JP5086861B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

本発明はプラズマ装置に関する。

プラズマ装置（例えば、プラズマを利用した真空成膜装置）に用いられる圧力勾配型のプラズマガンの始動では、正イオンのカソードへの衝突の際に発生する二次電子放出などによる補助放電（以下、「グロー放電」という場合もある）を経て、カソード加熱による熱電子放出が主体となる主放電（以下、「アーク放電」という場合もある）が起こる。

このようなグロー放電からアーク放電への移行タイミングは、プラズマガン電源の放電電圧に基づいて判定されている。

例えば、圧力勾配型のプラズマガンのプラズマ放電方法として、プラズマガン電源の放電電圧が所定値まで低下すると、放電開始用電源をオフにして、定常放電用電源をオンにすることが記載されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−８６４６８号公報（段落〔００１２〕）

しかしながら、特許文献１記載のプラズマ放電技術では、中間電極に接続された抵抗が固定抵抗となっているので、以下の不都合がある。

プラズマガンの中間電極では、上述の抵抗を用いて、中間電極に流れる電流を制限することができる。

ところが、特許文献１記載のプラズマガンでは、上述の制限抵抗は、プラズマガンのグロー放電時でもアーク放電時でも同じ値をとる。このため、プラズマガン始動直後にグロー放電を安定に継続できるよう、制限抵抗を小さめの値に設定すると、グロー放電に続くアーク放電では、当該制限抵抗による中間電極に流れる電流の制限が充分にかからずに、中間電極において電流ロスが生ずる。逆に、アーク放電時に中間電極における電流ロスを充分に抑えることができるように、上述の抵抗を大きめの値に設定すると、当該制限抵抗による中間電極に流れる電流の制限がかかり過ぎて、グロー放電を安定に維持できず、最悪、グロー放電を開始できない場合もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プラズマガンの放電時において中間電極を流れる電流の制限を適切に行えるプラズマ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、カソードユニットおよび中間電極を有して、前記カソードユニットと中間電極との間にグロー放電を形成するとともに、前記カソードユニットとアノードとの間にアーク放電を形成するプラズマガンと、
前記プラズマガンに電力を供給するプラズマガン電源と、
を備え、
前記グロー放電時および前記アーク放電時において前記中間電極に電流が流れており、
前記アーク放電時に前記中間電極に流れ込む電流が、前記グロー放電時に前記中間電極に流れ込む電流よりも低くなるよう、前記グロー放電時および前記アーク放電時に前記中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を変更可能に構成されている、プラズマ装置を提供する。

これにより、プラズマガンの放電時に中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を、当該放電に適した値に変更することができる。

本発明では、前記中間電極に接続された可変抵抗器を備えてもよい。

これにより、可変抵抗器を用いて中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を連続的に変えることができるので、例えば、放電の安定化および放電電流のロス抑制の観点から抵抗値を細かく変更でき、その結果、最適な抵抗値の設定を行える。

また、本発明では、前記中間電極に接続可能な複数の固定抵抗器間の切り替えに用いるスイッチを備えてもよい。

これにより、スイッチによる複数の固定抵抗器間の切り替えによって中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を変えることができるので、例えば、放電の安定化および放電電流のロス抑制を安価かつ簡易に行いたい場合に有益である。

また、本発明では、前記抵抗値が、前記グロー放電時と前記アーク放電時との間で異なってもよい。

この場合、前記アーク放電時の前記抵抗値は、前記グロー放電時の前記抵抗値よりも高くてもよい。

そして、本発明では、前記プラズマガン電源を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記カソードユニットおよび前記アノード間にかかっている放電電圧を取得し、前記放電電圧に基づいて前記プラズマガンの放電形態がグロー放電からアーク放電に移行したことを検出するとともに、前記可変抵抗器または前記スイッチを用いて前記抵抗値を変更してもよい。

以上の構成により、プラズマガンの始動時（グロー放電）において、グロー放電を安定に継続できるように上記抵抗値を低めに設定できる。一方、プラズマガンのアーク放電において、放電電流のロスを抑制できるよう、上記抵抗値をグロー放電時の当該抵抗値よりも高く設定でき、ひいては、真空プロセスにおけるプラズマの効率的な生成を行える。

更に、本発明では、前記プラズマガン電源を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記中間電極を流れる電流を取得し、前記電流が許容値を超えないように、前記可変抵抗器または前記スイッチを用いて前記抵抗値を変更してもよい。

