(57)【要約】  基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置が提供される。本装置は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンを備える。上記マグネトロンには電源が動作可能に接続され、上記電源には少なくとも一つのキャパシタが動作可能に接続される。本装置は、また、上記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたインダクタンスを備える。第１のスイッチは、上記マグネトロンを充電させるために上記マグネトロンに上記電源を動作可能に接続し、上記第１の電源は、第１のパルスにより上記マグネトロンを充電させるように構成される。第２のスイッチは、上記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続される。第２のスイッチは、第２のパルスにより上記マグネトロンを放電させるように構成される。
2010512459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置であって、
カソード及びアノードを備えたマグネトロンと、
前記マグネトロンに動作可能に接続された電源と、
前記電源に動作可能に接続された少なくとも一つのキャパシタと、
前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたインダクタンスと、
前記マグネトロンを充電させるために前記マグネトロンに前記電源を動作可能に接続し、前記マグネトロンに第１のパルスを供給するように構成された第１のスイッチと、
前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続され、第２のパルスにより前記マグネトロンを放電させるように構成された第２のスイッチとを備えた装置。
【請求項２】
前記インダクタンスはコイルであり、前記第２のスイッチは、前記コイルに沿った点に動作可能に接続された請求項１記載の装置。
【請求項３】
インダクタンスと抵抗を有するケーブルを更に備え、該ケーブルは、前記少なくとも一つのキャパシタの開始電圧を前記マグネトロンへ放電させるために使用される請求項１または２の何れか１項記載の装置。
【請求項４】
前記第１のパルスと前記第２のパルスは、０．２μｓと５μｓの間のオン時間およびオフ時間を有する請求項１乃至３の何れか１項記載の装置。
【請求項５】
基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置であって、
カソード及びアノードを備えたマグネトロンと、
前記マグネトロンに動作可能に接続された電源と、
前記電源に動作可能に接続された少なくとも一つのキャパシタと、
前記マグネトロンを充電させるために動作可能に接続され、第１のパルスにより前記マグネトロンを充電させるように構成された第１のスイッチと、
前記マグネトロンに動作可能に接続され、アークが発生していることを検出するように構成された少なくとも一つの検出器と、
前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続され、前記少なくとも一つの検出器により前記アークの発生が検出されると、前記マグネトロンを放電させて前記アークの発生を抑制するように構成された第２のスイッチとを備えた装置。
【請求項６】
前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続され、アークが発生したときに、マグネトロン放電電流の立ち上がり時間を制限すると共にピーク電流を制限するように構成されたインダクタンスを更に備えた請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記インダクタンスはコイルであり、前記第２のスイッチは、前記コイルに沿った点に動作可能に接続された請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第２のスイッチは、前記カソードの近くの位置に配置された請求項５乃至７の何れか１項記載の装置。
【請求項９】
前記第１のスイッチは、前記少なくとも一つの検出器による前記アークの検出に応答して制御される請求項５乃至８の何れか１項記載の装置。
【請求項１０】
基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置であって、
カソード及びアノードを備えたマグネトロンと、
前記マグネトロンに動作可能に接続された電源と、
前記電源に動作可能に接続された少なくとも一つのキャパシタと、
前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたインダクタンスと、
前記マグネトロンを充電させるために動作可能に接続され、第１のパルスにより前記マグネトロンを充電させるように構成された第１のスイッチと、
前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続され、第２のパルスにより前記マグネトロンを放電させるように構成された第２のスイッチと、
前記マグネトロンに動作可能に接続された少なくとも一つの検出器とを備え、
前記少なくとも一つの検出器は、アークの発生を検出するように構成され、前記アークの検出は、前記アークの発生を抑制するために前記第２のスイッチを活性化する装置。
【請求項１１】
前記インダクタンスはコイルであり、前記第２のスイッチは、前記コイルに沿った点に動作可能に接続された請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
インダクタンスと抵抗を有するケーブルを更に備え、該ケーブルは、前記少なくとも一つのキャパシタの開始電圧を前記マグネトロンへ放電させるために使用される請求項１０または１１の何れか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のスイッチは、前記少なくとも一つの検出器による前記アークの検出に応答して制御される請求項１０乃至１２の何れか１項記載の装置。
【請求項１４】
基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置であって、
カソード及びアノードを備えたマグネトロンと、
前記マグネトロンに動作可能に接続された電源と、
前記電源に動作可能に接続された少なくとも一つのキャパシタと、
前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたコイルと、
前記マグネトロンを充電させるために前記マグネトロンに前記電源を動作可能に接続し、前記マグネトロンに第１のパルスを供給するように構成された第１のスイッチと、
前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続され、前記コイルに沿った点に接続され、第２のパルスにより前記マグネトロンを放電させるように構成された第２のスイッチと、
