と同一の軸を中心とする円筒状の第二筒部材２１を備えており、この第二筒部材２１がシートプラズマ成形室２０の本体となる。第一筒部材１１と第二筒部材２１とは、気密を維持して接続されている。第二筒部材２１は、導電性材料、半導体材料、絶縁性材料のいずれで形成されてもよいが、強度等を考慮すると導電性金属材料で形成されることが好ましい。第二筒部材２１の内部すなわちシートプラズマ成形室２０の内部は、プラズマの輸送空間となる。
【００３６】
第二筒部材２１の適所には、図示されない真空ポンプ接続口が設けられている。当該真空ポンプ接続口はバルブにより開閉可能であり、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シートプラズマ成形室２０内部を吸引することで、輸送空間内は、円柱プラズマＣＰを輸送可能なレベルの真空度まで減圧される。
【００３７】
シートプラズマ成形室２０の周囲には、プラズマガン１０側（すなわちカソードＫ側）に第二コイル４４が設けられ、第二コイル４４の下流側（すなわち成膜室３０側またはアノードＡ側）に永久磁石対４５が設けられる。第二コイル４４は、第二筒部材２１の周囲に巻き回される円環状の電磁コイル（空心コイル）であり、カソードＫ側をＳ極、アノードＡ側をＮ極とする方向に電流が通電される。永久磁石対４５は、角型棒状の永久磁石４５ａ（図中上方）および永久磁石４５ｂ（図中下方）からなり、第二筒部材２１（正確には輸送空間）を挟んで互いに同極が対向するように配置されている。各永久磁石４５ａ，４５ｂは、その幅方向（長手方向に直交する方向）に磁化されている。つまり、各永久磁石４５ａ，４５ｂは、その両端部の面がＮ極およびＳ極となっているのではなく、角型棒状の一側面がＮ極、他の側面がＳ極となるように磁化されている。そして、各永久磁石４５ａ，４５ｂは、その長手方向がシートプラズマ成膜装置の横方向（図１では紙面に対する垂直方向）となり、かつ、互いに同極側が対向するように、シートプラズマ成形室２０（第二筒部材２１）の上下にそれぞれ配置される。本実施の形態では、永久磁石対４５は、互いにＮ極側が対向するように配置されている。
【００３８】
シートプラズマ成形室２０では、第二コイル４４に電流を流すことにより輸送空間にコイル磁場が形成され、かつ、第二コイル４４の下流側に位置する永久磁石対４５により磁石磁場が形成される。これら磁場の相互作用により、前記所定方向へ円柱プラズマＣＰが移動するとともに、円柱プラズマＣＰがシートプラズマ成膜装置の横方向に広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に成形される。成形されたシートプラズマＳＰはボトルネック部４１を通って成膜室３０へ引き出される。
【００３９】
ボトルネック部４１は、シートプラズマ成形室２０と成膜室３０との間に設けられ、内部にシートプラズマＳＰを通過させるスリット状の通路が形成されている。スリット状の通路の形状（すなわちボトルネック部４１の形状）は、シートプラズマＳＰを適切に通過させるように設計されればよい。ボトルネック部４１を設けることにより、シートプラズマ成膜室２０の内部（輸送空間）において、シートプラズマＳＰを形成しない余分なアルゴンイオン（Ａｒ+ ）と電子とが成膜室３０に流入することを回避することができる。そのため、成膜室３０内では、シートプラズマＳＰの密度を高い状態で保持することができる。
【００４０】
［成膜室］
成膜室３０は、シートプラズマ成膜装置の上下方向に沿った軸を中心とした第三筒部材３１を備えており、この第三筒部材３１が成膜室３０の本体となる。つまり、第三筒部材３１の中心軸と第一筒部材１１および第二筒部材２１の中心軸とは互いに直交している。第三筒部材３１の側壁の適所には、スリット穴３２が形成されており、このスリット穴３２に前記ボトルネック部４１が接続される。これにより、第三筒部材３１と第二筒部材２１の他端とは前記ボトルネック部４１を介して気密を維持するよう接続される。第三筒部材３１の側壁で、スリット穴３２に対向する位置にはアノードＡが配置される。第三筒部材は、例えばアルミニウム、ＳＵＳ等の導電性材料で形成されている。
【００４１】
第三筒部材３１の両端部は蓋部材３３，３４により気密を維持するよう閉鎖されている。また、蓋部材３４の適所には、図示されないバルブにより開閉可能な真空ポンプ接続口３５が設けられている。真空ポンプ接続口３５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第三筒部材３１内部（成膜室３０内部）を吸引することにより、第三筒部材３１の内部空間は、スパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで減圧される。なお、真空ポンプ接続口３５は蓋部材３３に設けられてもよい。
【００４２】
第三筒部材３１の内部には、それぞれ平板状の基板支持電極３６およびターゲット電極３７が設けられる。基板支持電極３６およびターゲット電極３７は、シートプラズマ成形室２０から引き出されたシートプラズマＳＰが移動する空間を挟んで、それぞれの表側面が対向するように、第三筒部材３１の両端部にそれぞれ位置している。
