(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室と、
上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な電力を上記陽極および上記陰極に供給するための直流（ＤＣ）電源と、
上記プラズマの、インピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する検出モジュールと、
上記陽極および陰極の間に印加される電圧を検出し、上記検出モジュールに検出電圧の信号を供給することに適合された電圧センサーと、
上記スパッタリング室内においてスパッタリング動作が行われている間に上記陽極および陰極の間に流れる電流を検出し、上記検出モジュールに検出電流の信号を供給することに適合された電流センサーとを備え、
上記検出モジュールは、
上記検出電流信号を受け取る第１入力および予め選択された抵抗値を受け取る第２入力を有し、上記検出電流の信号と上記予め選択された抵抗値を掛け合わせトリップ電圧を生成することに適合された乗算器と、
上記検出電圧の信号を受け取る第１入力および上記トリップ電圧を受け取る第２入力を有し、上記トリップ電圧と上記検出電圧を比較し、上記トリップ電圧が上記検出電圧以上の場合、トリップインジケーター信号を生成する比較器とを備えるスパッタリングシステム。
【請求項２】
上記乗算器は、デジタル乗算器を含むことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングシステム。
【請求項３】
陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室と、
上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な電力を上記陽極および上記陰極に供給するための直流（ＤＣ）電源と、
上記プラズマの、インピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する検出モジュールと、
上記陽極および陰極の間に印加される電圧を検出し、上記検出モジュールに検出電圧の信号を供給することに適合された電圧センサーと、
上記スパッタリング室内においてスパッタリング動作が行われている間に上記陽極および陰極の間に流れる電流を検出し、上記検出モジュールに検出電流の信号を供給することに適合された電流センサーとを備え、
上記検出モジュールは、
上記検出電圧の信号を受け取る第１入力および予め選択されたコンダクタンス値を受け取る第２入力を有し、上記検出電圧の信号と上記予め選択されたコンダクタンス値を掛け合わせてトリップ電流を生成することに適合された乗算器と、
上記検出電流の信号を受け取る第１入力および上記トリップ電流を受け取る第２入力を有し、上記トリップ電流と上記検出電流の信号を比較し、上記検出電流の信号が上記トリップ電流以上の場合、トリップインジケーター信号を生成する比較器とを備えることを特徴とするスパッタリングシステム。
【請求項４】
上記乗算器は、デジタル乗算器を含むことを特徴とする請求項３に記載のスパッタリングシステム。
【請求項５】
上記スパッタリング室内のポートに接続され、上記スパッタリング室内の圧力を所望の圧力に維持するための真空ポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングシステム。
【請求項６】
上記スパッタリング室は、
上記ワークピースの第１部分を覆うための第１シールドと、
上記ワークピースの第２部分を覆うための第２シールドとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングシステム。
【請求項７】
上記ワークピースは、中央開口部を有する円形のディスク状ワークピースを含み、
上記第１シールドは、上記ワークピースの外縁を覆うような形状を有し、
上記第２シールドは、上記ワークピースの内縁を覆うように適合されていることを特徴とする請求項６に記載のスパッタリングシステム。
【請求項８】
陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室と、
上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な電力を上記陽極および陰極に供給するための直流（ＤＣ）電源と、