前記マグネトロンに動作可能に接続され、アークが発生していることを検出するように構成された少なくとも一つの検出器とを備え、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、前記アークの発生を抑制するために前記少なくとも一つの検出器による前記アークの検出に応答して制御される装置。
【請求項１５】
基板上にコーティングを形成するためにスパッタリングを発生させる装置に電圧パルスを供給する方法であって、
電源からマグネトロンを充電させるために第１のスイッチに第１のパルスを供給するステップと、
前記マグネトロンを放電させるために第２のスイッチに第２のパルスを供給するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記第１のパルスは、キャパシタが充電される期間に該当する前記第１のスイッチについての比較的長いオフ時間を含み、
前記第２のパルスが前記第２のスイッチを活性化する前に前記第１のスイッチが活性化されてコイルにエネルギーを蓄えさせる比較的短い時間が経過し、前記第２のスイッチの活性化が前記マグネトロンの放電を引き起こす請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のパルスの周波数は、１ｋＨｚと２０ｋＨｚの間であり、
前記第１のパルスは、０．１％と１０％の間のデューティサイクルを有し、且つ、前記第１のパルスのオン時間は２μｓと２０μｓの間である請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のパルスと前記第２のパルスは、第１のモードと第２のモードの間で周期的に切り替わり、
前記第１のモードは、キャパシタが充電される期間に該当する前記第１のスイッチについての比較的長いオフ時間を有する前記第１のパルスを含み、
前記第２のパルスが前記第２のスイッチを活性化する前に前記第１のスイッチが活性化されてコイルにエネルギーを蓄えさせる比較的短い時間が経過し、前記第２のスイッチの活性化が前記マグネトロンの放電を引き起こし、
前記第２のモードは、前記マグネトロンに電圧を供給するための比較的長いパルスを有する前記第１のパルスを含み、前記第２のパルスは１組のショートパルスである請求項１５乃至１７の何れか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のモードは、
前記第１のパルスの周波数が１０Ｈｚと１ｋＨｚの間であり、前記第１のパルスが０．１％と１０％の間のデューティサイクルを有し、前記第１のパルスについてのオン時間が２μｓと２０μｓの間であり、
前記第１のパルスが前記第１のスイッチを活性化していない場合に、前記第２のパルスが０．０１％と２０％の間のデューティサイクルを有し、
前記第１のパルスがオフ時間を有する場合の前記第２のパルスについてのオン時間が１μｓ乃至５μｓの間であること
を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のパルスは、前記マグネトロンに電圧を供給するための比較的長いパルスであり、
前記第２のパルスは、１組のショートパルスである請求項１５乃至１９の何れか１項記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のパルスと前記第２のパルスの周波数は、１０Ｈｚと１ｋＨｚの間であり、
前記第１のパルスは、０．１％と１０％の間のデューティサイクルを有し、
前記第１のパルスについてのオン時間は、２μｓと２０μｓの間であり、
前記第２のパルスは、３０％と９９％の間のデューティサイクルを有する請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
インダクタコイルに沿った前記第２のスイッチの位置の調整により、または前記第２のパルスの調整を通じて、前記基板上のビアまたはトレンチのカバレッジを最適化するステップを更に含む請求項１５乃至２１の何れか１項記載の方法。
【請求項２３】
前記基板上に少なくとも一つの層を形成すると共に前記基板に所望のコーティングを提供するためにインダクタコイルに沿った前記第２のスイッチの位置を調整すると共に前記第２のパルスを調整するステップを更に含む請求項１５乃至２２の何れか１項記載の方法。
【請求項２４】
前記コーティングの膜応力、微細構造、力学的特性、電気的特性、または光学的特性のうちの少なくとも一つを最適化するためにインダクタコイルに沿った前記第２のスイッチの位置を調整すると共に前記第２のパルスを調整するステップを更に含む請求項１５乃至２３の何れか１項記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも一つの検出器の使用を通じてアークが発生していることを検出するステップと、前記アークの検出に応答して前記マグネトロンを放電させて前記アークの発生を抑制するために前記第２のスイッチを活性化するステップとを更に含む請求項１５乃至２４の何れか１項記載の方法。
【請求項２６】
請求項１５乃至２５の何れか１項記載の方法を含むコーティングされた基板を製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年１２月１２日出願の米国仮出願第６０／８６９５６６号の利益を主張するものであり、その開示内容の全体が、参照することにより本明細書に組み込まれる。また、本出願は、２００６年１２月１２日出願の米国仮出願第６０／８６９５７８号の利益を主張するものであり、その開示内容の全体が、参照することより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して、基板上にコーティングを形成するためのスパッタリング(sputtering)の発生に関し、更に詳しくは、高出力インパルス・マグネトロン・スパッタリング(HIPIMS; High Power Impulse Magnetron sputtering)に関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタリング(sputtering)は、エネルギーイオン(energetic ions)による材料の衝撃により固体のターゲット材(a solid target material)中の原子を気相(gas phase)中に放出させる物理的処理である。このスパッタリング処理は、一般に、薄膜フィルムの堆積(deposition)に使用される。スパッタリング処理のためのエネルギーイオンは、スパッタリング装置内に誘起されるプラズマによって供給される。実際には、最適なスパッタリング条件を実現するために、プラズマの特性、特にイオン密度を修正するのに種々の技術が用いられる。プラズマの特性を修正するために用いられる技術の幾つかは、ＲＦ（高周波）交流電流、ＡＣ電源、ＤＣ電源、ＤＣ及びＡＣ電源の重畳(superposition)、双極または単極電源のようなパルスＤＣ電源、磁界の利用、そしてターゲットに対するバイアス電圧の印加を含む。
【０００４】
