(57)【要約】  パルスＤＣ電源が提供される。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣ電力を供給するように構成されている。パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオンサイクルの間の、公称オンサイクルＤＣ電圧とオフサイクルの間の公称オフサイクル電圧とを交互に設定するためのパルス化ユニットを含む。パルスＤＣ電源は、オフサイクルの間にオフサイクル電流を測定するように構成された電流測定ユニット、及び測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定するように構成されたゼロライン判定ユニットを含む。パルス化ユニットは、測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在が判定されたら、公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単極パルスＤＣ電力を供給するためのパルスＤＣ電源（１００）であって、
前記パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルの、オンサイクルの間の公称オンサイクルＤＣ電圧とオフサイクルの間の公称オフサイクル電圧とを交互に設定するためのパルス化ユニット（１１０）、
オフサイクルの間にオフサイクル電流を測定するように構成された電流測定ユニット（１２０）、及び
前記測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定するように構成されたゼロライン判定ユニット（１３０）
を備え、前記測定されたオフサイクル電流の前記ゼロライン条件の存在が判定されたら、前記パルス化ユニットが、前記公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている、パルスＤＣ電源。
【請求項２】
前記パルスＤＣ電源が、前記オフサイクルの前記公称オフサイクル電圧の設定と、前記ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、前記オフサイクルのオフサイクル期間を決定するように構成され、前記パルスＤＣ電源が、公称パルス周期と前記決定されたオフサイクル期間との間の時間差から、オンサイクルのオンサイクル期間を決定するように構成され、前記公称パルス周期が、前記パルスＤＣ電源の公称パルス周波数の逆数であり、且つ
前記パルス化ユニットが、前記決定されたオンサイクル期間の間、前記公称オンサイクルＤＣ電圧を維持するように構成されている、請求項１に記載のパルスＤＣ電源。
【請求項３】
前記パルスＤＣ電源が、前記ゼロライン条件の存在が判定されたら、第１のパルスサイクルに対する前記公称オンサイクルＤＣ電圧の設定と、後続の第２のパルスサイクルに対する前記公称オンサイクルＤＣ電圧の設定との間の時間差から、前記第１のパルスサイクルの実際のパルス期間を決定するように構成され、且つ
前記パルスＤＣ電源が、前記第１のパルスサイクルの前記決定された実際のパルス期間の逆数に対応するよう前記パルスＤＣ電源の公称動作周波数を設定するように構成されている、請求項１に記載のパルスＤＣ電源。
【請求項４】
前記パルス化ユニットが、前記オフサイクルの前記公称オフサイクル電圧の設定と前記ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、前記オフサイクルのオフサイクル期間を決定し、
前記決定されたオフサイクル期間に依存する動作パラメータ不一致条件が存在しない場合、前記パルスＤＣ電源の公称動作周波数の逆数である公称パルス周期と前記オフサイクル期間との間の時間差から、オンサイクルのオンサイクル期間を決定し、前記決定されたオンサイクル期間の間、前記公称オンサイクルＤＣ電圧を維持し、且つ
前記動作パラメータ不一致条件が存在する場合、前記公称動作周波数を変更するように構成されている、請求項１に記載のパルスＤＣ電源。
【請求項５】
前記電流測定ユニットが、前記オフサイクル電流を測定して、前記オフサイクル電流を表す対応測定値を出力する電流プローブと、前記オフサイクル電流を表す測定値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換器とのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のパルスＤＣ電源。
【請求項６】
前記測定されたオフサイクル電流を表す測定値がゼロであるか、又は所定範囲内にあるとき、前記ゼロライン判定ユニットによって、前記ゼロライン条件が存在していると判定される、請求項１から５のいずれか一項に記載のパルスＤＣ電源。
【請求項７】
単極パルスＤＣ電力を供給するためのパルスＤＣ電源であって、
前記パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオンサイクルの間に公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成され、前記パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオフサイクルの間に公称オフサイクル電圧を設定するように構成されたパルス化ユニット、
前記パルスＤＣ電源の少なくとも１つの電気量を測定するように構成された測定ユニット、及び
前記測定された少なくとも１つの電気量の測定値の評価から所定の条件の存在を判定するように構成された評価ユニット
を備え、前記所定の条件の存在が判定されたら、前記パルス化ユニットが、前記公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている、パルスＤＣ電源。
【請求項８】
（ａ）測定された前記少なくとも１つの電気量が、電圧及び電流を含み、前記所定の条件が、ゼロエネルギー条件であり、又は
（ｂ）測定された前記少なくとも１つの電気量が、オフサイクル電流を含み、前記所定の条件が、前記測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件である、
請求項７に記載のパルスＤＣ電源。
【請求項９】
スパッタ堆積システム（５００）であって、
スパッタターゲット（５１０、５２０）、及び
請求項１から８のいずれか一項に記載のパルスＤＣ電源（１００、２１０、２２０）
を備え、前記パルスＤＣ電源が、単極パルスＤＣ電力を前記スパッタターゲットに供給するために前記スパッタターゲットに接続されている、スパッタ堆積システム。
【請求項１０】
単極パルスＤＣ電力を供給するパルスＤＣ電源の操作の方法（６００）であって、
前記パルスＤＣ電源の第１のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧を設定（６１０）し、前記パルスＤＣ電源によって、オンサイクルＤＣ電圧及びオンサイクルＤＣ電流を出力することと、
前記第１のパルスサイクルのオフサイクルをトリガーするために、公称オフサイクルＤＣ電圧を設定（６２０）することと、
前記パルスＤＣ電源によって、オフサイクル電流を測定（６３０）することと、
前記測定から、前記オフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定（６４０）することと、
前記ゼロライン条件が存在すると判定されたときに、第２のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧を設定（６５０）することと
を含む方法。
【請求項１１】
前記公称オフサイクルＤＣ電圧の設定と前記ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、オフサイクル期間を決定することと、
公称パルス周期と前記オフサイクル期間との間の差からオンサイクル期間を決定することであって、前記公称パルス周期が、前記パルスＤＣ電源の公称動作周波数の逆数である、オンサイクル期間を決定することと、