上記陰極および陽極の間に印加されている上記ＤＣ電源の出力電圧を検出することに適合された電圧センサー回路と、
スパッタリング動作中に上記陰極および陽極の間に流れている上記ＤＣ電源からの出力電流を検出することに適合された電流センサー回路と、
上記検出電流の信号、上記検出電圧の信号、さらに予め選択された抵抗に応じ、上記検出電圧の信号、上記検出電流の信号、および上記予め選択された抵抗を用いて、上記スパッタリング室内においてインピーダンスがアーク状態が発生していることを示すレベルにまで低下したときを決定する検出モジュールとを備え、
上記検出モジュールは、
上記検出電流の信号および上記予め選択された抵抗に対応して、上記検出電流の信号の大きさに応じて変化するトリップ電圧信号を生成するための乗算器と、
上記検出電圧の信号および上記トリップ電圧信号に対応して、上記トリップ電圧信号が上記検出電圧信号以上のベルに達するときにトリップインジケーター出力信号を生成するための比較器とを備えることを特徴とするスパッタリングシステム。
【請求項９】
上記スパッタリング室に通じ、上記スパッタリング室の内部圧力を制御するための減圧用ポートをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のスパッタリングシステム。
【請求項１０】
上記スパッタリング室は、スパッタリングプロセスの間、上記ワークピースの第１部分を覆う第１シールドと、上記ワークピースの第２部分を覆う第２シールドとを備えることを特徴とする請求項８に記載のスパッタリングシステム。
【請求項１１】
上記ワークピースは、中央開口部を有する円形のディスク状ワークピースを含み、
上記第１シールドは、上記ワークピースの外縁を覆うような形状を有し、
上記第２シールドは、上記ワークピースの内縁を覆うように適合されていることを特徴とする請求項１０に記載のスパッタリングシステム。
【請求項１２】
陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室を設ける工程と、
上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な直流（ＤＣ）電力を上記陽極および陰極に供給する工程と、
上記スパッタリング室内で行われるスパッタリング動作の間、上記プラズマのインピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する工程とを備え、
上記プラズマのインピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する工程は、上記プラズマの上記インピーダンスをモニタリングする工程を含み、
上記モニタリングする工程は、
上記陽極および陰極の間に印加される電圧をモニタリングし、上記モニタリングから検出電圧の信号を生成する工程と、
上記スパッタリング室内でスパッタリング動作が行われている間、上記陰極および陽極の間に流れている電流を同時にモニタリングする工程と、
上記検出電流の信号に予め選択された抵抗を掛け合わせてトリップ電圧を生成し、上記検出電圧の信号と上記トリップ電圧とを比較し、上記スパッタリング室内においてアークが発生したときを決定する工程をさらに含むことを特徴とするスパッタリングシステムの形成方法。
【請求項１３】
上記プラズマのインピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する工程は、上記プラズマの上記コンダクタンスをモニタリングする工程を含み、
上記モニタリングする工程は、
上記陽極および陰極の間に流れる電流をモニタリングし、上記モニタリングから検出電流の信号を生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記スパッタリング室内でスパッタリング動作が行われている間、上記陰極および陽極の間の電圧を同時にモニタリングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室を設ける工程と、
上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な直流（ＤＣ）電力を上記陽極および陰極に供給する工程と、
上記スパッタリング室内で行われるスパッタリング動作の間、上記プラズマのインピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する工程とを備え、