通常、スパッタリング源はマグネトロンであり、このマグネトロンは、ターゲットの表面近傍の閉プラズマループ(a closed plasma loop)に電子を捕獲するために磁界を利用する。この電子は、磁界周辺のループにおける螺旋状の経路(helical paths)をたどる。この電子は、発生するというよりも、ターゲット表面近くのガスの中性(gaseous neutrals)で更なる電離衝突(ionizing collisions)を受ける。スパッターガスは不活性(inert)であり、代表的にはアルゴンであるが、他のガスを使用することも可能である。これらの衝突の結果として生成される過剰なアルゴンイオンは、比較的高い堆積速度(deposition rate)をもたらす。このような磁界ループを形成するためにターゲットの向こう側に強永久磁石を配置することが知られている。ターゲットの表面上のプラズマループの位置では、レーストラック(racetrack)が形成され、それは、材料の好ましい侵食(erosion)の領域である。材料の利用を増すために、可動の磁気構成(movable magnetic arrangement)が使用され、それは、ターゲットの比較的大きな領域をプラズマループで掃引(sweep)することを可能にする。
【０００５】
直流電流(DC; Direct Current)マグネトロン・スパッタリングは、交差電界と磁界(crossed electric and magnetic fields)を用いた公知の技術である。ＤＣマグネトロン・スパッタリングの増強(enhancement)技術にはパルスＤＣ(pulsed DC)がある。この技術は、いわゆる“チョッパー(chopper)”を使用し、ＤＣ電源を単極または双極パルスの電源に変更するためにインダクタコイルＬとスイッチが使用される。インダクタコイルＬはチョッパーであり、好ましくは、ＤＣ電源とマグネトロンのカソードとの間に配置されたタップを備える。電子スイッチＳは、周期的に開閉してパルスを生成する。スイッチＳのオン時間の期間では、コイルＬのタップとマグネトロンのアノードとの間の実効的なショートカットが負のカソード電圧をオフに切り替え、好ましくは、コイルＬの単巻トランス効果(auto transforming effect)により正の電圧にオーバーシュートする。スイッチＳのオフ時間の期間では、ＤＣ電源からの電流がコイルＬに継続して流れ込み、その磁界にエネルギーを蓄える。スイッチＳが再びオフになると、短い負の高電圧のピークがマグネトロンのカソードに生じる。これは、マグネトロンプラズマの比較的速い再発生(reigniting)と、元の放電電流の回復(restoring)に役立つ。
【０００６】
従来技術で述べた高出力インパルス・マグネトロン・スパッタリング(HIPIMS)技術は、パルス時間が２０乃至５００μｓであって、典型的には５Ｈｚから２００Ｈｚの比較的低い繰り返し周波数のパルスを使用する。放電ピーク電流は、比較的小さいカソードについての１００Ａから、比較的大きいカソードについての４ｋＡまでの範囲をとり、それは、０．１乃至１０Ａ／ｃｍ２のオーダーのカソードでの電流密度に対応する。一般技術では、図２に示されるような配線(wiring)を使用する。
【０００７】
図２及び図３では、ＤＣ電源は、キャパシタＣのバンク(bank)を開始電圧(starting voltage)まで充電し、それは、或るインダクタンスＬcabと抵抗Ｒcabを有するケーブルを通じてマグネトロンへ放電される。任意的には、マグネトロン放電電流の立ち上がり時間(rise time)を制限するために、インダクタンスＬが直列に導入される。図３では、アークが電流計により検出されている。電源でのパルス期間にアーク(arc)が発生すれば、キャパシタが放電されて、ケーブルとオプションのコイルＬ１に残ったエネルギーのみがアーク放電に放電される。
【０００８】
図６は実験結果を示す。そのデータは、ＨＩＰＩＭＳ技術の放電の状態において周波数の関数として電流の立ち上がり時間の測定値を示す。この例でのターゲットは、タンタル（Ｔａ）から構成され、その直径は３００ｍｍであり、また、この実験では回転磁石配置(rotating magnet array)を使用している。１０Ｈｚ（１００ｍｓ周期）の低い繰り返し周波数では、電圧パルスの開始と電流の立ち上がりの開始との間に比較的長い遅延（約５μｓ）が存在する。この遅延は、１００Ｈｚ（１０ｍｓ周期）の繰り返し周波数が使用された場合には幾分短くなる（４μｓを越える）。５００Ｈｚ（２ｍｓ周期）の比較的高い周波数では、さらに電流はさらに速く立ち上がり、ほんの約１．５μｓ以内である。
【０００９】
標準のＨＩＰＩＭＳ技術には多くの欠点が存在する。その一つの欠点は、高い蓄積エネルギーと、実質的にはマグネトロンの動作電圧以外の電圧とにより寸法が決定される比較的大型で高価なキャパシタが備えられることである。他の欠点は、マグネトロンを定電流モードで作動させることとは対照的に、マグネトロンが、定電圧に近いモードで作動されることである。もう一つの他の欠点は、図６の実験結果に示されるように、マグネトロン電流パルスの長い開始時間（５乃至１００μｓ）が存在することである。他の欠点は、電圧パルスと電流立ち上がりの開始との間に長い遅延（２乃至２０μｓ）が存在することである。
【００１０】
比較的高いデューティサイクル（オン時間が５０％乃至９９％）と、短いオフ時間（１００ｎｓ−１０μｓ）と、高い周波数（１０−５００ｋＨｚ）が使用される場合には、チョッパーの使用は良好な選択である。デューティサイクルは、サイクルタイムで除算されたオン時間の百分率と等価である。このような状況では、コイルにおけるエネルギー損失は許容範囲であり、コイルのサイズが大きすぎることもない。しかしながら、ＨＩＰＩＭＳは、比較的低い周波数（５Ｈｚ乃至２００Ｈｚ）と、０．０１％乃至１０％の低いデューティサイクルを使用する。これは、長いプラズマ・オフ期間中にフルピーク放電電流がコイルを通って流れ、コイルで高い抵抗性の損失を発生させるので、チョッパー動作にとっては好ましくない。また、多大な蓄積エネルギーのためのコイルの寸法は実際的ではない。
【００１１】
Helmersson、Christie、およびVlcekの従来技術文献は、ＨＩＰＩＭＳの主な欠点の一つとして、平均入力電力あたりの堆積速度(deposition rate)が比較的低いことを示している。堆積速度が低い理由は、スパッタされた材料が、十分に開発されたＨＩＰＩＭＳ放電で比較的高くイオン化され、このイオンがカソードに引き戻され、従ってそのほとんどが基板に到達しないからである。
【００１２】
また、ＨＩＰＩＭＳで使用される高い放電電流値もアーク放電の危険の増加させている。アークが生じた場合、放電電圧が１０−１００Ｖの範囲にまで低下し、電流が増加し、そして放電自体が１又は２以上の微小なホット・カソード・スポットに縮小(contract)することが知られている。アークは望ましくない。なぜならば、系におけるエネルギーがあまりにも急速に放電するからである。ターゲットの表面に対するこのようなホット・スポットによってもたらされる損傷は、飛沫(droplet)および粒子(particle)と同様に説明される。ＨＩＰＩＭＳに使用されている幾つかの電源はアーク抑制機能を使用する。アーク抑制のための一般技術は図３の配線スキームを使用する。