この場合、例えば、プラズマガンの放電中に抵抗に流せる最大の電流は抵抗の許容電力に依存するので、このような最大値を上述の許容値としてもよい。

以上の構成により、制御装置は、中間電極を流れる電流が抵抗の許容電力に依存する最大値に近づくと、可変抵抗器またはスイッチを用いて中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を高くすることができる。

本発明によれば、プラズマガンの放電時において中間電極を流れる電流の制限を適切に行えるプラズマ装置が得られる。

以下、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるプラズマ装置（シートプラズマを用いたスパッタリング装置）の構成例を示した概略図である。

なお、ここでは、便宜上、図１に示す如く、プラズマ輸送の方向をＺ方向にとり、このＺ方向に直交し、かつ棒磁石２４Ａ、２４Ｂ（後述）の磁化方向をＹ方向にとり、これらのＺ方向およびＹ方向の両方に直交する方向をＸ方向にとって、本プラズマ装置１００の構成を述べる。

本実施形態のプラズマ装置１００は、図１に示す如く、ＹＺ平面において略十字形をなしており、放電プラズマ輸送の方向（Ｚ方向）から見て順番に、放電プラズマを高密度に生成するプラズマガン４０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２０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３０と、を備える。また、プラズマ装置１００は、図１に示す如く、プラズマガン電源５０と、このプラズマガン電源５０の動作を制御する制御装置６０と、を備える。

なお、上述の各部４０、２０、３０は、放電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。

まず、プラズマ装置１００のプラズマガン４０およびプラズマガン電源５０の構成について説明する。

プラズマ装置１００のプラズマガン４０は、図１に示すように、カソードユニット４１と、一対の中間電極Ｇ₁、Ｇ₂と、を備える。

カソードユニット４１は、耐熱ガラス製の円筒状のガラス管４１Ａと、円板状の蓋部材４１Ｂとを備えており、カソードユニット４１の内部は、放電空間として機能している。このガラス管４１Ａは、適宜の固定手段（ボルトなど；図示せず）により、中間電極Ｇ₁および蓋部材４１Ｂとの間で気密に配されている。このため、中間電極Ｇ₁の通孔（図示せず）を介して、放電空間で生成されたプラズマをカソードユニット４１から外部に引き出すことができる。

また、蓋部材４１Ｂには、放電誘発用の熱電子を放出可能な六ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）からなるカソードＫが配置されているとともに、放電により電離される放電ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスをこの放電空間に導くことができる放電ガス供給手段（図示せず）が設けられている。

プラズマ装置１００のプラズマガン電源５０は、図１に示すように、プラズマガン４０に電力を供給できる電力発生部７０と、各中間電極Ｇ₁、Ｇ₂のそれぞれに対応して配され、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限できる抵抗値を変更可能な抵抗素子Ｒ₁、Ｒ₂（抵抗変更手段）と、を備える。

中間電極Ｇ₁は、プラズマガン４０の放電空間においてカソードＫとの間で補助放電（グロー放電）を適切に維持できるよう、抵抗素子Ｒ₁を介して電力発生部７０と接続されている。また、中間電極Ｇ₂は、プラズマガン４０の放電空間においてカソードＫとの間で補助放電（グロー放電）を適切に維持できるよう、抵抗素子Ｒ₂を介して電力発生部７０と接続されている。

このグロー放電においては、プラズマガン４０の放電空間への荷電粒子（ここではＡｒ⁺と電子）の供給が、Ａｒ⁺のカソードＫへの衝突時に起こる二次電子放出および電子によるアルゴン電離によりなされ、これにより、プラズマガン４０の放電空間には、荷電粒子の集合体としての放電プラズマが形成される。その後、プラズマガン４０では、カソードＫの加熱で起こる熱電子放出に基づいた主放電（アーク放電）に移行する。このように、プラズマガン４０は、プラズマガン電源５０に基づく低電圧かつ大電流のアーク放電により、カソードＫとアノードＡとの間に高密度の放電を可能にする、圧力勾配型ガンである。

また、電力発生部７０では、図１に示すように、電源切り替えスイッチＳ１を用いて、カソードＫとトランス２０１との間の接続がなされた状態と、カソードＫと定電流電源２００との間の接続がなされた状態と、を取り得る。

プラズマガン４０のグロー放電時には、前者の状態が取られる。この場合、トランス２０１の一次側の端子間には、商用周波数の２００Ｖの一次電圧が印加される。すると、トランス２０１の二次側の端子間に所定の二次電圧が誘起され、この二次電圧が整流回路により整流された後、プラズマガン４０に印加される。

