JPH0967670A - イオンビームスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン源の引出し電極の放電の有無によら
ず、所定膜厚の成膜を行う。 【解決手段】 イオン源７の引出し電極１９の放電の検
出毎のイオン源７の電極への給電のオフ時間の設定と放
電の検出回数とにより、成膜の延長時間を決定し、イオ
ン源７の運転時間を設定された成膜時間より前記延長時
間だけ延長補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームをタ
ーゲットに照射して基板に成膜するイオンビームスパッ
タリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種イオンビームスパッタリン
グ装置は一般に図５に示すように形成され、真空に排気
されたチャンバ１内にイオン源２，ターゲット３及び基
板４が設けられる。そして、イオン源２から引出された
イオンビーム５がターゲット３に照射され、このターゲ
ット３のスパッタ粒子６が基板４に推積して基板４の成
膜が行われる。

【０００３】このとき、基板４の膜厚はイオンビームエ
ネルギ，イオンビーム量（イオン電流量）及びイオンビ
ーム照射時間により決定される。

【０００４】ところで、イオン源２は熱電子放出又はマ
イクロ波給電に基づくアーク放電によりプラズマを生成
し、正，負電位の加速電極，減速電極及びアース電位の
接地電極からなる引出し電極により前記プラズマからイ
オンビームを引出す。

【０００５】また、とくに生産機として用いられ、複数
の基板４の成膜を順次に行うときは、シーケンス制御等
により前記プラズマの生成に必要なアーク電源のオン，
オフをくり返し、イオンビーム５の照射を制御して各基
板４の膜厚が一定（均一）になるようにしている。

【０００６】さらに、長時間の連続運転によりスパッタ
粒子等で引出し電極が汚染され、引出し電極の電極間で
放電が生じると、この放電の検出に基づき、例えば１秒
より短い所定のオフ時間、一時的に加速電極、減速電極
への給電をオフしてイオンビーム５の引出しを止め、イ
オン源２の電源を保護するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のイオンビー
ムスパッタリング装置の場合、とくに生産機として用い
られ、イオン源２が長時間連続運転されて引出し電極の
電極間で放電が発生すると、一時的にではあるが、イオ
ンビーム５の引出しが止まり、基板４へのイオンビーム
５の照射が中断する。

【０００８】一方、基板４のイオンビーム５の照射は、
予め設定された時間が経過すると、シーケンス制御等に
より自動的に終了する。そのため、前記放電の発生回数
に依存して基板４に対するイオンビーム５の照射時間が
減少し、基板４の膜厚が薄くなり、基板４に所定の膜厚
の成膜が行えない問題点があり、この結果、膜厚の均一
化が図れず、製品の歩留りがイオン源２の引出し電極の
放電発生回数に左右され、その向上が図れなくなる。

【０００９】本発明は、イオン源の引出し電極の放電の
有無によらず、所定膜厚の成膜が行えるようにすること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この出願の請求項１に係るイオンビームスパッタ
リング装置においては、イオンビームの引出し電極の放
電の放出毎のイオン源の電極への給電のオフ時間の設定
と前記放電の検出回数とにより基板の成膜の延長時間を
決定し、イオン源の運転時間を設定された成膜時間より
前記延長時間だけ延長補正する。

【００１１】したがって、長時間の連続運転によりイオ
ンビームの引出し電極の放電が成膜中に１回又は複数回
発生し、一時的なイオンビームの引出しの停止が発生し
ても、その停止時間だけイオン源の運転時間が長くなっ
て基板の成膜が延長して行われ、このとき、基板の膜厚
は前記の放電なく規定の成膜時間イオンビームが照射さ
れた場合と同一になる。

【００１２】そのため、イオン源の引出し電極の放電の
有無によらず、基板に所定の膜厚の成膜が行える。ま
た、この出願の請求項２に係るイオンビームスパッタリ
ング装置においては、成膜中にイオンブームの量に相当
するイオン電流量を計測し、計測量の時間積分値が設定
された照射総量に達するまでイオン源の運転を継続す
る。

【００１３】したがって、イオンビームの引出し電極の
放電により成膜中に一時的にイオンビームの引出しが停
止すると、イオンビームの照射総量が設定量に達するま
でイオン源の運転が継続されることにより、実質的にイ
オンビームの引出しの停止時間だけ基板の成膜時間が延
長される。

