JPH0225426B2 - - Google Patents

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に用い
る直流電位制御形放電電極の放電強度検出装置に
関する。

（従来技術） イオン衝撃による金属のスパツタ現象は古くか
ら知られており、この現象を利用して、SEM用
試料に金属被覆を行うイオンプレーテイング装置
が知られている。この種のイオンプレーテイング
装置は、イオンプレートされるべき物質源と基板
保持板との間に直流電圧を印加する手段及びイオ
ンプレートされる物質源とを具えており、10^-1〜
10^-2Torr程度の不活性ガス雰囲気中でグロー放
電する。このグロー放電によつて蒸発源から蒸発
した蒸着物質の粒子はイオン化され、前記直流電
圧の印加により形成された直流電圧の加速を受
け、基板に衝突しこれに付着する。この種の従来
装置では、蒸発粒子をイオン化するためのグロー
放電が蒸発源と基板との間で生じるため、基板は
蒸着物質の粒子のみでなく、イオン化された不活
性ガスの衝撃をも受け温度上昇を生じ、基板の温
度制御が困難である。従つて、耐熱性の低い物質
を基板とする蒸着がほとんど不可能である。更
に、蒸着中の条件によつては、逆スパツタを生
じ、被覆に欠陥を生じるおそれがある。

そこで、このような従来装置の欠陥を除去する
ため、蒸発物質源及び被膜物質保持板との間に高
周波プラズマ放電を発生させるための高周波電極
を設けた装置が出現した。第１図は特公昭52−
29971号公報に記載されているこの種の一実施例
を示す構成図である。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。こ
こまでは、前述した従来のイオンプレーテイング
装置と同じである。導体３，３の蒸発室外端部に
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の蒸発室外の端はその負端子
にそれぞれ接続される。更に、蒸発室内のボート
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。１
２，１３はシールドを、１４は基板をそれぞれ示
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の劣化が少なく、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、イオン化されるに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。

上述したように、第１図に示す装置は直流グロ
ー放電による場合に比較して、優れている。従つ
て、このような高周波プラズマ放電は、スパツ
タ、エツチング或いはイオンプレーテイング等に
広く使用されている。しかしながら、このような
場合に用いられる放電電極１０は、第１図より明
らかなように、直流的に浮いた状態になつてい
る。このような状態では、該放電電極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。スパツタ及びエツチングは、この
現象を利用して正イオンを加速し、ターゲツトを
スパツタしたり、基板ホルダ（カソード）６上の
基板（ウエーハ）１４をエツチングしたりしてい
る。又、放電電極１０の負のバイアス電圧を検出
し、プラズマ強度を推測する際の一指標とし、安
定化することにより、再現性のあるプロセスを実
現することができる。

イオンプレーテイング装置の場合においても、
第１図について説明したように、従来は放電電極
１０を直流的に浮かせて使用いていた。この場合
においても、前述したと同様放電電極１０がイオ
ンスパツタされることになる。しかしながら、イ
オンプレーテイング装置はスパツタの場合と異な
り、他の物質を蒸発させ、これを蒸着膜とするの
で、放電電極１０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、最
近、放電電極を直流的にアースに落とす或いは正
電位を印加する方法が提案されている。この方法
によれば、放電電極１０のスパツタを減少させ、
尚且、蒸着中は高真空（10^-3〜10^-4Torr）でも
放電維持が可能で、従来の高周波イオンプレーテ
イング装置にはない新しい効果が得られる。しか
しながら、この放電電極を直流的に制御する方法
では、放電電極１０の電位が０にバイアスされる
ので、従来装置のように放電電極１０に帯電する
負のバイアス電圧で放電プラズマ強度の指標とす
ることはできない。

（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
であつて、その目的は、直流電位制御形の放電電
極を有する高周波イオンプレーテイング装置であ
つても、放電プラズマ強度の指標とし、再現性の
あるプロセスとすることができる直流電位制御形
放電電極の放電強度検出装置を実現することにあ
る。

（発明の構成） このような目的を達成する本発明は、真空容器
内に設けられた放電電極に高周波電源の出力を供
給することにより前記真空容器内のガス分子をイ
オン化して、高周波プラズマ放電を発生させる装
置に用いるものであつて、前記放電電極を一定の
直流電位にバイアスする直流電圧印加手段と、該
直流電圧印加手段を介して前記放電電極に流れる
電流の値を測定して前記高周波プラズマ放電のプ
ラズマ放電強度を検知するプラズマ放電強度検知
手段と、該プラズマ放電強度検知手段の出力信号
に基づいて前記放電電極に流れる電流の値を一定
に保つ制御手段とにより構成されたことを特徴と
するものである。

（実施例） 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。図において、第１図と同一部分には同一
符号を付して示す。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は高周波浸入阻
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、２３
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。このように構成された回路の動作を説
明すれば、以下の通りである。