【００４３】
基板支持電極３６は、図１では詳細に図示されないが、成膜対象である基板５１をその表側面で支持する平板状の基板ホルダと、基板５１を基板ホルダ表面に固定するチャック機構と、基板ホルダを第三筒部材３１の軸方向（すなわちシートプラズマ成膜装置の上下方向）に沿って移動可能に支持するホルダ支持機構とを備えている。基板ホルダは、基板支持電極３６の本体であり、図示されない基板用バイアス電源の負極と配線によって電気的に接続され、基板用バイアス電源は成膜プロセス中に基板支持電極３６（正確には、基板ホルダ）に対して負のバイアス電圧−Ｖbiasを印加する。チャック機構としては、例えば公知の静電チャック等を好適に用いることができるが特に限定されない。ホルダ支持機構は、蓋部材３４とは絶縁されており、気密に蓋部材３４を貫通する支持軸と第三筒部材３１の外部に位置する図示されないアクチュエータとを備えている。ホルダ支持機構は、アクチュエータの動作により支持軸の先端に取り付けられる基板ホルダを蓋部材３４側に移動（後退）させたりターゲット電極３７側に移動（前進）させたりすることができる。
【００４４】
ターゲット電極３７は、図１では詳細に図示されないが、膜の材料からなるターゲット５２をその表側面で固定するバッキングプレートと、バッキングプレートを前記軸方向に沿って移動可能に支持するプレート支持機構とを備えており、さらにターゲット電極３７の裏側面に軟磁性材料からなる磁性部材４６が設けられている。バッキングプレートは、ターゲット電極３７の本体であり、その表側面にターゲット５２を溶接又はボルト等の固定部材により固定することで、当該ターゲット５２を保持するとともに、その背面に給電極が取り付けられている。給電極は、図示されないターゲット用バイアス電源の負極と配線によって電気的に接続されているため、ターゲット用バイアス電源は成膜プロセス中にターゲット電極３７に対して負のバイアス電圧−Ｖbiasを印加する。プレート支持機構は、前記ホルダ支持機構と同様の構成を有しているので、その説明は省略する。なお、プレート支持機構も蓋部材３３とは絶縁されている。ホルダ支持機構及びプレート支持機構のアクチュエータとしては、例えば、エアシリンダ、モータ又は手動によるネジ送り機構、ラック−ピニオン機構等の公知の駆動機構を採用することができる。
【００４５】
このように、基板支持電極３６およびターゲット電極３７は、互いの間隔を変更可能に対向し、その間にシートプラズマＳＰを挟むことになる。すなわち、基板支持電極３６およびターゲット電極３７の間に形成される空間は、シートプラズマＳＰが輸送される輸送空間であり、かつ、基板５１に成膜処理を施す成膜空間となる。なお、前記磁性部材４６については後述する。
【００４６】
なお、基板支持電極３６およびターゲット電極３７は、二次元の広がりを有する平板状であれば、その具体的構成は限定されず、例えば、その表側面が凹状または凸状に湾曲していてもよい。
【００４７】
第三筒部材３１の外部には、その外周面を囲む位置に第三コイル４７および第四コイル４８が設けられる。第三コイル４７および第四コイル４８は、いずれも磁力の強さを調節できる電磁コイル（空心コイル）であり、互いに異なる極同士が対向する（例えば、第三コイル４７がＮ極、第四コイル４８がＳ極）ように対をなして配置される。これら第三コイル４７および第四コイル４８に電流を流すことによりコイル磁場が形成される。このコイル磁場は、シートプラズマＳＰの幅方向（シートプラズマ成膜装置の横方向）の拡散を抑える磁場となる。すなわち、シートプラズマＳＰがシートプラズマ成形室２０から成膜室３０に引き出され、アノードＡに向かって成膜空間内を移動する間、前記コイル磁場は、シートプラズマＳＰの幅方向にプラズマが拡散しないように形状を成形する。
【００４８】
アノードＡは、第三筒部材３１の側壁のうちスリット穴３２に対向する位置に配置される。アノードＡと側壁との間には、前述のとおりプラズマ通過用の通路４２が設けられている。この通路４２は、前記ボトルネック部４１と同様に、シートプラズマＳＰを適切に通過させるように設計されればよい。アノードＡは、主電源の正極と配線により電気的に接続されており、この主電源は、アノードＡとカソードＫとの間に正の電圧（例えば１００Ｖ）を印加する。これにより、カソードＫおよびアノードＡの間に直流のアーク放電が発生し、当該アーク放電が、シートプラズマＳＰ中の荷電粒子（特に電子）を回収する。
【００４９】
アノードＡの裏側面（カソードＫの対向面の反対側となる面）には、永久磁石４９が設けられる。この永久磁石４９は、アノードＡ側をＳ極、大気側をＮ極とするように配置されている。この永久磁石４９のＮ極からＳ極に向かって形成される磁力線より、アノードＡに向かうシートプラズマＳＰの幅方向の拡散を抑えることができる。これにより、シートプラズマＳＰは幅方向に収束されるため、アノードＡはシートプラズマＳＰの荷電粒子をより適切に回収することができる。なお、この永久磁石４９は必ずしも設けなくてよい。
【００５０】
なお、プラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０、ボトルネック部４１、通路４２、アノードＡ、永久磁石対４５、コイル４３，４４，４７，４８、および永久磁石４９がシートプラズマ形成機構を構成している。
