JP5495083B1 - パルススパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルススパッタ装置に用いる不活性ガス供給・排出装置を小型化する。パルススパッタ装置において不活性ガスが必要とされる場所に対して適切な量の不活性ガスを効率的に供給する。
【解決手段】 パルススパッタ装置は、パルス放電を行い、プラズマを発生させるスパッタ源と、スパッタ源に対して不活性ガスを噴射し供給するガス噴射弁と、スパッタ源及びガス噴射弁を制御する制御手段と、を備える。制御手段は、ガス噴射弁が間欠的に不活性ガスを噴射するように、かつ、スパッタ源においてパルス放電が発生する期間が、ガス噴射弁により不活性ガスを噴射し供給する期間内に含まれるように、スパッタ源及びガス噴射弁を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パルススパッタ装置およびパルススパッタ方法に関する。

スパッタ法（スパッタリング法）は物理的蒸着法の一種であり、真空容器中に不活性ガス（アルゴンガス等）を導入しながら高電圧を印加し、当該電圧の印加により発生したグロー放電中でイオン化した不活性ガス（プラズマ）を成膜材料としてのターゲットに衝突させ、その衝撃で弾き飛ばされたターゲット成分を、成膜対象としてのワーク上に堆積させて成膜を行う方法のことである。スパッタ法において、カソードを構成するターゲットに供給するスパッタ電力として、パルス状のスパッタ電力を用いる方法がパルススパッタである。

特開２０１０−５１２４５８号公報 特開２０１０−５１２４５９号公報

パルススパッタを行う場合、ターゲットを収容する真空容器中の不活性ガスの濃度は略一定に保たれる。そのため、不活性ガスを真空容器内に対して常時、所定の流量で供給するとともに、真空容器から不活性ガスを常時、所定の流量で排出する構成が用いられるのが通例であった。

しかしながら、このように不活性ガスを連続的に供給し排出し続ける構成では、不活性ガスの使用量が多くなり、結果として不活性ガスの供給及び排出のための装置の大型化を招いていた。
更には、従来の構成では、真空容器内の不活性ガス濃度は容器内全体において略均一とされるのみであり、不活性ガスが実際にプラズマの発生に供される領域であるカソード表面、即ち、スパッタ面上において、不活性ガスの濃度を局所的に最適なものとすること、特に、高濃度化することが困難であった。

そこで、本発明の目的は、パルススパッタ装置における不活性ガスの使用量を削減することにより、不活性ガスの供給・排出装置の小型化を図ることにある。また本発明の別の目的は、パルススパッタ装置において不活性ガスが実際にプラズマの発生に供される領域に対して、適切な量の不活性ガスを適切なタイミングで効率的に供給することにある。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、次の各局面に想到した。
即ち、本発明の第１の局面によるパルススパッタ装置は、
パルス放電を行い、プラズマを発生させるスパッタ源と、
スパッタ源に対して不活性ガスを噴射し供給するガス噴射弁と、
スパッタ源及びガス噴射弁を制御する制御手段と、を備え、
制御手段は、ガス噴射弁が間欠的に不活性ガスを噴射するように、かつ、スパッタ源においてパルス放電が発生する期間が、ガス噴射弁により不活性ガスを噴射し供給する期間内に含まれるように、スパッタ源及びガス噴射弁を制御するパルススパッタ装置である。

上記構成によれば、ガス噴射弁を用いて不活性ガスを間欠的に噴射供給するため、不活性ガスを連続的に供給する場合に比べてその使用量を削減することができる。結果として、不活性ガスを供給・排出するための装置の小型化を図ることができる。更に上記局面によれば、制御手段は、スパッタ源においてパルス放電が発生する期間が、ガス噴射弁により不活性ガスを噴射し供給する期間内に含まれるように、スパッタ源及びガス噴射弁を制御する。このことにより、不活性ガスの噴射による供給が間欠的なものであっても、パルス放電が行われるタイミングにおいては、スパッタ源に対して十分な量の不活性ガスが供給されるものとすることができる。これにより、不活性ガスに基づくプラズマの発生を確実なものとすることができる。

