プラズマ成膜装置
【課題】簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、また、生産効率が高いプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。
【解決手段】容器１０１と、プラズマを発生させるプラズマガン１と、プラズマを受けるアノード４８と、容器１０１の一部を成しその内部に成膜空間４２を有する成膜室４と、アノード４８と成膜空間４２との間に設けられ、容器１０１の内部空間のアノード４８に対向する位置に進出し及びそこから退避することにより、アノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放し、かつ、放電電極として機能する遮蔽部材５２と、遮蔽部材５２を進出及び退避するよう駆動するための駆動機構５３と、アノード４８と遮蔽部材５２との間に放電によりプラズマを発生するための電圧を印加する電源３６と、を備える、プラズマ成膜装置。
【解決手段】容器１０１と、プラズマを発生させるプラズマガン１と、プラズマを受けるアノード４８と、容器１０１の一部を成しその内部に成膜空間４２を有する成膜室４と、アノード４８と成膜空間４２との間に設けられ、容器１０１の内部空間のアノード４８に対向する位置に進出し及びそこから退避することにより、アノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放し、かつ、放電電極として機能する遮蔽部材５２と、遮蔽部材５２を進出及び退避するよう駆動するための駆動機構５３と、アノード４８と遮蔽部材５２との間に放電によりプラズマを発生するための電圧を印加する電源３６と、を備える、プラズマ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ成膜装置の構造、特にアノード周辺の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ成膜装置は、プラズマガンから発生したプラズマをイオン源として用いて成膜する装置である。このような成膜装置では、基板を成膜する成膜材料（例えば、絶縁材料）の一部が、発生したプラズマを受けるアノードに付着する。これにより、アノードに絶縁膜が形成され、プラズマガン（正確には、カソード）−アノード間の見かけ上の抵抗値が高くなり、主電源からプラズマガンに印加する放電電圧が高くなる。そして、プラズマガン−アノード間の抵抗値が、主電源の電圧限界を超えると放電が起こらなくなるという問題があった。
【０００３】
また、プラズマ成膜装置に設けられているアノードは、通常は、チャンバを構成する壁にボルトで締結して取り付けられている。このため、アノードを清掃するためには、このボルトを取り外して行わなければならず、アノードの清掃時間がかかり、また、ボルトを取り外すことによって必要となるメンテナンスの作業時間がかかるという問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、アノードをスパッタリングするイオンドーピング装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているイオンドーピング装置では、イオン源内壁（チャンバ内壁）とフィラメントの間でプラズマを発生させ、このプラズマを利用してアノード電極をスパッタリングし、アノード電極上の堆積物を除去することが可能である。
【特許文献１】特開２０００−３４０１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているようなイオンドーピング装置では、除去した堆積物は、チャンバ内を浮遊し、チャンバ内に配設されている基板やターゲット等に付着するため、基板に不純物が成膜されるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、基板等に不純物が成膜されないプラズマ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】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明に係るプラズマ成膜装置は、内部を減圧可能な容器と、該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、前記容器の内部において前記プラズマを受けるアノードと、前記プラズマガンで発生したプラズマを前記アノードの側へ流動させるプラズマ流動機構と、前記容器の一部を成すように形成され、その内部に、成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記流動するプラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、前記アノードと前記成膜空間との間に設けられ、前記容器の内部空間の前記アノードに対向する位置に進出し及びそこから退避することにより、前記アノードに対して前記成膜空間を遮蔽及び開放し、かつ、放電電極として機能する遮蔽部材と、該遮蔽部材を前記進出及び退避するよう駆動するための駆動機構と、前記アノードと前記遮蔽部材との間に放電によりプラズマを発生するための電圧を印加する電源と、を備える。
【０００８】
これにより、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、基板に不純物が成膜されない。
【０００９】
本発明のプラズマ成膜装置では、前記電源を前記アノード及び前記ターゲットに選択的に接続するための第１切り替え器を備えてもよい。
【００１０】
本発明のプラズマ成膜装置では、前記電源を前記アノード及び前記基板に選択的に接続するための第２切り替え器を備えてもよい。
【００１１】
本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記容器の外部には、前記流動するプラズマをシート状に変形するシートプラズマ変形機構が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマ成膜装置によれば、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、基板に不純物が成膜されないので生産効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示したプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。なお、図２においては、一部を省略している。また、図１及び図２において、プラズマ成膜装置の構造における方向を、便宜上、三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向で表わす。
【００１４】
まず、本実施の形態１に係るプラズマ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。
【００１５】
図１に示すように、プラズマ成膜装置１００は、ＹＺ平面において略十字形状をなしており、Ｚ軸方向から見て順番に、プラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、成膜室４と、アノード室６と、を有している。プラズマガン１の一端は、その端壁を構成する第１フランジ１２によって閉鎖されている。プラズマガン１の他端は、プラズマガン１とシートプラズマ変形室２とが気密に連通するようにしてシートプラズマ変形室２の一端に接続されている。シートプラズマ変形室２の他端は、シートプラズマ変形室２と成膜室４とが気密に連通するようにして成膜室４の一端に第１ボトルネック部３を介して接続されている。成膜室４の他端は、成膜室４とアノード室６とが気密に連通するようにしてアノード室６の一端に第２ボトルネック部５を介して接続されている。アノード室６の他端はその端壁を構成する第２フランジ４７によって閉鎖されている。このようにして、プラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、第１ボトルネック部３と、成膜室４と、第２ボトルネック部５と、アノード室６と、第１フランジ１２と、第２フランジ４７と、が容器１０１を構成している。容器１０１の内部は、後述するように減圧可能である。
【００１６】