上記プラズマのインピーダンスおよびコンダクタンスの少なくとも一方をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する工程は、上記プラズマの上記コンダクタンスをモニタリングする工程を含み、
上記モニタリングする工程は、
上記陽極および陰極の間に流れる電流をモニタリングし、上記モニタリングから検出電流の信号を生成する工程をさらに含み、
上記スパッタリング室内でスパッタリング動作が行われている間、上記陰極および陽極の間の電圧を同時にモニタリングする工程をさらに含み、
上記検出電圧の信号にコンダクタンスを掛け合わせてトリップ電流を生成し、上記検出電流の信号と上記トリップ電流とを比較し、上記スパッタリング室内においてアークが発生したときを決定する工程をさらに含むことを特徴とするスパッタリングシステムの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、プラズマベースのスパッタリングシステムに関し、特に、ＤＣプラズマスパッタリング室内にてアークが発生しているときを検出するアーク検出システムを用いるスパッタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＤ、ＭＯ、ＤＬＣ膜、ハードディスク等の光学媒体およびディスク媒体の需要が高まるにつれて、これらの媒体の製造に使用されるスパッタリングプロセスの重要性は高まり続けている。現在、多くの各種類のスパッタリングシステムが存在しており、上記各種類のスパッタリングシステムの全てが、半導体から凹凸状までの範囲のビットを有する様々な装置上に絶縁性または導電性のコーティング材を塗布するのに用いられている。
【０００３】
一般的に、光学媒体およびディスク媒体に形成される膜は、スパッタリングガスに対する制限された制御を有するスパッタリングプロセスにて、通常、形成される。より具体的には、現在のスパッタリングシステムおよびスパッタリング方法では、顕著な量の大気や揮発性石油化成品が、スパッタリングプロセスの開始時においてスパッタリング室内に存在する。
【０００４】
一般的なＤＣプラズマベースのスパッタリングシステムでは、スパッタリングプロセスの最初の段階において空気がプラズマ室内に導入される。空気は、室内にて露出して存在するターゲットの物質と結合する。その結果生じる化合物は、通常酸化物および窒化物を含み、上記ターゲットの表面上に膜を形成する。
【０００５】
これは「ターゲット被毒(target poisoning)」と呼ばれ、スパッタリング室内で陰極と陽極との間にアークを生じさせる原因となる。アークは、ＤＣプラズマベースのスパッタリングシステムでは避けられないものであるが、功罪相半ばするものである。アークは、しばしばターゲットから被毒部分を除去するが、物質を堆積中のワークピースに対してダメージを与え得る、望ましくない粒子を生成する恐れもある。
【０００６】
アークの他の原因としては、水分、雰囲気ガス、含有物等のスパッタリング室内の汚染物質がある。さらに、ガス放出(outgassing)もアークの原因となり得る。ガス放出とは、コーティング中のワークピースまたはターゲットの物質自体の中に閉じ込められている気体およびまたは不純物がスパッタリングプロセス中に放出される際に生じる状態である。
【０００７】
従来、プラズマ室内でいつアークが発生しているかを判断するための検出方法は数多く存在している。これらの方法は、電圧リミットおよびまたは電流リミットを使用して、電圧または電流が所定の閾値に達するときを検出するものであった。また、他のアーク検出方法は、ＤＣ電源の出力電圧の経時変化（ｄＶ／ｄＴ）の検出およびまたは出力電流の経時変化(ｄｌ／ｄＴ)の検出を伴うものであった。上記の各方法は、いくつかの異なった技術や様々な回路構成で実施されている。
【０００８】
しかし、上記各方法は、正確なアーク検知の妨げとなる限界を有しており、アークの誤検知であったりアークの発生の検知を失敗したりする可能性がある。例えば、電圧リミットベースの検出システムを使用する場合、プロセスや遭遇したストライク条件により、ストライク条件を検知するのに十分なほど速く電圧リミット検出回路をオン状態にすることができない可能性がある。
【０００９】