また、本発明の第２の局面によれば、上記パルススパッタ装置において、
スパッタ源は、カソードとしてのターゲットを有し、
ガス噴射弁は、噴射した不活性ガスの少なくとも一部が、ターゲットのスパッタ面に垂直であって該スパッタ面に向かう方向の運動成分を有するように、該不活性ガスを噴射する。
このような構成によれば、不活性ガス供給の対象領域であるカソードのスパッタ面に対して不活性ガスが向かうように不活性ガスを噴射し供給することができる。こうして、不活性ガスが実際にプラズマの発生に供される領域に対して、不活性ガスを効率的に供給することができる。ひいては、当該領域に対して供給する不活性ガスの高濃度化を図ることができる。

この場合、ガス噴射弁は、ターゲットに向けて不活性ガスを噴射するようにしても良い（第３の局面）。あるいは、ガス噴射弁は、不活性ガスをスパッタ源のアノードとターゲットとの間から噴射するようにしても良い（第４の局面）。または、ガス噴射弁は、アノードの内部を通じてターゲット近傍のアノードの一部から不活性ガスを噴射するようにしても良い（第５の局面）。
これらの構成によっても、不活性ガスが実際にプラズマの発生に供される領域に対して不活性ガスを効率的に供給することができる。なお、不活性ガスは、ガス噴射弁の噴射孔から直接噴射する構成とする他、ガス噴射弁の噴射孔から延伸するガス噴射パイプの先端の噴射孔から噴射する構成としても良い。

本発明の第６の局面によれば、上記第４又は第５の局面によるパルススパッタ装置において、アノードはターゲット近傍に開口と、開口の縁から立設されたバッフルを有し、バッフルは、ガス噴射弁から噴射された不活性ガスが衝突する位置に設けられる。
このような構成とすることにより、噴射されたアルゴンガスが、バッフルの内周面によって、ターゲットのスパッタ面に向かって跳ね返されるようにすることができる。そうすることで、ガス噴射弁から噴射されたアルゴンガスがターゲットのスパッタ面の近傍に高濃度で留まることとなり、ひいてはアルゴンガスの使用効率が向上する効果が得られる。

本発明の第７の局面によれば、上記のパルススパッタ装置において、制御手段は、パルス状の電気信号である噴射信号に応じて、ガス噴射弁に電力を供給することにより、ガス噴射弁を駆動して不活性ガスを噴射させる。
このような構成によれば、ガス噴射弁により、不活性ガスを間欠的に噴射供給することができる。

本発明の第８の局面によれば、第７の局面によるパルススパッタ装置において、制御手段は、噴射信号を複数のパルス信号群により構成する。このような構成によれば、例えば、本発明の第９の局面のように、パルス信号群における複数のパルス信号の電圧値、電流値又は周波数を可変とすることにより、不活性ガスの時間当たりの噴射量（即ち噴射率）を、１噴射期間中に変化させることができる。

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、パルススパッタ装置の制御システムの構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態のガス噴射弁の配置方法を説明するための説明図である。 図３は、第１実施形態のパルススパッタ装置の制御方法を説明するための説明図である。 図４は、本発明の第２実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図である。 図５は、本発明の第３実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図である。 図６は、本発明の第４実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図である。 図７は、本発明の第５実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図である。 図８は、本発明の第６実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図である。 図９は、本発明の第７実施形態によるパルススパッタ装置の制御方法を説明するための説明図である。 図１０は、本発明の第８実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図である。 図１１（Ａ）は、本発明の第９実施形態によるパルススパッタ装置の概略を示す説明図であり、図１１（Ｂ）は、該パルススパッタ装置のスパッタ源を示す斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態によるパルススパッタ装置について説明する。図１（Ａ）は第１実施形態のパルススパッタ装置１０の構成を概略的に示す説明図であり、図１（Ｂ）は、パルススパッタ装置１０の制御システム（制御手段）の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態のパルススパッタ装置１０はパルススパッタにより、ワークに対してスパッタリングデポジションを行うために用いることができる。