プラズマガン１は、円筒状の第１筒部材１０を有している。第１筒部材１０の内部空間により、放電空間１１が形成される。第１筒部材１０の一方の端部は、放電空間１１を塞ぐように第１フランジ１２が配置されている。第１フランジ１２には、第１フランジ１２の中心部を気密的に貫通して、Ｚ軸に沿って延びるように、タンタル（Ｔａ）で構成された円筒状の補助陰極１３が配設されている。補助陰極１３の基端は、図示されないアルゴン（Ａｒ）ガスタンクと適宜な配管により接続されており、補助陰極１３の先端からＡｒガスが放電空間１１内に供給される。また、補助陰極１３の先端近傍の外周面には、６ホウ化ランタン（ＬａＢ6）で構成された円環状の主陰極１４が設けられている。補助陰極１３と主陰極１４によって、カソード１５が構成されている。カソード１５は、直流電源からなる主電源１８の負極と抵抗体Ｒ１を介して電気的に接続されている。
【００１７】
プラズマガン１には、補助陰極１３と同軸状にＺ軸に沿って延びるように、補助陰極１３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１６が、第１フランジ１２に気密的に配設されている。保護部材１６の先端には、タングステンで構成された円環状の窓部材１７が設けられている。この保護部材１６と窓部材１７により、カソード１５が保護される。
【００１８】
プラズマガン１は、一対の円環状の中間電極１９、２０を有している。これらの中間電極１９、２０は、それぞれ主電源１８と適宜の抵抗体Ｒ２、Ｒ３を介して電気的に接続され、所定のプラス電圧が中間電極１９、２０に印加される。これにより、カソード１５で発生したアーク放電が維持され、プラズマガン１の放電空間１１には、荷電粒子（ここではＡｒ+と電子）の集合体としてのプラズマが形成される。
【００１９】
第１筒部材１０の径方向の外側（プラズマガン１の周囲）には、磁力の強さをコントロールできる環状の第１電磁コイル（プラズマ流動機構）２１が、第１筒部材の周壁を取り囲むように設けられている。この第１電磁コイル２１に電流を流すことにより、プラズマガン１の放電空間１１には、コイル磁界及び中間電極１９、２０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、シートプラズマ変形室２へ引き出される。
【００２０】
第一筒部材１０の他方の端部には、シートプラズマ変形室２が設けられており、シートプラズマ変形室２とプラズマガン１とは、適宜な手段により、気密的に、かつ、電気的に絶縁されて接続されている。
【００２１】
シートプラズマ変形室２は、Ｚ軸方向の軸を中心とした第２筒部材２２を有しており、第２筒部材２２は、非磁性体（例えば、ステンレスやガラス）で構成されている。そして、第２筒部材２２の内部空間により、輸送空間２３が形成される。
【００２２】
また、第２筒部材２２の適所には、バルブ２４により開閉可能な真空ポンプ接続口２５が設けられている。真空ポンプ接続口２５には、図示されない真空ポンプ（例えば、ターボポンプ）が接続されている。この真空ポンプにより、真空引きされ、シートプラズマ変形室２の内部空間（輸送空間２３）は、円柱プラズマＣＰを輸送可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。
【００２３】
さらに、第２筒部材２２の外側（シートプラズマ変形室２の周囲）には、第２筒部材２２（正確には、輸送空間２３）を挟んで、互いに同極（ここではＮ極）が対向するようにして、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２６Ａ、２６Ｂが設けられている。
【００２４】
また、永久磁石２６Ａ、２６Ｂのカソード１５に近い側には、環状の成形電磁コイル２７（空心コイル）が、第２筒部材２２の周面を囲むように配設されている。なお、成形電磁コイル２７には、カソード１５側をＳ極、アノード５０側をＮ極とする向きの電流が通電されている。この永久磁石２６Ａ、２６Ｂと成形電磁コイル２７からシートプラズマ変形機構１０２が構成される。
【００２５】
そして、成形電磁コイル２７に電流を流すことによって、シートプラズマ変形室２の輸送空間２３に形成されるコイル磁界と、永久磁石２６Ａ、２６Ｂによって、この輸送空間２３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２の輸送空間２３を円柱プラズマＣＰがＺ軸方向に移動する。この間に、円柱プラズマＣＰは、ＸＺ平面に沿って拡がる、均一なシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという）ＳＰに変形される（図２参照）。このようにして変形されたシートプラズマＳＰは、成膜室４へ流入する。
【００２６】
成膜室４は、Ｙ軸方向の軸を中心とした円筒状の第３筒部材２８を有しており、第３筒部材２８は、非磁性体（例えば、ステンレス）で構成されている。第３筒部材２８の一方の端部は、第１蓋部材２９で閉鎖されており、また、他方の端部は、第２蓋部材３０で閉鎖されている。
【００２７】
第３筒部材２８のシートプラズマ変形室２近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びる第１スリット孔３１が形成されている。この第１スリット孔３１には、シートプラズマ変形室２と成膜室４の内部空間が連続するように、筒状の第１ボトルネック部３が気密的に設けられている。なお、第１ボトルネック部３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、第１スリット孔３１の幅は、変形されたシートプラズマＳＰの幅よりも大きく形成されていればよく、適宜な大きさに設計される。これにより、シートプラズマＳＰを構成しない余分なアルゴンイオン（Ａｒ+）と電子が、成膜室４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。
【００２８】
また、第３筒部材２８の内部には、シートプラズマＳＰを挟んで対抗するように、基板ホルダ３４と、成膜材料としてターゲット３７と、が配設されている。基板ホルダ３４は、基板３３を保持しており、基板ホルダ３４は、ホルダ部３４ａと支持部３４ｂを有している。支持部３４ｂは、第２蓋部材３０を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第２駆動機構３５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、基板ホルダ３４は、第２バイアス電源３２の負極と適宜な配線により電気的に接続されており、第２バイアス電源３２は、ホルダ部３４ａにシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、基板ホルダ３４の支持部３４ｂと第２蓋部材３０とは、絶縁されている。
一方、ターゲット３７は、ターゲットホルダ３８に保持されており、該ターゲットホルダ３８は、ホルダ部３８ａと支持部３８ｂを有している。支持部３８ｂは、第１蓋部材２９を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第１駆動機構３９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３８は、第１バイアス電源３６の負極と第１切り替え器５０を介して適宜な配線により電気的に接続されている。第１切り替え器５０は、第１バイアス電源３６の負極を、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと、後述する第１スイッチ５１と、に選択的に接続する。第１切り替え器５０が、第１バイアス電源３６とターゲットホルダ３８を電気的に接続すると、第１バイアス電源３６は、ホルダ部３８ａにシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと第１蓋部材２９とは、絶縁されている。また、第１駆動機構３９及び第２駆動機構３５は、公知の駆動機構を使用しており、例えば、エアシリンダ、伝導モータによるねじ送り方式（ボールネジ機構）、ラック＆ピニオン方式、手動によるねじ送り方式等を使用することができる。
【００２９】
そして、この基板３３とターゲット３７との間の空間が、成膜空間４２を構成する。
【００３０】
また、第２蓋部材３０の適所には、バルブ４０により開閉可能な真空ポンプ接続口４１が設けられている。真空ポンプ接続口４１には、図示されない真空ポンプが接続されている。この真空ポンプ（例えばターボポンプ）により真空引きされ、第３筒部材２８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速やかに減圧される。
【００３１】
第３筒部材２８の外部には、磁力の強さをコントロールできる第２電磁コイル４３及び第３電磁コイル４４が、互いに対を成して第３筒部材２８の周面を囲むように配設されている。第２電磁コイル４３と第３電磁コイル４４は、互いに異極同士（ここでは、第２電磁コイル４３はＮ極、第３電磁コイル４４はＳ極）を向かい合わせて設けられている。