【００１３】
アーク放電の発生は、図４および図５に示される。図４は、アークが発生しない場合の代表的なＨＩＰＩＭＳパルスを示し、これに対し、図５は、アーク発生時の一例である。アークが発生すると、放電インピーダンスは大幅に減少する。これは、電流の急峻な増加をもたらすが、その増加は振幅において制限されると共に、ＬcabとＬ１とＲcabの直列インピーダンスにより上昇が制限される。公知の技術の一つにより例えば閾値電流を越えたことによりアークが検出されると、スイッチＳ１は、使用した電子装置およびスイッチング素子によって制限される遅延を伴うだけで、即座にオフ状態に設定される。それにもかかわらず、ケーブルとコイルに蓄えられたエネルギーＥは比較的大きい。もしスイッチ・オフ前のピーク電流がＩpeakであり、実効インダクタンスがＬ＝Ｌeab＋Ｌ１であるとすれば、エネルギーはＥ＝ＬＩpeak２／２である。一例として、Ｉpeak＝２ｋＡ及びＬ＝１．０μＨは、エネルギーＥ＝２Ｊを与える。これは、例えば２００μｓの長さの期間中、アーク電圧５０Ｖで２００Ａの電流を供給することが可能なエネルギーである。
【００１４】
装飾的またはハードコーティングの堆積のためにＨＩＰＩＭＳを用いる技術処理では、とりわけ、パルス条件が、頻繁なアーク放電を制限または防止すると共にアークの発生を抑制するように注意深く選択されれば、上述の標準的なアーク抑制は、ターゲットの損傷を防止または制限するのに十分であると共に、適度な品質の堆積を可能とする。それにもかかわらず、半導体ウェハ処理、薄膜ヘッド(thin film heads)、ＭＥＭＳ、および光または磁気データ記憶装置の処理ような、粒子の影響を受けやすい処理については、アークに与えられる残余エネルギーはあまりにも大きすぎる。堆積中にアークから発生する飛沫(droplet)は、シリコンウェハまたは他の基板上に生じる装置の故障(malfunction)を引き起こすかもしれない。さらに悪い問題は、例えば新しいターゲットを組み込んだ後の処理チャンバーにおける粒子の蓄積である。このような新たなターゲットは、通常、古いスパッタ侵食ターゲットよりも大きなアーク放電を生じる傾向を示す。このようにして蓄積された粒子は、たとえ処理中にアークが発生しなくても、後で、その生成処理の間に反応器壁(reactor walls)から放出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
アーク抑制に用いられる標準的な技術は、アーク抑制電子装置が反応した後にアーク放電に利用可能なあまりにも多くのエネルギーを残すという欠点を有している。大きさが０．１乃至１０ジュールのオーダーのこのエネルギーは、カソード・スポットを加熱するのに十分であり、フルアーク放電を発生させ、最も技術的に重要なターゲット材上に飛沫を放つ。アークが検出された後、アークエネルギーと、このアークの寿命を制限することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以下に、本発明の幾つかの態様例の基本的理解を提供するために、本発明の簡略化された概要を述べる。この概要は、本発明の広範な概説(overview)ではない。また、この概要は、本発明の決定的要素(critical element)を特定するものではなく、本発明の範囲を描くものでもない。この概要の唯一の目的は、後で述べられる更に詳細な説明の前置きとして、簡略化した形式で本発明の幾つかの概念を示すことである。
【００１７】
本発明の一態様によれば、基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置が提供される。本装置は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンを備える。電源が前記マグネトロンに動作可能に接続され、少なくとも一つのキャパシタが前記電源に動作可能に接続される。また、本装置は、前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたインダクタンスを備える。また、第１のスイッチ及び第２のスイッチが備えられる。前記第１のスイッチは、前記電源を前記マグネトロンに動作可能に接続して前記マグネトロンを充電させ、前記第１のスイッチは、第１のパルスにより前記マグネトロンを充電させるように構成される。前記第２のスイッチは、前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続される。前記第２のスイッチは、第２のパルスにより前記マグネトロンを放電させるように構成される。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置が提供される。本装置は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンを備える。電源が前記マグネトロンに動作可能に接続され、少なくとも一つのキャパシタが前記電源に動作可能に接続される。少なくとも一つの検出器が、前記マグネトロンに動作可能に接続され、前記少なくとも一つの検出器は、アークが発生していることを検出するように構成される。また、第１のスイッチ及び第２のスイッチが備えられる。前記第１のスイッチは、前記電源を前記マグネトロンに動作可能に接続して前記マグネトロンを充電させ、前記第１のスイッチは、第１のパルスにより前記マグネトロンを充電させるように構成される。前記第２のスイッチは、前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続され、前記第２のスイッチは、前記少なくとも一つの検出器によりアークの発生(forming)を検出した場合、前記マグネトロンを放電させると共にアークの発生を抑制するように構成される。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置が提供される。本装置は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンを備える。電源が前記マグネトロンに動作可能に接続され、少なくとも一つのキャパシタが前記電源に動作可能に接続される。また、本装置は、前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたインダクタンスを備える。また、第１のスイッチ及び第２のスイッチが備えられる。前記第１のスイッチは、前記電源を前記マグネトロンに動作可能に接続して前記マグネトロンを充電させ、前記第１のスイッチは、第１のパルスにより前記マグネトロンを充電させるように構成される。前記第２のスイッチは、前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続される。前記第２のスイッチは、第２のパルスにより前記マグネトロンを放電させるように構成される。少なくとも一つの検出器が、前記マグネトロンに動作可能に接続され、前記少なくとも一つの検出器は、アークが発生していることを検出するように構成される。