パルススパッタ装置１０は、チャンバ１１、スパッタ源１３（図１に示す例では、マグネトロンスパッタ源）、スパッタ源用パルス電源１８、排気装置１９、制御装置２０、ガス噴射弁２２、ガス供給パイプ２３、ガス噴射弁用パルス電源２４を備えている。チャンバ１１内は、ターボ分子ポンプ等からなる排気装置１９により所定の真空度（例えば１０^−２〜１０^−４Pa）まで排気される。ガス噴射弁２２はチャンバ１１内に設置され、ガス噴射弁用パルス電源２４からパルス状に電力が供給されることにより、チャンバ１１内にてアルゴンガスを間欠的に噴射供給できるように構成されている。符号２１により示される高圧ガス供給装置は、ガス供給パイプ２３を介してガス噴射弁２２に不活性ガスとしてのアルゴンガスを供給するためのものであり、アルゴンガスを貯蔵するアルゴンガスタンク２１１および圧力調整器２１２等からなる。

スパッタ源１３はターゲット１２、アノード１４、磁石ユニット１５から構成され、ターゲット１２はカソードとしてスパッタ源用パルス電源１８に接続される。スパッタ源１３はチャンバ１１内に設置される。チャンバ１１内が真空とされ、ガス噴射弁２２からアルゴンガスが供給され、スパッタ源用パルス電源１８からパルス状の電力が供給される（ターゲット１２とアノード１４の間に高電圧のパルスが印加される）ことにより、ターゲット１２及びアノード１４間にグロー放電が生じる。また、磁石ユニット１５によりターゲット１２の表面付近に磁場を印加することで、本実施形態のパルススパッタ装置１０はマグネトロンスパッタを行い、さらに強いグロー放電を生成することが可能である。ただし、本発明の実施においてマグネトロンスパッタは必須の要素ではなく、磁石ユニット１５を備えないものとすることも可能である。

本実施形態においては、ガス噴射弁２２の噴射側端部である先端部がターゲット１２に向けられている。そして、ガス噴射弁２２から噴射されたアルゴンガスは、ガス噴射弁２２先端の噴射孔から離れるに従い幅広になるような略円錐状に噴射される。これにより、ガス噴射弁２２は、アルゴンガスをターゲット１２に向かって噴射し、かつ、ターゲット１２の広い範囲に対してアルゴンガスを略均一に噴射することができるようになっている。アルゴンガスをこのように噴射することができるようにガス噴射弁２２の噴射孔が構成されている限り、ガス噴射弁２２の先端部をターゲット１２の方向へ向けることは必須の要件ではない。

アルゴンガスが、ガス噴射弁２２からのガス流の断面において所定の分布をもって噴射される場合、ガス噴射弁２２の噴射孔の中心と、当該分布の重心を通る直線が、ターゲット１２と交わるようにすることが、上記したような噴射を行う上では好ましい。当該重心を通る直線が交わる位置は、ターゲット１２の中心または重心とすることが好ましい。
ガス噴射弁２２の噴射孔の数は１つでも良く、複数でも良い。ガス噴射弁２２が複数の噴射孔を有する場合、各噴射孔から噴射されるアルゴンガスが、ガス流の断面において所定の分布をもって噴射される場合、各噴射孔の中心と、当該分布の重心を通る直線が、ターゲット１２のスパッタ面の各エロージョン領域にそれぞれ重なるようにすることが好適である。なお、エロージョン領域とは、磁石ユニット１５により印加される磁場の影響により、ターゲット１２のスパッタ面上において、特にエロージョンが促進される領域のことである。

ガス噴射弁２２としては、例えば、自動車用燃料噴射弁（例えば、ディーゼルエンジン用インジェクタ）を用いることができる。弁の駆動方式による分類においては、電磁バルブや、ピエゾバルブでも良く、下記に述べる駆動を実行可能であればどのような方式の噴射弁でも用いることができる。