【００３２】
この第２電磁コイル４３及び第３電磁コイル４４に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば５Ｇ〜３００Ｇ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４の成膜空間４２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。
【００３３】
また、第３筒部材２８のアノード室６近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びる第２スリット孔４５が形成されている。この第２スリット孔４５には、成膜室４とアノード室６の内部空間が連続するように、筒状の第２ボトルネック部５が気密的に設けられている。なお、第２ボトルネック部５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、第１ボトルネック部３と同様にシートプラズマＳＰを適切に通過するように設計されている。また、第２スリット孔４５の高さ及び幅は、上述した第１スリット孔３１と同様に構成されている。
【００３４】
アノード室６は、第２ボトルネック部５を介して成膜室４（正確には、第３筒部材２８）と連通するＺ軸方向に中心軸を有する第４筒部材４６を有している。第４筒部材４６は、非磁性体（例えば、ステンレス）で構成されている。第４筒部材４６の一方の（成膜室４側）端部には、第２ボトルネック部５が気密的に設けられている。そして、他方の端部には、その内部空間を塞ぐように第２フランジ４７が気密的に設けられている。
【００３５】
第２フランジ４７のカソード１５に近い方の面には、アノード４８が設けられている。アノード４８は、主電源１８の正極と第１スイッチ５１を介して適宜な配線により電気的に接続されている。第１スイッチ５１は、アノード４８を主電源１８の正極と、第１切り替え器５０と、に選択的に接続する。第１スイッチ５１が、アノード４８を主電源１８に接続すると、主電源１８によってアノード４８には、カソード１５との間で適宜の正の電圧（例えば１００Ｖ）が印加される。
【００３６】
また、第４筒部材４６の内部には、遮蔽部材５２が配設されており、遮蔽部材５２は、遮蔽板５２ａと支持部材５２ｂを有している。遮蔽板５２ａは、導電性を有しており、アノード４８と対抗する面が、アノード４８と同じか、又は大きくなるように構成されている。支持部材５２ｂは、導電性部材で構成され、遮蔽板５２ａを支持し、かつ、これと電気的に接続されている。また、支持部材５２ｂは、第４筒部材４６を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、駆動機構５３と接続されている。また、遮蔽部材５２の支持部材５２ｂと第４筒部材４６とは絶縁されており、支持部材５２ｂは、適宜な配線により第２スイッチ５４の一端と接続されている。そして、第２スイッチ５４の他端は、接地されている。駆動機構５３は、遮蔽部材５２の遮断板５２ａをＹ軸方向において、容器１０１の内部空間のアノード４８に対向する位置に進出し、そして、そこから退避するよう駆動する。これにより、遮蔽部材５２が、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放する。
【００３７】
なお、本実施の形態では、遮蔽部材５２（正確には、遮蔽板５２ａ）をＹ軸方向に移動させることにより、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放したが、これに限定されず、支持部材５２ｂを軸にして遮蔽板５２ａを回動させることにより、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放してもよい。また、遮蔽部材５２（正確には、支持部材５２ｂ）を第４筒部材に配設したが、これに限定されず、容器１０１内の成膜空間４２とアノード４８との間、例えば、第２ボトルネック部５等に配設してもよい。
【００３８】
第２フランジ４７の裏面（カソード１５から遠い方の面）には、アノード４８側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石４９が配置されている。これにより、永久磁石４９のＮ極から出てＳ極に入るＸＺ平面に沿った磁力線により、アノード４８に向かうシートプラズマＳＰの幅方向（Ｘ軸方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマＳＰが幅方向に収束され、シートプラズマＳＰの荷電粒子が、アノード４８に適切に回収される。
【００３９】
また、プラズマ成膜装置１００は、その動作を制御する制御装置２０１を備えている。
【００４０】
なお、本実施の形態では、プラズマガン１、シートプラズマ変形室２及びアノード室６のＸＹ平面に平行な断面を、円形であると説明したが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。また、成膜室４のＸＺ平面に平行な断面を、円形であると説明したが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。
【００４１】
次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００の動作について説明する。この動作は、制御装置２０１の制御によって実現される。
【００４２】
まず、プラズマ成膜装置１００の成膜室４内に、基板３３とターゲット３７が搬入される。そして、図示されない真空ポンプの真空引きにより、プラズマ成膜装置１００を構成するプラズマガン１、シートプラズマ変形室２、成膜室４及びアノード室６内のそれぞれが真空状態になる。このとき、真空ポンプ接続口が２箇所に設けられているので、プラズマ成膜装置１００内の減圧を迅速に行うことができる。
【００４３】
次に、第１バイアス電源３６をターゲットホルダ３８に接続するように、第１切り替え器５０を切り替え、アノード４８を主電源１８に接続するように、第１スイッチ５１を切り替える。また、第２スイッチ５４をＯＦＦにして遮蔽部材５２をグランドと切断する。そして、プラズマガン１に設けられた補助陰極１３の先端から、Ａｒガスが放電空間１１内に供給され、補助陰極１３でグロー放電が行われる。このグロー放電により、補助陰極１３の先端部分の温度が上昇すると、この熱で主陰極１４が加熱されて高温になり、アーク放電が行われる。このようにして、カソード１５からプラズマ放電誘発用熱電子が放出され、プラズマが発生する。発生したプラズマは、中間電極１９、２０による電界と第１電磁コイル２１による磁界により、カソード１５からアノード４８側に引き出され、円柱状に成形される。そして、形成された円柱プラズマＣＰは、第１電磁コイル２１によって形成される磁場の磁力線に沿ってシートプラズマ変形室２に導かれる。
【００４４】
シートプラズマ変形室２に導かれた円柱プラズマＣＰは、一対の永久磁石２６Ａ、２６Ｂと成形電磁コイル２７から発生する磁場によってシート状に広がって（ＸＺ平面に延びるように）、シートプラズマＳＰに変形される（図２参照）。このシートプラズマＳＰは、第１ボトルネック部３及び第１スリット孔３１を通過して成膜室４に導かれる。
【００４５】
成膜室４に導入されたシートプラズマＳＰは、第２電磁コイル４３、第３電磁コイル４４による磁場によって、幅方向の形状が整えられ、ターゲット３７と基板３３の間の空間にまで導かれる。ターゲット３７には、ターゲットホルダ３８を介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。また、基板３３にも、基板ホルダ３４を介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。ターゲット３７が負にバイアスされることにより、Ａｒ+イオンがターゲットを効率よくスパッタする。スパッタされたターゲット３７を構成する原子は、垂直方向にシートプラズマＳＰ中を通過し、このとき陽イオンにイオン化される。この陽イオンは、負にバイアスされた基板３３上に堆積し、電子を受け取り、基板３３を成膜する。
【００４６】
そして、シートプラズマＳＰは、永久磁石４９の磁力線により幅方向に収束され、アノード４８が、シートプラズマＳＰを受ける。
【００４７】
次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００のアノード４８の清掃について、図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００４８】