【００５１】
前記のとおり、本実施の形態では、シートプラズマ成膜装置を構成するプラズマガン１０およびシートプラズマ成形室２０は、前記所定方向に沿った軸を同じくする円筒形状であるため、その断面も円形であるが、本発明はこれに限定されず、多角形等の形状であってもよい。同様に、成膜室３０も前記所定方向に直行する方向に沿った軸を有する円筒形状であるため、その断面も円形であるが、多角形等の形状であってもよい。また、前述した各部の配置は、本発明の範囲内で適宜変更することができ、また各部や各部材等の具体的構成は、公知の構成に置き換えることができる。
【００５２】
［磁性部材および磁性部材移動機構］
次に、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置が備えている磁性部材４６の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置に設けられる磁性部材４６を移動させる構成の一例を示す模式図である。
【００５３】
図２に示すように、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置は、ターゲット電極３７の裏側面に、当該裏側面内を移動可能に配置される磁性部材４６をさらに備えている。磁性部材４６は、第三コイル４７および第四コイル４８の少なくとも一方により磁化される。これにより、磁性部材４６の配置位置に対応するシートプラズマＳＰの部位には凸状の変形部位Ｐｃが形成される。本実施の形態では、磁性部材４６は、ターゲット電極３７よりも小さい面積の矩形平板であり、軟磁性材料により形成されている。
【００５４】
具体的な軟磁性材料は特に限定されないが、鉄、ニッケル、およびその合金を挙げることができる。合金としては、ケイ素鋼等の鉄−ケイ素系合金、パーマロイ等の鉄−ニッケル系合金、センダスト等の鉄−ケイ素−アルミニウム系合金、パーメンジュール等の鉄−コバルト系合金を挙げることができる。軟磁性材料の具体的な物性も限定されないが、少なくとも高い透磁性を有しかつ保磁力が低いことが必要である。透磁性が高ければ磁力線を通しやすいが、保磁力が高ければ磁力線の影響が長期間残るためである。一般に透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上であれば高い透磁性を有すると判断できる。また保磁力は８０Ａ／ｍ以下であれば低いと判断できる。それゆえ、本発明で用いられる磁性部材４６は、透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上の軟磁性材料で形成されていることが好ましく、当該軟磁性材料の保磁力が８０Ａ／ｍ以下であることがより好ましい。
【００５５】
磁性部材４６の具体的な構成も特に限定されず、ターゲット電極３７よりも小さい面積を有する平板であればよい。平板の形状としては、円形、矩形、多角形等の各種形状を選択することができるが、シートプラズマＳＰに凸状の変形Ｐｃを生じさせる点から見れば、本実施の形態のように矩形であることが好ましい。また、磁性部材４６は、少なくとも軟磁性材料からなっていればよく、必ずしも軟磁性材料のみからなる平板でなくてよい。例えば、ターゲット電極３７の裏側面に対向する面（対向面）が軟磁性材料からなっていれば、対向面の反対側の面（背面）は、非磁性材料からなっていてもよい。つまり、磁性部材４６は、対向面を形成する軟磁性材料の層と、この層に積層される非磁性材料の層とを含む多層構造であってもよい。磁性部材４６として用いることができないのは、永久磁石等の硬質磁性材料のみである。
【００５６】
磁性部材４６のサイズも特に限定されず、少なくともターゲット電極３７よりも小さい面積であればよい。後述するように、磁性部材４６は、基板保持電極３６およびターゲット電極３７の間の成膜空間に位置するシートプラズマＳＰの厚みを調整するために用いられる。そのため、ターゲット電極３７の大きさやシートプラズマＳＰにおける厚みの調節領域の広さ等に応じて、適切なサイズの磁性部材４６を選択することができる。
【００５７】
磁性部材４６は、図２に示すように、磁性部材移動機構６０によりターゲット電極３７の裏面内で移動するよう構成される。本実施の形態では、磁性部材移動機構６０は、回転駆動源６１と支持腕６２とを備えており、磁性部材４６は、ターゲット電極３７の裏側面３７ａ内で、磁性部材移動機構６０の動作により公転移動する。回転駆動源６１は、少なくとも公知のモータから構成され、その出力軸６１ａが支持腕６２の一端に接続されている。回転駆動源６１は、出力軸６１ａがターゲット電極３７の裏側面３７ａに垂直な軸の周りに回転するように配置されている。
【００５８】
なお、磁性部材４６の公転移動の条件によっては、出力軸６１ａと支持腕６２との間に加減速機を設けてもよい。支持腕６２は、磁性部材支持体であり、その長手方向がターゲット電極３７の裏側面に対して平行となるよう配置され、他端に磁性部材４６が固定支持されている。このように、支持腕６２の一端が回転中心となり他端に磁性部材４６が取り付けられることで、磁性部材４６は、支持腕６２の長さを回転半径として公転移動する。これによって、後述するように、シートプラズマＳＰの濃度の相違によるエロージョンのアンバランスを有効に緩和することができる。
