(57)【要約】シートプラズマに角を発生させないことにより、プラズマ密度を高くし、スパッタ効率がよく、また、シートプラズマに角を発生させないことにより、安全に運転することができるプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。  ソースプラズマを輸送方向に向けて放出可能なプラズマガン１と、シートプラズマ変形室２と、互いに同極同士を向き合わせて配置される磁界発生手段９の対と、成膜室３と、を備え、輸送方向において磁界発生手段９の対より上流側に設けられた成形電磁コイル６を有し、磁界発生手段９の対及び成形電磁コイル６が、輸送中心１００の成形電磁コイル６及び磁界発生手段９の対を通過する部分及びその近傍部において輸送方向における磁束密度が略一定である磁場を発生させるプラズマ成膜装置。
2007066606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマの輸送方向の中心に対して略等密度分布するソースプラズマを放電により形成して、前記ソースプラズマを前記輸送方向に向けて放出可能なプラズマガンと、
前記輸送方向に延びた輸送空間を有するシートプラズマ変形室と、
互いに同極同士を向き合わせて、前記放出されたソースプラズマの輸送中心を挟むように配置される磁界発生手段の対と、
前記輸送空間に連通した成膜空間を有する成膜室と、を備え、
前記輸送方向において前記磁界発生手段の対より上流側に前記輸送中心を貫通せしめるように設けられた成形電磁コイルを有し、
前記磁界発生手段の対及び前記成形電磁コイルが、前記輸送中心の前記成形電磁コイル及び前記磁界発生手段の対を通過する部分及びその近傍部において前記輸送方向における磁束密度が略一定である磁場を発生させる、プラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記磁界発生手段の対と前記成形電磁コイルとが近接して配置されている、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記磁界発生手段の対及び前記成形電磁コイルが、前記輸送中心の前記成形電磁コイル及び前記磁界発生手段の対を通過する部分及びその近傍部において前記輸送方向における磁束密度が１００〜６００Ｇである磁場を発生させる、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【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、特にシート状にしたプラズマで成膜するシートプラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  シートプラズマ成膜装置は、円柱状のプラズマビームを挟んで同極同士を対向させて配置した永久磁石の反発磁場により円柱状のプラズマをシート状に変形し、この変形されたシート状のプラズマ（以下、シートプラズマという）をイオン源としてスパッタリングを起こさせ、成膜する装置である。【０００３】  このようなシートプラズマ成膜装置として、シートプラズマを生成するシートプラズマ変形室と、該シートプラズマ変形室に連結された表面処理室とを備え、シートプラズマ変形室と表面処理室とを、互いに電気的に絶縁させ、かつ、互いに異なる電位となるように構成されたシートプラズマ成膜装置が開示されている（例えば、特許文献１）。【０００４】  図５は、特許文献１に開示されている従来のシートプラズマ成膜装置の構成の概略を示す断面図である。【０００５】  図５に示すように、この従来のシートプラズマ成膜装置は、圧力勾配型プラズマ源として動作する陰極部５１と、円柱状のプラズマをシート状に成形するシートプラズマ成形室５２と、スパッタリングを行う表面処理室（スパッタリング室）５３と、スパッタリング室５３の内側に配置され、シート状のプラズマを受けるための陽極部５６と、シートプラズマ成形室５２の外側に配置された一対の永久磁石５４ａ、５４ｂと、スパッタリング室５３の外側に配置された一対のコイル５５と、を有している。この装置では、陰極部５１で発生した円柱状のプラズマが、シートプラズマ成形室５２で、永久磁石５４ａ、５４ｂによって形成される磁場によりシート状のプラズマに変形され、変形されたシートプラズマは、コイル５５の磁場によりスパッタリング室５３内（正確には、陽極部５６）に導かれるように構成されている。【０００６】  そして、特許文献１に開示されているシートプラズマ成膜装置は、シートプラズマ変形室５２とスパッタリング室５３とを互いに電気的に絶縁し、互いに異なる電位となるように構成されている。このため、シートプラズマ成形室５２に電流が不可避的に流れることがないので、電力の損失が生じない。また、電力の損失が生じないことから、スパッタリング室５３に導入されたシートプラズマの密度が低下するようなことなく、成膜することができる。