図３は、図１に示したプラズマ成膜装置１００のアノード４８と遮蔽部材５２の遮断板５２ａとの間でプラズマを発生させ、アノード４８を清掃している状態を示す模式図である。図４は、図３に示したプラズマ成膜装置１００のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す断面図である。なお、図４においては、一部を省略している。また、図３及び図４において、プラズマ成膜装置の構造における方向を、便宜上、三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向で表わす。
【００４９】
上述のように、スパッタされたターゲット３７を構成する原子は、シートプラズマＳＰ中を通過するときに、陽イオンにイオン化される。そして、この陽イオンの一部が、第３電磁コイル４４の磁場や永久磁石４９の磁力線により、アノード４８にまで導かれ、アノード４８上に堆積して絶縁膜等が形成される。
【００５０】
この形成された絶縁膜を放置すると、カソード１５−アノード４８間の電圧値が上昇し、プラズマが形成されなくなるため、アノード４８を清掃しなければならないが、本実施の形態では、以下のようにしてアノード４８を清掃する。
【００５１】
図１に示すように遮蔽部材５２の遮蔽板５２ａは、容器１０１内の内部空間のアノード４８に対向する位置から退避され、アノード４８に対して成膜空間４２を開放しており、また、容器１０１内は、プラズマを発生させることができる程度にまで真空引きされているとする。
【００５２】
まず、駆動機構５３によって、遮蔽部材５２の遮蔽板５２ａが、容器１０１内のアノード４８に対向する位置にまで駆動され、アノード４８に対して成膜空間４２が遮蔽される（図３参照）。そして、第１バイアス電源３６とアノード４８とが電気的に接続されるように、第１切り替え器５０及び第１スイッチ５１を切り替える。また、第２スイッチ５４をＯＮにして、遮蔽部材５２を接地する。すると、第１バイアス電源３６によってアノード４８にマイナス電圧が印加され、アノード４８と遮蔽部材５２（正確には、遮蔽板５２ａ）との間の放電によりプラズマが発生する。そして、永久磁石４９及び第３電磁コイル４４から発生する磁場により、アノード４８のカソード１５と対抗する面（以下、表面という）がスパッタリングされ、アノード４８の表面に堆積して形成された絶縁膜等が清掃される。このとき、プラズマを構成するＡｒ+イオンが、アノード４８の表面を略垂直にスパッタするため、アノード４８を構成する原子は、略垂直にたたき出される。このため、スパッタされた原子は、遮蔽板５２ａ上に堆積し、成膜空間４２側に流出するのを妨げられる。これにより、基板３３やターゲット３７等に不純物が付着されず、また、基板３３に不純物が成膜されない。
【００５３】
このように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００では、簡易な構成で、アノード４８を清掃することが可能となり、また、基板３３に不純物が成膜されないので、生産効率を高めることが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、遮蔽部材５２の遮蔽板５２ａは、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放するが、遮蔽板５２ａで、アノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽したときに、容器１０１の第１フランジ１２と遮蔽板５２ａの間を気密状態に保って遮蔽するような構成としてもよい。このような構成にすると、より確実に、基板３３やターゲット３８等に不純物が付着されず、また、基板３３に不純物が成膜されないようにすることが可能となる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置は、基本的構成は、実施の形態１に係るプラズマ成膜装置と同じであるが、以下の点で異なる。
【００５５】
図５は、本実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概容構成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。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システム１００では、第１バイアス電源３６の負極を、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと第１スイッチ５１とに選択的に接続する第１切り替え器５０に代えて、第２バイアス電源３２の負極を、基板ホルダ３４の支持部３４ｂと第１スイッチ５１とに選択的に接続する第２切り替え器５５を有する。
【００５７】
これにより、第２バイアス電源３２とアノード４８とが電気的に接続されるように第２切り替え器５５及び第１スイッチを切り替えると、第２バイアス電源３２によってアノード４８にマイナス電圧が印加され、アノード４８と遮蔽板５２ａとの間でプラズマが発生する。そして、発生したプラズマでスパッタリングすることにより、アノード４８を清掃することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、第２バイアス電源３２によってアノード４８にマイナス電圧が印加されたが、適宜な手段により主電源１８によってアノード４８にマイナス電圧が印加されるような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のプラズマ成膜装置は、アノードの清掃を容易に行うことができ、また、生産効率が高いプラズマ成膜装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。
【図３】図１に示したプラズマ成膜装置のアノードを清掃している状態の模式図である。
【図４】図３に示したプラズマ成膜装置のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ プラズマガン
２ シートプラズマ変形室
３ 第１ボトルネック部
４ 成膜室
５ 第２ボトルネック部
６ アノード室
１０ 第１筒部材
１１ 放電空間
１２ 第１フランジ
１３ 補助陰極
１４ 主陰極
１５ カソード
１６ 保護部材
１７ 窓部材
１８ 主電源
１９ 中間電極
２０ 中間電極
２１ 第１電磁コイル（プラズマ流動機構）
２２ 第２筒部材
２３ 輸送空間
２４ バルブ
２５ 真空ポンプ接続口
２６Ａ 永久磁石
２６Ｂ 永久磁石
２７ 成形電磁コイル
２８ 第３筒部材
２９ 第１蓋部材
３０ 第２蓋部材
３１ 第１スリット孔
３２ 第２バイアス電源
３３ 基板
３４ 基板ホルダ
３４ａ ホルダ部
３４ｂ 支持部
３５ 第２駆動機構
３６ 第１バイアス電源
３７ ターゲット
３８ ターゲットホルダ
３８ａ ホルダ部
３８ｂ 支持部
３９ 第１駆動機構
４０ バルブ
４１ 真空ポンプ接続口
４２ 成膜空間
４３ 第２電磁コイル
４４ 第３電磁コイル
４５ 第２スリット孔
４６ 第４筒部材
４７ 第２フランジ
４８ アノード
４９ 永久磁石
５０ 第１切り替え器
５１ 第１スイッチ
５２ 遮蔽部材
５２ａ 遮蔽板
５２ｂ 支持部材
５３ 駆動機構
５４ 第２スイッチ
５５ 第２切り替え器
１００ プラズマ成膜装置
１０１ 容器
１０２ シートプラズマ変形機構
２０１ 制御装置
ＣＰ 円柱プラズマ
Ｐ プラズマ
Ｒ１ 抵抗体
Ｒ２ 抵抗体
Ｒ３ 抵抗体
ＳＰ シートプラズマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ成膜装置の構造、特にアノード周辺の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ成膜装置は、プラズマガンから発生したプラズマをイオン源として用いて成膜する装置である。このような成膜装置では、基板を成膜する成膜材料（例えば、絶縁材料）の一部が、発生したプラズマを受けるアノードに付着する。これにより、アノードに絶縁膜が形成され、プラズマガン（正確には、カソード）−アノード間の見かけ上の抵抗値が高くなり、主電源からプラズマガンに印加する放電電圧が高くなる。そして、プラズマガン−アノード間の抵抗値が、主電源の電圧限界を超えると放電が起こらなくなるという問題があった。
【０００３】