一方、プラズマガン４０のアーク放電時には、後者の状態が取られる。これにより、プラズマガン４０は、プラズマガン電源５０（定電流電源２００）により定電流制御され、アノードＡからカソードＫに向かって流れる放電電流（以下、「ＧＰ電流」という）が一定となる。

本実施形態では、上述の抵抗素子Ｒ₁は、図１に示すように、可変抵抗器Ｒ₁であり、この可変抵抗器Ｒ₁は、中間電極Ｇ₁に接続された配線３００に配されている。よって、この可変抵抗器Ｒ₁の設定の変更より、プラズマガン４０のグロー放電時およびアーク放電時に中間電極Ｇ₁に流れ込む電流（以下、「Ｇ１電流」と略す）を変更できる。

また、抵抗素子Ｒ₂も、図１に示すように、可変抵抗器Ｒ₂であり、この可変抵抗器Ｒ₂は、中間電極Ｇ₂に接続された配線３０１に配されている。よって、この可変抵抗器Ｒ₂の設定の変更により、プラズマガン４０のグロー放電時およびアーク放電時に中間電極Ｇ₂に流れ込む電流（以下、「Ｇ２電流」と略す）を変更できる。なお、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の設定の具体例については後述する。

また、プラズマガン電源５０は、Ｇ１電流、Ｇ２電流およびカソードＫおよびアノードＡ間にかかっている放電電圧（以下、「ＶＰ電圧」と略す）ついての出力用の端子を備えている。

以上のようにして、Ｚ方向の輸送中心に対して略等密度分布してなる円柱状のアーク放電プラズマ（以下、「円柱プラズマ２２」という）が、プラズマガン４０のＺ方向の他端とシートプラズマ変形室２０のＺ方向の一端との間に介在する通路（図示せず）を介してシートプラズマ変形室２０へ引き出される。

次に、プラズマ装置１００のシートプラズマ変形室２０の構成およびその周辺構成について述べる。

シートプラズマ変形室２０は、Ｚ方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な輸送空間２１を有する。

シートプラズマ変形室２０の側面周囲には、このシートプラズマ変形室２０を取り囲み、円柱プラズマ２２のＺ方向の推進力を発揮する円形状の第１の電磁コイル２３（空心コイル）が配設されている。なお、第１の電磁コイル２３の巻線には、カソードＫ側をＳ極、アノードＡ側をＮ極とする向きの電流が通電されている。

また、この第１の電磁コイル２３のＺ方向の前方側（アノードＡに近い側）には、Ｘ方向に延びる一対の角形の棒磁石２４Ａ、２４Ｂ（永久磁石；磁界発生手段の対）が、シートプラズマ変形室２０（輸送空間２１）を挟むように、Ｙ方向に所定の間隔を隔てて配設されている。また、これらの棒磁石２４Ａ、２４ＢのＮ極同士が対向し合っている。

第１の電磁コイル２３により輸送空間２１に形成されるコイル磁界と、棒磁石２４Ａ、２４Ｂにより輸送空間２１に形成される磁石磁界との相互作用に基づいて、円柱プラズマ２２は、その輸送方向（Ｚ方向）の輸送中心を含む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、「シートプラズマ２７」という）に変形される。

このようにして、シートプラズマ２７は、図１に示す如く、シートプラズマ変形室２０のＺ方向の他端と真空成膜室３０の側壁との間に介在する、シートプラズマ２７の通過用のスリット状のボトルネック部２８を介して真空成膜室３０へ引き出される。

なお、ボトルネック部２８の間隔（Ｙ方向寸法）および厚み（Ｚ方向寸法）並びに幅（Ｘ方向寸法）は、シートプラズマ２７を適切に通過するように設計されている。

次に、プラズマ装置１００の真空成膜室３０の構成（その周辺構成を含めて）について述べる。

真空成膜室３０は、例えば、シートプラズマ２７中のＡｒ⁺の衝突エネルギによりターゲット３５Ｂの材料をスパッタリング粒子として叩き出すスパッタリングプロセス用の成膜チャンバに相当する。

真空成膜室３０は、Ｙ方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な成膜空間３１を有し、この成膜空間３１は、バルブ３７により開閉可能な排気口から真空ポンプ３６（例えばターボポンプ）により真空引きされている。これにより、当該成膜空間３１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。

ここで、成膜空間３１には、その機能上、上下方向（Ｙ方向）において、ボトルネック部２８の間隔に対応する水平面（ＸＺ平面）に沿った中央空間を境にして、板状のターゲット３５Ｂを格納するターゲット空間と、板状の基板３４Ｂを格納する基板空間と、がある。