スパッタリングデポジションを行う際には、その対象となるワークをチャンバ１１内の所定の位置に配置し、ターゲット１２と対向させる。この場合、ガス噴射弁２２を配置する位置は、図２（Ａ）において斜線で示す領域Ａの外とすることが好ましい。すなわち、ターゲット１２を正面から（図２（Ａ）の左方向から）見た場合に、アノード１４によって覆い隠されていないターゲット１２のスパッタ面の全体から、スパッタ面と垂直な方向に延びる領域が領域Ａである。図２（Ｂ）のように、ターゲット１２を正面から見た場合に、ターゲット１２のスパッタ面の全体がアノード１４と重なっていない場合には、ターゲット１２のスパッタ面の全体からスパッタ面と垂直に延びる領域が領域Ａとなる。

このような図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示す領域Ａ内部においては、スパッタによってターゲット１２から弾き飛ばされる金属粒子や金属イオンの濃度が特に高いと考えられる。よって、この領域Ａ内にガス噴射弁２２が配置されていると、ガス噴射弁２２の噴射孔に対する金属の堆積が促進され、噴射孔が早期に閉塞する虞がある。よって、ガス噴射弁２２は、このような領域Ａを除いて配置することが好ましい。

次に、パルススパッタ装置１０の制御システムおよび制御方法について説明する。
パルススパッタ装置１０の制御システムは、図１（Ｂ）に示すように、制御装置２０、スパッタ源用パルス電源１８、及び、ガス噴射弁用パルス電源２４により構成される。制御装置２０は、パルスジェネレータ２０１、及び、遅延発生器２０２を有する。スパッタ源用パルス電源１８は、スパッタ信号発生器１８１、及び、スパッタ源用電源本体１８２を有する。ガス噴射弁用パルス電源２４は、噴射信号発生器２４１、及び、ガス噴射弁用電源本体２４２を有する。
例えばスパッタリングデポジションを行う際、パルスジェネレータ２０１はパルス状のクロック信号を発生し、遅延発生器２０２に送る。遅延発生器２０２は多チャンネルディレイ装置であり、クロック信号を基準とする第１のディレイを有する第１ディレイ信号と、第１のディレイとは異なる第２のディレイを有する第２ディレイ信号とを発生する。そして、第１ディレイ信号をスパッタ源用パルス電源１８に送り、第２ディレイ信号をガス噴射弁用パルス電源２４に送る。

スパッタ源用パルス電源１８のスパッタ信号発生器１８１は、第１ディレイ信号を受け取るとパルス状のスパッタ信号を生成し、スパッタ源用電源本体１８２に送る。スパッタ源用電源本体１８２は、スパッタ信号がオンの間、スパッタ源１３にパルス状の高電圧（例えば、パルス電圧：約１ｋＶ、パルス幅：約１０マイクロ秒〜１ミリ秒、デューティ比：５０％以下）を印加する。
ガス噴射弁用パルス電源２４の噴射信号発生器２４１は、第２ディレイ信号を受け取るとパルス状の噴射信号を生成し、ガス噴射弁用電源本体２４２に送る。ガス噴射弁用電源本体２４２は、噴射信号に応じて、ガス噴射弁２２にパルス状の電力を供給する（例えば、噴射信号がオンの間、ガス噴射弁２２に電圧を印加する）。
以上により、ガス噴射弁２２から金属ターゲット１２の近傍に対してアルゴンガスが供給され、スパッタ源１３でパルス放電が生じることで、アルゴンガスに起因するプラズマがパルス状に形成される。次に金属ターゲット１２からその形成材料である金属中性粒子及び金属イオン（一価及び多価のイオン）が、アルゴンイオン粒子により弾き出される。この金属中性粒子及び金属イオンがワーク上に堆積することにより、ワーク表面に所望の金属膜が形成される。