【００１４】そのため、この場合もイオン源の引出し電
極の放電の有無によらず、基板に所定の膜厚の成膜が行
える。

【００１５】

【発明の実施の形態】発明の実施の第１及び第２の形態
につき、図１ないし図４を参照して説明する。 （第１の形態）まず、第１の形態について、説明する。
この第１の形態のイオンビームスパッタリング装置が図
５の従来装置と異なる点は、図５のイオン源２の代わり
に図１の構成のイオン源７を設て形成された点である。

【００１６】そして、イオン源７は筐体部８，電源部９
及びシーケンサ等で形成された制御部１０からなり、そ
れぞれ例えば図２に示すように形成されている。

【００１７】この図２において、１１はアノードを形成
する筐体、１２は筐体１１の一側に形成されたガス導入
口、１３は筐体１１内に設けられたフィラメント、１４
は筐体１１外に導出されたフィラメント３の両端に接続
されたフィラメント電源、１５は陽極が筐体１１に接続
されたアーク電源であり、陰極がフィラメント電源１４
の陰極に接続されている。

【００１８】１６，１７，１８は筐体１１の他側開口に
フィラメント１３側から順に設けられた加速電極，減速
電極，接地電極であり、イオンビーム５の引出し電極１
９を形成する。２０はアーク電源１５の陰極に直列に接
続された加速電源であり、その陽極はアーク電源１５の
陰極に接続されるとともに高抵抗値の抵抗２１を介して
加速電極１６に接続され、陰極は接地されている。２２
は陰極が減速電極１７に接続された減速電源であり、そ
の陽極は接地されている。なお、接地電極１８は直接接
地されている。

【００１９】２３は引出し電極１９の電極間の放電の発
生を監視して検出する放電検出器であり、例えば過電流
リレーからなり、加速電極１６，減速電極１７，接地電
極１８の放電による異常電流（過電流）を検出する毎に
放電検出の接点信号を発生する。

【００２０】２４は制御部１０に設けられた演算処理部
であり、設定された成膜プログラムに基づき、引出し電
極１９の放電検出の監視及び各電源１４，１５，２０，
２２の出力制御等の成膜のシーケンス制御を行う。２５
は演算処理部２４に接続された成膜時間設定部であり、
電源部９の成膜タイマ２６に成膜時間を変更自在に設定
し、成膜タイマ２６を介してアーク電源１５をオン，オ
フする。

【００２１】なお、各電源１４，１５，２０，２２はい
わゆる出力可変形の電源からなり、オフによりその出力
が０Ｖになる。

【００２２】また、例えば図５の基板４がホルダ（図示
せず）に複数枚装着され、自動制御に基づくホルダの回
転により各基板４が順次に成膜位置（同図の位置）に移
動して成膜される場合、基板４毎のイオンビーム照射時
間，すなわちイオン源７の各１回の標準運転時間Ｔａ及
び運転終了からつぎの運転開始までの停止時間Ｔｂが成
膜タイマ２６に設定される。

【００２３】そして、装置の運転が開始されると、制御
部１０により各電源１４，１５，２０，２２がオンして
それぞれ規定電圧の出力を発生し、このとき、フィラメ
ント１３はフィラメント電源１４からの給電により熱電
子を放出し、アーク電源１５のアーク電圧の印加によ
り、フィラメント１３から放出された熱電子が加速さ
れ、この熱電子がガス導入口１２から筐体１１内に導入
されたイオン化ガスに衝突してプラズマ２７を生成す
る。

【００２４】さらに、加速電極１６に加速電源２０の加
速電圧が印加され、減速電極１７に減速電源１７の減速
電圧が印加され、引出し電極１９の作用によりプラズマ
２７からイオンビーム５が引出される。このイオンビー
ム１５の大きさ（量）は例えばフィラメント電源１４の
電流（フィラメント電流）により調整される。

【００２５】一方、成膜タイマ２６は運転時間を計時
し、放電等による運転時間の補正がなければ、設定され
た標準運転時間Ｔａが経過して基板４の成膜が終了する
毎に、アーク電源１５をオフしてその出力を０Ｖにし、
イオン源７の運転を停止する。

