JPH0210862B2

JPH0210862B2 -

Info

Publication number: JPH0210862B2
Application number: JP59044484A
Authority: JP
Inventors: Yoji Ito; Yozo Kindaichi
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1990-03-09
Also published as: JPS60187675A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、イオンプレーテイング装置等の蒸着
室内で高周波プラズマを発生させる高周波プラズ
マ発生装置に関し、更に詳しくは、プラズマの密
度を常に一定に保持することができる高周波プラ
ズマ発生装置に関する。

（従来技術）高真空中に対向して配された加速用電極間にそ
の放電電極が配置され、該放電電極と前記加速用
電極の一端との間に高周波を印加することにより
高周波プラズマを発生させるように構成された高
周波プラズマ発生装置は、直流グロー放電に比べ
て高真空で行えること、又、イオン化のための高
周波プラズマ放電の行われる放電空間がコイル状
に形成された放電電極を包囲する、略トロイダル
空間に限定されること、直流グロー放電に比べて
放電制御が容易であること等から、例えば、第１
図に示すようなイオンプレーテイング装置にも用
いられている。

第１図において、底面板１と、ベルジヤー２と
は蒸着室を構成しており、該蒸着室下部には底面
板１を気密に貫通する支柱兼用の導電体３，３に
より蒸発源を構成するボート４が支持されてい
る。又、上部には、同じく底面板１を気密に貫通
する支柱兼用の絶縁導体５により加速電極兼用の
基板ホルダ６が支持されている。導体３，３の蒸
着室外端部には蒸発源を加熱するための加熱用電
源７が接続され、又、導体３の何れか一方は加速
用直流電源８の正端子に、導体５の蒸着室外の端
はその負端子にそれぞれ接続される。更に、蒸着
室内のボート４近傍には底板１を気密に貫通し支
柱を兼ねる絶縁導体９によつてボート４の中心を
通り、該ボート４に対向する基板面に垂直な軸を
中心とする１巻回又は複数巻のコイル状高周波電
極（以下放電電極という）を支持させてある。絶
縁導体９と加速用電源８の正端子に接続した導体
３とは高周波電源１１の出力端子に接続され、ボ
ート４と放電電極１０との間には高周波が印加さ
れている。１２，１３はシールドを、１４を基板
をそれぞれ示している。このように構成された装
置の動作を概説すれば、以下の通りである。

ボート４と放電電極１０との間に高周波が印加
されると、該放電電極１０の近傍には高周波プラ
ズマ放電領域が形成され、ここを通過する蒸発粒
子はイオン化され、基板１４にプレーテイングさ
れる。このようにして、イオン化された蒸発粒子
は加速電極兼用の基板ホルダ６による電界加速作
用を受けるから、基板１４に対する付着強度は増
大する。又、この装置は、イオン化を高周波プラ
ズマ放電によつているので、蒸着室内は前述の直
流グロー放電による装置に比して10^-4〜
10^-5Torrといつた高真空でよいから、不純物の
介在による被膜の質を劣化が少なく、この結果、
試料には良質の被膜が得られる。更に、イオン化
のための高周波プラズマ放電の行われる空間は、
放電電極１０のコイルを包囲する略トロイダルな
空間に限定され、基板１４は高周波プラズマ放電
領域外にあるため、不必要に荷電粒子の衝撃を受
けることはなく、温度上昇、逆スパツタを最小限
度に抑えることができる。

更に、イオン化されるのは高周波プラズマ放電
領域内であるから、放電状態の制御は前述の直流
グロー放電より容易であり、又、この装置によれ
ば、基板１４の温度上昇はほとんどないから、熱
により破壊されるような基板、例えば写真フイル
ムベース、プラスチツクシートのような有機物
質、木材等の試料にもイオンプレーテイングを施
し得る。

ところで、このような装置では、スリツトの開
閉動作時に生じるシヤツターを開閉する時のよう
な瞬間的な負荷の変動や熱的な長時間の変動等に
より高周波プラズマ放電のマツチングがずれて反
射電力が大きくなることがあり、その度毎にかな
り繁雑な操作を行つてマツチング調整をしなけれ
ばならない。

そこで、このような繁雑なマツチング調整をな
くすため、高周波プラズマ放電のマツチングのず
れを検出してバリコンをモータにより回転させ、
マツチング調整を自動的に行う装置が実用化され
ている。