次に、図３を参照して、制御装置２０、スパッタ源用パルス電源１８、及び、ガス噴射弁用パルス電源２４からなる制御システムによるパルス放電制御及び不活性ガス供給制御について説明する。図３に示す例においては、時刻ｓ１にスパッタ信号が発せられると、システム毎に異なる遅れ時間の経過後の時刻ｓ３に、スパッタ源１３においてパルス放電が発生する。なお、スパッタ信号のパルス幅（時刻ｓ１〜ｓ２）は、例えば約１．５ミリ秒であり、パルス放電の継続時間（時刻ｓ３〜ｓ４）は、例えば約１ミリ秒である。スパッタ信号の繰り返しの周波数は、例えば１００Ｈｚである。

一方、時刻ｔ１に噴射信号が発せられると、ガス噴射弁２２のアクチュエータが駆動を開始する。こうして、時刻ｔ１から遅れ時間が経過した時刻ｔ３において、ガス噴射弁２２のガス噴射孔からのアルゴンガスの噴射が開始される。
時刻ｔ２において噴射信号がオフになると、遅れ時間の経過後の時刻ｔ４において、アルゴンガスの噴射が終了する。アルゴンガスの噴射継続時間（時刻ｔ３〜ｔ４）は、例えば、約５ミリ秒である。

この一連の動作において、遅延発生器２０２が第１、第２ディレイ信号によりスパッタ信号の送信開始時刻ｓ１と噴射信号の送信開始時刻ｔ１を適切に制御し、スパッタ信号発生器１８１がスパッタ信号の送信終了時刻ｓ２（あるいはスパッタ信号の継続時間）を適切に制御し、噴射信号発生器２４１が噴射信号の送信終了時刻ｔ２（あるいは噴射信号の継続時間）を適切に制御することにより、パルス放電が実際に生じる期間ｓ３〜ｓ４の全体が、アルゴンガスが実際に噴射される期間ｔ３〜ｔ４内に含まれるようにしている。
このようにすることで、アルゴンガスを連続的に供給する場合と比べてその供給量を大幅に低減しつつも、アルゴンガスが実際に利用される期間、即ち、パルス放電の発生する期間の直前から直後までの期間において、必要な量のアルゴンガスを確実に供給することができる。

第１、第２ディレイ信号のディレイを適切に設定することにより、アルゴンガスの噴射が実際に開始される時刻ｔ３からパルス放電が実際に開始される時刻ｓ３までに所定の遅れ時間（例えば、約０．５〜２ミリ秒、より好ましくは、約１ミリ秒以上）を設定することが好ましい。これによって、スパッタリングに十分な量のアルゴンガスがターゲット１２に対して供給されている状態でパルス放電を発生させることができる。

また、実際のパルス放電が終了する時刻ｓ４から実際のアルゴンガスの噴射が終了する時刻ｔ４までには、所定の遅れ時間（例えば、約０．５〜２ミリ秒、より好ましくは、約１ミリ秒以上）を設定することが好ましい。これにより、スパッタリングの完了以降までアルゴンガスの噴射を継続することができる。こうして、ガス噴射弁２２の噴射孔がスパッタ粒子（金属粒子）の堆積により閉塞されることを、ガス噴射弁２２の噴射孔から噴出し続けるアルゴンガスの流れにより抑制することができる。

なお、アルゴンガスの間欠的な供給により、アルゴンガスの供給及び排出のための装置の小型化を図るという十分な効果を得るためには、ガス噴射弁２２のデューティ比（つまり、ガス噴射弁２２が実際に噴射を行っている時間の割合）を５０％以下とすることが好ましい。