【００５９】
［シートプラズマ成膜装置の動作］
次に、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の動作について、図１、図２および図３（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図３（ａ）は、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の成膜室３０において磁性部材４６を設けた場合のシートプラズマＳＰの状態を示す模式図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す成膜室において、基板５１の表面に穴５３ａ〜５３ｃが形成されている場合に、ターゲット５２の表面でスパッタされた原子が基板５１の表面へ到達する状態を説明する模式図である。なお、図３（ｂ）では、説明の便宜上、図３（ａ）に示すターゲット電極３７および基板支持電極３６は記載を省略している。
【００６０】
まず、成膜室３０内に、基板５１およびターゲット５２が搬入される。そして、図示されない真空ポンプの吸引により、気密容器４０内部、すなわち、それぞれ気密に連通されるプラズマガン１０、シートプラズマ成形室２０、および成膜室３０内のそれぞれが真空状態となる。
【００６１】
次に、図示されない基板用バイアス電源をターゲット電極３７に電気的に接続するとともに、図示されない主電源をアノードＡに電気的に接続する。次に、プラズマガン１０では、カソードＫを構成する補助陰極の先端からアルゴン（Ａｒ）ガスが放電空間内に供給され、当該補助陰極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の先端部分の温度が上昇すると、この熱でカソードＫを構成する主陰極が加熱されて高温になり、アーク放電が行われる。これにより、カソードＫ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、第一中間電極１４および第二中間電極１５による電界と第一コイル４３によるコイル磁場により、カソードＫからアノードＡ側に引き出され、円柱プラズマＣＰに成形される。円柱プラズマＣＰは、第一コイル４３によって形成されるコイル磁場の磁力線に沿ってシートプラズマ成形室２０に導入される。
【００６２】
シートプラズマ成形室２０に導入された円柱プラズマＣＰは、永久磁石対４５と第二コイル４４から発生する磁場によってシート状に広がり、シートプラズマＳＰに成形される。シートプラズマＳＰは、ボトルネック部４１（およびスリット穴３２）を通過して成膜室３０に導入される。
【００６３】
成膜室３０に導入されたシートプラズマＳＰは、第三コイル４７および第四コイル４８によるコイル磁場によって、幅方向の形状が整えられ、基板５１とターゲット５２と間の空間（成膜空間）に導入される。ターゲット５２には、バッキングプレートを介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧−Ｖbiasが印加される。基板５１には、基板ホルダを介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧−Ｖbiasが印加される。ターゲット５２の電圧が負にバイアスされることにより、シートプラズマＳＰ中のアルゴンイオン（Ａｒ+ ）がターゲット５２に向かって引き付けられ、ターゲット５２に衝突する。このときアルゴンイオンとターゲット５２との衝突エネルギーにより、ターゲット５２を構成する材料の原子（ターゲット原子）が、基板５１に向かってはじき出され、スパッタが生じる。
【００６４】
スパッタによりはじき出されたターゲット原子は、直進してシートプラズマＳＰ中を通過する。このとき、ターゲット原子はシートプラズマＳＰにより電子を剥ぎ取られて電離され、陽イオンにイオン化する。基板５１は負の電圧にバイアスされているため、この陽イオンの進行速度は基板５１に向かって加速する。この加速により、陽イオンは、基板５１の表面に対して付着強度を高めて堆積し、堆積に伴って電子を受け取ることで基板５１の表面にターゲットの材料からなる膜を形成する。その後、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ＡがシートプラズマＳＰの荷電粒子を回収する。
【００６５】
ここで、磁性部材４６を設けない構成であれば、成膜空間内のシートプラズマＳＰは、当該成膜空間の中央部分で厚みが大きくなる傾向がある（図５（ａ）参照）。これは、第三コイル４７および第四コイル４８が成膜室３０の外側に位置するためである。すなわち、第三コイル４７および第四コイル４８により形成されるコイル磁場は、シートプラズマＳＰの拡散を抑える磁場である。そのため、第三コイル４７または第四コイル４８の近傍部分となる、成膜空間の上流側（シートプラズマ成形室２０側、カソードＫ側）および下流側（アノードＡ側）においては、磁場は相対的に強くなるが、これら第三コイル４７および第四コイル４８から離れる中央部分では、磁場は相対的に弱くなる。それゆえ、中央部分ではシートプラズマＳＰが拡散し、その厚みが増大する。