また、スパッタリングプロセスが、選択された電圧閾値に関して低いＤＣ出力電圧設定を使用する場合、低減されたＤＣ出力電圧が、アーク検出回路の動作の信頼性を損ない始めるポイントに達する可能性がある。より具体的には、アーク検知が誤ってアーク状態が生じていると検出してしまうほど、ＤＣ供給電圧が低くなる可能性がある。
【００１０】
また、プラズマ内に発火（ignition）が起こった場合、または、プラズマがアークから生じた場合には、電圧リミットチェック回路を動作可能にすることに注意を払わなければならない、さもなければ間違ったアーク発生が示される恐れがある。
【００１１】
ｄＶ／ｄＴまたはｄｌ／ｄＴベースのアーク検知モニタリングを使用する場合、上記モニタリングは、高速過渡電圧(fast transient voltage)またはＤＣ電源から出力された電流を検知し、ＤＣ電源からの出力電圧または出力電流における高速デルタの検出に頼って、アーク状態が発生したシグナルを伝送する。
【００１２】
しかし、ｄｌ／ｄＴベースのシステムでは、発生したアークが比較的ゆっくり変動するときがあり、このため、ＤＣ電源からの検出出力電流に高速デルタが生成されない場合が生じる。
【００１３】
産業界では、これらのタイプのアークは、「ファイアーボールアーク」または「高インピーダンス」アークと呼ばれている。出力電流に高速デルタが検知されないと、ｄｌ／ｄＴ検出システムは、アークの発生を検出できない可能性がある。ｄＶ／ｄＴベースの検出回路も同様に、ＤＣ電源の検出出力電圧の低下の遅さのため、ゆっくりと変動するアークの発生を検知できないことがあるという限定を被る。
【発明の概要】
【００１４】
１つの側面では、本開示は、スパッタリングシステムに関する。上記システムは、陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室と、上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な電力を上記陽極および陰極に供給するための直流（ＤＣ）電源と、上記プラズマの各電気特性をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する検出モジュールとを備える。
【００１５】
別の側面では、本開示は、陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室と、上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な電力を上記陽極および陰極に供給する直流（ＤＣ）電源と、上記陰極および陽極の間に印加されている上記ＤＣ電源の出力電圧を検出することに適合された電圧センサー回路と、スパッタリング動作中に上記陰極および陽極の間に流れている上記ＤＣ電源からの出力電流を検出することに適合された電流センサー回路と、上記検出電流の信号、上記検出電圧の信号、さらに予め選択された抵抗に応じ、上記検出電圧の信号、上記検出電流の信号、および上記予め選択された抵抗を用いて、上記スパッタリング室内において上記インピーダンスがアーク状態が発生していることを示すレベルにまで低下したときを決定する検出モジュールとを備えるスパッタリングシステムに関する。
【００１６】
さらに別の側面では、本開示は、スパッタリングシステムの形成方法に関する。上記方法は、陰極としてのターゲット物質、陽極およびワークピースを有するスパッタリング室を設ける工程と、上記スパッタリング室内にプラズマを生成するのに十分な直流（ＤＣ）電力を上記陽極および陰極に供給する工程と、上記スパッタリング室内で行われるスパッタリング動作の間、上記プラズマの各電気特性をモニタリングすることにより上記スパッタリング室内でのアークの発生を検出する工程とを含む。
【００１７】
さらなる適用可能領域は、本明細書の記載から明らかになるであろう。また、記載および具体例は例示のみを目的としたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本明細書にて記載される各図面は、例示のみを目的としたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【図１】本開示の一実施形態に係るスパッタリングシステムのブロック図である。
【図２】アーク発生時の、プラズマ室へのＤＣ電源の出力に関連付けられた電圧およびインピーダンスを示す信号波形図である。