つまり、ターゲット３５Ｂは、ターゲットホルダ３５Ａに装着された状態において、中央空間の上方に位置するターゲット空間内に格納され、適宜のアクチュエータ（図示せず）によりターゲット空間内を上下（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。一方、基板３４Ｂは、基板ホルダ３４Ａに装着された状態において、中央空間の下方に位置する基板空間内に格納され、適宜のアクチュエータ（図示せず）により基板空間内を上下（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。

なお、上述の中央空間は、真空成膜室３０においてシートプラズマ２７の主成分を輸送させる空間である。

このようにして、ターゲット３５Ｂおよび基板３４Ｂは互いに、シートプラズマ２７の厚み方向（Ｙ方向）に一定の好適な間隔を隔てるようにして、このシートプラズマ２７を挟み、成膜空間３１内に対向して配置されている。

ターゲット３５Ｂは、スパッタリングプロセス中には、直流のバイアス電源５２によりバイアス電圧（マイナス電圧）を印加されている。これにより、シートプラズマ２７中のＡｒ⁺がターゲット３５Ｂに向かって引き付けられる。その結果、Ａｒ⁺とターゲット３５Ｂとの間の衝突エネルギによりターゲット３５Ｂから放出されるスパッタリング粒子が、ターゲット３５Ｂから基板３４Ｂに向かって叩き出される。なお、基板ホルダ３４Ａは接地されている。

次に、ボトルネック部２８から見て、Ｚ方向に対向する位置の真空成膜室３０の周辺構成を説明する。

当該位置の真空成膜室３０の側壁にはアノードＡが配置され、この側壁とアノードＡとの間には、プラズマ通過用の通路２９が設けられている。

アノードＡは、カソードＫとの間で基準電位が与えられ、カソードＫおよびアノードＡの間のアーク放電によるシートプラズマ２７中の荷電粒子（特に電子）を回収する役割を担っている。

また、アノードＡの裏面（カソードＫに対する対向面の反対側の面）には、アノードＡ側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石３８が配置されている。このため、この永久磁石３８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Ａに向かうシートプラズマ２７の幅方向（Ｘ方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマ２７が幅方向に収束され、シートプラズマ２７の荷電粒子が、アノードＡに適切に回収される。

また、円形状の第２および第３の電磁コイル３２、３３（空心コイル）は、互いに対をなして、真空成膜室３０の側壁を臨むようにして成膜空間３１を挟み、異極同士（ここでは、第２の電磁コイル３２はＮ極、第３の電磁コイル３３はＳ極）を向かい合わせて配置されている。

第２の電磁コイル３２は、棒磁石２４Ａ、２４Ｂと真空成膜室３０との間のＺ方向の適所に配置され、第３の電磁コイル３３は、真空成膜室３０の側壁とアノードＡとの間のＺ方向の適所に配置されている。

第２および第３の電磁コイル３２、３３の対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２７は、その幅方向（Ｘ方向）の拡散を適切に抑えるように整形される。

次に、プラズマ装置１００の制御装置６０の構成について述べる。

制御装置６０は、マイクロプロセッサおよびＲＯＭやＲＡＭなどの内部メモリにより構成されている。図１に示すように、制御装置６０は、Ｇ１電流、Ｇ２電流およびＶＰ電圧をプラズマガン電源５０からサンプリング（取得）する。

この制御装置６０は、プラズマ装置１００の全体動作を制御してもよいが、この制御装置６０とは別の制御器が、プラズマ装置１００の全体動作を制御してもよい。

本実施形態では、制御装置６０は、上述のＶＰ電圧に基づいて、Ｇ１電流を制限している可変抵抗器Ｒ₁の設定（抵抗値）およびＧ２電流を制限している可変抵抗器Ｒ₂の設定（抵抗値）を変更できる。

具体的には、制御装置６０は、ＶＰ電圧が規定値未満になった場合にプラズマガン４０がグロー放電からアーク放電に移行したことを検出するとともに、プラズマガン電源５０に対して切り替え指令（プラズマガン電源５０が定電流制御を行えるよう、カソードＫの接続を定電流電源２００側に切り替えるための電源切り替えスイッチＳ１の切り替え指令）を出力する。また、制御装置６０は、このようなプラズマガン電源５０への切り替え指令の際に、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の設定を、ＧＰ電流のロス抑制の観点からアーク放電に適した値になるように変更する。