【００２６】そして、この状態で停止時間Ｔｂが経過
し、つぎの基板４の成膜開始になると、成膜タイマ２６
がアーク電源１５をオンしてイオン源７を再び運転す
る。以降、同様の動作のくり返しにより、放電等がない
正常時は、アーク電源１５のオン，オフに基づき、イオ
ンビーム５すなわちイオン電流が図３に示すようにＴ
ａ，Ｔｂの一定周期でオン，オフ変化する。

【００２７】つぎに、長時間運転等に伴う電極汚染等に
より、成膜中に引出し電極９の電極間で放電が発生する
と、放電検出器２３が直ちに放電検出の接点信号を発生
し、この接点信号の入力により演算処理部２４は一時的
に加速電源２０，減速電源２２をオフしてイオンビーム
５の引出しを止め、電源部９を放電から保護する。

【００２８】そして、放電の発生から例えば１秒以下の
電極への給電のオフ時間が経過すると、放電が発生して
いないことを条件に、演算処理部２４が加速電源２０，
減速電源２２をオンし、このオンによりイオンビーム５
が再び引出され、基板４の成膜が再開される。

【００２９】このとき、成膜タイマ２６の運転時間が標
準運転時間Ｔａのままであれば、放電によるイオンビー
ム５のオフ時間を考慮することなく、成膜開始から標準
運転時間Ｔａが経過したときに、アーク電源１５がオフ
してイオン源７の運転が止まり、基板４の成膜時間が正
常な場合より前記オフ時間短くなり、基板４の膜厚が所
定の膜厚より薄くなる。

【００３０】そして、この膜厚の変動を防止するため、
放電の発生を検出したときに、フィラメント電源１４の
出力を大きくしてイオンビーム５の電流量（ビーム電流
量）を増大し、実質的に成膜速度を上げて正常な場合と
同じ膜厚にすることが考えられる。

【００３１】また、フィラメント電源１４の出力を可変
する代わりに、加速電源２０の電圧（加速電圧）を大き
くし、ビームエネルギを増大して成膜速度を上げること
も考えられる。

【００３２】しかし、フィラメント電源１４又は加速電
源２０の出力を放電の発生の検知により可変して膜厚を
制御しようとすると、そのための複雑な制御回路等が必
要になる。

【００３３】そこで、この第１の形態の装置において
は、放電の検出毎の前記一時的な電極への給電のオフ時
間の設定と、放電検出の接点信号の発生回数から求まる
放電の発生回数とにより、基板４の成膜の延長時間Ｔδ
（＝オフ時間×放電の発生回数）を決定し、イオン源７
の運転時間を成膜中に標準運転時間Ｔａから延長時間Ｔ
δだけ延長補正する。

【００３４】すなわち、図４に示すように例えば成膜中
のｔ_x に引出し電極９の電極間の放電が発生し、ｔ_x か
らオフ時間Ｔｘだけ加速電極１６，減速電極１７への給
電が停止してイオンビーム５の引出しが止まると、ｔ_x
の放電検出の接点信号により演算制御部２４は成膜時間
設定部２５に成膜時間の延長を指令し、この指令の発生
毎に成膜時間設定部２５は成膜タイマ２６の運転時間を
現在の設定時間より前記オフ時間Ｔｘ延長した時間に延
長補正する。

【００３５】この補正により、図４の場合は放電の発生
回数が１回であるため、その基板４の成膜時間が標準運
転時間ＴａからＴａ’（＝Ｔａ＋Ｔｘ）に長くなり、こ
のとき、実質的な成膜時間が標準運転時間Ｔａになり、
放電がないときと同じ条件で基板４の成膜が行われ、そ
の膜厚が所定の膜厚になる。

【００３６】なお、成膜タイマ２６の運転時間は各１枚
の基板４の成膜開始毎に標準運転時間Ｔａにリセットさ
れる。そのため、基板４の成膜毎のアーク電源１５がオ
ンするイオン源７の運転時間を、引出し電極９の電極間
の放電の発生回数に応じてオフ時間Ｔｘずつ延長補正す
る簡単な手法により、前記放電の発生の有無によらず各
基板４に設定された膜厚の均一な成膜を行うことができ
る。

【００３７】（第２の形態）つぎに、第２の形態につい
て説明する。この形態の装置においては、成膜中にイオ
ンビーム５の量に相当するイオン電流量を計測し、計測
量の時間積分値が設定された照射総量に達するまでイオ
ン源７の運転を継続する。

