(57)【要約】プラズマが存在する真空環境の中で加熱する方法が下記のステップ、すなわち、ａ）真空チャンバ（１０）内に赤外線放射手段（１６）を設けるステップと、ｂ）第１の電気導体（１８）を前記赤外線放射手段（１６）に向けて設けるステップと、ｃ）前記赤外線放射手段（１６）からの第２の電気導体（２０）を設けるステップと、ｄ）前記赤外線放射手段（１６）に対して電圧を加えるステップと、ｅ）前記第１の導体（１８）及び前記第２の導体（２０）が５５ボルトを超える電圧が加わらないようにするステップと、を含む。この利点は。アーク放電が回避されることである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）真空チャンバ内に赤外線放射手段を設けるステップと、
ｂ）前記赤外線放射手段へと向かう第１の電気導体を設けるステップと、
ｃ）前記赤外線放射手段からの第２の電気導体を設けるステップと、
ｄ）前記赤外線放射手段に対して電圧を加えるステップと、
ｅ）前記第１の導体及び前記第２の導体に＋５５ボルトを超える電圧がかからないようにするステップと
を含むプラズマの存在下の真空環境において加熱する方法。
【請求項２】
前記第１の導体及び前記第２の導体が正の電圧になることを防止することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の導体又は前記第２の導体が電気的に負に保たれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の導体及び前記第２の導体が電気的に負に保たれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の導体を通って前記真空チャンバの中に入るための第１のフィードスルーを設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の導体を通って前記真空チャンバの中に入るための第２のフィードスルーを設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記真空チャンバが壁を有し、前記壁及び前記第２の導体を電気的に接地するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の導体を電気的に絶縁するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の導体を電気的に二重絶縁するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の導体及び前記第２の導体を金属のシールド材で包むステップ及び前記シールド材を接地するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電圧が６５ボルトよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ａ）真空チャンバを設けるステップと、
ｂ）プラズマを設けるステップと、
ｃ）真空チャンバ内の装置へと又は該装置から電力を提供するステップと、
ｄ）前記装置へと向かう第１の電気導体を設けるステップと、
ｅ）前記装置からの第２の電気導体を設けるステップと、
ｆ）前記第１及び第２の電気導体に、電子が大量に引き付けられないように、＋５５ボルトを超える電圧がかかることを防止するステップと
を含むプラズマの存在下の真空環境においてアーク放電を防止する方法。
【請求項１３】
ａ）真空チャンバ内に赤外線放射手段を設けるステップと、
ｂ）前記赤外線放射手段に対して第１の電気導体を設けるステップと、
ｃ）前記赤外線放射手段からの第２の電気導体を設けるステップと、
ｄ）前記赤外線放射手段に対して電圧を加えるステップと、
ｅ）前記第１の電気導体及び第２の電気導体に負の負荷をかけるように維持するステップと、
ｆ）電圧を６５ボルト以上に増加するステップと
を含むことを特徴とするプラズマの存在下の真空環境において加熱する場合に加熱力を増加する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマが存在する真空環境における加熱方法に関する。より一般的な観点からすると、本発明はプラズマが存在する真空環境においてアーク放電を避ける方法にも関係する。
【背景技術】
【０００２】
真空環境における加熱は、第１の例として、真空蒸着システムの中で基板を加熱するために必要とされることが多い。この第１の例の説明を続けると、基板は真空チャンバの中で供給ロールからほどかれて、真空チャンバ内で巻取りロールに巻き取られる前に、次の蒸着又はコーティングのステップを通るように誘導される。ほどかれてからコーティングされるまでに、良好なコーティング品質を得るために基板を余熱することが好ましい場合が多い。第２の例は、真空中でのシリコンディスクのバッチ加熱処理である。通常の真空状態では、伝導技術又は対流技術は効率的に働かない。これが、輻射を使用する理由である。これは赤外線ランプによって行われる。しかしながら、赤外線ランプによる加熱には、幾つかの重大な制約がある。赤外線ランプに対する電圧は、約５５ボルトから６５ボルトの値に制限される。これらの値以上に電圧値を上げると、第２のプラズマ及びアーク放電の形成が引き起こされる。その結果、加熱力が制限される。またその結果、基板が加熱される速度も制限される。より多くの赤外線ランプを設けることによって、加熱力を高めることもできる。しかしながら、このようにランプの数を増加するとより多くの空間が必要とされ、また真空チャンバの壁を通過するより多くのフィードスルー（feed-through）及び大きな電流が必要とされる。
【０００３】
