JPH09170079A - スパッタリング方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】正確な電圧、電流または電力を管理できる直列
スイッチング式パルススパッタリング方法および装置の
提供。 【解決手段】半導体スイッチング素子により１００ｋＨ
ｚ以下の任意の周期の断続的な直流波形が印加されるス
パッタリング方法において、該半導体スイッチング素子
のスイッチング動作が閉の時に該カソードに供給してい
る電圧、電流または電力の平均値を測定し、制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電源より、１００ｋＨｚ以下
の任意の周期の断続的な波形を、電力回路に直列に結線
した半導体スイッチング素子により加工し、カソードに
印加してグロー放電を起こし、スパッタリングに有害な
異常放電（アーク放電）やターゲット上に生成される異
物の成長を回避し、より安定な薄膜製造プロセスを実現
することを目的としたスパッタリング装置（以下、直列
スイッチング式パルススパッタリング装置という）や方
法が提案されている（特開平７−９０５７３）。

【０００３】また、導電性のターゲット材料を用いて、
反応性スパッタリングにより絶縁性の薄膜を基板に成膜
するときには、前記半導体スイッチング回路とは別の第
二のスイッチング回路とカソードに正の電位を印加する
別の電源を設けて、スパッタリングが行われていないと
きに第二のスイッチング回路から正電位を短時間印加す
るようにして、ターゲット表面上に析出する絶縁物の帯
電を中和することにより、長時間にわたって異常放電の
ない安定な反応性スパッタリングプロセスを実現できる
ことも知られている。

【０００４】一般に、直流スパッタリングにおいては、
薄膜の基板上への堆積速度を管理するために、放電電
圧、電流および電力を管理、制御することが、工業的に
きわめて重要である。通常、直流スパッタリングでは、
電源の出力制御回路に出力端の電圧、電流および電力の
いずれかを選択して、その値を一定に保つ機能を有する
のが一般的である。

【０００５】直列スイッチング式パルススパッタリング
装置は、従来の一般的なスパッタリング装置のようにス
パッタリングの電圧、電流、電力を直流電源側で管理、
制御するには次の理由で問題がある。

【０００６】電流に時間的な変化（Δｉ／Δｔ）が生じ
ると、電力回路に存在する各種のインピーダンス成分の
うちのインダクタンス成分とチョークコイルによるイン
ダクタンス成分との和、すなわち、電力回路に直列に存
在するすべてのインダクタンス成分Ｌを考慮する必要が
あり、それによる電圧降下Ｅ_L とは次式で示すような関
係である。

【０００７】

【数１】

【０００８】つまり、電圧降下Ｅ_L は、時間関数の周波
数や放電電力（電流の大きさ）だけでなく、ガスの種
類、混合比によって変化し一定ではない。よって、直流
電源出力端で電圧と電力を管理するうえでは問題とな
る。換言すると、次の１）、２））のような問題があ
る。

【０００９】１）放電している電力の波形が、矩形波状
の交流電力であるため、電源からカソードまでの電力回
路に存在する各種のインピーダンス成分により損失が生
じ、電源の出力端の電圧、電流値と実際にカソードに供
給している電圧、電流値と異なること。特に、大電力半
導体素子を直列に電力回路に接続するので半導体素子の
保護のためチョークコイルなどのインダクタンスを素子
に直列に接続する必要があり、このインダクタンスに電
圧降下が生じ、電源の出力端の電圧値と実際にカソード
に供給している電圧値とが異なること。

【００１０】２）放電している電圧の波形は直流電源の
電圧をスイッチングして生成するので矩形波状である
が、それに対して電流の波形は、放電ガスの種類、アル
ゴンガスと反応ガスの混合比によっては、台形状になっ
たり鋸波状の波形になること。これは、ガス分子のイオ
ン化が始まる際の過渡的な現象である（図３を参照）。

【００１１】こうした問題を解決するためには、電圧、
電流、電力を直流電源の出力端で測定するのではなく、
電力加工部の二次側、つまり、カソードへの電力入力端
で測定し、平均化すれば解決するように思われるが、単
純な平均値測定回路では次の理由により実用的ではな
い。