【図３】スパッタリング動作中におけるスパッタリング室内のプラズマのインピーダンスをモニタリングする本開示の検出モジュールの一実施形態の模式図である。
【図４】スパッタリング動作中におけるスパッタリング室内のプラズマのコンダクタンスをモニタリングする検出モジュールの別の実施形態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の様々な実施形態の説明は、単に例示的なものであり、本教示、用途または使用を限定するものではない。
【００２０】
以下、本開示の一実施形態に係るＤＣスパッタリングシステム１０を図１を参照して説明する。上記システム１０は、ワークピース１２上にコーティングを堆積するのに使用される。ワークピース１２は、コンパクトディスク(ＣＤ)、デジタルビデオディスク(ＤＶＤ)等の光学ディスク記録媒体、凹凸状のビット、ガラスパネル、切削工具、おもちゃ、またはその使用や動作のためスパッタ表面フィルムを必要とするその他の部品または基板を含む。
【００２１】
スパッタリングシステム１０は、堆積プロセスのための制御された環境を提供するスパッタリング室１４を備える。上記スパッタリング室１４では、真空ポンプ１６が、ポート１４ａに接続されており、スパッタリング室内の制御された内部圧力を維持するのに使用される。陰極として構成されたスパッタリングのターゲット１８（以後単に「陰極」１８と呼ぶ）は、スパッタリングプロセス中にワークピース１２に形成されるスパッタコーティングの材料のソース源として機能する。
【００２２】
スパッタリング室１４内に配置される別の導電性物質としては、陽極２０がある。陰極１８および陽極２０は、陰極１８および陽極２０の間に高いＤＣ電圧（通常は、約２００Ｖｄｃ〜１０００Ｖｄｃの間であるが、この範囲に限定はされない）を供給するＤＣ電源２２の出力に接続されている。
【００２３】
ＤＣ電源２２から出力されたＤＣ電圧は、陰極１８および陽極２０の間にそれぞれ出力信号線２４、２６を介して供給される。これにより、スパッタリング室１４内にプラズマ状態が引き起こされる。
【００２４】
陰極１８は、アルミニウム（Ａｌ）から構成されていてもよいし、スパッタリングプロセスに好適に用いられる他の物質から構成されていてもよい。他の好適な物質としては、幾つか挙げると、例えば、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられる。
【００２５】
一般的なスパッタリングプロセスにおいては、プロセスの開始時に導入される大気ガスは、コンタミナント（汚染物質、不要物）である。上記コンタミナントは、スパッタリングプロセスの一部が室１４内に付加された際に導入されてもよい。プラズマ内に流れる陰イオンを提供する制御された量のスパッタリングガスもスパッタリング室１４に供給される。通常は、アルゴンまたは別の希ガスが上記スパッタリングガスとして使用されるが、本開示は特定の種類のスパッタリングガスの使用に限定されない。
【００２６】
図１は、また、ワークピース１２が、スパッタフィルムでコーティングされる必要のある円形の光学ディスクを形成する製造用途の一例を示す。この特定用途では、外部シールド２８および内部シールド３０が、スパッタリング室１４において、ワークピース１２に隣接して設けられており、それぞれワークピース１２の外縁１２ａ、内縁１２ｂをマスクする役割を果たしている。
【００２７】
上記シールド２８、３０はワークピース１２に明確な外半径および内半径を提供する。外部シールド２８は、外縁１２ａ上にスパッタ物質が堆積されるのを防ぐため、陰極１８とワークピース１２の間に配置されることが好ましい。内部シールド３０は、内縁が陰極１８からのスパッタ物質でコーティングされるのを防ぐため、外部シールド２８の内側で、ワークピース１２の内半径１２ｂに密接に隣接して配置される。
【００２８】
ＤＣ電源２２は、スパッタリングプロセスを行うのに必要な電力を供給する。ＤＣ電源２２は、未調整のＡＣ線電力をスパッタリング室１４内でスパッタリングプロセスを開始するのに適した調整済のＤＣ電力に変換する。ＤＣ電源２２は、好適なものであればどのような形のものを含んでいてもよく、例えばスイッチング電源、ＳＣＲ電源、ダイオード−トランスフォーマー電源を含んでいてもよいが、本開示の範囲は特定のタイプのＤＣ電源に限定されない。当業者であれば分かることであるが、ＤＣ電源２２により生成された公称電圧は、特定のターゲット物質および行われているスパッタリング動作に適したものである必要がある。よって、本開示の範囲は、広範囲のＤＣ供給電圧を用いるスパッタリングプロセスを意図している。