前記決定されたオンサイクル期間の間、前記第２のパルスサイクルの前記公称オンサイクルＤＣ電圧を維持することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のパルスサイクルに対する前記公称オンサイクルＤＣ電圧の設定と、前記第２のパルスサイクルに対する前記公称オンサイクルＤＣ電圧の設定との間の時間差から、前記第１のパルスサイクルの実際のパルス期間を決定することと、
前記決定された実際のパルス期間の逆数に対応するように公称動作周波数を設定することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記オフサイクルの前記公称オフサイクルＤＣ電圧の設定と前記ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、オフサイクル期間を決定することと、
前記決定されたオフサイクル期間に依存する動作パラメータ不一致条件が存在しない場合、前記パルスＤＣ電源の公称動作周波数の逆数である公称パルス周期と前記決定されたオフサイクル期間との間の差から、オンサイクル期間を決定し、前記決定されたオンサイクル期間に対応する時間の間、前記第２のパルスサイクルの前記公称オンサイクルＤＣ電圧を維持することと、
前記動作パラメータ不一致条件が存在する場合、前記公称動作周波数を変更することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
仮のデューティファクタが閾値デューティファクタ以上である場合、前記動作パラメータ不一致条件が存在せず、前記仮のデューティファクタは、前記公称パルス周期によって割った、前記公称パルス周期と前記決定されたオフサイクル期間との間の時間差であり、前記仮のデューティファクタが前記閾値デューティファクタ未満である場合、前記動作パラメータ不一致条件が存在する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記パルスＤＣ電源によって前記オフサイクル電流を測定することが、前記オフサイクル電流を表す測定値を生成することを含み、前記オフサイクル電流の前記ゼロライン条件の存在を判定することが、前記測定値がゼロであるか又は所定範囲内にあるかを評価することを含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、単極パルスＤＣ電力（ｕｎｉｐｏｌａｒ  ｐｕｌｓｅｄ  ＤＣ  ｐｏｗｅｒ）を供給するためのパルスＤＣ電源、及びこのようなパルスＤＣ電源の操作の方法に関連する。さらなる実施形態は、このようなパルスＤＣ電源を含む、堆積システム、例えば、スパッタ堆積システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスＤＣスパッタリングは、例えば、半導体及びコーティング産業において用途のある物理的気相堆積プロセス（ＰＶＤプロセス）である。略語「ＤＣ」は、交流に対する直流のことを指す。パルスＤＣスパッタリングは、金属のスパッタリング及び誘電体コーティングにおいて特に効果的であり、反応性スパッタリングでよく使用される。反応性スパッタリングでは、気化したターゲット材料と酸素のようなイオン化ガスとの間のプラズマ内で化学反応が生じ、酸化ケイ素のような堆積分子が形成される。従来のＤＣスパッタリング（例えば、アルミニウム、チタン、又はケイ素の反応性スパッタリング）では、ターゲットが帯電する場合があり、堆積された膜又は層の品質を相当劣化させるアークが生じる場合がある。
【０００３】
ターゲットに印加される直流電圧をパルス化すると、アーク発生が低減する。アーク発生は、堆積処理の過程で形成された誘電体層に蓄積された電荷により生じる場合がある。したがって、アーク発生は、堆積処理の初期段階ではさほど問題ではないかもしれないが、後になって劇的に増加する場合があり、コーティング塗布の工程不良に至ることがある。アークは、堆積された層又は膜の品質を劣化させる場合があり、スパッタターゲットへの電力印加を不安定にさせることがある。
【０００４】
単極パルスＤＣスパッタリング（ｕｎｉｐｏｌａｒ  ｐｕｌｓｅｄ  ＤＣ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）においては、オンサイクル（デューティサイクル）の間にパルスＤＣ電圧がオンであるとき、すなわち、数百ボルトの典型的な負の値となるときに、スパッタリングが行われる。パルスＤＣ電圧の後続のオフサイクルの間、ターゲットが放電し、処理に応じて場合によっては、基板も放電する。オフサイクルの間、電圧値は、ゼロであるか、又は数十ボルトの正値であり得、これは逆パルスと呼ばれることが多い。処理時間の経過につれて、例えば、ターゲットに電荷が蓄積する態様などの処理条件が変化する場合があり、通常、ＤＣ電圧のパルス化だけでは、アーク発生を防止するのに十分ではない。したがって、パルスＤＣ電圧源は、アーク抑圧回路を含んでもよい。アーク抑圧回路は、ターゲット電圧における変化を通してアークの形成を検出し、直ぐに１つ又は複数の特別なオフ期間、典型的には、１つ又は複数の逆パルスを開始してアークを抑える。一旦アークが抑えられると、正常なパルスＤＣサイクルが再開する。
【０００５】
オンサイクル及びオフサイクルのパルス周波数と長さは、オペレータがパルスＤＣ電圧源において設定する。これらの処理パラメータの設定は、オペレータの経験に基づく。これらの処理パラメータを適切に設定するオペレータの経験が不十分であったり、スパッタ処理が、予想外の動作を示したり、又は、時間の経過と共に単純に変化する場合、アーク抑圧回路によって抑圧すべきアーク形成が数多く生じている場合があり、スパッタリングが起きるオンタイムが短すぎて、スパッタ堆積処理の堆積速度が悪影響を受ける。
【０００６】
したがって、改善されたＤＣ電圧源、ＤＣ電圧源を操作する方法、及びこのようなパルスＤＣ電圧源を利用する堆積システムの必要がある。
【発明の概要】
【０００７】
上記に照らして、独立請求項に係る、デバイス及び方法が提供される。さらなる詳細は、従属請求項、明細書の記載、及び図面に見出すことができる。
【０００８】
一実施形態によれば、パルスＤＣ電源が提供される。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣ電力を供給するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオンサイクルの間の、公称オンサイクルＤＣ電圧とオフサイクルの間の公称オフサイクル電圧とを交互に設定するためのパルス化ユニットを含む。パルスＤＣ電源は、オフサイクルの間にオフサイクル電流を測定するように構成された電流測定ユニット、及び測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定するように構成されたゼロライン判定ユニットを含む。パルス化ユニットは、測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在が判定されたら、公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている。
【０００９】
別の実施形態によれば、パルスＤＣ電源が提供される。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣ電力を供給するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオンサイクルの間に公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成され、パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオフサイクルの間に公称オフサイクル電圧を設定するように構成されたパルス化ユニットを含む。パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の少なくとも１つの電気量を測定するように構成された測定ユニットを含む。パルスＤＣ電源は、測定された少なくとも１つの電気量の測定値の評価から所定の条件の存在を判定するように構成された評価ユニットを含む。パルス化ユニットは、所定の条件の存在が判定されたら、公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている。