しかし、このような自動調整装置によれば、検
出回路の複雑さ、モータ回路等によりコストが高
くなると共に、モータの機械的な運動が制御系に
入るために応答が遅くなる等の欠点がある。

（発明の目的）本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、電気的な信号の処理のみで、低
コストで応答の早い高周波プラズマ密度の安定化
が行える高周波プラズマ発生装置を提供すること
にある。

（発明の構成）この目的を達成する本発明は、高真空中に対向
して配された加速用電極間にその放電電極が配置
され、該放電電極と前記加速用電極の一端との間
に高周波を印加することにより高周波プラズマを
発生させるように構成された高周波プラズマ発生
装置において、発生する高周波プラズマの密度を
表わす信号を検出する検出手段と、該検出手段に
より検出された検出信号が所定の値になるように
前記高周波発生用電源の出力を制御する手段とを
設けたことを特徴とするものである。

（実施列）以下、図面を参照し本発明の実施例を詳細に説
明する。

第２図は本発明の一実施例を示す電気的構成図
である。第２図において、演算増幅器U₁は高周
波電源RF（第１図の１１に同じ）の出力を制御す
るものであり、その入力端子には高周波電源RF
の出力を設定する可変抵抗器VR１の設定信号、
高周波電源RFの出力の大きさを検出する検出回
路DETの検出信号が帰還信号として加えられる
と共にトランジスタＱを介して接地され、その出
力端子は高周波電源RFに接続されている。高周
波電源RFの出力信号は検出回路DET及びマツチ
ングボツクスMBを介して図示しない放電電極
（第１図の１０参照）に加えられる。演算増幅器
U₂はU₁と同様、高周波電源RFの出力を制御する
ものであり、その入力端子には放電電極の直流バ
イオス信号の大きさを設定する可変抵抗器VR２
の設定信号及びマツチングボツクスMBから出力
される実際の直流バイアス信号が加えられ、その
出力端子はトランジスタＱのベースに接続されて
いる。ここで、放電電極の直流バイアス信号につ
いて説明する。第１図に示すイオンプレーテイン
グ装置においては、放電電極１０は直流的に浮い
た状態になつている。このような構成では放電電
極１０は電子とイオンの速度差によるチヤージア
ツプで負にバイアスされる。この結果、放電電極
１０がイオンスパツタされる。しかしながら、イ
オンプレーテイング装置の場合、他の物質を蒸発
させ、これを蒸着膜とするので、放電電極がスパ
ツタされ不純物として膜に付着することは好まし
くない。そこで、第１図には示されていないが、
実際は第３図に示すように放電電極１０を直流電
位にバイアスしている。図において、２０は底面
板１とベルジヤー２（図示せず）とで構成される
蒸着室、２１は可変コンデンサC₁，C₂及びチヨ
ークコイルL₁とで構成され、特定の周波数成分
のみを通過させるフイルタ回路、L₂は高周波侵
入阻止用チヨークコイル、２２は該チヨークコイ
ルL₂に接続されたバイアス設定用直流電源、２
３は該直流電源２２に接続された電流計である。
チヨークコイルL₂の他端は、高周波電源１１の
出力部（フイルタ回路２１の出力部）に接続さ
れ、電流計２３の他端は接地されている。チヨー
クコイルL₂と直流電源２２とで、放電電極１０
に直流バイアスを与えるバイアス設定回路３０を
構成している。

ここで、蒸着室２０内で高周波プラズマ放電が
発生している状態においては、放電電極１０には
バイアス設定回路３０を介して直流電流が流れる
が、この直流電流が放電電極１０の直流バイアス
信号となる。そして、この直流バイアス信号の大
きさは、高周波プラズマの密度と対応したものと
なつている。従つて、この直流バイアス信号の大
きさをプラズマの密度の指標とすることができ
る。そして、この直流バイアス信号は電流計２３
により検出することができる。第２図に示す本発
明装置は、このような点に鑑み、直流バイアス信
号をマツチングボツクスMBから取出し、該直流
バイアス信号が一定となるような制御を高周波電
源RFに加えて、高周波プラズマの密度が一定と
なるようにしたものである。

このように構成された回路の動作を以下に説明
する。

まず、トランジスタＱ及び演算増幅器U₂が付
加されていない状態では、高周波電源RFの出力
は可変抵抗器VR１で設定された設定値になるよ
うに演算増幅器U₁により制御される（通常の高
周波電源制御回路となる）。