前記アークの検出は、前記第２のスイッチを活性化して前記アークの発生を抑制させる。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、基板上にコーティングを形成するためにターゲットのスパッタリングを発生させるための装置が提供される。本装置は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンを備える。電源が前記マグネトロンに動作可能に接続され、少なくとも一つのキャパシタが前記電源に動作可能に接続される。また、本装置は、前記少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続されたコイルを備える。また、第１のスイッチ及び第２のスイッチが備えられる。前記第１のスイッチは、前記電源を前記マグネトロンに動作可能に接続して前記マグネトロンを充電させ、前記第１のスイッチは、第１のパルスにより前記マグネトロンを充電させるように構成される。前記第２のスイッチは、前記マグネトロンを放電させるために動作可能に接続されると共に、前記コイルに沿った点に接続される。前記第２のスイッチは、第２のパルスにより前記マグネトロンを放電させるように構成される。少なくとも一つの検出器が、前記マグネトロンに動作可能に接続され、前記少なくとも一つの検出器は、アークが発生していることを検出するように構成される。前記アークの検出は、前記第２のスイッチを活性化して前記アークの発生を抑制させる。前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記少なくとも一つの検出器による前記アークの検出に応答して制御されて、前記アークの発生を抑制させる。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、基板上にコーティングを形成するためにスパッタリングを発生させる装置に電圧パルスを供給(administering)する方法が提供される。本方法は、第１のパルスを第１のスイッチに印加して、電源からマグネトロンを充電させるステップを含む。また、本方法は、第２のパルスを第２のスイッチに印加して、前記マグネトロンを放電させるステップを含む。
【００２２】
前述の内容および本発明の他の態様は、添付の図面を参照して以下の説明を読めば、本発明が関連する技術分野の当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】チョッパー方式の従来技術を示す図である。
【図２】ＨＩＰＩＭＳ応用の従来技術を示す図である。
【図３】アーク抑制を備えたＨＩＰＩＭＳ応用の従来技術を示す図である。
【図４】典型的なパルス期間での従来技術におけるＨＩＰＩＭＳの電圧と電流のプロット図である。
【図５】アークが発生している場合の典型的なパルス期間での従来技術におけるＨＩＰＩＭＳ応用の電圧と電流のプロット図である。
【図６】時間の関数として電流の立ち上がりの測定値及び異なる周波数を示すプロット図である。
【図７】異なるモードを適用するための二つのスイッチを備えた本発明の第１の例を示す図である。
【図８】図７で使用される高周波モードの例を示す図である。
【図９】図７で使用される第１のパルス内の複数の副パルスモードの例を示す図である。
【図１０】図７で使用されるパルス・プレイオン化モードの例を示す図である。
【図１１】チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いた実験結果を示すプロット図である。
【図１２】タンタル（Ｔａ）ターゲットを用いた実験結果を示すプロット図である。
【図１３】電圧に関するアークの影響と実験値を示すプロット図である。
【図１４】電流に関するアークの影響と実験値を示すプロット図である。
【図１５】二つのスイッチとアーク検出を備えた本発明の第２の例を示す図である。
【図１６】図１５の系によってアークが検出された場合において、スイッチングが発生した後の前記系における電圧と電流を示すプロット図である。
【図１７】二つのスイッチとアーク検出構成を備えた本発明の他の第２の例を示す図である。
【図１８】図１７の系によってアークが検出された場合において、スイッチングが発生した後の前記系における電圧と電流を示すプロット図である。
【図１９】異なるモードを適用するための二つのスイッチとアーク検出構成を備えた本発明の第３の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を参照して、本発明の１又は２以上の態様を組み込んだ例を説明する。これらの例示的な例は、本発明に関する制限を意図するものではない。例えば、本発明の１又は２以上の態様は他の実施形態で利用可能であり、他のタイプの装置でも利用可能である。また、本明細書では、或る専門用語(terminology)は、便宜的に使用されるものであり、本発明を限定するものとして受け取られるべきではない。更にまた、図面では、同一の参照番号は同一の要素を示すものとして導入されている。
【００２５】
ＨＩＰＩＭＳでは、１０μｓを下回るオン時間(on-time)での高速なスイッチングを使用することが一般に知られている。図７の例は、１％のデューティサイクルに基づいて、最も短いパルスのオン時間を約１０μｓに制限し、従って最大周波数を約１ｋＨｚに制限して、μｓでの電流の高い立ち上がり時間を示す低い周波数（１乃至２００Ｈｚ）で行われた測定に基づいて構成(design)される。図６の実験結果は、残りのプラズマ密度が比較的十分に高い場合には、高出力マグネトロン放電の比較的速いスイッチングの可能性を示す明らかな傾向を示した。２０乃至５００ｋＨｚの周波数範囲でのＤＣパルススパッタリングとチョッパーを用いた実験に基づいて、プラズマは０．２μｓ内で再発生することができ、周波数の制限は必ずしも適合しない。むしろ、パルスオン時間およびオフ時間が、シース(sheath)およびプレシース(pre-sheath)を通じたイオンの飛翔時間（０．２μｓ乃至５μｓ）に匹敵する場合には、異なる物理的現象が予期される。
【００２６】
図７の本発明の例は、この構成では、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２を備える。第１のスイッチは、マグネトロンを充電するために動作可能に接続され、第１のパルスにより電圧を供給すると共に上記マグネトロンを充電し得るように構成される。第２のスイッチＳ２は、上記マグネトロンを放電するために動作可能に接続され、第２のパルスにより上記マグネトロンを放電するように構成される。また、この例では、インダクタンスが備えられ、少なくとも一つのキャパシタに動作可能に接続される。この例では、インダクタンスはコイルＬであるものとするが、当然のことながら、このインダクタンスを提供するために他の構成を使用することができる。コイルＬは、従来技術の図２におけるコイルＬ１のようにＨＩＰＩＭＳ動作中の同様の機能を有する。従って、図７のコイルＬは、また、マグネトロン放電電流の立ち上がりの傾き(slope)を制限する。コイルＬは、また、アークが発生したときのピーク電流を制限する。また、図７の装置例は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンと、上記マグネトロンの近くに配置されて基板上にコーティングを形成するために原子をスパッタするのに使用されるターゲットと、上記マグネトロンと動作可能に接続された電源と、上記電源と動作可能に接続された少なくとも一つのキャパシタＣとを備える。上記コイルＬは、上記少なくとも一つのキャパシタＣに動作可能に接続される。上記電源はＤＣ電源であり得る。図７の装置例は、０．１と１０Ａ／ｃｍ２との間のマグネトロンのカソード上の電流密度でのＨＩＰＩＭＳパルス(HIPIMS pulsing)を適用することができる。