【特許文献１】特許第２９５２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、特許文献１に開示されているシートプラズマ成膜装置では、シートプラズマ成形室５２をガラス等の絶縁材料で形成した場合、永久磁石５４ｂの磁場により、成形されたシートプラズマの一部が、シートプラズマ成形室５２の内壁の方向に吸引され広がり（この部分を角７１という）、プラズマ密度が減少しスパッタ効率が悪くなるという問題があった。また、角７１付近のプラズマがシートプラズマ成形室５２の内壁に衝突すると、プラズマの有するエネルギーの熱影響により、シートプラズマ成形室５２の損傷が生じるという問題があった。【０００８】  本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、シートプラズマに角を発生させないことにより、プラズマ密度を減少させることがなく、スパッタ効率のよいプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。また、シートプラズマに角を発生させないことにより、安全に運転することができるプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  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、プラズマの輸送方向の中心に対して略等密度分布するソースプラズマを放電により形成して、前記ソースプラズマを前記輸送方向に向けて放出可能なプラズマガンと、前記輸送方向に延びた輸送空間を有するシートプラズマ変形室と、互いに同極同士を向き合わせて、前記放出されたソースプラズマの輸送中心を挟むように配置される磁界発生手段の対と、前記輸送空間に連通した成膜空間を有する成膜室と、を備え、前記輸送方向において前記磁界発生手段の対より上流側に前記輸送中心を貫通せしめるように設けられた成形電磁コイルを有し、前記磁界発生手段の対及び前記成形電磁コイルが、前記中心の前記成形電磁コイル及び前記磁界発生手段の対を通過する部分及びその近傍部において前記輸送方向における磁束密度が略一定である磁場を発生させる。【００１０】  これにより、シートプラズマに角が発生することがないので、成形されたシートプラズマのプラズマ密度は高いレベルを維持することができ、スパッタ効率がよくなる。また、シートプラズマに角が発生しないので、シートプラズマ変形室の内壁に過剰なプラズマの衝突が発生しないため、シートプラズマ変形室の損傷を抑制することができ、安全にプラズマ成膜装置を運転することができる。【００１１】  前記磁界発生手段の対と前記成形電磁コイルとが近接して配置されていることが好ましい。【００１２】  前記磁界発生手段の対及び前記成形電磁コイルが、前記輸送中心の前記成形電磁コイル及び前記磁界発生手段の対を通過する部分及びその近傍部において前記輸送方向における磁束密度が１００〜６００Ｇである磁場を発生させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】  本発明のプラズマ成膜装置によれば、シートプラズマのプラズマ密度を高いレベルで維持することができるため、スパッタ効率がよくなり、また、シートプラズマ変形室の損傷を抑制することにより、安全にプラズマ成膜装置を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図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構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示したプラズマ成膜装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図３】図３は、図１に示したプラズマ成膜装置の磁束密度を測定したグラフである。
【図４】図４は、シートプラズマの形成法の概略を説明する模式図である。
【図５】図５は、従来のプラズマ成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００１５】１  プラズマガン
２  シートプラズマ変形室
３  真空成膜室
５  第１電磁コイル
６  成形電磁コイル
７  第２電磁コイル
８  第３電磁コイル
９  永久磁石
１０  放電空間
１３  ターゲット
１４  ターゲットホルダ
１４ａ  第１ホルダ部
１４ｂ  第１支持部
１５  基板
１６  基板ホルダ
１６ａ  第２ホルダ部
１６ｂ  第２支持部
１７  主電源
１８  バイアス電源
１９  バイアス電源
２１  第１筒部
２２  第２筒部
２３  第３筒部
２４  第４筒部
２５  カソード
２６  ボトルネック部
２７  ボトルネック部
２８  抵抗体
２９  抵抗体
３０  抵抗体
３１  フランジ
３２ａ  蓋部
３２ｂ  蓋部
３３ａ  蓋部
３３ｂ  蓋部
３４ａ  蓋部
３４ｂ  蓋部
３６  アノード
３７  パイプ
３８  第１真空ポンプ接続口
３９  第２真空ポンプ接続口
４０  輸送空間
４２  貫通孔
４３  スリット孔
４４  スリット孔
４５  スリット孔
４６  スリット孔