例えば、以下の表１では、プラズマガン４０のアーク放電時において、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の変更前後における、ＶＰ電圧（単位：Ｖ）、Ｇ１電流（単位：Ａ）およびＧ２電流（単位：Ａ）のそれぞれの数値が、ＧＰ電流（単位：Ａ）およびＡｒ流量（単位：ｓｃｃｍ）をパラメータにとって列挙されている。ここでは、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の変更前の抵抗値がＲ₁＝２０Ω、Ｒ₂＝１０Ωであり、変更後の抵抗値がＲ₁＝４０Ω、Ｒ₂＝２０Ωであるが、これらの数値は飽くまで一例に過ぎない。

表１に示すように、各ＧＰ電流および各Ａｒ流量について、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を変更した後のＧ１電流およびＧ２電流は何れも、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を変更する前のＧ１電流およびＧ２電流に比べて低くなっている。例えば、ＧＰ電流＝１００Ａ、Ａｒ流量＝３０ｓｃｃｍに対応するＧ１電流は、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の変更前後において、Ｇ１電流＝４．２Ａ（変更前）からＧ１電流＝２．０Ａ（変更後）にまで減少している。

プラズマガン４０のアーク放電時では、プラズマガン４０のＧＰ電流が一定となるように定電流制御されているので、この表１の結果によれば、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値を高めに設定するとＧＰ電流のロスを抑制できて都合がよいと言える。具体的には、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値が高いほど、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の方向にバイパスするＧ１電流およびＧ２電流が減少して、その結果、真空成膜室３０内のシートプラズマ２７の生成に寄与可能な荷電粒子（電子）の量は多くなると考えられる。

本実施形態では、プラズマガン４０のアーク放電時の可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値を、プラズマガン４０の始動時のグロー放電を適切に行える可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値よりも高めに設定することにより、シートプラズマ２７の生成効率の向上を図っている。

但し、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値が過剰に高い場合（極端な例としては、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂と中間電極Ｇ₁、Ｇ₂との間の接続を切るような絶縁状態の場合）、アノードＡおよびカソードＫ間のアーク放電が何等かの外乱により不安定になると、アーク放電の適切な維持が困難になるので、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値には自ずと上限がある。

次に、本実施形態のプラズマ装置の動作の一例を説明する。

図２は、第１実施形態のプラズマ装置の制御装置による処理例を示したフローチャートである。

まず、制御装置６０は、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値をプラズマガン４０の始動時のグロー放電に適した値に設定する（ステップＳ１）。上述のとおり、プラズマガン４０の始動時において、グロー放電を安定に継続できるように可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値は低めに設定する方が好ましい。

次に、プラズマ装置１００のプラズマガン４０の内部に放電ガスが投入され、プラズマガン電源５０によりプラズマガン４０に電力が給電される。これにより、プラズマガン４０においてグロー放電を開始できる（ステップＳ２）。この場合、制御装置６０は、電源切り替えスイッチＳ１を用いて、カソードＫとトランス２０１との間の接続がなされた状態にする。

この状態で、制御装置６０は、プラズマガン電源５０からのＶＰ電圧を一定のサンプリング期間毎にサンプリングする（ステップＳ３）。これにより、制御装置６０は、ＶＰ電圧の変化を逐次モニタできる。

ここで、制御装置６０は、ステップＳ３においてサンプリングされたＶＰ電圧が、規定値未満になったか否かを判定する（ステップＳ４）。このように、プラズマガン４０のグロー放電からアーク放電への移行状態の検出タイミングは、プラズマガン電源５０からのＶＰ電圧に基づいて判定されている。

ＶＰ電圧が規定値未満になると（ステップＳ４において「ＹＥＳ」の場合）、制御装置６０は、プラズマガン４０の放電形態がグロー放電からアーク放電に移行したと判定する。そして、制御装置６０は、プラズマガン電源５０への切り替え指令の際に、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値をプラズマガン４０のアーク放電に適した値に再設定する（ステップＳ５）。上述のとおり、プラズマガン４０のアーク放電では、ＧＰ電流のロスを抑制できるよう、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値は、ステップＳ２の抵抗値よりも高く設定する方が好ましい。

その後、制御装置６０は、ＧＰ主電流が一定になるよう、プラズマガン電源５０に定電流制御への切り替え指令を出力する（ステップＳ６）。具体的には、切り替え指令を受けたプラズマガン電源５０は、電源切り替えスイッチＳ１を用いて、カソードＫと定電流電源２００との間の接続がなされた状態に切り替える。