また、プラズマ成膜装置に設けられているアノードは、通常は、チャンバを構成する壁にボルトで締結して取り付けられている。このため、アノードを清掃するためには、このボルトを取り外して行わなければならず、アノードの清掃時間がかかり、また、ボルトを取り外すことによって必要となるメンテナンスの作業時間がかかるという問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、アノードをスパッタリングするイオンドーピング装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているイオンドーピング装置では、イオン源内壁（チャンバ内壁）とフィラメントの間でプラズマを発生させ、このプラズマを利用してアノード電極をスパッタリングし、アノード電極上の堆積物を除去することが可能である。
【特許文献１】特開２０００−３４０１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているようなイオンドーピング装置では、除去した堆積物は、チャンバ内を浮遊し、チャンバ内に配設されている基板やターゲット等に付着するため、基板に不純物が成膜されるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、基板等に不純物が成膜されないプラズマ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】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明に係るプラズマ成膜装置は、内部を減圧可能な容器と、該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、前記容器の内部において前記プラズマを受けるアノードと、前記プラズマガンで発生したプラズマを前記アノードの側へ流動させるプラズマ流動機構と、前記容器の一部を成すように形成され、その内部に、成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記流動するプラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、前記アノードと前記成膜空間との間に設けられ、前記容器の内部空間の前記アノードに対向する位置に進出し及びそこから退避することにより、前記アノードに対して前記成膜空間を遮蔽及び開放し、かつ、放電電極として機能する遮蔽部材と、該遮蔽部材を前記進出及び退避するよう駆動するための駆動機構と、前記アノードと前記遮蔽部材との間に放電によりプラズマを発生するための電圧を印加する電源と、を備える。
【０００８】
これにより、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、基板に不純物が成膜されない。
【０００９】
本発明のプラズマ成膜装置では、前記電源を前記アノード及び前記ターゲットに選択的に接続するための第１切り替え器を備えてもよい。
【００１０】
本発明のプラズマ成膜装置では、前記電源を前記アノード及び前記基板に選択的に接続するための第２切り替え器を備えてもよい。
【００１１】
本発明に係るプラズマ成膜装置では、前記容器の外部には、前記流動するプラズマをシート状に変形するシートプラズマ変形機構が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマ成膜装置によれば、簡易な構成で、アノードの清掃を容易に行うことができ、基板に不純物が成膜されないので生産効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示したプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。なお、図２においては、一部を省略している。また、図１及び図２において、プラズマ成膜装置の構造における方向を、便宜上、三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向で表わす。
【００１４】
まず、本実施の形態１に係るプラズマ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。
【００１５】
図１に示すように、プラズマ成膜装置１００は、ＹＺ平面において略十字形状をなしており、Ｚ軸方向から見て順番に、プラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、成膜室４と、アノード室６と、を有している。プラズマガン１の一端は、その端壁を構成する第１フランジ１２によって閉鎖されている。プラズマガン１の他端は、プラズマガン１とシートプラズマ変形室２とが気密に連通するようにしてシートプラズマ変形室２の一端に接続されている。シートプラズマ変形室２の他端は、シートプラズマ変形室２と成膜室４とが気密に連通するようにして成膜室４の一端に第１ボトルネック部３を介して接続されている。成膜室４の他端は、成膜室４とアノード室６とが気密に連通するようにしてアノード室６の一端に第２ボトルネック部５を介して接続されている。アノード室６の他端はその端壁を構成する第２フランジ４７によって閉鎖されている。このようにして、プラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、第１ボトルネック部３と、成膜室４と、第２ボトルネック部５と、アノード室６と、第１フランジ１２と、第２フランジ４７と、が容器１０１を構成している。容器１０１の内部は、後述するように減圧可能である。
【００１６】
プラズマガン１は、円筒状の第１筒部材１０を有している。第１筒部材１０の内部空間により、放電空間１１が形成される。第１筒部材１０の一方の端部は、放電空間１１を塞ぐように第１フランジ１２が配置されている。第１フランジ１２には、第１フランジ１２の中心部を気密的に貫通して、Ｚ軸に沿って延びるように、タンタル（Ｔａ）で構成された円筒状の補助陰極１３が配設されている。補助陰極１３の基端は、図示されないアルゴン（Ａｒ）ガスタンクと適宜な配管により接続されており、補助陰極１３の先端からＡｒガスが放電空間１１内に供給される。また、補助陰極１３の先端近傍の外周面には、６ホウ化ランタン（ＬａＢ6）で構成された円環状の主陰極１４が設けられている。補助陰極１３と主陰極１４によって、カソード１５が構成されている。カソード１５は、直流電源からなる主電源１８の負極と抵抗体Ｒ１を介して電気的に接続されている。
【００１７】
プラズマガン１には、補助陰極１３と同軸状にＺ軸に沿って延びるように、補助陰極１３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１６が、第１フランジ１２に気密的に配設されている。保護部材１６の先端には、タングステンで構成された円環状の窓部材１７が設けられている。この保護部材１６と窓部材１７により、カソード１５が保護される。
【００１８】
プラズマガン１は、一対の円環状の中間電極１９、２０を有している。これらの中間電極１９、２０は、それぞれ主電源１８と適宜の抵抗体Ｒ２、Ｒ３を介して電気的に接続され、所定のプラス電圧が中間電極１９、２０に印加される。これにより、カソード１５で発生したアーク放電が維持され、プラズマガン１の放電空間１１には、荷電粒子（ここではＡｒ+と電子）の集合体としてのプラズマが形成される。
【００１９】
第１筒部材１０の径方向の外側（プラズマガン１の周囲）には、磁力の強さをコントロールできる環状の第１電磁コイル（プラズマ流動機構）２１が、第１筒部材の周壁を取り囲むように設けられている。この第１電磁コイル２１に電流を流すことにより、プラズマガン１の放電空間１１には、コイル磁界及び中間電極１９、２０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、シートプラズマ変形室２へ引き出される。
【００２０】
第一筒部材１０の他方の端部には、シートプラズマ変形室２が設けられており、シートプラズマ変形室２とプラズマガン１とは、適宜な手段により、気密的に、かつ、電気的に絶縁されて接続されている。
【００２１】
シートプラズマ変形室２は、Ｚ軸方向の軸を中心とした第２筒部材２２を有しており、第２筒部材２２は、非磁性体（例えば、ステンレスやガラス）で構成されている。そして、第２筒部材２２の内部空間により、輸送空間２３が形成される。
【００２２】
また、第２筒部材２２の適所には、バルブ２４により開閉可能な真空ポンプ接続口２５が設けられている。真空ポンプ接続口２５には、図示されない真空ポンプ（例えば、ターボポンプ）が接続されている。この真空ポンプにより、真空引きされ、シートプラズマ変形室２の内部空間（輸送空間２３）は、円柱プラズマＣＰを輸送可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。
【００２３】