４７  バルブ
４８  バルブ
４９  円柱プラズマ
５０  シートプラズマ
５１  成膜空間
５２  永久磁石
６１  陰極部
６２  シートプラズマ成形室
６３  スパッタリング室
６４ａ  永久磁石
６４ｂ  永久磁石
６５  コイル
６６  陽極部
７１  角
１００  輸送中心
Ｇ１  第１グリッド電極（第１中間電極）
Ｇ２  第２グリッド電極（第２中間電極）
Ｓ  主面
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  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構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のプラズマ成膜装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図１に示したように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が便宜上設けられており、図２にも同様に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が設けられている。また、図２においては、一部を省略している。【００１７】  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を参照しながら説明する。【００１８】  図１に示すように、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置は、ＹＺ平面において略十字形をなしており、プラズマ輸送の方向（Ｚ方向）から見て順番に、プラズマを高密度に生成するデュアルタイプのプラズマガン１と、Ｚ方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製やガラス製）のシートプラズマ変形室２と、Ｙ方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）の真空成膜室３と、を備えて構成されている。なお、プラズマガン１、シートプラズマ変形室２、真空成膜室３は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。【００１９】  プラズマガン１は、円筒状の第１筒部２１を有している。第１筒部２１の内部空間により、放電空間１０が形成される。第１筒部２１の一方の端部は、放電空間１０を塞ぐようにフランジ３１が配置されている。第１筒部２１の内部には、フランジ３１の中心部を貫通して、第１筒部２１の中心軸（Ｚ軸）に沿って延びるように、カソード２５が気密的に配設されている。カソード２５は、プラズマ放電誘発用熱電子を放出し、直流電源からなる主電源１７の負極と抵抗体２８を介して電気的に接続されている。また、第１筒部２１の内部には、フランジ３１の中心部を貫通して、第１筒部２１の中心軸（Ｚ軸）に沿って延びるように、パイプ３７が気密的に配設されている。このパイプ３７から、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスが、プラズマガン１（正確には、放電空間１０）内に供給される。【００２０】  また、プラズマガン１は、第１グリッド電極（第１中間電極）Ｇ１、第２グリッド電極（第２中間電極）Ｇ２を有している。第１グリッド電極Ｇ１、第２グリッド電極Ｇ２は、第１筒部２１の周面に気密的に設けられており、カソード２５との間でプラズマ放電（グロー放電）を維持するため、主電源１７と適宜の抵抗体２９、３０と電気的に接続され、所定のプラス電圧を印加される。このようなプラズマ放電により、プラズマガン１の放電空間１０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。【００２１】  なお、ここでは、プラズマガン１は、主電源１７に基づく低電圧、かつ、大電流の直流アーク放電により、カソード２５と後述するアノード３６との間に高密度のプラズマ放電を可能にする、公知の圧力勾配型のプラズマガンと複合陰極型プラズマガンの両者を組み合わせたデュアルタイプのプラズマガンが採用されている。【００２２】  第１筒部２１の径方向の外側には、磁力の強さをコントロールできる環状の第１電磁コイル５が、第１筒部２１側面周囲を取り囲むように、第１筒部２１と同心に設けられている。この第１電磁コイル５の巻線に電流を流すことにより、プラズマガン１の放電空間１０には、コイル磁界に基づく磁束密度のＺ方向の勾配が形成される。このような磁束密度のＺ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方向（アノード３６に向かう方向）に運動するよう、磁力線の回りを旋回しながらＺ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、Ｚ方向の輸送中心１００に対して略等密度に分布してなる円柱状のソースプラズマ（以下、円柱プラズマ４９という）として、プラズマガン１のＺ方向の他端とシートプラズマ変形室２のＺ方向の一端との間に介在する貫通孔４２を介してシートプラズマ変形室２へ引き出される。