一方、ステップＳ３において、ＶＰ電圧が規定値未満でない場合（ステップＳ４において「ＮＯ」の場合）、制御装置６０は、プラズマガン４０の放電形態がグロー放電からアーク放電に移行していないと判定する。この場合、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３およびステップＳ４の動作が繰り返される。このようにして、制御装置６０は、一連のプラズマ装置１００の動作を終える。

以上のとおり、本実施形態のプラズマ装置１００は、プラズマガン４０のグロー放電時およびアーク放電時に、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を変更可能に構成されている。

本実施形態のプラズマ装置１００では、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂のそれぞれに接続された可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を備えており、これらの可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の設定の変更により、上述の抵抗値が変更されている。

具体的な抵抗値の変更法としては、制御装置６０が、カソードＫおよびアノードＡ間にかかっているＶＰ電圧を取得する。そして、制御装置６０は、このＶＰ電圧に基づいてプラズマガン４０の放電形態がグロー放電からアーク放電に移行したことを検出し、プラズマガン電源５０への定電流制御への切り替え指令の際に、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を用いて中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を変更している。

以上の構成により、プラズマガン４０の始動時（グロー放電）において、グロー放電を安定に継続できるように可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値を低めに設定できる。一方、プラズマガン４０のアーク放電において、ＧＰ電流のロスを抑制できるよう、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の抵抗値をグロー放電時の抵抗値よりも高く設定でき、ひいては、真空成膜室３０内のシートプラズマ２７の効率的な生成を行える。

特に、本実施形態では、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を用いて中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を連続的に変えることができるので、グロー放電の安定化およびアーク放電でのＧＰ電流のロスの抑制の観点から抵抗値を細かく変更でき、その結果、最適な抵抗値の設定を行える。
（第１実施形態の変形例）
図１に示すように、制御装置６０は、プラズマガン電源５０から中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れるＧ１電流およびＧ２電流をサンプリング（取得）することができる。これにより、制御装置６０は、Ｇ１電流およびＧ２電流が許容値（後述）を超えないように、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を用いて中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を変更してもよい。

本変形例では、例えば、プラズマガン４０の放電中に可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂に流せる最大の電流は可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の許容電力に依存するので、このような最大値を上述の許容値としている。

つまり、制御装置６０は、Ｇ１電流およびＧ２電流が可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂の許容電力に依存する最大値に近づくと、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を用いて中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を高くすることができる。
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を、可変抵抗器Ｒ₁、Ｒ₂を用いて変更する例を述べたが、第２実施形態では、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を、可変抵抗器に代えて、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂に接続可能な複数の固定抵抗器の切り替えにより変更している。

図３は、本発明の第２実施形態によるプラズマ装置（シートプラズマを用いたスパッタリング装置）の構成例を示した概略図である。

本発明の第２実施形態のプラズマ装置１００Ａにおいて、ハードウェア構成上、図１に示したプラズマ装置１００と同じ構成要素については、プラズマ装置１００に用いた符号と同一の符号を付し、プラズマ装置１００Ａの当該構成の詳細な説明を省略する。

本実施形態のプラズマ装置１００Ａは、図３に示すように、中間電極Ｇ₂に接続される配線３０２に配され、抵抗値が異なる複数（ここでは、一対）の固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄を備える。そして、中間電極Ｇ₂を流れる電流を制限できる抵抗値を変更可能な抵抗変更手段として、２つの固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄間の切り替えに用いる抵抗切り替えスイッチＳ２が、配線３０２に設けられている。つまり、図３に示すように、抵抗切り替えスイッチＳ２のスイッチング動作により、中間電極Ｇ₂は、固定抵抗器Ｒ₃との間の接続をなす状態と、固定抵抗器Ｒ₄との間の接続をなす状態を取れる。

また、プラズマ装置１００Ａは、図３に示すように、中間電極Ｇ₁に接続される配線３０３に配され、抵抗値が異なる複数（ここでは、一対）の固定抵抗器Ｒ₅、Ｒ₆を備える。そして、中間電極Ｇ₁を流れる電流を制限できる抵抗値を変更可能な抵抗変更手段として、２つの固定抵抗器Ｒ₅、Ｒ₆間の切り替えに用いる抵抗切り替えスイッチＳ３が、配線３０３に設けられている。つまり、図３に示すように、抵抗切り替えスイッチＳ３のスイッチング動作により、中間電極Ｇ₁は、固定抵抗器Ｒ₅との間の接続をなす状態と、固定抵抗器Ｒ₆との間の接続をなす状態を取れる。

