JPS6215633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 説明の要約： スパツタリング装置がコンピユータを利用して
スパツタ源中の消費電力を監視し、特定のスパツ
タリング・ターゲツトの使用の履歴を累算する。
所望の被着速度情報がそのコンピユータに入力さ
れ、コンピユータは所望の被着速度を実現して維
持し、ターゲツトの経時変化及び劣化を補償する
ようにプラズマ放電を制御する。使用可能なター
ゲツトの寿命の終りが客観的な判断基準に基いて
コンピユータにより判定されて、適切な処置を開
始する。

本発明は、所望の性能からの長期的偏差及び長
期的偏差の両方を補償するようにコンピユータ制
御される改良されたスパツタリング装置に関する
ものである。

薄膜の被着では、膜厚や一様性などのようなパ
ラメータの制御は極めて重要なことである。大て
いの被覆技術の応用に対して、特に生産ラインに
おいて、スパツタリング技術は広範囲の物質に対
して所望の仕様を実現するために都合の良い事が
解つた。然しながら、スパツタ被覆装置の或る構
成部分は劣化作用を受けることが知られており、
例えば、スパツタ物質の源となるターゲツト（陰
極）は、その有効寿命の間に陰極の幾何学的形状
を著しく変えてしまうほどに、イオン衝撃の下で
腐蝕する。本願の特許出願人に譲渡された米国特
許出願第805485号は、従来技術で実現されたより
も長い有効寿命を生じ従つてスパツタ物質のより
大きい累積質量転移を生ずるような改良された初
期陰極形状を記憶している。プラズマ中で消費さ
れる電力並びに陰極形状が特定の陰極の累積使用
量に依存性を持つことが、上記米国特許出願に指
摘されている。被着速度が同様の変化を示すこと
は明らかである。従来技術では、独立の被着速度
監視装置が、プラズマ放電の励起源を制御するた
めに帰還ループの中で使用する被着速度信号を供
給した。

本発明は、スパツタリング速度を所望のレベル
に安定化するためにデイジタル・コンピユータを
使用し、その所望のレベルは操作員により選択さ
れてコンピユータに入力される。コンピユータ
は、励起源によつて消費される電力が陰極から引
出される電流と陰極対陽極間電圧とによつて監視
されるようになつている閉ループ系の動作を調整
することによつて、このスパツタリング速度安定
化を遂行する。更に、使用された型の陰極の被着
速度対累積的使用履歴の経験的関係がコンピユー
タにより記憶されており、現に装備された陰極か
らの所望の被着速度を維持するために、コンピユ
ータにより読出されてスパツタリング放電中で消
費される電力値を補正する。コンピユータは又、
この補正値を周期的に更新するために、現に装備
された陰極の累積的履歴をも監視する。所望の被
着速度は独立にコンピユータへ入力される情報か
ら得られ、動作をその被着速度に安定化すべき被
着速度の基準レベルを決定する。コンピユータは
経験に基く客観的判断基準から、特定の陰極に対
する有効寿命の終りに達する時を判定し、その場
合には適当な処置を取る。

従つて、スパツタリング被着速度を所望の値に
安定化することが本発明の目的である。

本発明の一特色によれば、特定の陰極の過去の
履歴がコンピユータにより累算され記憶される。

本発明の他の一特色に依れば、スパツタリン
グ・プラズマ放電中で消費される電力が前記コン
ピユータにより監止される。

本発明の更に別の一特色に依れば、前記スパツ
タリング装置に対する励起源の動作パラメータ
が、その監視された消費電力と、スパツタリング
陰極の累積的履歴と、スパツタリング室内の圧力
と、所望の被着速度とに応動して、前記コンピユ
ータにより制御される。

本発明のなお別の一特色に依れば、特定の型の
陰極の経時変化特性がコンピユータにより記憶さ
れ、また読出されて、その時使用中の陰極の経時
変化に対してその装置の動作を補正する。