【００１０】
さらに、スパッタ堆積システムが提供される。スパッタ堆積システムは、本明細書に記載された実施形態に係る、スパッタターゲット及びパルスＤＣ電源を含む。パルスＤＣ電源は、スパッタターゲットに接続される。
【００１１】
別の実施形態によれば、パルスＤＣ電源を操作する方法が提供される。パルスＤＣ電源は、本明細書に記載された実施形態に係る特徴を幾つか又は全て有し得る。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣ電力を供給する。この方法は、パルスＤＣ電源の第１のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧を設定することと、パルスＤＣ電源によって、オンサイクルＤＣ電圧及びオンサイクルＤＣ電流を出力することとを含む。この方法は、第１のパルスサイクルのオフサイクルをトリガーするために、公称オフサイクルＤＣ電圧を設定することと、パルスＤＣ電源によって、第１のパルスサイクルのオフサイクルのオフサイクル電流を測定することとを含む。この方法は、オフサイクル電流の測定から、オフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定することを含む。この方法は、第１のパルスサイクルのオフサイクル電流のゼロライン条件が存在すると判定されたときに、第２のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧を設定することを含む。
【００１２】
本開示は、開示された方法を実行する装置をさらに対象としており、それには、記載された方法の各特徴を実施するための装置の部分が含まれる。これらの方法の特徴は、ハードウェア構成要素を用いて、適切なソフトウェアによってプログラミングされたコンピュータを用いて、この２つの任意の組合せによって、又は、それ以外の任意の態様で実施され得る。さらなる態様は、記載されたパルスＤＣ電源又はスパッタ堆積システムが操作、製造、又は使用される方法を対象としている。この方法は、パルスＤＣ電源又はスパッタ堆積システムのあらゆる機能を実行するための方法の部分を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、より具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、実施形態に関連し、以下において説明される。
【図１】単極パルスＤＣ電圧の特徴を示す。
【図２】本明細書に記載された実施形態に係る、パルスＤＣ電源を操作する方法を示す。
【図３】本明細書に記載された実施形態に係る、パルスＤＣ電源を操作する方法を示す。
【図４】本明細書に記載された実施形態に係る、パルスＤＣ電源を示す。
【図５】本明細書に記載された実施形態に係る、スパッタ堆積システムを示す。
【図６】本明細書に記載された実施形態に係る、パルスＤＣ電源を操作する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
これより、各図に１つ又は複数の実施例が示されている様々な例示的な実施形態を詳細に参照する。各実施例は、単に説明のために提示されており、限定を意味するものではない。例えば、ある実施形態の一部として例示且つ記載されている特徴は、他の実施形態において用いてもよく、又は他の実施形態と併用してもよく、それにより、さらなる実施形態がもたらされる。本開示は、このような修正例及び変形例を含むことが意図されている。
【００１５】
図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ又は類似の構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関しての相違点のみが説明される。図示の構造は必ずしも縮尺通り又は角度通り描かれておらず、対応する実施形態をより良く理解できるように、特徴が強調されている場合がある。
【００１６】
図１は、パルスＤＣ電源によって、スパッタ堆積処理におけるスパッタターゲットに印加され得る単極パルスＤＣ電圧の特徴を示す。時間ｔが横座標で示され、電圧Ｕが縦座標で示されている。任意単位が用いられる。電圧は、図１のオンサイクル（デューティサイクル）の間、負の一定値を示す。オンサイクルのオン期間、すなわち、オンサイクルが持続する時間の長さは、Ｔｏｎとして表される。電圧は、図１のオフサイクル（逆パルス）の間、小さな正の一定値を示す。オフサイクルのオフ期間、すなわち、オフサイクルが持続する時間の長さは、Ｔｏｆｆとして表される。１つのパルスは、オンサイクル及びオフサイクル、言い換えると、オンパルス及び逆パルスからなる。パルスは、その反復パターンの故に、本明細書でパルスサイクルとも呼ばれる。パルス期間又はパルス長、すなわち、パルスが持続する長さは、Ｔｐｕｌｓｅとして表され、ＴｏｎとＴｏｆｆとの合計である。Ｆｐｕｌｓｅとして表される動作周波数又はパルス周波数は、パルス周期の逆数である。
【００１７】
パルス周波数、オンサイクルの長さ（デューティサイクル期間）、及びオフサイクルの長さ（逆パルス期間）は、オペレータの経験に基づいて、オペレータが設定することができる。例えば、オペレータは、公称パルス周波数を設定することができ、オンサイクルの長さ、又は、オンサイクルの長さとオフサイクルの長さとの間の比率を設定することができ、Ｔｐｕｌｓｅ、Ｔｏｎ、及びＴｏｆｆは、上述の数学的関係に従う。このような単極パルスＤＣ電圧が、パルスＤＣ電圧源から出力されてスパッタターゲットに印加される場合、スパッタリングはオンサイクルの間に行われ得るが、逆パルスは、スパッタターゲットの放電によりアーク発生を減らす。しかし、パルス周波数及び逆パルス期間などのパルスＤＣ電圧供給源の動作パラメータが適切に設定されないと、或いは、スパッタ処理条件が、時間が経つと変化したり、予想外の挙動を見せたりすると、依然としてアーク形成が頻繁に起こり得る。アーク形成が頻繁に起きると、特別なアーク抑圧回路によってアークを抑圧するなどの特別な手段を頻繁に使用することが必要となり、効率が低下し、場合によってはスパッタ堆積処理の品質も低下する。
【００１８】
本明細書に記載された実施形態では、単極パルスＤＣ電力を供給するためのパルスＤＣ電源は、現在のパルスサイクルの間の、特に、現在のパルスサイクルのオフサイクルの間の１つ又は複数の電気量の測定に基づいて、次のパルスサイクルのオンサイクルをいつ開始するかについての条件を決定する。パルスＤＣ電源がスパッタ堆積処理のための単極パルスＤＣ電力を供給する場合、次のパルスサイクルのオンサイクルをいつ開始するかについての条件は、電荷除去条件、すなわち、１つ又は複数のスパッタターゲット上に蓄積された電荷が、オフサイクルのオフサイクル電圧（逆パルス電圧）によって除去されたことを示す条件であってもよい。電荷除去条件が満たされた後、次のパルスサイクルは、オンサイクルでのみ開始する。図１に示す状況とは異なり、オフサイクルの長さ、すなわち、オフサイクル期間は、実電流及び／又は実電圧などの実際の電気量の測定に応じて変動し得る。図１では、オフサイクルの長さは、オペレータが、公称動作パラメータ、例えば、公称動作周波数（ひいては公称パルス長）或いはオフサイクル又はオンサイクルの公称長さを異なるように設定した場合にのみ変動し得る。
【００１９】