【００６６】
前記のとおり、スパッタは、シートプラズマ中のアルゴンイオンがターゲット５２の表面に衝突することにより生じる。したがって、シートプラズマＳＰの厚みが増大すれば、ターゲット５２における対応部位でのスパッタ量も増大する。また、成膜空間の中央部分に対応するターゲット５２の表面では、より多くのターゲット原子が多方向にはじき出されるため、基板５１の表面の中央領域では堆積量が多くなるとともに、さまざまな入射角でターゲットの陽イオンが表面に到達するため、段差被覆性も向上する。
【００６７】
これに対して、成膜空間の上流側や下流側ではシートプラズマＳＰが拡散せず収束しているため、相対的にスパッタ量も少なくなる。さらに、基板５１の表面の周辺領域は中央領域と比較するとイオン粒子の入射量が相対的に少ない。その結果、基板５１の表面の周辺領域では堆積量が相対的に少なくなるとともに、表面に到達する陽イオンの入射角も制限されるため、段差被覆性も低下する（図５（ｂ）参照）。
【００６８】
成膜対象である基板５１の表面が平坦であれば、このような堆積量や段差被覆性の部分的な相違は、成膜にあまり影響しない。しかしながら、基板５１の表面に溝や穴等の立体形状が形成されている場合、これら溝または穴は表面における段差であるため、この段差の「影」となる部位では陽イオンの到達が妨げられやすくなる。ここで、基板５１の中央領域では、ターゲットの陽イオンは多方向から表面に到達するため「影」が生じにくく、それゆえ段差被覆性が良好となる。一方、基板５１の周辺領域では、その表面に到達する陽イオンそのものが制限される上、陽イオンの進行方向から見て段差の「影」となる部位には陽イオンは到達しにくくなる。その結果、周辺領域では、段差被覆性が低下するため、同一の基板５１表面での膜厚や被覆状態の顕著なばらつきが生じる。
【００６９】
そこで、本発明では、図２および図３（ａ）に示すように、ターゲット５２の背面側（正確には、ターゲット電極３７の裏側面）に軟磁性材料からなる磁性部材４６を配置する。磁性部材４６を配置することで、第三コイル４７または第四コイル４８により磁性部材４６が磁化するため、磁性部材４６の位置に対応する部位では、シートプラズマＳＰは磁性部材４６側に引き付けられ凸状に変形する。そして、磁性部材４６を公転移動させることによって、シートプラズマＳＰの凸状の変形部位（以下、凸状部位という。）Ｐｃも移動する。凸状部位Ｐｃの移動により、スパッタ量の多くなる部位が移動するため、ターゲット原子のイオン化率のばらつきを調整することが可能となり、堆積量および段差被覆性の部分的なばらつきを有効に緩和することができる。
【００７０】
例えば、図３（ｂ）に示すように、基板５１の中央領域に穴５３ａが形成され、周辺領域に穴５３ｂ（図中右側），５３ｃ（図中左側）が形成されているとし、ターゲット５３の周辺部分におけるシートプラズマＳＰとターゲット５２の表面との距離Ｄ0 を基準とする。磁性部材４６により、ターゲット５２の周辺部分に凸状部位Ｐｃを生じさせると、当該凸状部位Ｐｃとターゲット５２の表面との距離Ｄ2 は距離Ｄ0 よりも小さくなる。ターゲット５２の表面におけるスパッタ量は、当該表面からプラズマまでの距離に依存するので、周辺部分でターゲット５２の表面と凸状部位Ｐｃとの距離が小さくなると、周辺部位におけるスパッタ量が増大する。それゆえ、例えば、図３（ｂ）の右側に示す、基板５１の周辺領域の穴５３ｂでは、イオン粒子の進行方向（図中矢印）から見て段差の「影」となる部位が生じにくくなり、当該穴５３ｂ内で形成された膜５４の厚みは均一性を増す。
【００７１】
ここで、凸状部位Ｐｃが図中右側の位置から動かず静止していれば、周辺部分でのスパッタ量の増大により、基板５１の中央領域の穴５３ａに到達するイオン粒子の量に差が生じ、膜厚に不均一が生じることになる。ところが前記のように、磁性部材４６はターゲット５２（正確にはターゲット電極３７の裏側面）で公転移動するので、凸状部位Ｐｃも移動する。それゆえ、穴５３ａにおいても、図３（ｂ）に示すような膜厚の不均一は生じず、均一性を増した膜５４を形成することができる。なお、図中左側の穴５３ｃについても同様に膜厚の均一性が増す。
【００７２】
また、磁性部材４６は軟磁性材料で構成されるため、永久磁石のように外部から強制的な磁場を加えることがない。それゆえ、シートプラズマ成形室２０の永久磁石対４５とアノードＡとの間では、弱磁場が維持される。その結果、シートプラズマＳＰは、シート形状および高密度の状態を維持して成膜空間に移動することができる。また、磁性部材４６を回転移動させるときに、ターゲット電極３７の裏側面全体に磁性部材４６が隅々まで均等に移動するように設定することで、基板５１の表面の周辺領域だけでなく中央領域においても段差被覆性を改善することが可能となる。
【００７３】