【００１２】１）直列スイッチング式パルススパッタリ
ング装置では、直列に接続した半導体スイッチング素子
により断続的な波形を生成するので、それらのスイッチ
ング操作により任意のパルス列の波形が得られる。

【００１３】すなわち、ターゲット材料や得ようとする
薄膜の種類、抑止すべき異常放電や異常現象の種類に応
じて、最適なオン時間（負電位を印加する時間）、オフ
時間（負電位を印加しない時間）、ターゲット表面電位
差を中和するための正の電位（以下、バイアス正電位と
いう）の電圧などを組み合わせて最適な波形を生成でき
るという利点がある。

【００１４】バイアス正電位を印加した波形を、通常の
交流測定方法によって電圧、電流の平均値測定を行う
と、バイアス正電位分も含めて測定することになる。バ
イアス正電位はスパッタリングには寄与せずスパッタリ
ングによる成膜速度を電力で管理する場合、この値は誤
差となる。

【００１５】例えば、Ｓｉターゲットを用い、酸素ガス
雰囲気中でＳｉＯ₂ の薄膜をスパッタリング電力約２０
ｋＷで得ようとしたところ、効果的なバイアス正電位を
得るには約２ｋＷの電力をバイアス電源から投入する必
要があり、バイアス正電位の電力も含めて測定すると約
１０％の誤差を生じる。

【００１６】２）次に、直列スイッチング式パルススパ
ッタリング装置では、アーク放電による異常放電が発生
した場合、半導体スイッチング素子が、高速に電力の一
時的な遮断をしてアーク放電を消弧し再度復帰させる一
連の動作（以下、アーク消弧シーケンス動作という）
を、通常の直流電源側で操作するよりも短時間で行える
利点がある。

【００１７】例えば、一般的な直流電源では一時的に遮
断している時間は、電源の応答速度に依存し、８〜５０
ミリ秒のものが多いが、直列スイッチング式パルススパ
ッタリング装置では遮断の応答速度が早いため実際のア
ーク放電の持続時間に合わせられるため、０. １〜１ミ
リ秒程度で充分である。

【００１８】ところが、アーク消弧シーケンス動作中
は、ターゲットに電力は投入されていないため、電源出
力端やターゲット入力端で測定したそのままの値を電源
の制御回路にフィードバックすると、電源は常に一定の
電力を負荷に供給するように作動するので、その出力を
上昇させるように作動する。

【００１９】この電源の出力の状態で、半導体スイッチ
ング素子が閉じてスパッタリングを再開させようとした
とき、それまでスパッタリングしていた電力よりも大き
な電力が投入され安定にスパッタリングが復帰できなく
なるという問題がある。

【００２０】以上述べたように、直列スイッチング式パ
ルススパッタリング装置では、電力回路のインピーダン
ス成分による誤差、電流波形が必ずしも矩形波でないこ
とによる誤差、バイアス正電位の印加による誤差、アー
ク消弧シーケンス動作中の電力の一時的な低下等から、
従来のように直流電源の出力端やカソードの電力供給端
での測定では正確な電圧、電流または電力を管理した
り、それを基に定電圧、定電流、または定電力を出力す
るように制御したりすることができない。

【００２１】直列スイッチング式パルススパッタリング
装置での成膜速度と平均電力との関係は、一般の直流ス
パッタリング装置での成膜速度と直流電力との関係と等
しい。したがって、スパッタリングに寄与する平均電力
を正確に測定することは、直流スパッタリングと互換性
を維持し、工業的な品質の管理や、コストの管理上きわ
めて重要である。

【００２２】しかし、前述の電圧、電流、電力が正確に
測定できない理由に加えて、プロセスを最適化するため
にパルス波形の周波数や波形のデューティ比（オン時間
／１周期の時間）を変化させた場合、通常の測定回路で
は平均化するための時間周期、波形率が大きく変化する
ため、直列スイッチング式パルススパッタリング装置が
放電可能なあらゆる波形に対して正確な測定はできな
い。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、正確な電
圧、電流または電力を管理できる直列スイッチング式パ
ルススパッタリング方法および装置の提供を目的とす
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ターゲットを
装着したカソードに、半導体スイッチング素子により１
００ｋＨｚ以下の任意の周期の断続的な直流波形が印加
され、異常放電発生時に該スイッチング素子が開くよう
に作動して異常放電の持続を回避するため一時的に電力
を遮断する制御が行われるスパッタリング方法におい
て、該半導体スイッチング素子のスイッチング動作が閉
のときに該カソードに供給している電圧、電流または電
力の平均値を測定し、電圧、電流または電力を制御する
ことを特徴とするスパッタリング方法を提供する。