したがって、本明細書に記載された実施形態に係るパルスＤＣ電源は、公称オンサイクル電圧及び公称オフサイクル電圧を、単にオペレータが設定した動作パラメータによって予め決められた時間に設定せず、パルスＤＣ電源が認知する実際に起きている処理状況に対して知能的に反応することができる。現在のパルスサイクルのオフサイクルは、実際の電気量の特定の条件、特に、１つ又は複数のスパッタターゲットから電荷が除去されたことを示す電荷除去条件が満たされるまで維持されるので、パルスＤＣ電源は、スパッタ堆積処理の処理条件が変化しても、電荷を全て又は少なくとも十分に除去して、アーク発生を減少又はさらに防止することを常に保証することができる。
【００２０】
電荷除去条件は、パルスＤＣ電源によって測定された実際のオフサイクル電流のゼロライン条件であり得る。これは、パルスＤＣ電源が、測定されたオフサイクル電流がゼロであるか、又は実質的にゼロに近いと一旦判断すると、次のパルスサイクルのオンサイクルを開始するためにオンサイクルＤＣ電圧が再度設定されることを意味する。任意の特定の理論に縛られることなく、このような実際のオフサイクル電流のゼロライン条件の存在（すなわち、履行）は、スパッタターゲットから十分に電荷除去が行われていることを示すと考えられている。
【００２１】
オフサイクル期間は、パルスＤＣ電源によって測定される実際の電気量に応じてパルスサイクルからパルスサイクルにかけて変動するので、公称オンサイクル期間Ｔｏｎと可変オフサイクル期間Ｔｏｆｆとの合計は、公称パルス周波数Ｆｐｕｌｓｅの逆数である公称パルス周期Ｔｐｕｌｓｅと等しくなる必要はない。幾つかの実施形態によると、オンサイクル期間が適合される（第１のメカニズム）。オンサイクル期間とオフサイクル期間との合計が、公称パルス周期へと収束するか、或いは、少なくとも平均的に公称パルス周期に等しくなるか又はそれに近くなるように、オンサイクル期間は適合され得る。他の実施形態によると、パルス周波数、ひいてはパルス周期が、代わりに適合される（第２のメカニズム）。第１のメカニズムをいつ適用し、第２のメカニズムをいつ適用するかについての特定の条件によって調整されて、両方のメカニズムを共に実施することもできる。第１のメカニズム（オンサイクル期間の適用）は、デフォルトのメカニズムであってもよく、パルスＤＣ電源の出力の微調整に使用されてもよい。第２のメカニズム（パルス周波数の適用）は、例えば、第１のメカニズムを用いた微調整によって一部の品質条件を満たすことができない場合、さほど頻繁に使用せずに粗い調整を行うことができる。
【００２２】
図２は、パルスＤＣ電源の操作の方法を示す。横座標において時間ｔが示され、パルスＤＣ電源によって設定された公称電圧Ｕｎｏｍｉｎａｌ、及びパルスＤＣ電源によって測定された実電流Ｉａｃｔｕａｌが、縦座標において任意単位で概略的に示されている。図２では、５つのパルスサイクルが例示されている。パルスサイクルのオンサイクルの間、公称電圧は、定常オンサイクル電圧（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｏｎ−ｃｙｃｌｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）に設定され、その値は負（例えば、数百ボルト）である。パルスサイクルのオフサイクル（逆パルス）の間、公称電圧は、定常オフサイクル電圧（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｏｆｆ−ｃｙｃｌｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）に設定され、その値は、正であり、オンサイクル電圧より少なくとも一桁少ない（例えば、数十ボルトである）。パルスＤＣ電源は、少なくとも各オフサイクルの間に実電流Ｉａｃｔｕａｌを測定し、パルスＤＣ電源が、測定された実電流Ｉａｃｔｕａｌから、実電流Ｉａｃｔｕａｌのゼロライン条件が存在していると判定したときのみ、オンサイクルから始めて次のパルスサイクルを引き起す。この挙動は、図示の５つのパルスサイクルについて、図２において認めることができる。ここでは、測定結果から、実電流Ｉａｃｔｕａｌがゼロであるか又は実質的にゼロであると判定されると、公称電圧Ｕｎｏｍｉｎａｌは、負のオンサイクル電圧に設定される。
【００２３】
例えば、図２に示す第２のパルスサイクルで見ることができるように、公称電圧は、図１の場合のように、公称パルス周期が終了しても必ずしもオンサイクル電圧に設定されない。第２のパルスサイクルについては、公称パルス周期は破線の矢印で示される。なぜなら、この第２のパルスサイクルについては、実際のパルス期間がより長いからである。その理由としては、実電流Ｉａｃｔｕａｌが、公称パルス周期が終了した後にのみゼロライン条件を満たすことが挙げられる。パルスＤＣ電源は、公称パルス周期に関わりなく、ゼロライン条件が実際に存在していると判定されるまで、次の第３のパルスサイクルのオンサイクルを引き起すことを待つ。
【００２４】
図２に示す実施形態では、パルスＤＣ電源は、第２のパルスサイクルのオフサイクルの長さ、すなわち、第２のパルスサイクルのオフサイクル期間を決定する。第３のパルスサイクルについては、パルスＤＣ電源は、例えば、オンサイクル期間Ｔｏｎを公称パルス周期と第２のパルスサイクルの決定されたオフサイクル期間との間の差に設定することにより、オンサイクル期間をより短くする。逆に、図２の第４及び第５のパルスサイクルで示されているように、パルスＤＣ電源は、オンサイクル期間をより長くする場合がある。第４のパルスサイクルでは、公称パルス周期（破線矢印で再び示す）が終了する前に、実電流Ｉａｃｔｕａｌのゼロライン条件に達する。オンサイクル期間Ｔｏｎを公称パルス周期と第４のパルスサイクルの決定されたオフサイクル期間との間の差に設定することにより、オンサイクル期間Ｔｏｎは、第５のパルスサイクルの間により長くなる。公称パルス周期Ｔｐｕｌｓｅ、並びに公称パルス周波数Ｆｐｕｌｓｅ＝１／Ｔｐｕｌｓｅは、図２に示すパルスサイクルの間、変化しない。オンサイクル期間のみが可変オフサイクル期間（第１のメカニズム）に適合される。
【００２５】
パルスＤＣ電源が、スパッタ堆積処理のための単極パルスＤＣ電力を供給するために使用される場合、スパッタリングは、オンサイクル（デューティサイクル）の間にのみに行なわれる。したがって、図２に示す単極パルスＤＣ電力を出力するパルスＤＣ電源は、ゼロライン条件という形態で電荷除去条件が確実に満たされるので、アーク発生を低減させることができ、所与の公称パルス周期の拘束下でオンサイクル期間を最大化するので、スパッタ堆積処理の効率を高めることができる。オペレータが介入する必要なく、デューティファクタが最大化される。デューティファクタは、オンサイクル期間と公称パルス周期との間の割合であると理解するべきである。
【００２６】
図３は、パルスＤＣ電源の操作のさらなる方法を示す。３つのパルスサイクルが示されており、最初の２つのパルスサイクルは、図２と同じである。これらのさらなる詳細は省かれている。図２に示すように、パルスＤＣ電源は、第２のパルスサイクルのオフサイクルの長さ、すなわち、第２のパルスサイクルのオフサイクル期間を決定する。図２に示す操作の方法とは対照的に、公称パルス周波数は減少し、公称パルス周波数が第２のメカニズムに従って再度変更されるまで、公称パルス周期は、第３のパルスサイクル及び後続のパルスサイクルにおいてより長く設定される。特に、公称パルス周期は、図３で示すように、オンサイクル期間と決定されたオフサイクル期間との合計として設定され得る。公称パルス周波数又は公称パルス周期の新規の設定は、パルスＤＣ電源によって自動的に行われるか、或いは、例えばディスプレイを通して通知を受けるオペレータが承認した後に行なわれ得る。
【００２７】
図３では、公称パルス周波数が減少し、そして公称パルス周期Ｔｐｕｌｓｅが増加する。公称動作周波数がさらに増加して、公称パルス周期がより短くなってもよい。例示すると、図２に示すオンサイクル期間を適用する代わりに、公称パルス周期を図２の第４のパルスのオンサイクル期間とオフサイクル期間との合計として設定することにより、第４のパルスの後、第５のパルスの公称パルス周期がより短くなることを想像されたい。しかしながら、公称パルス周波数を減少させることは、公称パルス周波数を増加させることよりも、スパッタ堆積処理の処理安定性に関するリスクが低いと考えられている。ただし、例えば、特定のスパッタ堆積処理が、許容公称パルス周波数の特定の範囲内で安定的に動作すると知られている場合、許容公称パルス周波数の範囲内にある限り、公称パルス周波数を増加又は減少させてもよい。