ここで、磁性部材４６の公転速度は特に限定されず、成膜のばらつきに応じてシートプラズマＳＰの凸状部位Ｐｃを適切に移動させることができれば、どのような速度であってもよいし、速度を変化させてもよい。また、公転は一定周期で行ってもよいし、断続的に行ってもよい。本実施の形態では、磁性部材４６の公転速度は一定であるが、公転速度を段階的に変化させることにより、膜厚の均一性および段差被覆性をより一層改善することが可能となる。
【００７４】
なお、磁性部材４６をターゲット電極３７の裏側面に静置し移動させない場合、磁性部材４６の静置位置でシートプラズマＳＰの凸状部位Ｐｃが静止するため、ターゲット５２の表面では、凸状部位Ｐｃに対応する位置でスパッタ量が多くなりエロージョンが集中する。それゆえ、必ずしも堆積量や段差被覆性のばらつきを抑制できるわけではなく、静置位置によっては、ばらつきが悪化する可能性もある。したがって、本発明では、磁性部材４６は磁性部材移動機構６０によってターゲット電極３７の裏側面を移動するように構成される必要がある。
【００７５】
［変形例］
本実施の形態では、前記のとおり、磁性部材移動機構６０が磁性部材４６を公転移動させるよう構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、往復移動させるように構成されてもよい。往復移動させる構成は特に限定されず、磁性部材４６をターゲット電極３７の裏側面で単純に往復移動させるよう構成されてもよいし、裏側面全体で磁性部材４６を走査移動させるよう構成されてもよい。具体的な構成としては公知の構成を採用することができる。
【００７６】
なお、磁性部材４６を往復移動させるか公転移動させるかについては、ターゲット５２や基板５１の形状に合わせて適宜選択すればよい。例えば、ターゲット５２および基板５１が円形であれば、磁性部材４６を公転移動させればよく、ターゲット５２および基板５１が矩形であれば、磁性部材４６を往復移動させればよい。もちろん、磁性部材４６の移動の仕方は往復または公転に限定されない。
【００７７】
また、本実施の形態では、支持腕６２の一端に回転駆動源６１の出力軸６１ａを接続し、他端に磁性部材４６を固定支持する構成となっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、出力軸６１ａを接続する部位と磁性部材４６を固定する部位との間隔が変更可能な構成であってもよい。
【００７８】
この場合、支持腕６２は、ターゲット電極３７の裏側面３７ａに対向する側（支持側）のいずれかの箇所に磁性部材４６を固定支持し、前記支持側の背面側（駆動側）のいずれかの箇所に出力軸６１ａを接続するよう構成されればよい。この構成では、支持腕６２における磁性部材４６の固定部位と出力軸６１ａの接続部位とを、支持腕６２の延伸方向において異ならせることで、磁性部材４６を公転移動させることができる。前記固定部位と接続部位とが、支持腕６２の延伸方向において異なっていなければ、支持腕６２の回転中心の直下で磁性部材４６が固定支持されているため、磁性部材４６が自転することになる。この場合、磁性部材４６を静置した状態と同様に、シートプラズマＳＰの凸状部位Ｐｃがターゲット５２の表面で移動しないことになるため、好ましくない。
【００７９】
また、磁性部材４６は、ターゲット電極３７の裏側面で、当該ターゲット電極３７に対向する基板支持電極３６の表側面に対して相対的に公転するようになっていればよい。したがって、磁性部材移動機構の具体的構成は、図２に示すような、回転駆動源６１により支持腕６２を回転させる構成に限定されず、例えば、ターゲット電極３７を磁性部材支持体として用い、当該ターゲット電極３７の前記裏側面に磁性部材４６を固定させる構成であってもよい。この構成であれば、回転駆動源６１によりターゲット電極３７を自転させるので、磁性部材４６は、基板支持電極３６の表側面に対して相対的に公転することになる。
【００８０】
また、回転駆動源６１の出力軸６１ａは、裏側面３７ａに垂直な軸となっている必要はなく、裏側面３７ａと平行な軸であってもよいし、傾斜してもよい。すなわち回転駆動源６１の回転出力が磁性部材支持体またはターゲット電極３７を自転させるようになっていればよく、例えば、ベベルギヤやウォームギヤ等の回転力の方向を変える機構を備えていてもよい。
【００８１】
このように、本発明においては、磁性部材４６を裏側面３７ａで公転させる構成を採用するのであれば、磁性部材移動機構は、公知の回転駆動源と磁性部材支持体とを備え、前記磁性部材を前記裏側面内で相対的に公転させるようになっていればよい。
【００８２】
（実施例）
次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。本実施例では、本発明の効果をより明確に示すために、磁性部材４６を設けないときに穴に形成された膜の段差被覆性と、磁性部材４６を設け、かつ、磁性部材４６を敢えて移動させないときに、穴に形成された膜の段差被覆性とを比較した。
【００８３】
図４（ａ），（ｂ）は、図５（ｂ）に示す従来の構成に対応する比較例であり、本実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置において磁性部材４６を用いないで基板１５１に成膜したときの穴１５３ａおよび１５３ｂの段差被覆性の結果（電子顕微鏡写真）を示す図である。図４（ａ）が、基板１５１の中央領域に形成された穴１５３ａに対応する結果を示し、図４（ｂ）が、