（第２実施形態）
図４に本発明の第２実施形態に係るパルススパッタ装置１０の概要を示す。この実施形態においては、ガス噴射弁２２はアノード１４の外周側に設置され、ガス噴射弁２２から噴射されるアルゴンガスは、アノード１４を貫通する通路を通って、ターゲット１２とアノード１４との間から噴出する。このような構成としても、アルゴンガスは所定の角度をもって広がるように噴射されることから、噴射されたアルゴンガスの少なくとも一部がターゲット１２に向かって供給される。そのため、第１実施形態と同様の制御（図３参照）を行うことにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
図５に本発明の第３実施形態に係るパルススパッタ装置１０の概要を示す。この実施形態においては、ガス噴射弁２２がアノード１４の外周側に設置され、ガス噴射弁２２から噴射されるアルゴンガスは、アノード１４を貫通する通路を通って、ターゲット１２側のアノード１４の開口部の内周面の一部から、ターゲット１２と略並行に噴出する。このような構成としても、アルゴンガスは所定の角度をもって広がるように噴射されることから、噴射されたアルゴンガスの少なくとも一部がターゲット１２に向かって供給される。そのため、第１実施形態と同様の制御（図３参照）を行うことにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第４〜６実施形態）
上記の第１〜３実施形態においては、ガス噴射弁２２をチャンバ１１の内部に配置した。これらに代えて、図６〜８に示すように、ガス噴射弁２２をチャンバ１１の外側に設置し、ガス噴射弁２２からガス噴射パイプ２５を介して、アルゴンガスをターゲット１２に向けて噴射したり（図６：第４実施形態）、ターゲット１２とアノード１４の間から噴射したり（図７：第５実施形態）、あるいはターゲット１２側のアノード１４の開口部の内周面の一部から噴射したり（図８：第６実施形態）してもよい。これらの場合でも、図示はしないものの、アルゴンガスは、ガス噴射パイプ２５の噴射孔から、徐々に幅広になるように噴出される。これによれば上記第１〜３実施形態の効果と同様の効果が奏される。ただし、ガス噴射パイプ２５の長さによってアルゴンガス供給の応答性は低下する。

（第７実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第７実施形態によるパルススパッタ装置１０について説明する。本実施形態のガス噴射弁用パルス電源２４は、噴射信号発生器２４１として、マイクロパルス発生器を用いる。また、本実施形態の制御システム（特に噴射信号発生器２４１）は、ガス噴射弁２２の信号制御として、図３に示す制御に代えて、図９の制御を行う。本実施形態のパルススパッタ装置１０の装置構成としては、第１〜第６実施形態のいずれのものでも採用することができる
本実施形態の噴射信号発生器２４１は上述の通りマイクロパルス発生器であり、噴射信号として、図９に示すように複数のマイクロパルス信号からなる信号群を発することができるように構成されている。各マイクロパルス信号のパルス幅は例えば約１０マイクロ秒であり、これを複数、引き続いて発することにより、全体として約２００マイクロ秒〜１ミリ秒の期間に及ぶ信号群として噴射信号を発信する。そしてガス噴射弁用電源本体２４２は、受け取った噴射信号に応じて、ガス噴射弁２２に対して電力を供給する。

このような構成によれば、各マイクロパルス信号を制御することにより、アルゴンガスの１つの噴射期間中に、アルゴンガスの単位時間当たりの噴射量（以下、アルゴンガス噴射率と呼ぶ）を可変とすることができる。図９の例においては、期間ｔ１〜ｔ２においてマイクロパルス信号の周波数を比較的高くし、期間ｔ２〜ｔ３のマイクロパルス信号の周波数を比較的低くしている。これにより、実際のアルゴンガス噴射率は、噴射初期の期間ｔ４〜ｔ５においては比較的大きな値となり、それ以降、噴射終了までの期間ｔ５〜ｔ６においては比較的小さな値となっている。これにより、噴射初期において比較的多量のアルゴンガスが噴射されることとなる。アルゴンガスはスパッタのトリガとしての役割が重要であるため、このような噴射態様が望ましい。なお、マイクロパルス信号の周波数を可変とすることに限らず、マイクロパルス信号の電圧値や電流値を可変としても良い。その場合、ガス噴射弁用電源本体２４２は、噴射信号の電圧値や電流値に応じて、ガス噴射弁２２に供給する電力を可変とするものであることが好ましい。また、スパッタ信号発生器１８１についても、噴射信号発生器２４１と同様、マイクロパルス発生器により構成しても良い。