【００２５】本発明は、また、真空室と、該真空室内に
所望の薄膜の原材料となるターゲットを装着して配置し
たカソードと、該カソードにスパッタリングの電力を供
給するための直流電源と、該直流電源と該カソードとの
間の電力回路に直列に結線され、１００ｋＨｚ以下の任
意の周期の断続的な直流波形を生成する半導体スイッチ
ング素子と、異常放電発生時に該スイッチング素子が開
くように作動して異常放電の持続を回避するため一時的
に電力を遮断する制御回路網とを有するスパッタリング
装置において、該半導体スイッチング素子のスイッチン
グ動作が閉のときに該カソードに供給している電圧、電
流または電力の平均値を測定する回路を具備することを
特徴とするスパッタリング装置を提供する。

【００２６】図１は本発明の直列スイッチング式パルス
スパッタリング装置の構成を示すブロック図である。１
は直流電源、２は電力加工部、３はバイアス正電位を供
給する電源、４は真空室、５はカソード電極、６はアノ
ード電極、７は基板を示す。各矢印は信号の接続を示
す。

【００２７】電力加工部２において、２１は電力回路に
直列に結線した半導体スイッチング素子、２２はバイア
ス正電位を断続的に印加するための第２のスイッチング
素子、２３と２４はスイッチング素子の保護回路のイン
ダクタンス、２５はコンデンサ、２６はカソードに印加
する電圧の検出手段、２７はカソードに印加する電流の
検出手段、２８は半導体スイッチング素子２１と２２を
駆動する回路網で、信号Ａにより所定のパルス周期、ま
たはオン／オフの駆動指令（以下、ゲート信号Ａとい
う）を直接送っている。

【００２８】２９は半導体スイッチング素子２１と２２
を制御する回路網で、信号Ｂにより駆動回路網２８へパ
ルス運転、直流運転（回路を閉じる信号）、そして遮断
信号（回路を開く信号）などの制御信号を送っている。

【００２９】このほかに、制御回路網２９は、ゲート信
号Ａと同期して半導体スイッチング素子２１が閉じてい
るときの電圧信号Ｃ、電流信号Ｄを測定しその期間内の
電流の平均値と電流の最大値を測定する機能（電流測定
機能）と、電圧の平均値と電圧の最小値を測定する機能
（電圧測定機能）がある。また、これらの測定結果より
異常放電状態を判定する機能（異常放電判定機能）をも
有し、駆動回路網２８へ最適な信号を与える。

【００３０】このほかに、制御回路網２９は、ゲート信
号Ａと同期して半導体スイッチング素子２１が閉じてい
るときの電圧信号Ｃ、電流信号Ｄを測定しその期間内の
平均値を測定し、そしてこれらの測定結果よりカソード
に投入されている電力を求め、それらに応じた値のアナ
ログ信号Ｖ、Ｉ、Ｗを直流電源１に送る。

【００３１】直流電源１は、それらの信号を基に出力の
安定化のためにフィードバック制御を行いうる。なお、
このとき制御回路網２９は、オン時間とオフ時間が測定
できるのでデューティ比を電力値、電流値、電圧値に掛
けて平均電力値、平均電流値、平均電圧値に応じた信号
をフィードバックすることもできる。

【００３２】このほかに、制御回路網２９は、異常放電
状態が発生した時間当たりの頻度を測定する機能（頻度
測定機能）を有し、頻度が予め設定した値よりも大きく
なったとき、信号Ｅにより一時的に直流電源１の出力を
低下させる、もしくは直流電力を遮断してスパッタリン
グを中止することもできる。