【００２９】
システム１０では、陰極１８からワークピース１２へのスパッタコーティングの実際の堆積には室１２内でのプラズマの点火（ignition）が必要である。プラズマは、室１４内に含まれるスパッタリングガスの少なくとも一部のイオン化を引き起こすほど十分高い電圧を、陽極２０と陰極１８の間に印加することにより作り出される。
【００３０】
印加されるＤＣ電圧と関連する強い電界により電子が気体原子から引きはがされ、プラズマ内を流れる陰イオンおよび電子を生み出す。陰イオンは、スパッタリング室１４内に形成される安定状態電界により、陰極１８へ十分な運動エネルギーでもって加速され、陰イオンは，陰極１８から原子を引き離す。
【００３１】
陰極１８から解き放たれた原子の一部は、スパッタリングプロセス開始時にスパッタリング室１４内に存在する空気と結合する。陰極１８から解き放たれた原子の内、結合していない残りのものもスパッタリング室１４中に分散し、ワークピース１２の露出した表面をコーティングする。上述したスパッタリングプロセスの間中、ターゲット被毒、ワークピース１２からのガス放出、コンタミナント、スパッタリング室１４内におけるフレーク状材料の存在等の様々なファクターにより、アークは、間欠的に起こる。
【００３２】
スパッタリングの用途において、「アーク」とは、比較的低い電圧および高い電流により維持されるプラズマ状態のことである。スパッタリング室１２内においてアークが発生すると、陰極１８と陽極２０の間に存在するプラズマのインピーダンスが劇的に低下する。これにより、ゼロまたはゼロに近い「インピーダンス」状態が効果的に起こり、陰極１８の電流が急速に上昇する。より具体的には、アーク領域において、プラズマのインピーダンスは、再生利得およびアーク放電の熱イオン化により急落する。
【００３３】
そして、ＤＣ電源２２により供給されているエネルギーの内、利用可能なものはアーク放電に投入され、それにより極端な温度と更なる熱イオン化が生み出される。これにより、室内のアークインピーダンスが低下し続ける。微粒子、およびターゲットまたはワークピース１２のダメージ（損傷）を導く巨大なエネルギー密度を生成するポイントアーク放電への、プラズマエネルギー(シース)の崩壊である。
【００３４】
アーク状態中のＤＣ電源出力電圧とプラズマのインピーダンス(すなわち抵抗)との関係も図２のグラフに示す。図２では、ＤＣ電源出力電圧は、部分Ａ1・Ａ2を有する電圧波形Ａにより示されている。波形部分Ａ1は、スパッタリング室１２内でアークが発生する前のＤＣ電源２２の出力電圧を示しており、部分Ａ2は、アーク発生後のＤＣ電源電圧を示している。ＤＣ電源２２により「見られる」プラズマのインピーダンス（事実上、陰極１８から陽極２０へのインピーダンス）は、部分Ｂ1・Ｂ2を有する波形Ｂにより表される。図２の横軸Ｘは時間を表し、各縦軸Ｙ・Ｙ´は、それぞれインピーダンスと電圧を表す。
【００３５】
上述したように、アークが発生すると、図１に示すように、陰極１８から陽極２０へのインピーダンスが劇的に低下する。図２に示すように、陰極１８から陽極２０へのインピーダンスは、波形部分Ｂ1・Ｂ2間で急に低下しており、プラズマ内でアークが発生していることを示している。同じ期間中、ＤＣ電源２２の電圧出力レベルは、波形部分Ａ1からＡ2にかけて急激に高くなっている。
【００３６】
スパッタリングプロセス中のアークの発生を検知するため、システム１０は、ＤＣ電源２２からの出力電圧と出力電流の両方を同時にモニタリングする検出モジュール３２を備えている。検出電圧信号が、各出力信号線２４・２６に対して並列に配置される電圧センサー回路３４により供給される。また、電流センサー回路３６が出力信号線２６に対して直列に設けられており、検出電流信号を供給する。
【００３７】
以下の段落においてより詳細に説明するように、検出モジュール３２は、検出電圧、検出電流、予め選択された抵抗値を用いて、プラズマのインピーダンスがアークが発生したことを示すレベルにまで低下したときを検出する。このように、検出モジュール３２は、スパッタリングプロセス中における室１４内のプラズマの状態(すなわち、インピーダンス)、より具体的には陰極１８と陽極２０間のインピーダンスを効果的にモニタリングすることができる。
【００３８】