このため、一般に、真空チャンバの壁を通過するフィードスルーの数がより少なくなることは、構造及び保守が簡単にされ、また真空が損失するリスクを減少するためにより好ましいことが分かる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、真空中で加熱するときに加熱力を強めることである。
本発明の別の目的は、真空中で加熱するときにアーク放電を避けることである。
本発明の目的はまた、基板を真空中で加熱する速度を高めることである。
本発明のさらに別の目的は、真空中で加熱するときに赤外線ランプの数を制限することである。
本発明のさらに別の目的は、基板を真空中でより高温で加熱することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、プラズマが存在する真空環境の中で加熱する方法が提供される。この方法には下記のステップが含まれる、すなわち、
ａ）真空チャンバの中に赤外線放射手段を設けるステップと、
ｂ）この赤外線放射手段へと向かう第１の電気導体を設けるステップと、
ｃ）この赤外線放射手段からの第２の電気導体を設けるステップと、
ｄ）この赤外線放射手段に対して電圧を加えるステップと、
ｅ）前記第１の導体及び第２の導体に＋５５ボルトを超える電圧が加わらないようにするステップと、が含まれる。
【０００６】
第１の導体及び第２の導体には正の電圧が加わらないようにすることが好ましい。
【０００７】
第１の導体又は第２の導体、及び最も好ましいことは両方が電気的に負に維持されることが好ましい。
【０００８】
本発明はスパッタリングシステムのような蒸着システムに限定されないが、プラズマすなわちイオン化ガスが存在するあらゆる種類の真空環境に、本発明を適用することができる。例を挙げると、本発明は例えばアモルファスシリコンの蒸着に使用されるプラズマ化学蒸着技術に適用できる。
【０００９】
本発明において、「真空」という用語は１００Ｐａ（＝１００ｍｂａ）、例えば１０Ｐａよりも低い、例えば１Ｐａより低い、例えば０．００５Ｐａといった圧力のことを指す。
【００１０】
本発明の好適な仕組みは、下記のように説明できる。第１の導体と第２の導体とを電気的に負に保つことによって、プラズマ中に存在する電子がこれらの導体に引き付けられることが回避される。結果として、電子雲すなわち二次プラズマはもはや導体の周りに蓄積されることはできないため、アーク放電が避けられる。このため、アーク放電に対する危険をほとんど高めることなく、放射手段に対して印加する電圧を増加することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、第１の導体が真空チャンバに入るのに介在する第１のフィードスルーを設ける。第２の導体は、真空チャンバの壁と一緒に電気的に接地される。この接地によって、第２の導体用の別のフィードスルーの必要がなくなる。
【００１２】
本発明の別の好ましい実施形態では、第１の導体及び第２の導体は二重に絶縁される。それに加えて、金属のシールドが第１の導体及び第２の導体の周りを包む。このシールドはアースに接続される。これにより、第１及び第２の電気導体上のプラズマから蓄積される帯電が回避される。
【００１３】
本発明の一般的でより広い観点によれば、プラズマが存在する真空環境の中でアーク放電を回避する方法が提供される。この方法には下記のステップが含まれる、すなわち、
ａ）真空チャンバを設けるステップと、
ｂ）プラズマを設けるステップと、
ｃ）真空チャンバ内の装置に又はこの装置から電力を提供するステップと、
ｄ）前記装置へと向かう第１の電気導体を設けるステップと、
ｅ）前記装置からの第２の電気導体を設けるステップと、
ｆ）前記第１及び第２の電気導体に、電子が大量に引き付けられないように、５５ボルトを超える負荷が加えられることを防止するステップと、が含まれる。
【００１４】
本発明はここで、添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態の電気回路を示す。真空チャンバ１０の中には、スパッタの標的１２が置かれている。このスパッタの標的はカソードとして機能し、電源１４を通して負にバイアスされている。基板１５は、標的１２の材料でコーティングされる。コーティング段階の前又はその間に、基板１５は赤外線ランプ１６によって加熱される。第１の導体１８及び第２の導体２０は、電気エネルギーを赤外線ランプ１６に供給する。これらの第１の導体１８及び第２の導体２０の両方は、電気的に二重に絶縁されている。これに加えて、金属のシールド材がこれらの二重絶縁された導体１８、２０の周りに巻き付けられており、この金属のシールド材はアースに接続されている（図示せず）。第１の電気導体１８は絶縁されたフィードスルー２２を通って真空チャンバ１０に入り、第２の電気導体２０は別の絶縁されたフィードスルー２４を通って真空チャンバに入る。直流電源２６は赤外線ランプ１６に電気エネルギーを供給し、またこの赤外線ランプを電気的に負の電圧の下に置く。電気導体１８及び２０は負であるため、電子が引き付けられることはない。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施形態の電気的方式を示す。図１との相違点は、図２ではＡＣ電源が使用されることである。このＡＣ電源は、トランス２８を介して真空システムに供給される。フィードスルー２２及び２４並びに電気導体１８及び２０は接地されていない。その結果、赤外線ランプ１６に加えるＡＣ電圧はフローティング状態にある。ＡＣ電圧を１００Ｖとする。このことは、赤外線ランプ１６に対して、すなわち電気導体１８と２０との間には１４１Ｖの最大電圧が加わることを意味する。導体上の絶対電圧は、フローティングの性質を有するために決められるものではない。このことは、０Ｖ及び１４１Ｖ、又は−１４１Ｖ及び０Ｖ、又は−７０．５Ｖ及び＋７０．５Ｖになる可能性があるということである。正電圧がそのように比較的高いレベルであるにもかかわらず、アーク放電の問題は発生しない。これは以下のように説明できる。導体の１つが電気的に正になると、導体は電子を引き付ける。これらの電子は、接地がないため流れ出ることはできない。二次回路全体は負になり、他の電子を引き付けないようにする。このように、この電子による負のローディングにより、導体が高い正電圧になることが防止される。そして、この高い正の電圧が存在しないことにより、集中した電子の流れが回避され、このためアーク放電が防止される。このことは実験の中で確認されており、その結果は下記の表１にまとめられている。