【００３３】図２は以上説明した制御回路網２９の機能
をさらに詳細に説明するブロック図である。サンプル機
能は、半導体スイッチング素子が閉じている時間に相当
する期間中、電圧測定機能、電流測定機能へ、電圧Ｃと
電流Ｄをそれぞれサンプリング測定するタイミング指令
を出す。それらの測定された値によって電圧信号機能、
電流信号機能によりサンプリング期間中の平均値を算出
し、直流電源にアナログ信号Ｖ、Ｉを送る。

【００３４】また、それらの信号の一部は、（電流×電
圧）演算機能により積を求め、電力信号機能よりサンプ
リング期間中の平均値を算出し直流電源にアナログ信号
Ｗを送る。その際、平均電力を求める場合は、平均電力
演算機能によってスイッチング指令信号より、波形のデ
ューティ比を求め、その値を乗じた値を使う。

【００３５】電圧信号機能、電流信号機能、電力信号機
能は、半導体スイッチング素子が開いている時間に相当
する期間中はホールド機能により直前の値を保持する。
このホールド機能によって、例えば、アーク消弧シーケ
ンス動作が働いているときでも、直前までスパッタリン
グを行っていた実質的な値を直流電源に送ることがで
き、アーク消弧シーケンス動作が働いても直流電源が電
力を上昇させるなどの誤動作を防止する。

【００３６】これらのアナログ信号Ｖ、Ｉ、Ｗを、直流
電源は出力制御のフィードバック信号として使用する。
電源側には、定電圧、定電流、定電力のうち、どの制御
を選択するかの機能を有する。

【００３７】次に、電圧測定機能、電流測定機能からの
信号により異常な放電を検出する一連の機能を説明す
る。

【００３８】電圧測定機能は、絶対値の最小値判定機能
によりサンプリングされた信号のうちの最小値を検出す
る。電流測定機能は、サンプリングされた信号のうちの
最大値を検出する。検出されると異常放電判定機能は予
め設定された値との比較を行い異常放電の判定を行う。

【００３９】なお、異常放電判定機能には、電圧の絶対
値の最小値のみで判定するか、電流の最大値のみで判定
するか、または、その両方によって判定するかの選択を
あらかじめ選択しておく。

【００４０】異常放電と判定されるとアーク消弧シーケ
ンス動作が、あらかじめ設定されたアーク放電が消失す
るまでの時間だけ半導体スイッチング素子を開くように
スイッチング指令機能に信号を送る。アーク放電が消失
するまでの時間は、直列スイッチング式パルススパッタ
リング装置では０. １〜１ミリ秒以下の短い時間で充分
である。

【００４１】図４は、リンをドープし導電性を付与した
単結晶シリコンをターゲット材として、直列スイッチン
グ式パルススパッタリング装置で放電したときの電圧の
波形Ｖと電流の波形Ｉである。波形Ａは正常なパルス放
電の波形である。波形Ｃはアーク放電による異常放電の
波形である。波形Ｂは放電中にターゲット材にヒビが生
じたときから現れた波形である。これは、アーク放電に
よる異常放電波形とは全く異なり、非常に高速な周波数
成分を持ち、周波数成分としては１ＭＨｚ程度のノイズ
のような異常放電である。この状態で得られる薄膜は通
常のスパッタリングで得られるものとは異なり、非常に
微細なピンホール欠点を生じた。

【００４２】この異常放電を検出し、この状態での薄膜
の堆積を回避するためにスパッタリングを一時的に中断
するためには前述のような電流による観測では充分では
なく、スイッッチング素子がオンしているときの電圧の
絶対値の最小値を検出し、その値があらかじめ設定した
値よりも小さいとき、異常放電が発生したと判定して、
前述のアーク消弧シーケンス動作によって異常放電の持
続を停止させたり、アーク消弧シーケンス動作の頻度に
よりスパッタリングを中断させたりさせることが望まし
い。

【００４３】また、異常放電の発生頻度を頻度測定機能
が測定し、あらかじめ設定された値よりも等しいかまた
は大きいとき、直流電源の電力を一時的に低下させた
り、または、電力を遮断してスパッタリングを中断させ
るべく、電力低下信号機能によって、信号Ｅを直流電源
に送りうる。なお、電力低下信号機能には、異常放電の
発生が多いとき、一時的に電力を下げるか、電源を切っ
てスパッタリング装置の運転を中断させるか、またはそ
れらの両方の機能を使用するかを、あらかじめ選択して
おく。