上記モニタリングは、電圧リミット、電流リミットまたは電圧（ｄＶ／ｄＴ）、もしくは電流（ｄｌ／ｄＴ）の変化率のモニタリングに頼ってアークの発生を検出していた従来の、アーク検出システムおよび検出方法とは対照的なものである。
【００３９】
以下に検出モジュール３２の一実施形態について図３を参照して詳細に示す。検出モジュール３２は、予め選択された所定の抵抗値「Ｒ」、デジタル乗算器３８および比較器４０を備えている。デジタル乗算器３８は、ＤＣ電源２２から供給されているリアルタイム出力電流（Ｉ）および上記所定の抵抗値Ｒを示す電流センサー回路３６からの入力を受け取る。Ｒの値は、アークが室１４内で発生していると認められる時またはプラズマの一般的な動作の調査後に、特定のＤＣプラズマ用途のＤＣ出力電圧および出力電流の以前観察された特徴に基づいて選択される。
【００４０】
抵抗値Ｒは、使用されている特定のＤＣ電源の出力および特定のスパッタリング用途の周知のアーク特性に検出モジュール３２を調整する、スケーリングファクターまたは乗算器として機能する。Ｒの具体的な値は、具体的な用途に依存するが、多くの場合、適切な値は、約１オーム〜６オームの範囲内であると予測される。ただし、この範囲に限定されるものではない。
【００４１】
デジタル乗算器３８は、上記抵抗値を掛け合わせてＩ×Ｒの「トリップ」電圧を形成する。上記トリップ電圧は、比較器４０の非反転(＋)入力に印加される。比較器４０の反転入力(−)は、陰極１８と陽極２０間に印加されているリアルタイムＤＣ電圧出力信号（Ｖ）を示す電圧センサー回路３４からの検出電圧信号を受け取る。
【００４２】
アーク発生時には、比較器４０の非反転（＋）入力に対する入力であるトリップ電圧は、非常に短時間に著しく上昇する。比較器４０は、その非反転入力に印加されているＩ×Ｒトリップ電圧と、その反転入力に印加されている電圧センサー３４からのサンプル電圧信号とを継続的に比較する。比較器４０は、「トリップインジケーター」信号を形成する出力４２を提供する。
【００４３】
トリップインジケーター信号は、Ｉ×Ｒトリップ電圧が、比較器４２の反転入力上のサンプルＤＣ電圧信号と同等かそれより大きくなるポイントにまで高まったことを示すものである。この状態は、陰極１８と陽極２０間のプラズマのインピーダンスが、アークが発生している状態であると、正確に一貫して繰り返し示すポイントにまで十分低下したことを示す。
【００４４】
検出モジュール３２がトリップインジケーター信号を生成する時、ＤＣ電源２２をシャットダウンできるまたは上記電源のＤＣ出力電圧を一時的に低下させることができるコントローラに対し、必要に応じて、上記トリップインジケーター信号を印加してもよい。あるいは、ＤＣ出力を一時的に中断または低下させて、アーク状態を改善するため、スパッタリングシステム１０の別の構成要素に対して、上記トリップインジケーター信号を印加してもよい。
【００４５】
図３に示す実施形態では、ＤＣ電源２２の最初の起動時に短時間、通常、約１０μｓ〜１００μｓの間、検出モジュール３２の機能を停止することが好ましいことに留意することが重要である。これは、誤ったアーク検知の発生を避けるためである。
【００４６】
検出モジュール３２をＤＣ電源２２と同時に動作させると、起動した瞬間に、比較器４０では、比較器４０の反転入力上においてゼロ電圧の信号を受信し、比較器４０の非反転入力上においてゼロ電圧の信号を受信する状態が発生しやすく、それにより、直ちに、上記比較器は、比較器４０の出力４２において誤ったトリップインジケーター信号を生成することになる。
【００４７】
ＤＣ電源２２の起動時の、検出モジュール３２を機能させることの僅かな遅延は、ＤＣ電源のＤＣ出力電圧が所定の値にまで上昇できる時間、短い間、比較器４０の起動を遅らせる好適なハードウェア制御システムまたはソフトウェア制御を通じて達成される。一旦、検出モジュール３２が動作されれば、アーク状態が検知されない限り、トリップインジケーター信号は生成されない。
【００４８】
よって、検出モジュール３２は、スパッタリングシステム１０の動作中におけるスパッタリング室１４内の変動するプラズマのインピーダンスをリアルタイムでモニタリングすることができる。
【００４９】
トリップ電圧を、固定値であるＲおよびＤＣ電源２２の出力における測定電流の関数として決定すると、アーク検出または検出モジュール３２のトリップインジケーションレベルは、スパッタリングプロセスが行われる際にスパッタリング室１４内に生成される変動するプラズマのインピーダンスに対し、直接的に正比例する。