さらに、第２筒部材２２の外側（シートプラズマ変形室２の周囲）には、第２筒部材２２（正確には、輸送空間２３）を挟んで、互いに同極（ここではＮ極）が対向するようにして、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２６Ａ、２６Ｂが設けられている。
【００２４】
また、永久磁石２６Ａ、２６Ｂのカソード１５に近い側には、環状の成形電磁コイル２７（空心コイル）が、第２筒部材２２の周面を囲むように配設されている。なお、成形電磁コイル２７には、カソード１５側をＳ極、アノード５０側をＮ極とする向きの電流が通電されている。この永久磁石２６Ａ、２６Ｂと成形電磁コイル２７からシートプラズマ変形機構１０２が構成される。
【００２５】
そして、成形電磁コイル２７に電流を流すことによって、シートプラズマ変形室２の輸送空間２３に形成されるコイル磁界と、永久磁石２６Ａ、２６Ｂによって、この輸送空間２３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２の輸送空間２３を円柱プラズマＣＰがＺ軸方向に移動する。この間に、円柱プラズマＣＰは、ＸＺ平面に沿って拡がる、均一なシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという）ＳＰに変形される（図２参照）。このようにして変形されたシートプラズマＳＰは、成膜室４へ流入する。
【００２６】
成膜室４は、Ｙ軸方向の軸を中心とした円筒状の第３筒部材２８を有しており、第３筒部材２８は、非磁性体（例えば、ステンレス）で構成されている。第３筒部材２８の一方の端部は、第１蓋部材２９で閉鎖されており、また、他方の端部は、第２蓋部材３０で閉鎖されている。
【００２７】
第３筒部材２８のシートプラズマ変形室２近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びる第１スリット孔３１が形成されている。この第１スリット孔３１には、シートプラズマ変形室２と成膜室４の内部空間が連続するように、筒状の第１ボトルネック部３が気密的に設けられている。なお、第１ボトルネック部３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、第１スリット孔３１の幅は、変形されたシートプラズマＳＰの幅よりも大きく形成されていればよく、適宜な大きさに設計される。これにより、シートプラズマＳＰを構成しない余分なアルゴンイオン（Ａｒ+）と電子が、成膜室４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。
【００２８】
また、第３筒部材２８の内部には、シートプラズマＳＰを挟んで対抗するように、基板ホルダ３４と、成膜材料としてターゲット３７と、が配設されている。基板ホルダ３４は、基板３３を保持しており、基板ホルダ３４は、ホルダ部３４ａと支持部３４ｂを有している。支持部３４ｂは、第２蓋部材３０を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第２駆動機構３５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、基板ホルダ３４は、第２バイアス電源３２の負極と適宜な配線により電気的に接続されており、第２バイアス電源３２は、ホルダ部３４ａにシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、基板ホルダ３４の支持部３４ｂと第２蓋部材３０とは、絶縁されている。
一方、ターゲット３７は、ターゲットホルダ３８に保持されており、該ターゲットホルダ３８は、ホルダ部３８ａと支持部３８ｂを有している。支持部３８ｂは、第１蓋部材２９を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、第１駆動機構３９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３８は、第１バイアス電源３６の負極と第１切り替え器５０を介して適宜な配線により電気的に接続されている。第１切り替え器５０は、第１バイアス電源３６の負極を、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと、後述する第１スイッチ５１と、に選択的に接続する。第１切り替え器５０が、第１バイアス電源３６とターゲットホルダ３８を電気的に接続すると、第１バイアス電源３６は、ホルダ部３８ａにシートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧を印加する。なお、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと第１蓋部材２９とは、絶縁されている。また、第１駆動機構３９及び第２駆動機構３５は、公知の駆動機構を使用しており、例えば、エアシリンダ、伝導モータによるねじ送り方式（ボールネジ機構）、ラック＆ピニオン方式、手動によるねじ送り方式等を使用することができる。
【００２９】
そして、この基板３３とターゲット３７との間の空間が、成膜空間４２を構成する。
【００３０】
また、第２蓋部材３０の適所には、バルブ４０により開閉可能な真空ポンプ接続口４１が設けられている。真空ポンプ接続口４１には、図示されない真空ポンプが接続されている。この真空ポンプ（例えばターボポンプ）により真空引きされ、第３筒部材２８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速やかに減圧される。
【００３１】
第３筒部材２８の外部には、磁力の強さをコントロールできる第２電磁コイル４３及び第３電磁コイル４４が、互いに対を成して第３筒部材２８の周面を囲むように配設されている。第２電磁コイル４３と第３電磁コイル４４は、互いに異極同士（ここでは、第２電磁コイル４３はＮ極、第３電磁コイル４４はＳ極）を向かい合わせて設けられている。
【００３２】
この第２電磁コイル４３及び第３電磁コイル４４に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば５Ｇ〜３００Ｇ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４の成膜空間４２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。
【００３３】
また、第３筒部材２８のアノード室６近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びる第２スリット孔４５が形成されている。この第２スリット孔４５には、成膜室４とアノード室６の内部空間が連続するように、筒状の第２ボトルネック部５が気密的に設けられている。なお、第２ボトルネック部５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、第１ボトルネック部３と同様にシートプラズマＳＰを適切に通過するように設計されている。また、第２スリット孔４５の高さ及び幅は、上述した第１スリット孔３１と同様に構成されている。
【００３４】
アノード室６は、第２ボトルネック部５を介して成膜室４（正確には、第３筒部材２８）と連通するＺ軸方向に中心軸を有する第４筒部材４６を有している。第４筒部材４６は、非磁性体（例えば、ステンレス）で構成されている。第４筒部材４６の一方の（成膜室４側）端部には、第２ボトルネック部５が気密的に設けられている。そして、他方の端部には、その内部空間を塞ぐように第２フランジ４７が気密的に設けられている。
【００３５】
第２フランジ４７のカソード１５に近い方の面には、アノード４８が設けられている。アノード４８は、主電源１８の正極と第１スイッチ５１を介して適宜な配線により電気的に接続されている。第１スイッチ５１は、アノード４８を主電源１８の正極と、第１切り替え器５０と、に選択的に接続する。第１スイッチ５１が、アノード４８を主電源１８に接続すると、主電源１８によってアノード４８には、カソード１５との間で適宜の正の電圧（例えば１００Ｖ）が印加される。
【００３６】
また、第４筒部材４６の内部には、遮蔽部材５２が配設されており、遮蔽部材５２は、遮蔽板５２ａと支持部材５２ｂを有している。遮蔽板５２ａは、導電性を有しており、アノード４８と対抗する面が、アノード４８と同じか、又は大きくなるように構成されている。支持部材５２ｂは、導電性部材で構成され、遮蔽板５２ａを支持し、かつ、これと電気的に接続されている。また、支持部材５２ｂは、第４筒部材４６を気密的に、かつ、進退自在に貫通し、駆動機構５３と接続されている。また、遮蔽部材５２の支持部材５２ｂと第４筒部材４６とは絶縁されており、支持部材５２ｂは、適宜な配線により第２スイッチ５４の一端と接続されている。そして、第２スイッチ５４の他端は、接地されている。駆動機構５３は、遮蔽部材５２の遮断板５２ａをＹ軸方向において、容器１０１の内部空間のアノード４８に対向する位置に進出し、そして、そこから退避するよう駆動する。これにより、遮蔽部材５２が、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放する。