【００４４】直列スイッチング式パルススパッタリング
装置は、周波数が１００ｋＨｚ以下の断続的なパルス波
形を使用するが、この周期ではグロー放電は定常的に持
続することはできない（参考文献例：Chapman 著ＧＬＯ
Ｗ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ ｐ．
１４２）。

【００４５】つまり、プラズマはパルス周期に応じて起
きたり消えたりしているわけで、これは放電が開始しに
くいプロセス条件（例えば、作業圧力が低い、装置が長
期間の使用で絶縁性の物質で汚れている、など）では安
定な放電状態を保ち難くなるという問題を本質的に抱え
ている。実際の運転では、正常な放電が突然停止すると
いう現象として経験される。この現象の発生頻度はきわ
めて小さく、例えば、数日間に一度といった程度の頻度
であるが、安定に長期間生産を持続するという観点から
は問題であった。

【００４６】この問題を解決するには、一時的にスイッ
チング動作を止め、直流を印加するとすぐに放電が開始
することが分かった。放電が一度回復すれば、その後ス
イッチングを開始してもスパッタリングはまた持続す
る。そこで、前述のスイッチング素子がオンしていると
きの電流を計測し、その値があらかじめ設定した値より
も小さいとき放電が停止したと判断し、スイッチング素
子を閉じて直流を印加する。

【００４７】この間も、スイッチング素子が閉じている
とき、すなわち直流を印加しているときの電流を観測し
続け、その値が前述のあらかじめ設定した値よりも大き
くなったとき、自動的に再びスイッチング動作を開始す
るようにする機能（放電開始手順機能）を有することが
好ましい。これによりこの問題を解決できる。

【００４８】以下に、前述の異常放電判定機能および頻
度測定機能について、詳述する。直列スイッチング式パ
ルススパッタリング装置は、アーク放電などの異常放電
発生時に速やかにスイッチング素子が開くように作動し
て、異常放電の持続を回避するため一時的に電力を遮断
する機能を構成するのに有利である。

【００４９】しかし、カソード電極上への異物の落下や
堆積など、電極が短絡状態になるような事故が発生した
ときも、同様にスイッチング素子が開くように作動して
電力の供給を遮断するが、この場合、異常放電と短絡事
故との差を判定できないため、アーク消弧シーケンス動
作が継続し、正常な放電が続けられなくなる。

【００５０】それだけでなく、場合によっては、短絡箇
所に断続的ながらも電力を投入してしまうため、局部的
に加熱され、電極やターゲット材に損傷を与える事故も
発生することがある。短絡事故等極端な場合だけでな
く、異物の落下などで一時的に異常放電が多くなる場合
も実際の運転では経験される。

【００５１】この問題を解決するためには、復旧可能な
異常放電等とそうでない短絡事故等を判別して、復旧不
可能な場合は、電源の電力を一時的に低下、または電力
を遮断する措置が必要である。

【００５２】そこで、前述のアーク消弧シーケンス動作
の頻度を測定し、その値があらかじめ設定した値よりも
多いとき、または、等しくなったとき、直流電源に対し
て信号を送り一時的に電力を低下させる、または電力の
供給を遮断するようにする機能を有することが好まし
い。これにより速やかに電極周辺の異常を正確に識別し
て最適な処理を行える。

【００５３】例えば、アーク消弧シーケンス動作による
遮断時間が０． ５ミリ秒のとき、アーク遮断を１秒間
に１０００回以上行うと直流電力を約５０〜１００ミリ
秒間電力をゼロに低下させるように構成した。さらに、
以上の動作を５秒間に３回以上行うと直流電源を遮断し
スパッタリングを中止するように構成した。

【００５４】これにより、異物の落下などで一時的に異
常放電が多くなる場合は、１秒以内に、電力を一時的に
低下して自動的に復帰できる。また、短絡事故の場合
は、短絡による２次的な被害を回避しつつ、発生から５
秒以内にスパッタリングを中止できるようになる。電力
を一時的に低下させる機能と、遮断する機能はこのよう
に組み合わせて使用するのでも、独立して使用するので
もよい。