【００２７】
ＨＩＰＩＭＳシステムの効率を増加させるために、上昇されたパルス周波数を用いた図７の例を用いた多くの動作モードが存在する。図８に示された、図７の例についての一つの動作モードでは、第１スイッチＳ１についてのパルスフォーム、即ち第１のパルスは、高い周波数を有している。第１のスイッチＳ１の第１のパルスと第２のスイッチＳ２の第２のパルスについてのパルス波形は、この高周波モードについて図８に示されている。図８の高周波モードは、２００Ｈｚ−１００ｋＨｚの高周波パルス動作を含む異なるレベルで動作可能であるが、好ましい例は１ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚの間で生じる。また、低電力損失の比較的低い実効デューティサイクル（０．１％乃至１０％）は、このモードで実現され得る。０．２μｓ乃至１００μｓのオン時間（ｔ１−ｔ２の期間）は、この例で使用することができ、好ましい例は２μｓ乃至４０μｓで生じる。電流密度は面積平均(area-average)であり得る。
【００２８】
高周波モードは、時刻ｔ０で、充電されたキャパシタＣをコイルＬに接続することから開始する。当然ながら、充電されたキャパシタは少なくとも一つのキャパシタであり得るが、図では、複数のキャパシタを指している。時刻ｔ２で、スイッチＳ２を活性化して開放することは、時間（ｔ２−ｔ０）の遅延の後にプラズマを発生させる。コイルＬに蓄えられたエネルギーは、電圧のオーバーシュートをもたらし、この電圧のオーバーシュートは、図８の例に示されるように、マグネトロン電流の比較的速い立ち上がり時間で、マグネトロンのカソード上にほぼすぐに発生する。マグネトロン放電電流は、時刻ｔ１（Ｓ１がオフ）と時刻ｔ３（Ｓ２がオン）との間で減衰する。時刻ｔ３は、時刻ｔ１の後の短い時間から、比較的長い時間の間で選択され、期間の残りを含む。図８のモード例での各第１のパルスは、電圧オーバーシュートと、（ｔ２−ｔ０）の同一の初期の期間中の比較的速い電流の立ち上がりで始まる。エネルギー効率は、キャパシタＣを充電するために使用される第１のスイッチＳ１についての比較的長いオフ時間により達成される。この期間は、ｔ０が生じる前の期間によって示される。初期期間（ｔ２−ｔ０）は比較的短く、コイルＬにエネルギーを蓄えるために使用される。第２のパルスが第２のスイッチＳ２を活性化する前にコイルＬにエネルギーを蓄えるように第１のスイッチが活性化される上記比較的短い時間が過ぎ去る。第２のスイッチＳ２の活性化はマグネトロンの放電を引き起こす。時刻ｔ０−ｔ１からキャパシタの電荷(charge)がコイルＬをロード(load)し、マグネトロンの電流の放電が発生する。具体的には、マグネトロンの放電は時刻ｔ２−ｔ３から発生する。時刻ｔ１−ｔ３からは、コイルＬからの残りのエネルギーがマグネトロンに放電する。
【００２９】
図７の例についての第２の動作モードは図９に示される。このモードでは、第２のパルスは複数の副パルスを使い、この複数の副パルスは、第１のパルスの一つの主要なＨＩＰＩＭＳパルス内に形成される。第１のパルスは、単一の、マグネトロンに電圧を与える比較的長いパルスであり、この第１のパルスは、期間ｔ１−ｔ０で第１のスイッチＳ１を用いることにより形成される。第２のパルスは、複数の副パルス、または、より短い副パルスの組であってもよく、それは、図９のモードの例に示されるように、スイッチＳ２で形成される。図９のモードは、１Ｈｚ−１０ｋＨｚの主要な周波数を含む異なるレベルで動作され、好ましい例は１０Ｈｚ乃至１ｋＨｚである。第１のパルスは、このモードで使用できるデューティサイクル（０．１％乃至１０％）を有する。このモードでは、０．２μｓ乃至１００μｓのオン時間（ｔ１−ｔ０の期間）、好ましくは、２μｓ乃至２０μｓが使用される。第２のパルスのオン時間（ｔ３−ｔ２の期間、それはΔｔｏｎに等しい）は、０．２μｓ乃至１００μｓであり、好ましくは、２μｓ乃至２０μｓである。同様に、第２のパルスのオフ時間（Δｔｏｆｆの期間）は、０．２μｓ乃至１００μｓであり、好ましくは、２μｓ乃至２０μｓである。第２のパルスのデューティサイクルは広い範囲の値をとり得るので、多くのモードの例が存在する。例えば、第２のパルスのデューティサイクル（Δｔｏｎ）／（Δｏｎ＋Δｔｏｆｆ）は、３０％乃至９９％の範囲であり得る。従って、当然ながら、多くの異なるタイプのパルス構成が、第２のパルスについての多様な期間および異なるタイプの常数を含んで案出され得る。例えば、Δｔｏｎでさえも、Ｓ１の単一の主要なＨＩＰＩＭＳパルス内の各第２のパルスの期間中に異なる時間値を有することができる。
【００３０】
図９の第２のモード例の動作中、期間ｔ１−ｔ０は、キャパシタＣを充電し、コイルＬをロード(load)し、そしてマグネトロンの電流を放電するために使用される。第２のパルス、またはむしろ第１の副パルスは、スイッチＳ２が開放したときに適切な遅延をもって開始する。時刻ｔ０−ｔ２の期間では、キャパシタＣの電荷(charge)はコイルＬのみをロード(load)する。コイルＬに蓄えられたエネルギーは、マグネトロン電流の比較的速い立ち上がり時間でマグネトロンのカソード上に電圧オーバーシュートをもたらす。そして、第２のパルスは、Ｓ２を開と閉にスイッチングさせることにより、より短いパルスのシーケンスを与える(exert)ことができる。第２のパルス内の各パルスは、電圧オーバーシュートと、比較的速い立ち上がりの電流で始まることができる。具体的には、Ｓ２がターンオンされるたびに、マグネトロン放電が時刻ｔ２−ｔ３から発生する。時刻ｔ１−ｔ３の期間で、コイルＬからのエネルギーはマグネトロンへ放電される。第２のパルスの副パルスの組の終端(end)で、マグネトロン放電電流は、スイッチＳ１がターンオフする時刻ｔ１後に、コイルＬに蓄えられたエネルギーの残りが放電されるまで減衰する。ｔ０前のスイッチＳ１のオフ時間の期間中、キャパシタＣが充電され、何らエネルギー入力がない状態でプラズマ密度が減衰する。
【００３１】