（第８実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第８実施形態によるパルススパッタ装置１０について説明する。
図示するように、本実施形態のパルススパッタ装置１０は、アルゴンガスを供給するガス噴射弁２２に加えて、窒素や酸素等の反応ガスを供給するための反応ガス噴射弁２６を備えている。反応ガス噴射弁２６は、ガス噴射弁２２と同様にチャンバ１１内に設置され、その設置態様も、第１実施形態におけるガス噴射弁２２と同様である。そして、チャンバ１１の外に設置された反応ガス供給装置２７から、反応ガス供給パイプ２８を通じて反応ガスの供給を受けるようになっている。反応ガス供給装置２７は、反応ガスを貯蔵する反応ガスタンク（図略）および圧力調整器（図略）等からなる。

本実施形態の制御システムは、上記各実施形態の制御システムの構成に加え、反応ガス噴射弁用パルス電源２９を有している。制御装置２０の遅延発生器２０２は、所定のディレイを有する第３ディレイ信号を反応ガス噴射弁用パルス電源２９に送る。反応ガス噴射弁用パルス電源２９は、受け取った第３ディレイ信号に基づき、反応ガス噴射弁２６にパルス状の電力を供給する。これにより、反応ガス噴射弁２６は、反応ガスを間欠的にチャンバ１１内に噴射する。
この場合、ガス噴射弁２２によるアルゴンガスの噴射開始の後に反応ガス噴射弁２６による反応ガスの噴射が開始されるように、上述した各信号を制御することが好適である。なぜならば、反応ガスの反応相手である金属粒子は、アルゴンガスの噴射開始から所定の遅れの後にターゲット１２から弾き出されるためである。
なお、反応ガス噴射弁２６の設置態様は、第２実施形態や第３実施形態のガス噴射弁２２と同様のものとしても良い。また、反応ガス噴射弁２６をチャンバ１１の外部に設置し、第４〜第６実施形態のガス噴射パイプ２５と同様の反応ガス噴射パイプを設置しても良い。反応ガス噴射弁用パルス電源２９は、第７実施形態の制御（図９参照）と同様の制御を行うものとしても良い。

（第９実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明の第９実施形態によるパルススパッタ装置１０について説明する。
図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態のスパッタ源１３は、アノード１４の先端側、つまり、スパッタ側において、バッフル１６が設けられている。バッフル１６は、ターゲット１２側のアノード１４の開口の縁から立設され、先細になる筒状に形成されている。また、ガス噴射弁２２からのアルゴンガスは、ターゲット１２とアノード１４の間から噴射され、噴射されたガス流がバッフル１６に衝突するようになっている。このような構成とすることにより、ターゲット１２とアノード１４の間から噴射されたアルゴンガスが、バッフル１６の内周面によって、ターゲット１２のスパッタ面に向かって跳ね返される。そうすることで、ガス噴射弁２２から噴射されたアルゴンガスが、ターゲット１２のスパッタ面の近傍に高濃度で留まることとなり、ひいてはアルゴンガスの使用効率が向上する。

なお、このようなバッフル１６は、上記第２実施形態及び第３実施形態のようにガス噴射弁２２を設置する場合、及び上記第５実施形態及び第６実施形態のようにガス噴射パイプ２５を設置する場合に適用することが好ましい。
バッフル１６の形状は、先細りになる円筒形状に限らず、内径が一定の円筒状としても一定の効果が得られる。また、バッフル１６の内周面を凹曲面状とすることも好適である。

なお、上記の各実施形態では、パルス放電期間が、不活性ガスの噴射期間中に含まれるようにしたが、これに限定されず、パルス放電期間の一部を不活性ガスの噴射期間の一部と重複させたり、パルス放電期間を、不活性ガスの噴射期間終了後の所定期間内に開始させるようにしたりすることによっても、不活性ガスの供給量を削減する効果は得ることができる。

上記の各実施形態において、ワークへの金属の堆積を向上させるために、ワークに対して負の電位を印加しても良い。また、不活性ガスへ窒素や酸素等の反応ガスを混入することもできる。
上記の各実施形態においては、スパッタ信号発生器１８１を、スパッタ源用パルス電源１８の構成部分として説明したが、これに限らず、独立の装置としてもよく、あるいは、制御装置２０の構成部分としても良い。噴射信号発生器２４１についても同様である。