【００５５】次に、電流測定機能からの信号により、放
電が運転中に突然停止した場合、放電を復帰させる機能
（放電開始手順機能）を説明する。

【００５６】電流測定機能は、異常放電検出機能によ
り、あらかじめ設定された値よりも電流が小さいとき放
電が停止したと判断し、放電開始手順機能を作動させ
る。放電開始手順機能は、スイッチング指令機能へパル
ス状の運転を中止し、半導体スイッチング素子を閉じ直
流電圧をカソード電極へ印加するように指令を出す。そ
の後、放電が再度検出されると、周期的なスイッチング
を再開するように作用する。

【００５７】なお、放電が停止したかどうかを判断する
ためにあらかじめ設定した電流値と現在の電流値を比較
する比較器の動作に、ヒステリシスを設けたり、また検
出してからスイッチング素子を制御するまでの動作に遅
延時間（１ミリ秒以下で充分）を設けたりすることは、
この一連の動作を安定にするために好ましい。

【００５８】スイッチング指令機能は、通常はプロセス
を安定化させるために必要な条件のパルス状の周期的な
波形をカソードに印加しているが、アーク遮断機能、放
電開始手順機能からの信号を受けて、そのときのみ、以
上のような制御を行うように信号Ｂを駆動回路網２８に
送る。

【００５９】本発明の直列スイッチング式パルススパッ
タリング装置においては、半導体スイッチング素子を内
蔵した電力加工部をカソード電極近傍に配置できるた
め、異常放電を電圧と電流の異常によって検出する場
合、電源の出力端で検出するよりも、出力ケーブルのイ
ンピーダンスの影響を受けにくく、より高速な現象も検
出できる利点がある。

【００６０】

【実施例】図３に示した波形は、直列スイッチング式パ
ルススパッタリング装置での放電波形の一例で、Ｖは電
圧波形、Ｉは電流の波形をオシロスコープで観測しそれ
を写し取ったものである。パルス列は１００マイクロ秒
の周期でオン時間は７５マイクロ秒、オフ時間は２５マ
イクロ秒で、オフ時間の内の一部の時間は正電位バイア
スが約１００Ｖ印加された波形である。

【００６１】ターゲット材はシリコンで、放電のガスは
アルゴンと酸素ガスを１：１の比率で混合したものを使
用した。このときの電圧と電流を通常の直流電源側の測
定回路で測定すると、それぞれ２７０Ｖ、１０Ａを示
し、約２. ７ｋＷのスパッタリングを行っているようで
あったが、図１に示す本発明の測定方法によれば、オン
している７５マイクロ秒のみの電圧、電流の平均値は、
それぞれ３１５Ｖ、１４Ａであった。

【００６２】この値をもとに、電圧と電流の積とデュー
ティ比（７５/ １００）とを掛けて平均電力を求める
と、約３. ３ｋＷとなる。このときの成膜速度は、通常
の直流スパッタリングの場合の３. ３ｋＷの値と一致し
た。

【００６３】電圧を一定にしたスパッタリングを行う場
合、直列スイッチング式パルススパッタリング装置で
は、前述のように実際のスパッタリングが起きている電
圧を一定にすることが最も好ましい。それには本発明の
実施例のようにオン時の電圧の平均値を電源にフィード
バックするようにすれば実現できる。

【００６４】電流を一定にしたスパッタリングを行う場
合、直列スイッチング式パルススパッタリング装置では
前述のように実際のスパッタリングが起きている電流を
一定にすることが最も好ましい。それには実施例のよう
にオン時の電流の平均値を電源にフィードバックするよ
うにすれば実現できる。

【００６５】電力を一定にしたスパッタリングを行う場
合は、オン時の電圧と電流の平均値とデューティ比を掛
けて求めた値が最も正確に測定できる。これは、波形が
変わっても正確に測定できる。したがって、放電を安定
に持続できる条件を求めるために波形を変更しても、基
板への成膜速度を電力を一定に保つことで管理でき、直
流スパッタリングとも互換性のあるプロセスが実現す
る。