【００１７】
図３は、本発明の第３の実施形態を実現するための別の電気的方式を示す。図２との相違点は、ダイオード３０及び３２が正のピークをフィルタ処理することである。
【００１８】
図４の太い曲線３４により、第２の導体２０に電圧が与えられる。図５の太い曲線３６により、第１の導体１８において電圧が与えられる。曲線３６は、曲線３４に対して１８０°の位相シフトがある。
【００１９】
図６、図７及び図８は全て、ダイオードブリッジ４０及びサイリスタコントローラ４２が使用されている実施形態を示す。このサイリスタコントローラ４２は、加熱素子の電力を調整する。
【００２０】
図６の実施形態では、２つのフィードスルー２２，２４がまだ使用されている。
【００２１】
図７の実施形態では、正極４４が第１の電気導体１８と同様にアースに接続される。この実施形態は、１つのフィードスルー２４しか必要としないという利点がある。
【００２２】
図８の実施形態では、２つの電極間のアークから半導体部品を保護するために、追加のコイル４６が設けられている。正極４４が、抵抗４８を介してアースに接続される。
【００２３】
図９は、図２の回路の代わりの好ましい電気回路を示す。トランス２８の二次巻線には３つの部分がある。主要部分５９は、赤外線ランプ１６及び２つの補助巻線に対して電圧を与える。第１の補助巻線６０は、グラウンドに接続されたインピーダンス６４に対してダイオード６２を介して電圧を与える。第２の補助巻線６６は、別のダイオード６８を介してグラウンドに接続された同じインピーダンス６４に対して電圧を与える。その結果、正弦波状の電圧が赤外線ランプ１６に対して加えられるが、最大値及び最小値は両方とも負である。
【００２４】
図１０は、ダイオードブリッジが電力コントローラと一体化された電気回路の実施形態を示す。７０は３相のトランスである。サイリスタブリッジ７２は、図６〜図８のダイオードブリッジ４０を図６〜図８のサイリスタコントローラ４２と集積させた部品である。サイリスタブリッジ７２は６つのサイリスタ７４から成り、３相のＡＣ入力信号を赤外線ヒータ用の単相の出力信号に変換する。温度は連続的に測定され、関連する信号７６はサイリスタ７４を制御するコントロール回路７８に送り返される。
【００２５】
図１１は、幾つかのアーク放電の実験を構成するために使用された電気回路を示す。スライダック５０は可変電圧をシステムに供給する。電圧の一部がトランス５２に加わり、可変のギャップ５４に対して印加される。電圧の別の一部は別のトランス５６に加わり、１０オームの抵抗５８に印加される。アークが真空チャンバ１０の中で発生すると、そのアークは抵抗５８の中で危険のないように放散される。オシロスコープが、モニタするために回路の幾つかの点に接続される。
【００２６】
実施された実験には、ギャップの調整、真空チャンバのポンピング、アルゴンの分圧を約１ｍＴｏｒｒにするためにアルゴンを流し始めることと、カソードをスパッタリングすることを開始することと、次に、スライダック５０をアークがはっきりするまで増加することと、が含まれる。
【００２７】
表１は、得られたデータの結果をまとめたものである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記の表１では、接地されない電極が正に駆動される場合のみアーク放電が発生することは示されていない。
【００３０】
表１から理解できるように、接地のない状態（グラウンド＝Ｎ）では、アーク放電が発生する電圧は接地された同様の場合よりもはるかに高い。例えば、実験番号５と６を比較すると、接地されない実験では、３００Ｖでアーク放電はないが、接地された実験では、６２Ｖで既にアーク放電が発生する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態の電気回路を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電気回路を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の電気回路を示す図である。
【図４】図３の電気回路内の様々な場所の電圧の波形を示す図である。
【図５】図３の電気回路内の様々な場所の電圧の波形を示す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態の電気回路を示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態の電気回路を示す図である。
【図８】本発明の好ましい実施形態の電気回路を示す図である。
【図９】図２の第２の実施形態に代わる電気回路の実施形態を示す図である。
【図１０】ダイオードブリッジが電力コントローラと一体化された電気回路の実施形態を示す図である。
【図１１】実験装置の電気回路を示す図である。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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