【００３７】
なお、本実施の形態では、遮蔽部材５２（正確には、遮蔽板５２ａ）をＹ軸方向に移動させることにより、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放したが、これに限定されず、支持部材５２ｂを軸にして遮蔽板５２ａを回動させることにより、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放してもよい。また、遮蔽部材５２（正確には、支持部材５２ｂ）を第４筒部材に配設したが、これに限定されず、容器１０１内の成膜空間４２とアノード４８との間、例えば、第２ボトルネック部５等に配設してもよい。
【００３８】
第２フランジ４７の裏面（カソード１５から遠い方の面）には、アノード４８側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石４９が配置されている。これにより、永久磁石４９のＮ極から出てＳ極に入るＸＺ平面に沿った磁力線により、アノード４８に向かうシートプラズマＳＰの幅方向（Ｘ軸方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマＳＰが幅方向に収束され、シートプラズマＳＰの荷電粒子が、アノード４８に適切に回収される。
【００３９】
また、プラズマ成膜装置１００は、その動作を制御する制御装置２０１を備えている。
【００４０】
なお、本実施の形態では、プラズマガン１、シートプラズマ変形室２及びアノード室６のＸＹ平面に平行な断面を、円形であると説明したが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。また、成膜室４のＸＺ平面に平行な断面を、円形であると説明したが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。
【００４１】
次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００の動作について説明する。この動作は、制御装置２０１の制御によって実現される。
【００４２】
まず、プラズマ成膜装置１００の成膜室４内に、基板３３とターゲット３７が搬入される。そして、図示されない真空ポンプの真空引きにより、プラズマ成膜装置１００を構成するプラズマガン１、シートプラズマ変形室２、成膜室４及びアノード室６内のそれぞれが真空状態になる。このとき、真空ポンプ接続口が２箇所に設けられているので、プラズマ成膜装置１００内の減圧を迅速に行うことができる。
【００４３】
次に、第１バイアス電源３６をターゲットホルダ３８に接続するように、第１切り替え器５０を切り替え、アノード４８を主電源１８に接続するように、第１スイッチ５１を切り替える。また、第２スイッチ５４をＯＦＦにして遮蔽部材５２をグランドと切断する。そして、プラズマガン１に設けられた補助陰極１３の先端から、Ａｒガスが放電空間１１内に供給され、補助陰極１３でグロー放電が行われる。このグロー放電により、補助陰極１３の先端部分の温度が上昇すると、この熱で主陰極１４が加熱されて高温になり、アーク放電が行われる。このようにして、カソード１５からプラズマ放電誘発用熱電子が放出され、プラズマが発生する。発生したプラズマは、中間電極１９、２０による電界と第１電磁コイル２１による磁界により、カソード１５からアノード４８側に引き出され、円柱状に成形される。そして、形成された円柱プラズマＣＰは、第１電磁コイル２１によって形成される磁場の磁力線に沿ってシートプラズマ変形室２に導かれる。
【００４４】
シートプラズマ変形室２に導かれた円柱プラズマＣＰは、一対の永久磁石２６Ａ、２６Ｂと成形電磁コイル２７から発生する磁場によってシート状に広がって（ＸＺ平面に延びるように）、シートプラズマＳＰに変形される（図２参照）。このシートプラズマＳＰは、第１ボトルネック部３及び第１スリット孔３１を通過して成膜室４に導かれる。
【００４５】
成膜室４に導入されたシートプラズマＳＰは、第２電磁コイル４３、第３電磁コイル４４による磁場によって、幅方向の形状が整えられ、ターゲット３７と基板３３の間の空間にまで導かれる。ターゲット３７には、ターゲットホルダ３８を介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。また、基板３３にも、基板ホルダ３４を介して、シートプラズマＳＰに対して負のバイアス電圧が印加される。ターゲット３７が負にバイアスされることにより、Ａｒ+イオンがターゲットを効率よくスパッタする。スパッタされたターゲット３７を構成する原子は、垂直方向にシートプラズマＳＰ中を通過し、このとき陽イオンにイオン化される。この陽イオンは、負にバイアスされた基板３３上に堆積し、電子を受け取り、基板３３を成膜する。
【００４６】
そして、シートプラズマＳＰは、永久磁石４９の磁力線により幅方向に収束され、アノード４８が、シートプラズマＳＰを受ける。
【００４７】
次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００のアノード４８の清掃について、図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００４８】
図３は、図１に示したプラズマ成膜装置１００のアノード４８と遮蔽部材５２の遮断板５２ａとの間でプラズマを発生させ、アノード４８を清掃している状態を示す模式図である。図４は、図３に示したプラズマ成膜装置１００のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す断面図である。なお、図４においては、一部を省略している。また、図３及び図４において、プラズマ成膜装置の構造における方向を、便宜上、三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向で表わす。
【００４９】
上述のように、スパッタされたターゲット３７を構成する原子は、シートプラズマＳＰ中を通過するときに、陽イオンにイオン化される。そして、この陽イオンの一部が、第３電磁コイル４４の磁場や永久磁石４９の磁力線により、アノード４８にまで導かれ、アノード４８上に堆積して絶縁膜等が形成される。
【００５０】
この形成された絶縁膜を放置すると、カソード１５−アノード４８間の電圧値が上昇し、プラズマが形成されなくなるため、アノード４８を清掃しなければならないが、本実施の形態では、以下のようにしてアノード４８を清掃する。
【００５１】
図１に示すように遮蔽部材５２の遮蔽板５２ａは、容器１０１内の内部空間のアノード４８に対向する位置から退避され、アノード４８に対して成膜空間４２を開放しており、また、容器１０１内は、プラズマを発生させることができる程度にまで真空引きされているとする。
【００５２】
まず、駆動機構５３によって、遮蔽部材５２の遮蔽板５２ａが、容器１０１内のアノード４８に対向する位置にまで駆動され、アノード４８に対して成膜空間４２が遮蔽される（図３参照）。そして、第１バイアス電源３６とアノード４８とが電気的に接続されるように、第１切り替え器５０及び第１スイッチ５１を切り替える。また、第２スイッチ５４をＯＮにして、遮蔽部材５２を接地する。すると、第１バイアス電源３６によってアノード４８にマイナス電圧が印加され、アノード４８と遮蔽部材５２（正確には、遮蔽板５２ａ）との間の放電によりプラズマが発生する。そして、永久磁石４９及び第３電磁コイル４４から発生する磁場により、アノード４８のカソード１５と対抗する面（以下、表面という）がスパッタリングされ、アノード４８の表面に堆積して形成された絶縁膜等が清掃される。このとき、プラズマを構成するＡｒ+イオンが、アノード４８の表面を略垂直にスパッタするため、アノード４８を構成する原子は、略垂直にたたき出される。このため、スパッタされた原子は、遮蔽板５２ａ上に堆積し、成膜空間４２側に流出するのを妨げられる。これにより、基板３３やターゲット３７等に不純物が付着されず、また、基板３３に不純物が成膜されない。
【００５３】