なお、第１筒部２１と、第１グリッド電極Ｇ１と、第２グリッド電極Ｇ２と、カソード２５は、適宜な手段によって、互いに絶縁されている。【００２３】  シートプラズマ変形室２は、Ｚ方向の軸を中心とした円筒状の第２筒部２２を有している。第２筒部２２の内部空間により、輸送空間４０が形成される。第２筒部２２の一方（第１筒部２１側）の端部は、蓋部３２ａにより閉鎖されており、他方の端部は、蓋部３２ｂにより閉鎖されている。蓋部３２ａの中心部には、貫通孔４２が設けられ、この貫通孔４２により、プラズマガン１とシートプラズマ変形室２との間に介在する通路が形成される。また、蓋部３２ｂの中心部には、スリット孔４３がＸ軸方向に延びるように形成されている。第２筒部２２は、適宜な手段により、気密的に、かつ、電気的に絶縁されるように、第１筒部２１と同軸状（中心軸を共有するように）に接続されている。第２筒部２２は、永久磁石９等の磁力を円柱プラズマに影響させやすい観点から、ガラスやＳＵＳ等の非磁性の材料で構成されている。【００２４】  第２筒部２２の適所には、バルブ４７により開閉可能な第１真空ポンプ接続口３８が設けられている。第１真空ポンプ接続口３８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、輸送空間４０は円柱プラズマ４９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。【００２５】  第２筒部２２の外側には、第２筒部２２（正確には、輸送空間４０）を挟み、互いに同極（ここではＮ極）が対向するようにして、Ｙ方向に磁化され、かつ、Ｘ方向に延びる一対の角形の永久磁石９（磁界発生手段の対）が設けられている。【００２６】  また、永久磁石９の輸送方向の上流側（カソード２５に近い側）には、環状の成形電磁コイル６（空心コイル）が、第２筒部２２の周面を囲むように（輸送中心１００を貫通せしめるように）配設されている。なお、成形電磁コイル６の巻線には、カソード２５側をＳ極、アノード３６側をＮ極とする向きの電流が通電されている。【００２７】  そして、成形電磁コイル６の巻線に電流を流すことにより、シートプラズマ変形室２の輸送空間４０に形成されるコイル磁界と、永久磁石９によりこの輸送空間４０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４０を円柱プラズマ４９が輸送方向（Ｚ方向）に移動する。この間に、円柱プラズマ４９は、その輸送方向の輸送中心１００を含むＸＺ平面（以下、「主面Ｓ」という）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��マ５０という）に変形される。【００２８】  このようにして変形されたシートプラズマ５０は、第２筒部２２の蓋部３２ｂと真空成膜室３の側壁との間に介在するスリット状のボトルネック部２６を介して真空成膜室３へ流入する。【００２９】  真空成膜室３は、Ｙ軸方向に中心軸を有する円筒状の第３筒部２３と、ボトルネック部２７を介して第３筒部２３と連通するＺ軸方向に中心軸を有する第４筒部２４と、を有している。第３筒部２３の内部空間により、成膜空間５１が形成される。第３筒部２３の一方の端部は、蓋部３３ａにより閉鎖されており、他方の端部は、蓋部３３ｂにより閉鎖されている。【００３０】  第３筒部２３の第２筒部２２近傍側の周面の中央部には、Ｘ軸方向に延びるスリット孔４４が形成されている。このスリット孔４４には、第３筒部２３と第２筒部２２の内部空間が連続するように、断面が四角形で筒状のボトルネック部２６が気密的に設けられている。ボトルネック部２６は、蓋部３２ｂに設けられたスリット孔４３と気密的に接続されている。なお、ボトルネック部２６の高さ（Ｙ方向寸法）及び長さ（Ｚ方向寸法）並びに幅（Ｘ方向寸法）は、シートプラズマ５０を適切に通過するように設計されている。また、スリット孔４３、４４の幅は、成形されたシートプラズマ５０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５０を構成しない余分なアルゴンイオン（Ａｒ＋）と電子が、真空成膜室３に導入されるのを防止することができ、シートプラズマ５０の密度を高い状態に保つことができる。【００３１】  第３筒部２３の内部には、シートプラズマ５０を挟んで対抗するようにターゲット１３と基板ホルダ１６が配設されている。ターゲット１３は、ターゲットホルダ１４に保持されており、該ターゲットホルダ１４は、第１ホルダ部１４ａと第１支持部１４ｂを有している。第１支持部１４ｂは、蓋部３３ａを気密的に、かつ、摺動自在に貫通し、図示されない駆動機構と接続されており、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。また、ターゲットホルダ１４には、バイアス電源１８と電気的に接続されている。