【００２８】
図３に関連して説明される第２のメカニズムは、電荷除去条件の形態としてゼロライン条件を決定することにより、スパッタターゲットの十分な放電を確実なものとし、実電流がオフサイクルの間にゼロライン条件を満たすように十分な時間を与える。
【００２９】
図２に示す第１のメカニズム及び図３に示す第２のメカニズムは、さらにパルスＤＣ電源において共に使用され得る。第１のメカニズムは、デフォルトのメカニズムとして使用されてもよく、第２のメカニズムは、特定の操作パラメータの不一致条件が満たされる場合に使用される。例えば、第１のメカニズムの使用により、オンサイクルが許容できない程に短くなるという状況に至るのであれば、又は、言い換えると、デューティファクタ、ひいてはスパッタ堆積処理の効率性が、許容できないほどに低くなるのであれば、これは、公称パルス周波数があまりにも高く設定されたことを示している可能性がある。その場合、パルスＤＣ電源は、デフォルトのメカニズムとして第１のメカニズムを使用することに戻る前に、自動的に又はオペレータの承認が伴って半自動的に、第２のメカニズムの使用に切り替える場合がある。
【００３０】
パルスＤＣ電源は、測定結果が特定の条件を満たす場合、電流測定及び評価に基づいて、自動的又は半自動的に、スパッタターゲットから確実に電荷除去を十分に行い、オンサイクルの長さ（すなわち、デューティファクタ）を最適化し、且つ適切な公称パルス周波数を設定する。したがって、スパッタ堆積処理の効率性及び安定性を増大させることができ、アーク発生を著しく減少させることができる。当然ながら、パルスＤＣ電源は、アークの形成を検知してアークの形成を弱める専用アーク抑圧回路をさらに含み得る。検出されたアークを抑制するために専用アーク抑圧回路によって１つ又は複数の逆パルスをトリガーすることは、本明細書に記載された通常の単極パルス発生に先立ち得る。
【００３１】
本明細書に記載された実施形態によれば、パルスＤＣ電源が提供される。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣ電力を供給するように構成される。単極パルスＤＣ電力の供給は、パルスＤＣ電源の操作モードの１つであり得る。パルスＤＣ電源は、さらに他の操作モード、例えば、双極パルスＤＣ電力モードが可能であり得る。パルスＤＣ電源は、電圧制御パルスＤＣ電源であり得る。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣスパッタ堆積プロセスを推進するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、スパッタ堆積システム、特に１つ又は複数のスパッタターゲットに接続可能であり得る。
【００３２】
パルスＤＣ電源は、パルス化ユニットを含む。パルスＤＣ電源は、別の構成要素としてＤＣ電圧源を含み得る。代替的に、パルス化ユニットは、ＤＣ電圧源を含み得る。パルス化ユニット及びＤＣ電圧源は、互いに一体であり得る。パルス化ユニットは、単極パルスＤＣ電圧を形成するように、ＤＣ電圧源によってＤＣ電圧出力を形成するように構成され得る。パルスＤＣ電源の出力における実際の単極パルスＤＣ電圧は、パルスＤＣ電源が接続されているシステムの電気特性に依存し得る。パルスＤＣ電源については、パルスＤＣ電源が接続されているシステムは、時間依存的複素値インピーダンスのように見受けられる。このようなシステムは、スパッタ堆積システムであり得るが、堆積システムの特性を真似するテストデバイスであり得る。
【００３３】
パルス化ユニットは、公称オンサイクルＤＣ電圧を設定し、公称オフサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている。公称量は、パルスＤＣ電源又はオペレータによって、パルスＤＣ電源について設定される動作パラメータである。パルス化ユニットは、公称オンサイクル電圧及び公称オフサイクル電圧を交互に設定することができる。公称オンサイクルＤＣ電圧は、オンサイクルの間に設定される。オンサイクルは、後続の公称オフサイクルＤＣ電圧が設定された瞬間に公称オンサイクルＤＣ電圧が設定された瞬間から継続する。オンサイクルの時間の長さは、オンサイクル期間と呼ばれる。公称オフサイクルＤＣ電圧は、オフサイクルの間に設定される。オフサイクルは、後続の公称オンサイクルＤＣ電圧が設定された瞬間に公称オフサイクルＤＣ電圧が設定された瞬間から継続する。オフサイクルの時間の長さは、オフサイクル期間と呼ばれる。オフサイクルは、逆パルスと呼ばれてもよく、オフサイクル期間は、逆パルス長さ又はオフタイムと呼ばれてもよい。したがって、公称の単極パルスＤＣ電圧は、方形波パターンを有するが、実際の単極パルスＤＣ電圧は、パルスＤＣ電源が連結されているシステムのバック動作（ｂａｃｋ−ａｃｔｉｏｎ）によって攪乱され得る。
【００３４】
１つのオンサイクル及びその直後の１つのオフサイクルは、単極パルスサイクルを形成する。これは、単純にパルスサイクルとも呼ばれる。パルスサイクルの時間の長さは、パルス周期と呼ばれる。パルス周期の逆数は、パルス周波数と呼ばれる。公称パルス周波数は、パルスＤＣ電源の動作周波数とも呼ばれる。パルス化ユニットは、パルスＤＣ電源の単極パルスサイクルのオンサイクルの間の、公称オンサイクルＤＣ電圧とオフサイクルの間の公称オフサイクル電圧とを交互に設定するように構成され得る。
【００３５】
公称オンサイクルＤＣ電圧は、−１００Ｖから−１０００Ｖ、例えば、−１００Ｖから−２００Ｖの範囲内の値に設定されてもよい。公称オフサイクルＤＣ電圧は、符号反転させてゼロボルトから公称オンサイクルＤＣ電圧まで、例えば、１００Ｖから１０００Ｖまでの正電圧の範囲内の値に設定されてもよい。公称オフサイクルＤＣ電圧は、０Ｖから１００Ｖ、例えば、０から２０Ｖ又は５から２０Ｖの範囲内であってもよい。公称オフサイクルＤＣ電圧の絶対値は、公称オンサイクルＤＣ電圧の絶対値よりも少なくとも５倍、少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍少ない場合がある。公称パルス周波数（動作周波数）は、１００Ｈｚから２００ＫＨｚの範囲、特に、１００ｋＨｚから１００ＫＨｚ、例えば、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲内の値を有してもよい。したがって、その逆数である公称パルス周期は、１００００μｓから５μｓ、より具体的には、１００００μｓから１０μｓ、例えば、１０００μｓから１０μｓの範囲内の値を有してもよい。
【００３６】
パルスＤＣ電源は、電流測定ユニットを含む。電流測定ユニットは、少なくともオフサイクルの間に、場合によっては、さらにオンサイクルの間に実電流を測定するように構成され得る。オフサイクルの間の実電流は、オフサイクル電流と呼ばれる。電流測定ユニットは、オフサイクルの間にオフサイクル電流を測定されるように構成されている。電流測定ユニットは、アナログ出力を有するアナログデバイスであり得る。代替的に、電流測定ユニットは、アナログ測定値を対応するデジタル値に変換するアナログデジタル変換器を含み得る。したがって、電流測定ユニットは、デジタル値を出力するので、デジタルデバイスであるとみなされる。
【００３７】
電流測定ユニットは、電流プローブ、特にＤＣ電流プローブであってもよく、又は、このような電流プローブを含んでもよい。電流プローブは、１つ又は複数のホールセンサを含み得る。電流プローブは、アナログ測定値を生成し得る。電流プローブは、測定された電流、特に、測定されたオフサイクル電流に比例するプローブ電圧を生成し得る。電流測定ユニットは、プローブ電圧又はオフサイクル電流を表すアナログ測定値をサンプル化且つデジタル化するように構成されたアナログデジタル変換器を含み得る。