【００６６】前記実施例において、さらに、長時間にわ
たってスパッタリングを続けると、チャンバやアノード
が汚れてきて放電が不安定になりはじめる。これは、突
然放電電流が停止してしまう現象を引き起こす。

【００６７】そこで、本発明の放電開始手順機能を作動
させた。作動条件は、この装置の場合、電流が１０Ａ以
下の状態が４００マイクロ秒以上持続したとき、周期的
なスイッチングを止めて半導体スイッチング素子を閉じ
直流を印加する。直流が印加されると１ミリ秒程度で再
び放電が開始され、１０Ａ以上の電流が２００マイクロ
秒以上持続して検出された時点で再度、半導体スイッチ
ング素子が周期的なスイッチングを行うようにした。こ
れにより放電が停止しても２ミリ秒以下の時間で正常な
スパッタリングに復帰させうる。

【００６８】この機能によって、直列スイッチング式パ
ルススパッタリング法が本質的に持つ欠点である放電し
にくい条件での安定化を直流スパッタリング法と同程度
にすることができた。

【００６９】なお、前記実施例においては、以下の１）
〜３）のような構成とすることも好ましい。

【００７０】１）半導体スイッチング動作が閉のときの
カソードに供給している電流の最大値の多寡により異常
な放電状態を判定して、該電流の最大値が設定した値よ
りも大きいとき、速やかに該スイッチング素子が、あら
かじめ設定した１ミリ秒以下の任意の時間だけ開いて、
異常な電流の持続を回避する動作を行い、さらに該動作
の頻度を測定し、該頻度があらかじめ設定した値よりも
大きいとき、直流電源の出力を、一時的に低下または停
止させるようにすること。

【００７１】２）半導体スイッチング動作が閉のときの
カソードに供給している電圧の最小値の多寡により異常
な放電状態を判定して、該電圧の絶対値の最小値が設定
した値よりも小さいとき、速やかに該スイッチング素子
が、あらかじめ設定した１ミリ秒以下の任意の時間だけ
開いて、異常な放電の持続を回避する動作を行い、さら
に該回避する動作の頻度を測定し、該頻度があらかじめ
設定した値よりも大きいとき、直流電源の出力を、一時
的に低下または停止させるようにすること。

【００７２】３）半導体スイッチング動作が閉のときの
カソードに供給している電圧の瞬時の絶対値の最小値の
多寡と、電流の瞬時の最大値の多寡の両方により異常な
放電を判定して、該電圧の瞬時の最小値が設定した値よ
りも小さいときで、かつ、該電流の瞬時の最大値が設定
した値よりも大きいとき、速やかに該スイッチング素子
が、あらかじめ設定した１ミリ秒以下の任意の時間だけ
開いて、異常な放電の持続を回避する動作を行い、さら
に該回避する動作の頻度を測定し、該頻度があらかじめ
設定した値よりも大きいとき、直流電源の出力を、一時
的に低下または停止させるようにすること。

【００７３】

【発明の効果】本発明の装置によれば、正確な電圧、電
流または電力を管理でき、スパッタリングを安定に長時
間にわたって持続させうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直列スイッチング式パルススパッタリ
ング装置の構成を示すブロック図。

【図２】制御する回路網２９の機能を説明するためのブ
ロック図。

【図３】直列スイッチング式パルススパッタリング装置
での放電波形の一例を示す図。

【図４】直列スイッチング式パルススパッタリング装置
での放電波形の一例を示す図。

【符号の説明】

１：直流電源 ２：電力加工部 ３：バイアス正電位を供給する電源 ４：真空室 ５：カソード電極 ６：アノード電極 ７：基板 ２１：電力回路に直列に結線した半導体スイッチング素
子、 ２２：バイアス正電位を断続的に印加するための第２の
スイッチング素子 ２３、２４：スイッチング素子の保護回路のインダクタ
ンス ２５：コンデンサ ２６、２７：カソードに印加する電圧の検出手段 ２８、２９：半導体スイッチング素子２１と２２を駆動
する回路網