本発明のその他の特色と利点とは、添附図面に
関連して記された以下の詳細な説明を熟読するこ
とにより明らかとなるであろう。

スパツタリング過程は、典型的なものはアルゴ
ンである正イオンによる陰極表面の衝撃によつて
起動される。その衝撃が陰極物質をたたき出し、
その陰極物質は被覆されるべき対象物に被着す
る。正イオンの源は、陰極と陽極との間に維持さ
れる電圧によつて励起されるプラズマである。周
知の形状をなして、陰極構造が中央に配置された
陽極を取巻いている。スパツタリング過程は必然
的に陰極表面を腐蝕し、それによつて電気的特性
が変化される。その結果、与えられた動作条件に
対する被着速度が劣化する。第１図は、バリアン
（Varian）社製〓Ｓガン（Ｓ‐gun）〓（米国登録
商標）の中におけるバリアン社製C655859型陰極
などのような、与えられた物質及び幾何学的形状
の陰極の性能の経験的測定値を、一定圧力の下で
キロワツト単位で表わした累積的動作量の関数と
してグラフにしたものである。縦座標はキロワツ
ト当りの被着速度を使用の初期段階における同じ
パラメータに対して正規化したものである。第１
図のデータは一定の圧力に対するものであり、そ
の圧力は通常独立に監視され調整される。本発明
はＳガン装置に限定されるものではなく、同様に
マグネトロン・スパツタリング源と共に使用して
もよい。

本発明の一実施例は第２図に概略的に図示され
ている。スパツタリング装置２は、陽極５及び陰
極構造７を補助構造９と共に具備している。後者
の補助構造は、プラズマを閉じ込めて衝撃用イオ
ンの向きを定めるための遮蔽電極及び磁石を含ん
でいる。被覆に応用するためのスパツタリング装
置のより詳細な議論は、ホフマン（Hoffman）著
〓ソリツド・ステイト・テクノロジー（Solid
State Technology）〓第17巻第93頁に見出され
る。大地電位に対して相対的な陽極電位は、バイ
アス電源１０によつて維持され、電圧検知器１２
によつて監視される。陽極電位は典型的なもので
は＋40ボルトという値に維持される。電圧検知器
１２は、デイジタル・コンピユータ１４によつて
測定値を読取ることの出来るデイジタル電圧計で
あることが望ましい。

陰極電流は可変電流源１６によつて供給され、
その電流源１６は陰極を大地電位に対して低い電
位に維持する。典型的な値としては、陰極は大地
電位に対して負の約400−1000ボルトの範囲に維
持され、また所望の被着速度とその他のパラメー
タの内の特定の陰極の使用履歴とに従つて3A乃
至10Aの範囲の電流を流す。陰極電流は電流検知
器１８によつて検知され、その電流検知器は又コ
ンピユータ１４によつて監視されている。陰極電
源１６から引出される電流は、プラズマ中で消費
される電力と、特定のターゲツトの累積的使用履
歴と、圧力と、所望の被着速度とに応じて、コン
ピユータ１４によつて制御される。

コンピユータ１４は最初或る初期設定計算を行
うために使用される。例えば、生産ラインにおい
ては、操作員は所望の物質及び被覆厚さと、被覆
されるべき対象物の生産量とを特定する。コンピ
ユータは被着速度と、特定の陰極のこれまでの使
用履歴からみて最初に必要とされる電力とを判定
し、それに従つて装置を制御する。其の後のデイ
ジタル・コンピユータの動作は、第３図の流れ図
によつて都合良く概略を示されている。大地電位
に対して相対的な陽極電位と陰極陽極ループの中
の電流とが感知器１２及び１８から得られ、電力
が計算される。行われる計算の性質は次のような
ものである。被着速度、消費電力及び経時変化特
性は、陰極物質に固有の経験的に得られた関数に
よつて次のように表わされ、その関数はコンピユ
ータに記憶されている。

（Ｐ，ｒ，τ，ρ）＝０ (1) ここでＰは電力、ｒは被着速度、τはキロワツ
ト時単位の陰極の積分された〓経時変化〓、そし
て、ρは圧力である。操作員により特定された所
望の被着速度ｒ＝Ｒに対して、上記の式が解かれ
て所望の電力値を得る。これは適当な数値計算技
術を用いた計算又は数値表の表引きによつて得ら
れる。このルーチンは初期設定のためにはループ
外で行われ、また陰極の使用履歴に対して電力を
補正するためにはループ内で行われるという事が
明らかであろう。陰極使用の継続時間が一増分だ
け増加され、それに従つて使用履歴のキロワツト
時の値が更新され、望ましくはコンピユータ４の
内部リアル・タイム・クロツクを参照して更新さ
れる。陰極の使用履歴が予め定められた大きさを
越える時は、コンピユータは停止条件の分岐へ入
る。普通の場合には、これまでに使用されたキロ
ワツト時がコンピユータ中に記憶された経時変化
関数を読取るために使用され、その関数は使用さ
れる陰極の型について独特のものである。その
時、陰極電源１６の電流制御を変更するための補
正因子が得られる。プログラム制御はそれから、
ループの上端に戻る。