固定抵抗器Ｒ₃および固定抵抗器Ｒ₅では、プラズマガン４０の始動時（グロー放電）において、グロー放電を安定に継続できるよう、低めの抵抗値が定められている。一方、固定抵抗器Ｒ₄および固定抵抗器Ｒ₆では、プラズマガン４０のアーク放電において、ＧＰ電流のロスを抑制できるよう、固定抵抗器Ｒ₃および固定抵抗器Ｒ₅の抵抗値よりも高い抵抗値が定められている。

図３に示すように、制御装置６０Ａは、カソードＫおよびアノードＡ間にかかっているＶＰ電圧を取得する。そして、制御装置６０Ａは、このＶＰ電圧に基づいてプラズマガン４０の放電形態がグロー放電からアーク放電に移行したことを検出し、プラズマガン電源５０Ａへの定電流制御への切り替え指令の際に、抵抗切り替えスイッチＳ２、Ｓ３のスイッチング動作により、固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₅（低い抵抗値）から固定抵抗器Ｒ₄、Ｒ₆（高い抵抗値）に切り替える。これにより、中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値が、ＧＰ電流のロス抑制の観点から適切に変更されている。

特に、本実施形態では、抵抗切り替えスイッチＳ２、Ｓ３による固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆の切り替えによって中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を変えることができるので、グロー放電の安定化およびアーク放電でのＧＰ電流のロス抑制を安価かつ簡易に行いたい場合に有益である。

なお、本実施形態では、中間電極Ｇ₂に接続可能な抵抗器として、一対の固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄を例示し、中間電極Ｇ₁に接続可能な抵抗器として、一対の固定抵抗器Ｒ₅、Ｒ₆を例示しているが、中間電極に接続可能な固定抵抗器の個数はそれぞれ、これに限らず、抵抗値を３段階以上で切り替えることができるよう、３つ以上であってもよい。
（第２実施形態の変形例）
図３に示すように、制御装置６０Ａは、プラズマガン電源５０Ａから中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れるＧ１電流およびＧ２電流をサンプリング（取得）することができる。これにより、制御装置６０Ａは、Ｇ１電流およびＧ２電流が許容値（後述）を超えないように、抵抗切り替えスイッチＳ２、Ｓ３および固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆を用いて中間電極Ｇ₁、Ｇ₂を流れる電流を制限する抵抗値を変更してもよい。

本変形例では、例えば、プラズマガン４０の放電中に固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₅に流せる最大の電流は固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₅の許容電力に依存するので、このような最大値を上述の許容値としている。

つまり、制御装置６０Ａは、Ｇ１電流およびＧ２電流が固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₅の許容電力に依存する最大値に近づくと、抵抗切り替えスイッチＳ２、Ｓ３のスイッチング動作により、固定抵抗器Ｒ₃、Ｒ₅（低い抵抗値）から固定抵抗器Ｒ₄、Ｒ₆（高い抵抗値）に切り替えることができる。

なお、上述の第１実施形態および第２実施形態では、プラズマ装置１００、１００Ａとして、シートプラズマを用いたスパッタリング装置が示されているが、これは飽くまで一例に過ぎない。本技術は、プラズマガンを用いた真空プロセス装置に広く適用可能である。

本発明によれば、プラズマガンの放電時において中間電極を流れる電流の制限を適切に行えるプラズマ装置が得られる。よって、本発明は、例えば、真空プロセス装置に用いられるプラズマガンに利用できる。

本発明の第１実施形態によるプラズマ装置（シートプラズマを用いたスパッタリング装置）の構成例を示した概略図である。 第１実施形態のプラズマ装置の制御装置による処理例を示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態によるプラズマ装置（シートプラズマを用いたスパッタリング装置）の構成例を示した概略図である。

符号の説明

２０ シートプラズマ変形室
２１ 輸送空間
２２ 円柱プラズマ
２３ 第１の電磁コイル
２４Ａ、２４Ｂ 棒磁石
３６ 真空ポンプ
３７ バルブ
２７ シートプラズマ
２８ ボトルネック部
２９ 通路
３０ 真空成膜室
３１ 成膜空間
３２ 第２の電磁コイル
３３ 第３の電磁コイル
３４Ａ 基板ホルダ
３４Ｂ 基板
３５Ａ ターゲットホルダ
３５Ｂ ターゲット
３８ 永久磁石
４０ プラズマガン
４１ カソードユニット
４１Ａ ガラス管
４１Ｂ 蓋部材
６０、６０Ａ 制御装置
５０、５０Ａ プラズマガン電源
５２ バイアス電源
７０ 電力発生部
１００ 、１００Ａ プラズマ装置
２００ 定電流電源
２０１ トランス
３００、３０１、３０２、３０３ 配線
Ａ アノード
Ｇ₁、Ｇ₂ 中間電極
Ｋ カソード
Ｒ₁、Ｒ₂ 可変抵抗器
Ｒ₃、Ｒ₄ Ｒ₅、Ｒ₆ 固定抵抗器
Ｓ 主面
Ｓ１ 電源切り替えスイッチ
Ｓ２、Ｓ３ 抵抗切り替えスイッチ