バイアス電源１８は、第１ホルダ部１４ａにシートプラズマ５０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１４の第１支持部１４ｂと蓋部３３ａとは、絶縁されている。一方、基板ホルダ１６は、基板１５を保持するものである。該基板ホルダ１６は、第２ホルダ部１６ａと第２支持部１６ｂを有している。第２支持部１６ｂは、蓋部３３ｂを気密的に、かつ、摺動自在に貫通し、図示されない駆動機構と接続されており、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。また、基板ホルダ１６は、バイアス電源１９と電気的に接続されている。バイアス電源１９は、第２ホルダ部１６ｂにシートプラズマ５０に対して負のバイアス電圧を印加する。なお、基板ホルダ１６の第２支持部１６ｂと蓋部３３ｂとは、絶縁されて接続されている。また、ここでは、ターゲットホルダ１４と接続するバイアス電源１８と基板ホルダ１６と接続するバイアス電源１９を別々に設けたが、これらを１つの共通のバイアス電源で構成してもよい。さらに、主電源１７にターゲットホルダ１４と基板ホルダ１６がそれぞれ接続されるような構成としてもよい。但し、上述のようにターゲットホルダ１４と基材ホルダ１６とに、別々にバイアス電源を設けることにより、ターゲット１４と基板１６の間の距離を自由に設定することができ、かつ、負のバイアス電圧をターゲット１４と基板１６の両方に印加することができる、その結果、スパッタ効率が向上する。【００３２】  また、蓋部３３ｂの適所には、バルブ４８により開閉可能な第２真空ポンプ接続口３９が設けられている。第２真空ポンプ接続口３９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、これにより、成膜空間５１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。【００３３】  第３筒部２３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７と第３電磁コイル８が、互いに対を成して輸送中心１００を貫通せしめるように設けられている。第２電磁コイル７と第３電磁コイル８は、異極同士（ここでは、第２電磁コイル７はＮ極、第３電磁コイル８はＳ極）を向かい合わせて設けられている。【００３４】  この第２電磁コイル７及び第３電磁コイル８の巻線に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば１０Ｇ〜３００Ｇ程度）によれば、シートプラズマ５０の幅方向（Ｘ方向）について、シートプラズマ５０は、真空成膜室３の成膜空間５１を跨ぐようにＺ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。【００３５】  また、真空成膜室３は、ボトルネック部２７を介して第３筒部２３と連通するＺ軸方向に中心軸を有する第４筒部２４を有している。第４筒部２４の一方の（第３筒部２３側）端部は、蓋部３４ａにより閉鎖されており、他方の側面は、蓋部３４ｂにより閉鎖されている。蓋部３４ａの中心部には、Ｘ軸方向に延びるスリット孔４６が形成されている。このスリット孔４６には、第４筒部２４と第３筒部２３の内部空間が連続するように、断面が四角形で筒状のボトルネック部２７が気密的に設けられている。ボトルネック部２７は、第３筒部２３の周面の中央部にＸ軸方向に延びるように形成されたスリット孔４５と気密的に接続されている。なお、ボトルネック部２７の高さ（Ｙ方向寸法）及び長さ（Ｚ方向寸法）並びに幅（Ｘ方向寸法）は、ボトルネック部２６と同様にシートプラズマ５０を適切に通過するように設計されている。また、スリット孔４５、４６の高さ及び幅は、上述したスリット孔４３、４４と同様に構成されている。【００３６】  蓋部３４ｂの内面には、アノード３６が設けられており、アノード３６は、主電源１７の正極と電気的に接続されている。アノード３６は、カソード２５との間で適宜の正の電圧（例えば１００Ｖ）を印加され、これにより、カソード２５及びアノード３６の間の直流アーク放電によるシートプラズマ５０中の荷電粒子（特に電子）を回収する役割を担っている。【００３７】  アノード３６の裏面（カソード２５に対する対向面の反対側の面）には、アノード３６側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石５２が配置されている。これにより、永久磁石５２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３６に向かうシートプラズマ５０の幅方向（Ｘ方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマ５０が幅方向に収束され、シートプラズマ５０の荷電粒子が、アノード３６に適切に回収され得る。【００３８】  なお、第１筒部２１、第２筒部２２及び第４筒部２４のＸ軸方向の断面は、ここでは円形であるが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。