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲットを装着したカソードに、半導体
   スイッチング素子により１００ｋＨｚ以下の任意の周期
   の断続的な直流波形が印加され、 異常放電発生時に該スイッチング素子が開くように作動
   して異常放電の持続を回避するため一時的に電力を遮断
   する制御が行われるスパッタリング方法において、 該半導体スイッチング素子のスイッチング動作が閉のと
   きに該カソードに供給している電圧、電流または電力の
   平均値を測定し、電圧、電流または電力を制御すること
   を特徴とするスパッタリング方法。
2. 【請求項２】前記カソードに供給している電圧、電流ま
   たは電力の平均値が、あらかじめ設定した値に対して一
   定となるように、直流電源に対してフィードバック制御
   することを特徴とする請求項１のスパッタリング方法。
3. 【請求項３】前記カソードに供給している電力の平均値
   に対して、該スイッチング素子の閉の時間を開と閉の時
   間の和で除した値を掛けた電力値を基準にフィードバッ
   ク制御することを特徴とする請求項１または２のスパッ
   タリング方法。
4. 【請求項４】該スイッチング動作が閉のときのカソード
   に供給している電流の平均値の多寡を判定して、該電流
   の平均値が設定した値よりも大きいとき正常な放電状態
   と判定し、該スイッチング素子が任意の周期の断続的な
   直流波形を生成するように自動的に作動するようにする
   ことを特徴とする請求項１、２または３のスパッタリン
   グ方法。
5. 【請求項５】該スイッチング動作が閉のときのカソード
   に供給している電流の最大値の多寡により異常な放電状
   態を判定して、該電流の最大値が設定した値よりも大き
   いとき、速やかに該スイッチング素子が、あらかじめ設
   定した１ミリ秒以下の任意の時間だけ開いて、異常な電
   流の持続を回避する動作を行い、さらに該動作の頻度を
   測定し、該頻度があらかじめ設定した値よりも大きいと
   き、直流電源の出力を、一時的に低下または停止させる
   ようにすることを特徴とする請求項１、２、３または４
   のスパッタリング方法。
6. 【請求項６】該スイッチング動作が閉のときのカソード
   に供給している電圧の最小値の多寡により異常な放電状
   態を判定して、該電圧の絶対値の最小値が設定した値よ
   りも小さいとき、速やかに該スイッチング素子が、あら
   かじめ設定した１ミリ秒以下の任意の時間だけ開いて、
   異常な放電の持続を回避する動作を行い、さらに該回避
   する動作の頻度を測定し、該頻度があらかじめ設定した
   値よりも大きいとき、直流電源の出力を、一時的に低下
   または停止させるようにすることを特徴とする請求項
   １、２、３または４のスパッタリング方法。
7. 【請求項７】該スイッチング動作が閉のときのカソード
   に供給している電圧の瞬時の絶対値の最小値の多寡と、
   電流の瞬時の最大値の多寡の両方により異常な放電を判
   定して、該電圧の瞬時の最小値が設定した値よりも小さ
   いときで、かつ、該電流の瞬時の最大値が設定した値よ
   りも大きいとき、速やかに該スイッチング素子が、あら
   かじめ設定した１ミリ秒以下の任意の時間だけ開いて、
   異常な放電の持続を回避する動作を行い、さらに該回避
   する動作の頻度を測定し、該頻度があらかじめ設定した
   値よりも大きいとき、直流電源の出力を、一時的に低下
   または停止させるようにすることを特徴とする請求項
   １、２、３または４のスパッタリング方法。
8. 【請求項８】真空室と、 該真空室内にターゲットを装着して配置したカソード
   と、 該カソードにスパッタリングの電力を供給するための直
   流電源と、 該直流電源と該カソードとの間の電力回路に直列に結線
   され、１００ｋＨｚ以下の任意の周期の断続的な直流波
   形を生成する半導体スイッチング素子と、 異常放電発生時に該スイッチング素子が開くように作動
   して異常放電の持続を回避するため一時的に電力を遮断
   する制御回路網とを有するスパッタリング装置におい
   て、 該半導体スイッチング素子のスイッチング動作が閉のと
   きに該カソードに供給している電圧、電流または電力の
   平均値を測定する回路を具備することを特徴とするスパ
   ッタリング装置。