周辺領域（外周部）に形成された穴１５３ｂに対応する結果を示す。
【００８４】
また、図４（ｃ），（ｄ）は、図３（ｂ）に示す本発明の構成に対応する実施例であり、前記シートプラズマ成膜装置において磁性部材４６を用いて基板５１に成膜したときの穴５３ａおよび５３ｂの段差被覆性の結果を示す図である。図４（ｃ）が、基板５１の中央領域に形成された穴５３ａに対応する結果を示し、図４（ｄ）が、周辺領域（外周部）に形成された穴５３ｂに対応する結果を示す。
【００８５】
図４（ａ）に示すように、基板１５１の中央領域では、穴１５３ａ内において膜厚は均一なものとなっているのに対して、図４（ｂ）に示すように、基板１５１の周辺領域では、穴１５３ｂ内において、中央側の膜厚が小さく外周側の膜厚が大きくなっている。これに対して、本発明を適用すれば、図４（ｄ）に示すように、基板５１の周辺領域では、穴５３ｂ内の膜厚は、図４（ｂ）に示す穴１５３ｂ内の膜厚と比較して、明らかに段差被覆性が向上している。
【００８６】
なお、本実施例では、前記のとおり、磁性部材４６を回転させていないので、図３（ｂ）におけるシートプラズマの進行方向（図の右から左側）を基準とすれば、図４（ｃ）に示すように、基板５１の中央領域では、穴５３ａ内において、前記進行方向の下流側（図中左側）の膜厚が大きく、前記進行方向の上流側（図中右側）の膜厚が小さくなっている。これは、穴５３ａから見れば、前記進行方向の上流側で磁性部材４６が静止しているためである。しかしながら、磁性部材４６を回転させることによって、中央領域でも、図４（ａ）に示す穴１５３ａと同様に膜厚の不均一性を解消することができる。それゆえ、本発明によれば、穴の段差被覆性を向上させ、膜厚の分布をより均一とできるだけでなく、被覆の対象性も向上できることがわかる。
【００８７】
前述した本発明をシートプラズマ処理方法としてみれば、スパッタリングによる薄膜形成において、表側面を互いに対向させて配置されるターゲットおよび基板の間に、シート状のプラズマを導入する工程と、前記ターゲットおよび前記基板それぞれに電極を介して電圧を印加し、スパッタを行う工程を含み、スパッタを行う工程では、スパッタを行うと同時に、前記ターゲットの裏側面で、軟磁性材料で形成される磁性部材を移動させている。これにより、基板に被覆される膜の膜厚分布を向上させることができるとともに、基板表面に穴や溝が形成されていても、段差被覆性や被覆の対象性を改善することができる。
【００８８】
なお、本発明は上記の実施形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明のシートプラズマ成膜装置は、スパッタリングを用いた真空成膜装置の分野に好適に用いることができるだけでなく、イオンアシストモジュールやプラズマを使用した装置全般にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の形態に係るシートプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すシートプラズマ成膜装置に設けられる磁性部材を移動させる構成の一例を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すシートプラズマ成膜装置の成膜室において磁性部材を設けた場合のシートプラズマの状態を示す模式図であり、（ｂ）は、前記成膜室において基板表面に穴が形成されている場合に、ターゲットの表面でスパッタされた原子が基板の表面へ到達する状態を説明する模式図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図３（ａ）に示す成膜室の構成で基板に成膜したときの穴の段差被覆性の結果を示す図であり、（ｃ），（ｄ）は、図３（ｂ）に示す成膜室の構成で基板に成膜したときの穴の段差被覆性の結果を示す図である。
【図５】（ａ）は、一般的なシートプラズマ成膜装置の成膜室内におけるシートプラズマの状態を示す模式図であり、（ｂ）は、前記成膜室において、基板表面に穴が形成されている場合に、ターゲット表面でスパッタされた原子が基板表面へ到達する状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
２０ シートプラズマ成形室
３０ 成膜室
３６ 基板支持電極
３７ ターゲット電極
３７ａ ターゲット電極の裏側面
４６ 磁性部材
５１ 基板
５２ ターゲット
６０ 磁性部材移動機構
６１ 回転駆動源
６１ａ 出力軸
６２ 支持腕（磁性部材支持体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側面でターゲットを固定するターゲット電極と、
表側面で成膜対象となる基板を支持する基板支持電極と、
前記ターゲット電極および前記基板支持電極を、互いの表側面を対向させて内部に設ける成膜室と、
円柱プラズマを発生し、当該円柱プラズマを永久磁石対の磁界によりシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという。）に変形し、かつ、当該シートプラズマを前記成膜室の前記ターゲット電極および前記基板支持電極の間を通ってアノードへ移動せしめるシートプラズマ形成機構と、