基板ホルダ６とボート４の間に直流電圧が印加
された状態で、高周波電源１１から高周波が印加
されると、該高周波はフイルタ回路２１を経て放
電電極１０に印加される。この高周波は、チヨー
クコイルL₂のために、バイアス設定回路３０に
侵入することはない。放電電極１０に高周波が印
加されると、前述したように該放電電極１０近傍
には高周波プラズマ放電が発生し、ボート４から
発生した蒸発粒子はここのプラズマ放電領域を通
過するときイオン化され、基板ホルダ６に取付け
られた基板１４（図示せず）にプレーテイングさ
れる。この場合において、本発明装置において
は、バイアス設定回路３０が設けられているた
め、放電電極１０は所定の直流電位に保持され
る。そして、電流電位の変更は直流電源２２の出
力を変えることで行える。このような高周波プラ
ズマ放電状態においては、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、
この直流電流の大きさは、高周波プラズマ放電強
度と対応したものとなつている。従つて、この直
流電流の大きさをプラズマ放電強度の指標とする
ことができる。直流電流の大きさは、電流計２３
で測定することができる。そこで、電流計２３で
測定された電流（放電電極１０を流れる電流）が
一定になるように高周波電源１１の出力電圧を制
御すれば、高周波プラズマ放電強度は常に一定に
保たれ、従つて、プロセスの再現性を向上させる
ことができる。この結果、イオンプレーテイング
は常に均質なものとすることができる。

尚、バイアス用直流電源２２の出力を０にして
も、放電電極１０がチヤージアツプ作用により負
にバイアスされるので、放電電極１０には電流が
流れる。従つて、バイアス設定回路３０を流れる
電流を検出することが可能となる。例えば実験に
よれば、高周波電源１１の出力が100Wのとき電
流は150ｍＡ、出力が500Wのとき電流は900ｍＡ
程度が観測されている。第３図は本発明の他の実
施例を示す電気的構成図で、直流電源の電圧が
0Vの場合を示している。図において、第２図と
同一部分には同一符号を付して示す。Ｒは電流検
出用抵抗である。バイアス設定回路３０に流れる
電流は、抵抗Ｒにより電圧に変換される。この電
圧を電圧計で測定すれば、電流を検出することが
できる。検出された電流は、高周波プラズマ放電
強度に対応したものとなつているので、この電流
をプラズマ放電強度の指標とすることができる。
抵抗Ｒの両端から取り出された電圧は電圧計によ
つて測定される他、放電電極１０によつて発生せ
しめられる高周波プラズマ放電強度を一定に制御
する制御回路（図示せず）にも入力される。尚、
抵抗Ｒの値を大きくすれば、放電電極１０には負
のバイアス電圧が表われ、該放電電極１０を直流
的に接地するという意味が失われてしまう。従つ
て、抵抗Ｒの値は大きくすることはできず、せい
ぜい数10Ω以内に抑えられる。

上述の説明では、プラズマ放電強度を一定にす
るため、高周波電源１１の出力を可変する場合に
ついて説明したが、同様のことは直流電源２２の
出力を可変することによつても行える。例えば、
デイジタル信号によつて出力が可変できるような
電源を用いれば、外部から該直流電源の出力を制
御することができる。即ち、プラズマ放電強度を
一定に制御することができる。従つて、プロセス
の再現性を向上することができる。尚、第２図
で、電流を検出するのに電流計を用いたが、この
代わりに第３図に示すような電流検出用抵抗を用
いることもできる。逆に、第３図に示す電流検出
用抵抗Ｒを電流計で置き換えることもできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
直流電位制御形の放電電極を有する高周波イオン
プレーテイング装置であつても、該放電電極に流
れる電流を検出し、この電流を放電プラズマ強度
の指標とすることにより、該電流が一定になるよ
うに制御して、再現性のあるプロセスとすること
ができる直流電位制御形放電電極の放電強度検出
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置例を示す図、第２図は本発明
の一実施例を示す電気的構成図、第３図は本発明
の他の実施例を示す電気的構成図である。 １……底面板、２……ベルジヤー、３……導電
体、４……ボート、５……絶縁導体、６……基板
ホルダ、７……加熱用電源、８……加速用直流電
源、９……絶縁導体、１０……放電電極、１１…
…高周波電源、１２，１３……シールド、１４…
…基板、２０……蒸発室、２１……フイルタ回
路、２２……直流電源、２３……電流計、C₁，
C₂……コンデンサ、L₁，L₂……チヨークコイル、
Ｒ……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に設けられた放電電極に高周波電
   源の出力を供給することにより前記真空容器内の
   ガス分子をイオン化して、高周波プラズマ放電を
   発生させる装置に用いるものであつて、前記放電
   電極を一定の直流電位にバイアスする直流電圧印
   加手段と、該直流電圧印加手段を介して前記放電
   電極に流れる電流の値を測定して前記高周波プラ
   ズマ放電のプラズマ放電強度を検知するプラズマ
   放電強度検知手段と、該プラズマ放電強度検知手
   段の出力信号に基づいて前記放電電極に流れる電
   流の値を一定に保つ制御手段とにより構成された
   ことを特徴とする直流電位制御形放電電極の放電
   強度検出装置。