このように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置１００では、簡易な構成で、アノード４８を清掃することが可能となり、また、基板３３に不純物が成膜されないので、生産効率を高めることが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、遮蔽部材５２の遮蔽板５２ａは、容器１０１内のアノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽及び開放するが、遮蔽板５２ａで、アノード４８に対して成膜空間４２を遮蔽したときに、容器１０１の第１フランジ１２と遮蔽板５２ａの間を気密状態に保って遮蔽するような構成としてもよい。このような構成にすると、より確実に、基板３３やターゲット３８等に不純物が付着されず、また、基板３３に不純物が成膜されないようにすることが可能となる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置は、基本的構成は、実施の形態１に係るプラズマ成膜装置と同じであるが、以下の点で異なる。
【００５５】
図５は、本実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概容構成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。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態２に係るプラズマ成膜システム１００では、第１バイアス電源３６の負極を、ターゲットホルダ３８の支持部３８ｂと第１スイッチ５１とに選択的に接続する第１切り替え器５０に代えて、第２バイアス電源３２の負極を、基板ホルダ３４の支持部３４ｂと第１スイッチ５１とに選択的に接続する第２切り替え器５５を有する。
【００５７】
これにより、第２バイアス電源３２とアノード４８とが電気的に接続されるように第２切り替え器５５及び第１スイッチを切り替えると、第２バイアス電源３２によってアノード４８にマイナス電圧が印加され、アノード４８と遮蔽板５２ａとの間でプラズマが発生する。そして、発生したプラズマでスパッタリングすることにより、アノード４８を清掃することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、第２バイアス電源３２によってアノード４８にマイナス電圧が印加されたが、適宜な手段により主電源１８によってアノード４８にマイナス電圧が印加されるような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のプラズマ成膜装置は、アノードの清掃を容易に行うことができ、また、生産効率が高いプラズマ成膜装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したプラズマ成膜装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。
【図３】図１に示したプラズマ成膜装置のアノードを清掃している状態の模式図である。
【図４】図３に示したプラズマ成膜装置のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ プラズマガン
２ シートプラズマ変形室
３ 第１ボトルネック部
４ 成膜室
５ 第２ボトルネック部
６ アノード室
１０ 第１筒部材
１１ 放電空間
１２ 第１フランジ
１３ 補助陰極
１４ 主陰極
１５ カソード
１６ 保護部材
１７ 窓部材
１８ 主電源
１９ 中間電極
２０ 中間電極
２１ 第１電磁コイル（プラズマ流動機構）
２２ 第２筒部材
２３ 輸送空間
２４ バルブ
２５ 真空ポンプ接続口
２６Ａ 永久磁石
２６Ｂ 永久磁石
２７ 成形電磁コイル
２８ 第３筒部材
２９ 第１蓋部材
３０ 第２蓋部材
３１ 第１スリット孔
３２ 第２バイアス電源
３３ 基板
３４ 基板ホルダ
３４ａ ホルダ部
３４ｂ 支持部
３５ 第２駆動機構
３６ 第１バイアス電源
３７ ターゲット
３８ ターゲットホルダ
３８ａ ホルダ部
３８ｂ 支持部
３９ 第１駆動機構
４０ バルブ
４１ 真空ポンプ接続口
４２ 成膜空間
４３ 第２電磁コイル
４４ 第３電磁コイル
４５ 第２スリット孔
４６ 第４筒部材
４７ 第２フランジ
４８ アノード
４９ 永久磁石
５０ 第１切り替え器
５１ 第１スイッチ
５２ 遮蔽部材
５２ａ 遮蔽板
５２ｂ 支持部材
５３ 駆動機構
５４ 第２スイッチ
５５ 第２切り替え器
１００ プラズマ成膜装置
１０１ 容器
１０２ シートプラズマ変形機構
２０１ 制御装置
ＣＰ 円柱プラズマ
Ｐ プラズマ
Ｒ１ 抵抗体
Ｒ２ 抵抗体
Ｒ３ 抵抗体
ＳＰ シートプラズマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を減圧可能な容器と、
該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、
前記容器の内部において前記プラズマを受けるアノードと、
前記プラズマガンで発生したプラズマを前記アノードの側へ流動させるプラズマ流動機構と、
前記容器の一部を成すように形成され、その内部に、成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記流動するプラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、
前記アノードと前記成膜空間との間に設けられ、前記容器の内部空間の前記アノードに対向する位置に進出し及びそこから退避することにより、前記アノードに対して前記成膜空間を遮蔽及び開放し、かつ、放電電極として機能する遮蔽部材と、
該遮蔽部材を前記進出及び退避するよう駆動するための駆動機構と、
前記アノードと前記遮蔽部材との間に放電によりプラズマを発生するための電圧を印加する電源と、を備える、プラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記電源を前記アノード及び前記ターゲットに選択的に接続するための第１切り替え器を備える、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記電源を前記アノード及び前記基板に選択的に接続するための第２切り替え器を備える、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記容器の外部には、前記流動するプラズマをシート状に変形するシートプラズマ変形機構が設けられている、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項１】
内部を減圧可能な容器と、
該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマガンと、
前記容器の内部において前記プラズマを受けるアノードと、
前記プラズマガンで発生したプラズマを前記アノードの側へ流動させるプラズマ流動機構と、
前記容器の一部を成すように形成され、その内部に、成膜空間を有し、基板及びターゲットが前記流動するプラズマを挟んで対抗するように設けられた成膜室と、
前記アノードと前記成膜空間との間に設けられ、前記容器の内部空間の前記アノードに対向する位置に進出し及びそこから退避することにより、前記アノードに対して前記成膜空間を遮蔽及び開放し、かつ、放電電極として機能する遮蔽部材と、
該遮蔽部材を前記進出及び退避するよう駆動するための駆動機構と、
前記アノードと前記遮蔽部材との間に放電によりプラズマを発生するための電圧を印加する電源と、を備える、プラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記電源を前記アノード及び前記ターゲットに選択的に接続するための第１切り替え器を備える、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記電源を前記アノード及び前記基板に選択的に接続するための第２切り替え器を備える、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記容器の外部には、前記流動するプラズマをシート状に変形するシートプラズマ変形機構が設けられている、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−３８１９７（Ｐ２００８−３８１９７Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１３４５９（Ｐ２００６−２１３４５９）
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【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２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]