圧力感知装置２０がプラズマ放電の近傍の圧力
を監視する。式(1)の圧力依存性は測定された圧力
値によつてはつきりと補正されるか、又は別の方
法としては、独立のサーボ・ループによつて圧力
は所望の値に一定に維持される。後者の方法は、
スパツタリング装置の真空ポンプの排気速度に関
連してプラズマ・ガス供給を調整することによ
り、最も普通に遂行される。

停止条件は、別の１つのスパツタリング源の作
動を開始したり、或いは加工品が被覆作用を受け
るべき時間などのような製造パラメータを変更し
たりすることを含むという事が理解されよう。停
止条件に一致するその他の手段は、生産ライン被
覆技術に通じた者には容易に想いつくことであ
る。

本発明の装置は帰還ループを完結する被着速度
検知器は使用しない。スパツタリング源自体が、
コンピユータに対して調整及び補正を行わせるた
めに充分な情報を供給する。このようにして、単
一のコンピユータにより調整される複数のスパツ
タリング源を含む装置では、スパツタリング源の
局部的監視のために別に複数の被着速度監視装置
を設ける必要がない。被着速度監視装置は複雑で
あるので、このような監視装置を無くし且つコン
ピユータのデータ処理の要求を減らすことによ
り、大きな経済性が実現される。

前述の説明から、本発明は、被着速度検知器に
より被着速度を直接監視することなく、スパツタ
リング装置からのスパツタ物質の被着速度を安定
化するために役立つ方法と装置とを提供すること
が、解るであろう。また、上記実施例の構造の多
くの変形が当業者には想い付かれるということも
理解されよう。そして本発明は先の特許請求の範
囲の項の記載によつてのみ限定されるべきことを
理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は或る一つの型のスパツタリング・ター
ゲツトの経時変化特性を示すグラフ、第２図は本
発明の装置の概略図、そして第３図は本発明の装
置に対するコンピユータ・ルーチンのフローチヤ
ートである。 ２…スパツタリング装置、５…陽極、７…陰
極、９…補助構造、１０…バイアス電源、１２…
電圧検知器、１４…デイジタル・コンピユータ、
１６…陰極電源、１８…電流検知器、２０…圧力
検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハーメチツク・シールされた密閉容器中の陰
   極及び陽極と、陰極及び陽極間に放電を維持する
   ための機構とを有するスパツタリング装置におい
   て、このような装置の被着速度を選ばれた値に維
   持する方法であつて、選ばれたガスを所望の圧力
   に達するまで密閉容器の中に導入する段階、陽極
   及び陰極の間にプラズマ放電を維持する段階、前
   記陰極が放電作用を受けた累積的使用時間を書込
   む段階、前記陰極から引出される電流及び前記陰
   極対陽極間の電位差から成る前記放電のパラメー
   タを検知する段階、前記放電中で消費される電力
   を計算する段階、並びに、被着速度と累積的使用
   時間と前記消費電力とを関係づける関数に従つて
   前記放電のパラメータを補正してそれにより陰極
   の劣化に対して前記被着速度が補償されるように
   する段階、を含む処の方法。 ２ 前記関数が前記密閉容器中の圧力に対する依
   存性を示し、また前記放電のパラメータは更に前
   記圧力をも含む処の、第１項記載の方法。 ３ 前記の被着速度と累積的使用時間と前記消費
   電力とを関係づける関数に従つて補正する前記補
   正段階が、前記圧力依存性と被着速度と累積的使
   用時間と前記消費電力とを関係づけることを含む
   処の、第２項記載の方法。 ４ 陰極及び前記陰極から間隔をあけられた陽
   極、前記陰極及び前記陽極の間にプラズマ放電を
   維持するための制御可能な励起機構、前記放電中
   で消費される電力を監視する機構、前記陰極に対
   する作動時間を監視する機構、並びに、物質の被
   着速度を選ばれた値に維持するために前記作動時
   間及び前記電力の関数に応答して前記励起機構を
   連続的に補正する計算機構を具備する処の、スパ
   ツタリング装置。 ５ 前記放電の領域中に所望のガスを内蔵するた
   めのハーメチツク・シールされた包囲壁機構を具
   備する処の、第４項記載の装置。 ６ 前記関数が前記ガスの圧力に対して依存性を
   持ち、また前記装置が前記圧力を監視する機構を
   更に具備する処の、第５項記載の装置。 ７ 前記計算機構が前記圧力依存性に応答して前
   記励起機構を補正し、それにより前記被着速度が
   前記選ばれた値に維持される処の、第６項記載の
   装置。