上記の各実施形態では、遅延発生器２０２からスパッタ信号発生器１８１並びに噴射信号発生器２４１に対してそれぞれディレイ信号を送る構成としたが、これに限らない。例えば、噴射信号発生器２４１からスパッタ信号発生器１８１に対してディレイ信号を送る構成としても良い。第８実施形態の反応ガス噴射弁用パルス電源２９についても、噴射信号発生器２４１からディレイ信号を受け取るようにしても良い。このように、制御システムの構成としては、図３または図９に例示した制御を行い得るいかなる構成を採用しても良い。
複数の実施形態の組み合わせについて、以上に明記したもの以外についても、実施可能である限り、行うことができる。

本発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。

１０ パルススパッタ装置
１１ チャンバ
１２ ターゲット
１３ スパッタ源
１４ アノード
１５ 磁石ユニット
１６ バッフル
１８ スパッタ源用パルス電源
１９ 排気装置
２０ 制御装置
２１ 高圧ガス供給装置
２２ ガス噴射弁
２３ ガス供給パイプ
２４ ガス噴射弁用パルス電源
２５ ガス噴射パイプ
２６ 反応ガス噴射弁
２７ 反応ガス供給装置
２８ 反応ガス供給パイプ
２９ 反応ガス噴射弁用パルス電源
１８１ スパッタ信号発生器
１８２ スパッタ源用電源本体
２０１ パルスジェネレータ
２０２ 遅延発生器
２１１ アルゴンガスタンク
２１２ 圧力調整器
２４１ 噴射信号発生器
２４２ ガス噴射弁用電源本体

Claims (7)

1. パルススパッタ装置であって、
   パルス放電を行い、プラズマを発生させるスパッタ源と、
   前記スパッタ源に対して不活性ガスを噴射し供給するガス噴射弁と、
   前記スパッタ源及び前記ガス噴射弁を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ガス噴射弁が間欠的に前記不活性ガスを噴射するように、かつ、前記スパッタ源においてパルス放電が発生する期間が、前記ガス噴射弁により前記不活性ガスを噴射し供給する期間内に含まれるように、前記スパッタ源及び前記ガス噴射弁を制御し、
   前記制御手段は、パルス状の電気信号である噴射信号に応じて、前記ガス噴射弁に電力を供給することにより、前記ガス噴射弁を駆動して前記不活性ガスを噴射させ、
   前記制御手段は、前記噴射信号を、複数のパルス信号群により構成し、
   前記制御手段は、前記複数のパルス信号群を制御することにより、前記不活性ガスの噴射開始から噴射終了までの１つの噴射期間中における単位時間当たりの噴射量を、当該１つの噴射期間中に可変とすることを特徴とするパルススパッタ装置。
2. 前記制御手段は、前記複数のパルス信号群におけるパルス信号の周波数の高さを時間の経過とともに減少する値又は変化しない値とし、かつ、
   前記複数のパルス信号群の初めのパルスの周波数は、最後のパルスの周波数よりも高い、ことを特徴とする請求項１に記載のパルススパッタ装置。
3. 前記スパッタ源は、カソードとしてのターゲットを有し、
   前記ガス噴射弁は、噴射した前記不活性ガスの少なくとも一部が、前記ターゲットのスパッタ面に垂直であって該スパッタ面に向かう方向の運動成分を有するように、該不活性ガスを噴射する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパルススパッタ装置。
4. 前記ガス噴射弁は、前記ターゲットに向けて前記不活性ガスを噴射する、ことを特徴とする請求項３に記載のパルススパッタ装置。
5. 前記制御手段は、前記噴射信号を構成する前記パルス信号群における複数のパルス信号の電圧値、電流値又は周波数を可変とする、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルススパッタ装置。
6. 前記不活性ガスはアルゴンガスである、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のパルススパッタ装置。
7. 前記スパッタ源と前記ガス噴射弁とを収容する真空チャンバを有する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のパルススパッタ装置。

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