少なくとも軟磁性材料からなり、前記ターゲット電極よりも小さい面積を有し、当該ターゲット電極の裏側面に配置される磁性部材と、
前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内で移動させる磁性部材移動機構と、を備えている、シートプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記磁性部材移動機構は、前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内において公転移動または往復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成膜装置。
【請求項３】
前記磁性部材移動機構は、回転駆動源と、前記磁性部材を前記裏側面で支持する磁性部材支持体と、を備え、
前記回転駆動源により前記磁性部材支持体を自転させることにより、前記磁性部材を前記裏側面内で公転させるよう構成されている、請求項２に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲット電極が前記磁性部材支持体を兼ねており、当該ターゲット電極の前記裏側面に前記磁性部材が固定されるとともに、
前記磁性部材移動機構は、前記回転駆動源により前記ターゲット電極を自転させることにより、前記磁性部材を、前記ターゲット電極の前記裏側面内で、前記基板支持電極の表側面に対して相対的に公転させるよう構成されている、請求項３に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記軟磁性材料は、透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項１】
表側面でターゲットを固定するターゲット電極と、
表側面で成膜対象となる基板を支持する基板支持電極と、
前記ターゲット電極および前記基板支持電極を、互いの表側面を対向させて内部に設ける成膜室と、
円柱プラズマを発生し、当該円柱プラズマを永久磁石対の磁界によりシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという。）に変形し、かつ、当該シートプラズマを前記成膜室の前記ターゲット電極および前記基板支持電極の間を通ってアノードへ移動せしめるシートプラズマ形成機構と、
少なくとも軟磁性材料からなり、前記ターゲット電極よりも小さい面積を有し、当該ターゲット電極の裏側面に配置される磁性部材と、
前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内で移動させる磁性部材移動機構と、を備えている、シートプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記磁性部材移動機構は、前記磁性部材を前記ターゲット電極の前記裏側面内において公転移動または往復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成膜装置。
【請求項３】
前記磁性部材移動機構は、回転駆動源と、前記磁性部材を前記裏側面で支持する磁性部材支持体と、を備え、
前記回転駆動源により前記磁性部材支持体を自転させることにより、前記磁性部材を前記裏側面内で公転させるよう構成されている、請求項２に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲット電極が前記磁性部材支持体を兼ねており、当該ターゲット電極の前記裏側面に前記磁性部材が固定されるとともに、
前記磁性部材移動機構は、前記回転駆動源により前記ターゲット電極を自転させることにより、前記磁性部材を、前記ターゲット電極の前記裏側面内で、前記基板支持電極の表側面に対して相対的に公転させるよう構成されている、請求項３に記載のシートプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記軟磁性材料は、透磁率が１０００Ｈ／ｍ以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のシートプラズマ成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１３２９９２（Ｐ２０１０−１３２９９２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１７７１（Ｐ２００８−３１１７７１）
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【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２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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