【００５０】
検出モジュール３２の特有の利点としては、予め選択された抵抗値を使用することにより、電圧トリップレベルを異なるＤＣ供給電圧を用いる様々なスパッタリングシステムに容易に合わせられることである。
【００５１】
検出モジュール３２は、電圧リミットシステム、電流リミットシステム、ｄｌ／ｄＴベースのシステム、ｄＶ／ｄＴベースのシステムの動作に影響を及ぼし得る限定を受けない。電圧トリップインジケーターは、サンプルＤＣ出力電圧およびＤＣ電源２２の出力を表す出力電流信号を利用するため、電圧トリップレベルは、ＤＣ電源２２からの出力に関して変化させることや、または「浮かせる（無関係な状態にする）」ことができる。
【００５２】
よって、特定のスパッタリング動作に関してＤＣ電源２２からの電力を低下する必要がある場合、デジタル乗算器３８が電流センサー回路３６から判別する出力電流の低下のため、トリップ電圧は自動的に低下される。
【００５３】
さらに、検出モジュール３２は、ＤＣ電源２２からのＤＣ出力電圧または出力電流の（時間に対する）急激な低下の発生に依存していない。よって、検出モジュール３２は、通常検出電圧または電流の急激な低下を伴わずに発生する「ファイアーボール」または「高インピーダンス」アークの発生を検出することができる。また、検出モジュール３２は、アークの発生を誤って示すトリップ信号の供給に影響を受けにくい。
【００５４】
検出モジュール３２のさらなる利点としては、プラズマのインピーダンスをモニタリングするため、以前に開発された検知システムが、検出電圧または検出電流にのみ集中した結果、影響を受けていた誤動作に本質的に影響を受けない。ストライク条件の終了やアークからの回復の間の時間も、プラズマのインピーダンスがＲの値に近づくほど十分に低下する状態を生み出すことはない。この制限の結果、スパッタリングプロセスが行われている間、検出モジュール３２が「ストライクの終了」および「回復」状態の間、不適切に機能することは回避される。
【００５５】
上記の実施形態においては、検出モジュール３２は、スパッタリングシステム１０に関する特定の電力レベルにおいて、アークの存在についてＲを用いて特定してもよい。しかし、本発明の開示の範囲は、プラズマのインピーダンスのモニタリングにのみ限定されないことを理解されたい。
【００５６】
本発明は、例えば、検出モジュール３２を、プラズマのコンダクタンス(すなわち、１／抵抗または「Ｇ」)をモニタリングするように容易に構成できる。この検出モジュールの実施形態を図４に示す。図４では、検出モジュールは３２’により示されている。図３に示すものと同様な、検出モジュール３２’の他の構成要素は、対応する参照符号にプライム符号（’）を付けて示す。
【００５７】
この実施においては、アークが発生すると、プラズマのコンダクタンスが著しくかつプラズマのインピーダンスに本質的に逆に増加する。トリップ信号は、検出電圧信号（Ｖ）に予め選択されたコンダクタンス値を表す１／Ｒを掛けることにより生成されるトリップ電流を含む。トリップ電流は比較器４０’の反転入力（−）に加えられ、検出電流信号は比較器４０’の非反転（＋）入力に直接加えられる。
【００５８】
スパッタリングプロセスが行われており、アークが発生していない時、トリップ電流は通常検出電流信号よりも高くなる。しかし、アークが発生している時には、プラズマのコンダクタンスは、通常短時間、著しく上昇する。比較器４０’は、その非反転入力上の検出電流信号がその反転入力に加えられるトリップ電流と等しくなるまたはそれを上回る時にこの状態を検出する。そして、比較器４０’は、アークが発生していることを示すトリップインジケーター信号４２’を生成する。
【００５９】
検出モジュール３２の様々な実施形態は、１つの集積回路で実施されてもよいし、複数の別々の構成要素により実施されてもよい。さらに、検出モジュール３２は、特定の用途の必要性に応じ、ソフトウェア、ファームウェア、またはその他のハードウェアと共に実施されてもよい。
【００６０】
上記記載は単に例示的なものであり、教示の主旨から逸脱しない変更はその範囲内にあるものである。そのような変更は、ここで提示されている教示の精神と範囲を逸脱するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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