次に、トランジスタＱ及び演算増幅器U₂を付
加することにより、高周波電源RFの出力は直流
バイアス信号によつても制御されることになる。
即ち、直流バイアス信号が大きくなつて可変抵抗
器VR２で設定された設定値を越えようとする
と、演算増幅器U₂の出力も大きくなつてトラン
ジスタＱはオン状態になる。トランジスタＱがオ
ンになると可変抵抗器VR１で設定された設定値
に基づく電流の一部は該トランジスタＱを分流
し、その結果、等価的に設定値は小さくなり演算
増幅器U₁の出力も減少し高周波電源RFの出力も
小さくなる。そして、直流バイアス信号と可変抵
抗器VR２で設定された設定値とが等しくなつた
状態で回路は安定化する。この状態で、可変抵抗
器VR１の設定値を大きくしても高周波電源RF
の出力は増大しない。これに対し、マツチングが
ずれてプラズマの密度が低下し直流バイアス信号
が小さくなろうとすると、演算増幅器U₂の出力
も減少しトランジスタＱのコレクタ電流が減少し
て可変抵抗器VR１で設定された設定値の減少の
程度は小さくなり、高周波電源RFの出力は増大
する。これにより、直流バイアス信号は可変抵抗
器VR２で設定された設定値と等しい値に保たれ
ることになる。

即ち、第２図の構成によれば、高周波電源RF
の出力容量に余裕がある範囲において、直流バイ
アス信号は一定となつて放電プラズマの密度も一
定となり、従来のようなマツチング調整は不要に
なる。又、全て電気信号により処理しているの
で、応答速度も速い。

尚、上記実施例では、直流バイアス信号を制御
する例について説明したが、究極的にはプラズマ
に加える高周波信号の電力の安定化を図ればよ
く、放電プラズマの密度を表わす他の信号（例え
ば高周波発生用電源のピークツーピーク出力や高
周波プラズマの発光量等）を検出し該検出信号が
所定の値になるように高周波電源RFの出力を制
御してもよい。高周波プラズマの発光量をプラズ
マの密度の指標とする場合、発光を受けてこれを
電気信号に変換する光電変換手段が必要となる。

又、上記実施例では、高周波プラズマ発生装置
を用いた例としてイオンプレーテイング装置につ
いて説明したが、これに限るものではなく、各種
の装置にも用いることができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、比較的
簡単な回路構成による電気的な信号の処理のみで
プラズマ放電強度の密度の安定化を図ることがで
き、低コストで応答の早い出力制御が行える高周
波プラズマ発生装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高周波プラズマ発生装置を用いた装置
の一例を示す構成図、第２図は本発明の一実施例
を示す電気的構成図、第３図は放電電極の直流バ
イアス状態を示す図である。１……底面板、２……ベルジヤー、３……導電
体、４……ボート、５，９……絶縁導体、６……
基板ホルダ（加速電極）、７……加熱用電源、８
……加速用直流電源、１０……放電電極、１１…
…高周波電源、１２，１３……シールド、１４…
…基板、２１……フイルタ回路、２２……直流電
源、２３……電流計、３０……バイアス設定回
路、U₁，U₂……演算増幅器、Ｑ……トランジス
タ、VR１，VR２……可変抵抗器、RF……高周
波電源、DET……検出器、MB……マツチング
ボツクス、C₁，C₂……コンデンサ、L₁，L₂……
チヨークコイル。

Claims

【特許請求の範囲】１高真空中に対向して配された加速用電極間に
その放電電極が配置され、該放電電極と前記加速
用電極の一端との間に高周波を印加することによ
り高周波プラズマを発生させるように構成された
高周波プラズマ発生装置において、発生する高周
波プラズマの密度を表わす信号を検出する検出手
段と、該検出手段により検出された検出信号が所
定の値になるように前記高周波発生用電源の出力
を制御する手段とを設けたことを特徴とする高周
波プラズマ発生装置。２前記高周波プラズマの密度を表わす信号とし
て、前記放電電極の直流バイアス信号を用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高周
波プラズマ発生装置。３前記高周波プラズマの密度を表わす信号とし
て、前記高周波発生用電源のピークツーピーク出
力を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の高周波プラズマ発生装置。４前記高周波プラズマの密度を表わす信号とし
て、高周波放電プラズマの発光量を用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高周波プ
ラズマ発生装置。