【００３８】
パルスＤＣ電源は、ゼロライン判定ユニットを含む。電流測定ユニットは、アナログ値又はデジタル値などの測定値をゼロライン判定ユニットに渡すように構成され得る。アナログ値がゼロライン判定ユニットに渡される場合、すなわち、電流測定ユニットがアナログデバイスである場合、ゼロライン判定ユニットは、受信したアナログ測定値を対応するデジタル値に変換するアナログデジタル変換器を含み得る。ゼロライン判定ユニットは、測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定するように構成されている。オフサイクル電流がゼロであるか、又は少なくとも実質的にゼロである場合、或いは、所定範囲内にある場合、ゼロライン条件が存在する。所定範囲は、電流値ゼロを含み得るが、代替的に、例えば、幾らかのバイアスが印加される場合、ゼロを除外してもよい。
【００３９】
電流値がゼロライン条件範囲内（例えば、−０．１Ａと０．１Ａとの間）にある場合、オフサイクル電流は、実質的にゼロであると言える。オフサイクル電流は、電流プローブのプローブ電圧などの測定値で表すことができ、プローブ電圧は測定されたオフサイクル電流に比例するので、これらの値がゼロであるか、又は実質的にゼロである場合、ゼロライン条件が存在していると判断することができる。この文脈では、実質的にゼロとは、オフサイクル電流値を表す測定値が特定の範囲内にあり、測定値が表すオフサイクル電流値がゼロライン条件範囲内にあることを意味する。例えば、電流プローブのプローブ電圧が測定されたオフサイクル電流のｋ倍であり、ｋが比例定数である場合、プローブ電圧が−ｋ＊０．１Ｖからｋ＊０．１Ｖの範囲内にあるとき、ゼロライン条件が存在していると判定される。
【００４０】
ゼロライン判定ユニットは、測定されたオフサイクル電流の測定値、例えば、電流プローブのサンプル化且つデジタル化された測定値を分析するように構成され得る。ゼロライン判定ユニットは、電流プローブからのプローブ電圧がいつゼロとなるか、又は少なくとも実質的にゼロとなるかを判定するように構成され得る。プローブ電圧又はオフサイクル電流を表す他の測定値が、ゼロ又は少なくとも実質的にゼロであると判明した場合、ゼロライン判定ユニットは、測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件が存在していると判定する。ゼロライン判定ユニットは、ゼロライン条件の存在を示す信号、例えば、デジタル信号を生成することができる。このデジタル信号は、１ビット（例えば、論理１）と小さくてもよい。信号は、パルス化ユニットに供給され得る。
【００４１】
パルス化ユニットは、測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在が判定されたら、公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成されている。これは、オンサイクルで開始する次のパルスサイクルは、ゼロライン条件の存在が検出されるとトリガーされ得ることを意味する。パルス化ユニットは、ゼロライン判定ユニットから、測定されたオフサイクル電流のゼロライン条件の存在を示す信号を受信するときに公称オンサイクルＤＣ電圧を設定し得る。ゼロライン判定ユニットは、パルス化ユニットのサブ構成要素又は別の構成要素であり得る。
【００４２】
図４は、本明細書に記載された実施形態を例示するために、パルスＤＣ電源１００を示す。パルスＤＣ電源１００は、例えば、スパッタ堆積処理のために、単極パルスＤＣ電力を供給するように構成されている。パルスＤＣ電源１００は、パルス化ユニット１１０、電流測定ユニット１２０、及びゼロライン判定ユニット１３０を含む。それぞれの機能を例示するため、パルス化ユニット１１０は、公称パルスＤＣ電圧の概略グラフと共に示され、電流測定ユニット１２０は、実電流の概略グラフと共に示され、ゼロライン判定ユニット１３０は、実電流のゼロライン条件の存在を示すトリガー点の概略グラフと共に示されている。パルスＤＣ電源１００、並びにパルス化ユニット１１０、電流測定ユニット１２０、及びゼロライン判定ユニット１３０は、本明細書に記載された実施形態のように構成され得る。
【００４３】
パルスＤＣ電源は、オフサイクルの公称オフサイクル電圧の設定と、ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、オフサイクルのオフサイクル期間を決定するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、公称パルス周期と決定されたオフサイクル期間との間の時間差から、又は、その時間差として、オンサイクルのオンサイクル期間を決定するように構成され得る。公称パルス周期は、パルスＤＣ電源の公称パルス周波数の逆数である。判定は、パルス化ユニットによってなされ得る。パルス化ユニットは、決定されたオンサイクル期間の間、少なくともオンサイクル期間の判定が行われたパルスサイクルの後続のパルスサイクルの間、公称オンサイクルＤＣ電圧を維持するように構成され得る。図２に関連して説明された第１のメカニズムは、オンサイクル期間の決定及び適合がどのようにパルスサイクルからパルスサイクルへと行われ得るかを例示している。
【００４４】
パルスＤＣ電源は、ゼロライン条件の存在が判定されたら、第１のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧の設定と、後続の第２のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧の設定との間の時間差から、第１のパルスサイクルの実際のパルス期間を決定するように構成され得る。判定は、パルス化ユニットによってなされ得る。パルス化ユニットは、第１のパルスサイクルの決定された実際のパルス期間の逆数に対応するようパルスＤＣ電源の公称動作周波数を設定するように構成され得る。
【００４５】
パルス化ユニットは、第１のパルスの決定された実際のパルス期間の逆数が、許容公称動作周波数の範囲内にあるときに、このように公称動作周波数を設定するように構成され得る。許容公称動作周波数の範囲は、パルスＤＣ電源が単極パルスＤＣ電力を供給する特定のスパッタ堆積処理に依存し得る。許容公称動作周波数の範囲は、例えば、オペレータによって選択且つ設定された初期公称動作周波数の±２０ｋＨｚ又は±１０ｋＨｚ内の周波数から構成され得る。動作周波数を増加させることよりも、動作周波数を低下させることがスパッタ堆積処理の安定性に関してより安全であると考えられるので、許容公称動作周波数の範囲は、オペレータによって選択且つ設定された初期公称動作周波数の周囲で非対称に選択され得る。例えば、許容公称動作周波数の範囲は、Ｆ０−２０ｋＨｚからＦ０＋５ｋＨｚであり得、Ｆ０は、初期公称動作周波数である。
【００４６】
代替的に、パルス化ユニットは、第１のパルスの決定された実際のパルス期間の逆数が電流公称動作周波数より低い場合においてのみ、公称動作周波数を第１のパルスの決定された実際のパルス期間の逆数に設定するように構成され得る。つまり、パルス化ユニットは、公称動作周波数を自動的に低下させることしかできない。動作周波数を増加させるには、オペレータの承認が必要になる。図３に関連して説明される第２のメカニズムは、公称動作周波数（公称パルス周波数）をどのように異なる値に設定し得るかについての例である。
【００４７】
パルスＤＣ電源は、先行するパルスサイクルのオフサイクルの長さに基づいて、パルスサイクルのオンサイクル期間を適合させるか、又は、公称パルス周波数（公称動作周波数）を調節するように構成され得、オンサイクル期間を適用するか又は公称パルス周波数を調節するかという決定は、ここで動作パラメータ不一致条件と呼ばれる１つ又は複数の特定の条件に依存する。
【００４８】