また、第３筒部２３のＺ軸方向の断面は、ここでは円形であるが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。【００３９】  次に、本実施の形態１における永久磁石９と成形電磁コイル６の磁場について、円柱プラズマ４９からシートプラズマ５０に変形する方法と併せて、図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。【００４０】  図３は、プラズマガン１とシートプラズマ変形室２を輸送されるプラズマの輸送中心１００における磁束密度を、図１に示した本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の第２グリッド電極Ｇ２からＺ軸方向に検出した結果を示すグラフである。図４は、シートプラズマの形成法の概略を説明する模式図であり、図４（ａ）は、棒磁石のＺ方向略中央付近のＸＹ平面に平行な断面の模式図であり、図４（ｂ）は、棒磁石のＸ方向略中央付近のＹＺ平面に平行な断面の模式図である。【００４１】  なお、図３において、横軸を第２グリッド電極Ｇ２からの距離（ｍｍ）で表し、縦軸を磁束密度（Ｇ）で表している。また、図４中の符号Ｂｘ、ＢｙおよびＢｚは各々、図１中のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の磁束密度ベクトル成分を表している。【００４２】  図４（ｂ）に示すように、成形電磁コイル６の磁界により、永久磁石９に到達する前の円柱プラズマ４９のＺ軸方向に作用する初期の磁束密度成分Ｂｚ０が形成されている。このとき、初期の磁束密度成分Ｂｚ０と、一対の永久磁石９が作るＺ軸方向の磁束密度成分Ｂｚとの間の大小関係を図３に示す磁束密度をとるように、成形電磁コイル６の配置や成形電磁コイル６の巻線に流す電流量が設定されている。すなわち、成形電磁コイル６と永久磁石９によって形成される輸送中心１００におけるＺ軸方向の磁束密度が、第２グリッド電極Ｇ２からＺ軸方向に進むにしたがって、まず減少し、その後増加する。そして、輸送中心１００の成形電磁コイル６及び永久磁石９を通過する部分及びその近傍部において、略一定（ここでは、３５０Ｇ）となるように、成形電磁コイル６と永久磁石９が配置され、かつ、それぞれの磁力が調整される。【００４３】  このように成形電磁コイル６と永久磁石９が調整されること（特に、磁束密度が、輸送中心１００の成形電磁コイル６及び永久磁石９を通過する部分及びその近傍部において、略一定となるように調整されること）により、永久磁石９から発生する磁力のうちプラズマガン１方向に戻る磁力が、成形電磁コイル６から発生する磁力によって打ち消される。このため、シートプラズマの一部がシートプラズマ変形室２を構成する第２筒部２２の内壁方向に広がらないので、角が発生することはない。【００４４】  なお、永久磁石９から発生する磁力のうちプラズマガン１方向に戻る磁力を成形電磁コイル６から発生する磁力によって打ち消すという観点から、成形電磁コイル６と永久磁石９は、プラズマガン１の出力���プラズマ変形室２の大きさや成形電磁コイル６の大きさ等によって異なるが、第２グリッド電極Ｇ２から３００〜４００ｍｍ離れていることが好ましい。また、同様の観点から、成形電磁コイル６と永久磁石９は、近接して配置されていることが好ましく、互いに当接するように配置されていることがより好ましい。さらに、ここでは、輸送中心１００の成形電磁コイル６及び永久磁石９を通過する部分及びその近傍部において成形電磁コイル６及び永久磁石９によって形成される磁束密度を３５０Ｇとなるように、成形電磁コイル６と永久磁石９を調整しているが、これに限定されず、成形電磁コイル６や永久磁石９の大きさ等によって異なるが、例えば、これらによって形成される磁束密度は、１００〜６００Ｇであることが好ましく、２００〜５００Ｇであることがより好ましい。【００４５】  次に、図４（ａ）に示すように、ＸＹ平面上には、一対の永久磁石９のＮ極面から互いに輸送中心１００に近づく、磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの対が形成されるとともに、これらの永久磁石９のＮ極面と平行に輸送中心１００から互いに離れる、磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの対が形成されている。【００４６】  磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの対については、永久磁石９のＮ極面を互いに対向配置させていることから、これらのＮ極面から輸送中心１００に近づくに連れて、そのＹ方向成分に互いに相殺され、これらの磁束密度のＹ成分に適宜のマイナス勾配を持たせることができる。【００４７】  このような磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの勾配は、図４（ａ）の矢印で示すように、輸送中心１００に向かってＹ方向に円柱プラズマ４９を圧縮する方向に荷電粒子を運動させ、これにより、円柱プラズマ４９中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら輸送中心１００の方向に進む。