Claims (4)

1. カソードユニットおよび中間電極を有して、前記カソードユニットと中間電極との間にグロー放電を形成するとともに、前記カソードユニットとアノードとの間にアーク放電を形成するプラズマガンと、
   前記プラズマガンに電力を供給するプラズマガン電源と、
   前記中間電極に接続された可変抵抗器と、
   前記プラズマガン電源を制御する制御装置と、を備え、
   前記グロー放電時および前記アーク放電時において前記中間電極に電流が流れており、前記アーク放電時に前記中間電極に流れ込む電流が、前記グロー放電時に前記中間電極に流れ込む電流よりも低くなるよう、前記グロー放電時および前記アーク放電時に前記中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を変更可能に構成されている、プラズマ装置であって、
   前記制御装置は、前記カソードユニットおよび前記アノード間にかかっている放電電圧を取得し、前記放電電圧に基づいて前記プラズマガンの放電形態がグロー放電からアーク放電に移行したことを検出するとともに、前記可変抵抗器を用いて前記抵抗値を変更する、プラズマ装置。
2. カソードユニットおよび中間電極を有して、前記カソードユニットと中間電極との間にグロー放電を形成するとともに、前記カソードユニットとアノードとの間にアーク放電を形成するプラズマガンと、
   前記プラズマガンに電力を供給するプラズマガン電源と、
   前記中間電極に接続された可変抵抗器と、
   前記プラズマガン電源を制御する制御装置と、を備え、
   前記グロー放電時および前記アーク放電時において前記中間電極に電流が流れており、前記アーク放電時に前記中間電極に流れ込む電流が、前記グロー放電時に前記中間電極に流れ込む電流よりも低くなるよう、前記グロー放電時および前記アーク放電時に前記中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を変更可能に構成されている、プラズマ装置であって、
   前記制御装置は、前記中間電極を流れる電流を取得し、前記電流が許容値を超えないように、前記可変抵抗器を用いて前記抵抗値を変更する、プラズマ装置。
3. カソードユニットおよび中間電極を有して、前記カソードユニットと中間電極との間にグロー放電を形成するとともに、前記カソードユニットとアノードとの間にアーク放電を形成するプラズマガンと、
   前記プラズマガンに電力を供給するプラズマガン電源と、
   前記中間電極に接続可能な複数の固定抵抗器間の切り替えに用いるスイッチと、
   前記プラズマガン電源を制御する制御装置と、を備え、
   前記グロー放電時および前記アーク放電時において前記中間電極に電流が流れており、前記アーク放電時に前記中間電極に流れ込む電流が、前記グロー放電時に前記中間電極に流れ込む電流よりも低くなるよう、前記グロー放電時および前記アーク放電時に前記中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を変更可能に構成されている、プラズマ装置であって、
   前記制御装置は、前記カソードユニットおよび前記アノード間にかかっている放電電圧を取得し、前記放電電圧に基づいて前記プラズマガンの放電形態がグロー放電からアーク放電に移行したことを検出するとともに、前記スイッチを用いて前記抵抗値を変更する、プラズマ装置。
4. カソードユニットおよび中間電極を有して、前記カソードユニットと中間電極との間にグロー放電を形成するとともに、前記カソードユニットとアノードとの間にアーク放電を形成するプラズマガンと、
   前記プラズマガンに電力を供給するプラズマガン電源と、
   前記中間電極に接続可能な複数の固定抵抗器間の切り替えに用いるスイッチと、
   前記プラズマガン電源を制御する制御装置と、を備え、
   前記グロー放電時および前記アーク放電時において前記中間電極に電流が流れており、前記アーク放電時に前記中間電極に流れ込む電流が、前記グロー放電時に前記中間電極に流れ込む電流よりも低くなるよう、前記グロー放電時および前記アーク放電時に前記中間電極を流れる電流を制限する抵抗値を変更可能に構成されている、プラズマ装置であって、
   前記制御装置は、前記中間電極を流れる電流を取得し、前記電流が許容値を超えないように、前記スイッチを用いて前記抵抗値を変更する、プラズマ装置。
   

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