図７の第３の動作モードが図１０に示される。このモードは、パルス・プレイオン化モード(pulsed pre-ionization mode)と称される。このモードは、図９の第２のモードと図８の第１のモードとの交流シーケンス(alternating sequence)であり、第２のパルスの複数の副パルスは、図８のモードによる第１のパルス内に形成され、主要なＨＩＰＩＭＳパルスである。このように、平均放電電力を低く保つことによりプラズマ密度の減衰が急激すぎないことを保証するためにスイッチＳ１の第１のパルスの期間中に使用されることができる第２のパルス内に第１のモードに類似したパルスが存在する。従って、このモード例は、第１の二つのモード例の要素の組み合わせとして見える。Ｓ１のグラフにおける図１０の例では、第１の長いパルスは、第２の動作モードによるパルスに対応し、その一方、３つの連続したパルスは、第１のモード、“高周波”モードの動作（図８参照）を指す。二つのモード間のレート(rate)は、技術的ニーズに応じて選択できる。従って、一例では、第１のパルスと第２のパルスは、第１のモード（図８）と第２のモード（図９）との間で周期的に変化することが可能である。従って、図１０のモードは、上述したように、第１のモードの特性と交互に替わる第２のモードの周波数（“主周波数”）によって特徴づけられる。何れのモードでも第１のパルスの主周波数は１Ｈｚ−１０ｋＨｚであり、好ましい例は、１０Ｈｚ乃至１ｋＨｚの間で生じる。或るモードでは、０．２μｓ乃至１００μｓのオン時間（ｔ１−ｔ０の期間）、好ましくは、２μｓ乃至２０μｓを使用できる。第１のパルスのオフ時間の期間中での第２のパルスの副パルスのオン時間は、０．２μｓ乃至１０μｓであり、好ましい例は、１μｓ乃至５μｓの間である。このモードでは、第１のパルスのデューティサイクルは、０．１％と１０％の間である。第１スイッチＳ１のオフ時間の期間中での第２のパルスの副パルスのデューティサイクルが広い範囲の値を持つことができるので、何れのモードでも多くの例が存在する。例えば、オフ時間の期間中での第２のパルスについての副パルスのデューティサイクル（Δｔｏｎ）／（Δｔｏｎ＋Δｔｏｆｆ）は、０．０１％乃至２０％の範囲をとり得る。また、第１のモード例の要素とは異なる第２のパルス内で他のタイプのパルスを使用することができる。
【００３２】
図８−１０の例の何れも、基板上にコーティングを形成するためにスパッタリングを発生させる装置に電圧パルスを供給する方法として使用できる。一例の方法では、第１のパルスは、電源からマグネトロンを充電するために第１のスイッチに印加される。この例の方法は、また、マグネトロンを放電させるために第２のスイッチに第２のパルスを印加するステップを含む。上記第１のパルスと第２のパルスは、この例の方法において図８−１０の例を含むことができる。
【００３３】
図７の一例は、コイルがL=|U(dI/dt)-1|であるものとして構成されている。１ｋＶごとに、１ｋＡ／１μｓの充電が存在し、ここで、一例において、Ｌは１μＨと等価である。コイルＬは、０．１乃至１００μＨの範囲であり得る。
【００３４】
図７の一例は、キャパシタがC=|I(dU/dt)-1|であるものとして構成されている。高周波モードでは、１ｋＡごとに、１０Ｖ／１μｓの放電が存在する。キャパシタＣは１μＦと等価であり得る。
【００３５】
図７の第１の例におけるように、高電圧、大電流、比較的高速なスイッチを有する追加の電子装置を実装するという技術的に厄介な問題をよそにして、本発明の発電機自体は、比較的小さく、安価であり、高速である。パルス間の時間遅延がより短ければ、パルス間でキャパシタを充電するために供給されるエネルギーは比較的小さく、キャパシタはより小さな容量を有し、そのことは、より小さな寸法と低コストをもたらす。コイルＬの変換効率は、電源における比較的低電圧の使用を可能にする。従って、電源のコストを低減させることができる。また、より小さなキャパシタは、調整フィードバックループ(regulating feedback loop)の遅延を小さくすることを可能にする。
【００３６】
これらの利点のそれぞれは、信頼性のある、繰り返し可能な、アークなしの処理に貢献し、それは、半導体ウェハ、薄膜ヘッド、ＭＥＭＳ、光データ記憶装置、磁気データ記憶装置、またはフラットパネルディスプレイの処理のように、粒子の影響を受けやすい基板の短処理（２００ｍｓ乃至１０ｍｉｎ）にとっては重要な特徴である。本発明の他の利点は、チョッパースイッチＳ２がターンオンした場合のチョッパーのオフ時間の有益な効果に関連する。この期間中に、ターゲット電圧は正の値に切り替わる。プラズマからの或る電子はターゲット上で終了し、プラズマ電位(plasma potential)は正の値に到達する。シース(sheath)、プレシース(pre-sheath)、およびプラズマに存在していたイオンは、ターゲットから基板と壁に向けて加速される。単一パルスについての効果は、パルスのオフ時間とターゲットの電圧に依存する。最終的な効果は、繰り返し周波数に部分的に依存する。また、効果は、コイルＬに沿ったスイッチＳ２の接続点に依存する。この接続点はタップと呼ばれる。コイルＬのマグネトロン端とタップとの間に存在する更に多くの巻き線(windings)は、より高電圧の変換効果(transformation effect)、オフ時間中でのより高いターゲット上の正電圧、また、より高いイオンエネルギーと近ターゲット領域(near-target region)からのイオンの比較的高速な減少(depletion)をもたらす。
【００３７】
本発明の第１の例は、図７の例のような、電源を用いたスパッタリング装置で使用することができる。この電源を用いた第１の例の膜堆積(film deposition)の方法と、上記モードの何れかを用いたスイッチング方法は、フロントエンドの半導体ウェハ処理におけるビア(via)とトレンチ(trench)のメタル形成に使用することができる。また、本方法は、スルー／ウェハビア(through/wafer vias)について、一般的なメタル形成、ウエッティング(wetting)、またはシリコンにおけるディープビア(deep via)におけるシード層(seed layer)に使用することができる。例えば、第２のパルスと、インダクタコイルに沿った第２のスイッチの位置は、両方とも、基板に所望のコーティングを提供するように構成されるほか、基板上に１又は２以上の層を形成するように構成されることができる。追加の層の例は、ウエッティング(wetting)またはシード層(seed layer)であり得る。また、本方法は、コイルタップの位置及び／又はチョッパーのオフ時間によりビア及び／又はトレンチにおけるサイドウォール及び／又はボトムを最適化するために使用することができる。他の例では、本方法は、コイルタップの位置及び／又はチョッパーオフ時間を調整することにより基板へのイオン束(ion flux)を最適化するために使用することができる。また、堆積速度(deposition rate)は、第２のパルスのオフ時間（即ち、チョッパーのオフ時間）の調整により、及び／又は、インダクタコイルに沿った第２のスイッチの位置を調整することにより最適化されることができる。従って、異なる比較的高い堆積速度は、多くの応用に対して望ましい速度が得られる。スイッチＳ２との接続点が調整可能なコイルのように、より多くのスイッチタブを有するコイルを使用すること、またはコイルＬを変えることは、装置に最適なレベルを見つけ出すのに役立つ。このような効果は、基板に対するイオン束のほか、イオンエネルギーを最適化するために使用することができる。同様に、半導体ウェハにおけるビアおよびトレンチのボトム及びサイドウォールのカバレッジも最適化することができる。また、第１の例の本方法は、第２のパルス（即ち、チョッパーのオフ時間）の調整、及び／又は、インダクタコイルに沿った第２のスイッチの調整のようなコイルタップの位置の調整により、膜応力(film stress)、微細構造(microstructure)、力学的特性(mechanical property)、電気的特性、光学的特性、および、コーティングの他の特性を最適化するために使用することができる。