パルスＤＣ電源は、オフサイクルの公称オフサイクル電圧の設定と、ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、オフサイクルのオフサイクル期間を決定するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、以下の評価及び対応する動作を実行するように構成されている。決定されたオフサイクル期間に依存する動作パラメータ不一致条件が存在しない場合、パルスＤＣ電源は、パルス期間とオフサイクル期間との間の差からオンサイクルのオンサイクル期間を決定する。パルス周期は、パルスＤＣ電源の公称パルス周波数の逆数である。パルスＤＣ電源のパルス化ユニットは、次いで、決定されたオンサイクル期間の間に対して、公称オンサイクルＤＣ電圧を維持する。動作パラメータ不一致条件が存在する場合、パルスＤＣ電源は、公称動作周波数を自動的に変更するか、或いは、公称動作周波数の変更を承認又は拒否し得るオペレータに通知を行う。公称動作周波数は、本明細書に記載された方法で変更することができる。
【００４９】
オンサイクル期間の調節は、デフォルトの動作であってもよく、公称動作周波数の調節は、動作パラメータ不一致条件が存在する（すなわち、満たされた）場合にのみ行われ得る。ある操作パラメータ不一致条件は、デューティファクタを閾値デューティファクタ未満に落とすことであり得る。閾値デューティファクタは、０．８から０．９５、例えば、０．８又は０．８５から選択され得る。後続のパルスサイクルに対するオンサイクル期間の調節が、閾値デューティファクタ未満のデューティファクタをもたらすようになる場合、パルスＤＣ電源は、評価を行う場合がある。この場合、すなわち、動作パラメータ不一致条件が決定された場合、公称パルス周波数が変更され、さもなければオンサイクル期間が調節される。オンサイクル期間の調節をいつ用いて、公称動作周波数の調節をいつ用いるかを調整するため、他の動作パラメータ不一致条件が代替的に又は追加的に特定され得る。  
【００５０】
パルスＤＣ電源は、オペレータインタフェースを含み得る。オペレータインタフェースは、少なくとも１つの入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン等）、及び少なくとも１つの出力デバイス（例えば、ディスプレイ又はタッチスクリーン）を含み得る。出力デバイスは、オペレータに通知又は警告を出力し、場合によっては、入力デバイスを介してオペレータ入力を要求するように構成され得る。出力デバイスは、パルスＤＣ電源のステータスを出力するように構成され得る。パルスＤＣ電源のステータスは、例えば、公称動作周波数、公称オンサイクル電圧、公称オフサイクル電圧等のような現在設定されている公称動作パラメータを含み、場合によっては、オフサイクル期間、オンサイクル期間等の変数の瞬時値又は時間平均化値を含む。変数の瞬間的変化は、オペレータが確認するにはあまりにも速い場合があるので、時間の平均化は有益であり得る。パルスＤＣ電源は、例えば、現在設定された公称動作パラメータ、及び動作不一致条件、電荷除去条件等の適用条件のためのメモリを含み得る。パルスＤＣ電源は、例えば、入力デバイスを介して、オペレータがこれらの条件を変更することができるよう、且つ／又は、公称動作パラメータを変更することができるよう構成され得る。メモリは、例えば、分析のために、モニターされたスパッタ堆積処理のログファイルも記憶することができる。
【００５１】
さらなる実施形態によれば、スパッタ堆積システムが提供される。スパッタ堆積システムは、本明細書に記載された実施形態に係る、スパッタターゲット及びパルスＤＣ電源を含む。単極パルスＤＣ電力をスパッタターゲットに供給するために、パルスＤＣ電源はスパッタターゲットに接続される。
【００５２】
図５は、例示のためにスパッタ堆積システム５００を示す。スパッタ堆積システム５００は、パルスＤＣ電源２１０に接続されたスパッタターゲット５１０、及びパルスＤＣ電源２２０に接続されたスパッタターゲット５２０を含む。スパッタターゲット５１０、５２０は、軸Ａ及びスパッタターゲット５１０内で描かれた矢印によって示されているように、回転スパッタターゲットであってもよい。スパッタターゲット５１０及びスパッタターゲット５２０からのスパッタ材料は、基板１０に堆積され得る。
【００５３】
スパッタ堆積システムは、Ｎ個のスパッタターゲット及びＮ個の対応するパルスＤＣ電源を含み得、Ｎは、１から３０、例えば、１から２４又は２から２４の範囲内であり得る。Ｎ個のパルスＤＣ電源は、Ｎ個のスパッタターゲットすべてに供給を行う１つのパルスＤＣ電力システムに統合されてもよい。スパッタターゲットは、スパッタ堆積処理の間、カソードとして作動し得る。スパッタ堆積システムは、スパッタターゲット間に配置され得る１つ又は複数のアノード、例えば、アノードバーを含み得る。代替的に、スパッタチャンバは、アノード、例えば、電気的に接地されたスパッタチャンバを形成し得る。各パルスＤＣ電源は、スパッタターゲット及び電気回路を閉じるアノードに接続され得る。
【００５４】
さらなる実施形態によれば、パルスＤＣ電源を操作する方法が提供される。方法の特徴は、パルスＤＣ電源によって自動的に実行されてもよく、特に、電流プローブのような測定ユニット、ゼロライン条件判定ユニットのような評価ユニット、及びパルス化ユニットなど、本明細書に記載されたユニットによって実行されてもよい。幾つかの方法の特徴は、オペレータが入力した後、半自動的に実行され得る。パルスＤＣ電源は、少なくともパルスＤＣ電源の操作モードのうちの１つおいて単極パルスＤＣ電力を供給する。パルスＤＣ電源は、スパッタ堆積システムのスパッタターゲットに接続され得る。
【００５５】
図６は、パルスＤＣ電源の操作の方法６００を示す。この方法は、参照記号６１０で示す、第１のパルスサイクルに対して公称オンサイクルＤＣ電圧を設定することを含む。この方法は、パルスＤＣ電源によって、実際のオンサイクルＤＣ電圧及び実際のオンサイクルＤＣ電流を出力することを含み得る。この方法は、参照記号６２０で示す、第１のパルスサイクルのオフサイクルをトリガーするために公称オフサイクルＤＣ電圧を設定することと、参照記号６３０で示す、オフサイクル電流を測定することとを含む。オフサイクル電流は、第１のパルスサイクルのオフサイクルの実際のオフサイクル電流である。この方法は、参照記号６４０で示すように、測定から、すなわち、オフサイクル電流の測定から、オフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定することを含む。この方法は、参照記号６５０で示すように、ゼロライン条件が存在していると判定されたときに第２のパルスサイクルに対して公称オンサイクルＤＣ電圧を設定することを含む。
【００５６】
第１のパルスサイクルに対して公称オンサイクルＤＣ電圧を設定することは、パルスＤＣ電源のパルス化ユニットによって行われ得る。パルス化ユニットが内部ＤＣ電圧源を含まない場合、オンサイクルＤＣ電圧及びオンサイクルＤＣ電流の出力は、場合により外部ＤＣ電圧源からの出力に関連させてパルス化ユニットが行うことができる。公称オフサイクルＤＣ電圧の設定は、パルス化ユニットによって行うことができる。第１のパルスサイクルのオフサイクルのオフサイクル電流の測定は、測定ユニットによって行うことができる。ゼロライン条件の存在の判定は、ゼロライン判定ユニットによって行うことができる。    第２のパルスサイクルに対して公称オンサイクルＤＣ電圧を設定することは、パルス化ユニットによって行われ得る。
【００５７】
この方法は、公称オフサイクルＤＣ電圧の設定と、ゼロライン条件の存在の判定の瞬間との間の時間差から、オフサイクル期間を決定することを含み得る。この方法は、公称パルス周期と決定されたオフサイクル期間との間の差から、オンサイクル期間を決定することを含み得る。公称パルス周期は、パルスＤＣ電源の公称動作周波数の逆数である。これらの判定は、ゼロライン判定ユニット又はパルス化ユニットによって行われ得る。この方法は、決定されたオンサイクル期間の間、第２のパルスサイクルの公称オンサイクルＤＣ電圧を維持することを含み得る。この方法は、決定されたオンサイクル期間が終了したら、第２のパルスサイクルのオフサイクルをトリガーするために公称オフサイクルＤＣ電圧を設定することを含み得る。