【００４８】  一方、磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの対については、永久磁石９の配置やその磁場強度の適切な設計により、輸送中心１００からＸ方向に離れるに連れて、これらの磁束密度のＸ成分に適宜のマイナス勾配を持たせるように調整できる。【００４９】  このような磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの勾配は、図４（ａ）の矢印で示すように、円柱プラズマ４９を主面Ｓ（ＸＺ平面）に沿って拡げる方向に荷電粒子を運動させ、これにより、円柱プラズマ４９中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら輸送中心１００から離れる方向に進む。【００５０】  こうして、円柱プラズマ４９は、シートプラズマ変形室２をＺ方向に移動する間に、成形電磁コイル６および永久磁石９による磁界相互作用に基づいて、主面Ｓに沿ったシートプラズマ５０に均一に変形される。なお、シートプラズマ５０の幅、厚みおよび荷電粒子密度分布等は、これらの磁束密度Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚ、Ｂｚ０を適宜変更することにより、調整可能である。【００５１】  次に、本実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の動作について説明する。【００５２】  まず、図示されない真空ポンプの真空引きにより、プラズマ成膜装置内が真空状態になる。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、プラズマ成膜装置内の減圧を迅速に行うことができる。そして、プラズマガン１に設けられたパイプ３７から、Ａｒガスが放電空間１０内に供給され、カソード２５から、プラズマ放電誘発用熱電子が放出され、プラズマが生成される。このプラズマは、第１グリッド電極Ｇ１、第２グリッド電極Ｇ２による電界と第１電磁コイル５による磁界により、カソード２５からアノード３６側に引き出され、円柱状に成形される。成形された円柱プラズマ４９は、貫通孔４２を通過してシートプラズマ変形室２に導かれる。【００５３】  シートプラズマ変形室２に導かれた円柱プラズマ４９は、一対の永久磁石９と成形電磁コイル６から発生する磁場によってシート状に広がって（ＺＹ平面に延びるように）、シートプラズマ５０が成形される。このシートプラズマ５０は、スリット孔４３、ボトルネック部２６及びスリット孔４４を通過して真空成膜室３に導かれる。【００５４】  真空成膜室３に導入されたシートプラズマ５０は、第２電磁コイル７と第３電磁コイル８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１３と基板１５の間の空間にまで導かれる。ターゲット１３には、ターゲットホルダ１４を介して、シートプラズマ５０に対して負のバイアス電圧が印加される。また、基板１５にも、基板ホルダ１６を介して、シートプラズマ５０に対して負のバイアス電圧が印加される。ターゲット１３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１３を構成する原子は、垂直方向にシートプラズマ５０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１５上に堆積し、電子を受け取り、基板１５を成膜する。【００５５】  そして、シートプラズマ５０は、永久磁石５２の磁力線により、幅方向に収束され、シートプラズマ５０の荷電粒子が、アノード３６に適切に回収される。【００５６】  なお、ここでは、プラズマ成膜装置内を真空状態にして成膜を行ったが、真空成膜室３に反応性のガスを導入し、このガスとターゲットの反応物を用いて基板１５を成膜するような構成としてもよい。【００５７】  このような構成とすることにより、シートプラズマ変形室内で、シートプラズマに角が発生することがないので、シートプラズマのプラズマ密度が高くなり、スパッタ効率がよくなる。また、シートプラズマ変形室内で、角が発生することがないので、シートプラズマ変形室の損傷を抑制することができるため、安全にプラズマ成膜装置を運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】  本発明のプラズマ成膜装置は、シートプラズマのプラズマ密度が高いため、スパッタ効率がよくなるので有用である。また、シートプラズマ変形室の損傷を抑制することができるため、安全に運転することができるプラズマ成膜装置として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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