【００３８】すなわち、イオン電流量を加速電源２０を
通流する電流量とし、図２に示すように加速電源２０の
陰極側に電流計２８を設け、この電流計２８の計測信号
に基づき、演算処理部２４によりイオン電流量をモニタ
する。

【００３９】一方、図２の成膜時間設定部２５，成膜タ
イマ２６は省かれ、演算処理部２４にタイマ機能が付加
され、演算処理部２４により各１枚の基板４の成膜開始
時にアーク電源１５がオンされる。

【００４０】そして、演算処理部２４は放電検出の接点
信号の有無等によらず、成膜中に電流計２８の計測信号
を積分加算してイオンビーム５の照射量の時間積分値を
間接的に求め、この時間積分値が予め設定された正常時
の標準運転時間Ｔａのイオンビーム５の照射総量に等し
くなると、アーク電源１５をオフする。

【００４１】そして、自動制御で運転される場合は、ア
ーク電源１５をオフしてから例えば第１の形態の停止時
間Ｔｂが経過すると、再びアーク電源１５がオンされて
つぎの基板４の成膜に移る。

【００４２】したがって、この場合は引出し電極９の放
電の有無によらず、常に、一定のイオンビーム５の照射
総量で基板４の成膜が行われ、この結果、第１の形態の
場合と同様、各基板４に設定された膜厚の均一な成膜が
行える。なお、イオン電流のモニタ等を図２の場合と異
なる手法で行ってもよいのは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項１に係るイオンビームスパッタリング
装置においては、長時間の連続運転によりイオンビーム
５の引出し電極１９の放電が成膜中に１回又は複数回発
生し、一時的なイオンビーム５の引出しの停止が発生し
ても、その停止時間（オフ時間）だけイオン源７の運転
時間が長くなって基板４の成膜が延長して行われ、この
とき、基板４の膜厚は放電なく規定の成膜時間イオンビ
ームが照射された場合と同一になり、イオン源７の引出
し電極１９の放電の有無によらず、基板４に所定の膜厚
の成膜を行うことができ、生産機の場合、成膜の膜厚を
均一化して製品の歩留りを向上することができる。

【００４４】また、請求項２に係るイオンビームスパッ
タリング装置にいおては、イオンビーム５の引出し電極
１９の放電により成膜中に一時的にイオンビーム５の引
出しが停止しても、イオンビーム５の照射総量が設定量
に達するまでイオン源７の運転が継続され、この場合
も、引出し電極１９の放電の有無によらず、所定の膜厚
の成膜を行うことができ、請求項１の係る装置の場合と
同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態の要部のブロック構成図であ
る。

【図２】図１の各部の詳細な結線図である。

【図３】放電のないときの成膜説明用の波形図である。

【図４】放電が発生したときの成膜説明用の波形図であ
る。

【図５】一般的なイオンビームスパッタリング装置の概
略構成の説明図である。

【符号の説明】

３ ターゲット ４ 基板 ５ イオンビーム ７ イオン源 １９ 引出電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源から引出されたイオンビームを
   ターゲットに照射して基板に成膜し、かつ、前記イオン
   源に設けられた前記イオンビームの引出し電極の放電の
   検出により、成膜中に一時的に前記イオン源の電極への
   給電をオフして前記イオンビームの引出しを止めるイオ
   ンビームスパッタリング装置において、 前記放電の検出毎の前記電極への給電のオフ時間の設定
   と前記放電の検出回数とにより前記成膜の延長時間を決
   定し、前記イオン源の運転時間を設定された成膜時間よ
   り前記延長時間だけ延長補正することを特徴とするイオ
   ンビームスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 イオン源から引出されたイオンビームを
   ターゲットに照射して基板に成膜し、かつ、前記イオン
   源に設けられた前記イオンビームの引出し電極の放電の
   検出により、成膜中に一時的に前記イオン源の電極給電
   をオフして前記イオンビームの引出しを止めるイオンビ
   ームスパッタリング装置において、 成膜中に前記イオンビームの量に相当するイオン電流量
   を計測し、計測量の時間積分値が設定された照射総量に
   達するまで前記イオン源の運転を継続することを特徴と
   するイオンビームスパッタリング装置。