【００５８】
この方法は、第１のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧の設定と、第２のパルスサイクルに対する公称オンサイクルＤＣ電圧の設定との間の時間差から、第１のパルスサイクルの実際のパルス期間を決定することを含み得る。この方法は、公称動作周波数を、第１のパルスサイクルの決定された実際のパルス期間の逆数に対応するように設定することを含み得る。
【００５９】
この方法は、公称オフサイクルＤＣ電圧の設定と、ゼロライン条件の存在の判定との間の時間差から、オフサイクル期間を決定することを含み得る。この方法は、決定されたオフサイクル期間に依存する動作パラメータ不一致条件が存在しない場合、公称パルス周期と決定されたオフサイクル期間との間の差から、オンサイクル期間を決定し、決定されたオンサイクル期間の間、第２のパルスサイクルの公称オンサイクルＤＣ電圧を維持することと、動作パラメータ不一致条件が存在する場合、公称動作周波数を変更することとをさらに含む。
【００６０】
仮のデューティファクタが閾値デューティファクタ以上である場合、動作パラメータ不一致条件は、存在しない、すなわち、不在であるか又は満たされない場合がある。仮のデューティファクタは、公称パルス周期によって割った、公称パルス周期と決定されたオフサイクル期間との間の差である。仮のデューティファクタが閾値デューティファクタ未満である場合、動作パラメータ不一致条件が存在する。公称動作周波数が変更されると、公称動作周波数は、再度変更されるまで、後続のパルスサイクルについて維持され得る。
【００６１】
この方法は、ゼロライン条件の存在が判定されたら、現在のパルスサイクルのオンサイクルに対してオンサイクルＤＣ電圧を設定することと、現在のパルスサイクルに対してオフサイクルＤＣ電圧を設定することと、現在のパルスサイクルのオフサイクルのオフサイクル電流を測定することと、現在のパルスサイクルのオフサイクル電流のゼロライン条件の存在を判定することと、といった特徴を含み得る。ゼロライン条件の存在が判定されると、次のパルスサイクルが現在のパルスサイクルとなり、特徴が反復され得る。
【００６２】
さらなる実施例として、パルスＤＣ電源が提供される。パルスＤＣ電源は、単極パルスＤＣ電力を出力するように構成されている。パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の少なくとも１つの電気量の測定に基づいて、パルスサイクルのオフサイクルを停止するように構成されている。停止は、後続のパルスサイクルのオンサイクル期間を開始することを含み得る。パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の少なくとも１つの電気量の測定に基づいて、パルスサイクルのオフサイクル期間を調整するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、あらゆるパルスサイクルのオフサイクル期間を調整するように構成され得る。パルスサイクルからパルスサイクルへとオフサイクル期間を調節することができる。オフサイクルの長さは、少なくとも１つの電気量の測定に基づいて、変動し得る。
【００６３】
パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源の少なくとも１つの電気量を測定する測定ユニットを含み得る。少なくとも１つの電気量は、パルスＤＣ電源の出力で測定され得る。少なくとも１つの電気量は、電圧、電流、及びそれらの時間微分からなる群から選択された少なくとも１つの量であり得る。パルスＤＣ電源は、測定ユニットの測定値を評価し、電荷除去条件の存在を判定するように構成された評価ユニットを含み得る。パルスＤＣ電源は、パルスサイクルのオンサイクルの間に公称オンサイクルＤＣ電圧を設定し、且つパルスサイクルのオフサイクルの間に公称オフサイクル電圧を設定するためのパルス化ユニットを含み得る。パルス化ユニットは、電荷除去条件の存在が判定されたら、公称オンサイクルＤＣ電圧を設定するように構成され得る。
【００６４】
少なくとも１つの電気量は、電流、特に少なくともオフサイクル電流であってもよい。測定ユニットは、本明細書に記載されているように、少なくともオフサイクルの間、電流を測定する電流プローブを含み得る。電荷除去条件は、本明細書に記載されたゼロライン条件であり得る。
【００６５】
電荷除去条件は、代替的に、ゼロライン条件とは異なる場合がある。例えば、電荷除去条件は、逆パルスのゼロエネルギー条件であり得る。これは、パルスＤＣ電源は、パルスＤＣ電源が単極パルスＤＣ電力を供給するシステム内に残されているエネルギーがゼロ又は実質的にゼロであるかを判定するように構成され得ることを意味する。逆パルスのゼロエネルギー条件は、経時的に電圧及び電流の積を積分することによって決定され得る。この積分がセロ又は実質的にゼロである場合に、ゼロエネルギー条件が存在していると判定され得る。測定ユニットは、電圧測定デバイス及び電流測定デバイスを含み得る。評価ユニットは、電圧測定デバイスから電圧測定値を評価し、電流測定デバイスから電流測定値を評価し、且つゼロエネルギー条件の存在を判定するように構成され得る。
【００６６】
パルスＤＣ電源は、先行するパルスサイクルのオフサイクル期間に基づいて、パルスサイクルのオンサイクル期間を調節するようにさらに構成され得る。パルスＤＣ電源は、パルスサイクルのオフサイクル期間に基づいて、パルスＤＣ電源の公称パルス周波数を調節するように構成され得る。パルスＤＣ電源は、本明細書に記載された特定の条件に基づいて、オンサイクル期間、公称パルス周波数、又はオンサイクル期間と公称パルス周波数との両方を調節するメカニズムを含む、実施形態に関連して本明細書に記載されたすべての他の特徴を含むか、又は示すことができる。
【００６７】
さらなる実施例によれば、このようなパルスＤＣ電源を操作する方法が提供される。この方法は、パルスＤＣ電源の少なくとも１つの電気量の測定に基づいて、単極パルスサイクルのオフサイクルを停止することを含む。オフサイクルを停止することは、電荷除去条件が満たされたと判定したらオフサイクルを停止することを含み得る。電荷除去条件の達成は、少なくとも１つの電気量の測定に依存する。電荷除去条件は上述のようであり得る。  
【００６８】
この方法は、本明細書に記載されたパルスＤＣ電源の機能の一部又は全ての実行を含み得る。さらに、スパッタ堆積システムを操作する方法が提供され、これには、本明細書に記載されたスパッタ堆積システムの機能の一部又は全ての実行が含まれ得る。さらなる態様は、本明細書に記載されたスパッタ堆積システムのスパッタターゲットなどに単極パルスＤＣ電力を供給するためにパルスＤＣ電源を使用することを対象としている。この使用は、上述のように、公称電圧の単極パルスサイクルのオフサイクル（すなわち、オフサイクル期間）の長さの自動判定を含み得る。
さらなる態様は、本明細書に記載されたスパッタ堆積システムを使用して、基板をスパッタリングする方法を対象としている。
【００６９】
本明細書で用いられた用語及び表現は、説明の用語として使用され、限定する用語ではなく、そのような用語及び表現の使用において、示され且つ説明される特徴の任意の均等物又はそれらの一部を排除する意図はない。以上の説明は、実施形態を対象としているが、範囲を逸脱することなく、その他の実施形態及びさらなる実施形態を考案することができ、当該範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
2019528369.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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