【００３８】
ＤＣマグネトロン・スパッタリングと比較した場合のＨＩＰＩＭＳ応用における比較的低い比速度(specific rate)という前述の欠点は、本発明のパルス方法により一部埋め合わせることができる。チョッパー・オン時間の区間が、イオンのターゲット・シース及びプレシースを横切る飛翔時間（概ね０．２μｓ乃至５μｓの範囲）に匹敵すれば、イオン化されスパッタ(spatter)された粒子のほとんどがターゲットに引き戻されないように抑制することが可能である。この粒子は、イオンがターゲットに到達する前に、逆方向の電界と加速度を生じるチョッパー・オフ時間によりターゲットに引き戻されることが抑制される。
【００３９】
図１１−１４は、早期アーク検出(early arc detection)の利益を例示するのに役立つ多くの実験結果を含む。図１１は、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いた実験結果を示すプロットである。この実験結果は、アークが発生したときのチタンターゲットの電圧と、このターゲットの電流を示す。図１２は、タンタル（Ｔａ）ターゲットを用いた実験結果を例示するプロットである。この実験結果は、アークが発生したときのタンタルターゲットの電圧と、このターゲットの電流を示す。図１３は、電圧に関するアークの影響と実験結果を例示するプロットである。図１４は、電流に関するアークの影響と実験結果を例示するプロットである。このプロットは、アークが発生した場合に、どの程度の電流が、より長い期間でより大きな値にとどまるかを例示している。
【００４０】
アーク検出を用いた本発明の第２の例が図１５に示される。その基本的な概念は、アークが発生し又は発生し始めていることが検出された後にマグネトロンのカソードの近くの位置でのアークの発生を防止(prevent)または抑制(inhibit)することである。図１５の例は、少なくとも一つの検出器を備えている。この検出器は、電圧計（Ｖ）または電流系（Ａ）のような計測器(meter)を備えることができる。他の例では、検出器は、アンペア(amps)、ボルト(volts)、またはアークが発生していることを検出するための複数の指標(indicators)をモニタすることができるデバイスであり得る。図１５の例では、二つの検出器、即ち電圧計（Ｖ）および電流計（Ａ）がマグネトロンに近接して配置されている。電圧計（Ｖ）と電流計（Ａ）は、アークが発生していることを検出するように構成される。当然ながら、他の例では、一つの検出器のみを備えもよく、他の例では、マグネトロンに近接した位置を含む種々の位置に更なる検出器を備えてもよい。一つの検出器を備える場合、それは、アークが発生していること又はアークが発生し始めていることを検出するように構成された電圧計または電流計の何れかであり得る。図１５の例は、また、カソード及びアノードを具備するマグネトロンと、上記マグネトロンの近くに配置され、基板上にコーティングを形成するために原子をスパッタするために使用されるターゲットと、上記マグネトロンに動作可能に接続された電源と、上記電源に動作可能に接続された少なくとも一つのキャパシタＣと、上記マグネトロンを充電させるために動作可能に接続され、第１のパルスにより上記マグネトロンを充電させるように構成された第１のスイッチＳ１とを備えることができる。上記電源はＤＣ電源であり得る。
【００４１】
第２のスイッチＳ２は、図１５の例では、マグネトロンのカソード近傍に配置される。スイッチＳ２は、通常は開放しており、パルス動作(pulsing operation)を可能にする。アークが検出された場合、スイッチＳ２はオンに切り替わり、マグネトロンのカソードとアノードとの間に実効的なショートカット(shortcut)を形成する。スイッチＳ２がショートカットを形成すると同時に、スイッチＳ１がオフに切り替わる。或いは、スイッチＳ２がターンオンされてエネルギーのためのショートカットを形成し、スイッチＳ１は、スイッチＳ２が活性化される前またた後の短い期間でターンオンすることができる。スイッチングの効果は図１６に示される。従って、第１のスイッチＳ１は、また、少なくとも一つの検出器によるアーク発生の検出に応答して制御されることができる。スイッチＳ１は、上記アークの発生を防止または抑制するように制御されることができる。第２のスイッチに加えて第１のスイッチを制御することは、装置におけるエネルギーの追加の制御を提供する。また、この例では、インダクタンスが備えられてもよい。このインダクタンスはコイルＬであってもよく、また、図１５のアーク検出例と共に使用することもでき、ここで、上記コイルは、上記少なくとも一つのキャパシタＣと動作可能に接続され、このコイルは、アークが発生したときにピーク電流を制限すると共にマグネトロンの放電電流の立ち上がり時間を制限するように構成される。
【００４２】
アーク検出装置の他の例は図１７に示されており、それは、図１５に示されるスキームに加えてインダクタンスを使用する。この例におけるインダクタンスはコイルＬ２であるが、インダクタンスを提供するための他の例を使用することができる。コイルＬ２は、図３の従来技術のコイルＬ１と同様のＨＩＰＩＭＳ動作中の機能を有し、即ち、マグネトロン放電電流のピークを制限する。また、図１７のコイルＬ２は、アークが発生したときにピーク電流を制限する。従って、この例は、さらに、上記少なくとも一つのキャパシタＣに動作可能に接続されたコイルであって、アークが発生したときにピーク電流を制限すると共にマグネトロンの放電電流の立ち上がり時間を制限するように構成されたコイルを備える。図１５に示されるように、第２のスイッチＳ２は、コイルに沿った点に動作可能に接続されることができる。好ましくは遅延時間を最小化するために、カソードで直接的にアークが検出された後、スイッチＳ２はオンに切り替わり、そしてスイッチＳ２が接続されたコイルに沿った点とマグネトロンのアノードとの間に実効的なショートカットを形成する。このことは、マグネトロンのカソード上での電圧がゼロである更に短い時間をもたらし、その後、コイルＬ２の単巻トランス効果(auto transforming effect)による正の電圧が続く。上記ショートカットは、比較的速くアークを消滅させるのに役立つ。アークの検出に応答したスイッチングの効果は図１８に示される。第２のスイッチＳ２は、アークの検出にすばやく反応するために、カソードの近くの位置に配置される。
【００４３】
本発明の第１の例と第２の例の組合せが、図１９に第３の例として示されている。図１９は、図７に類似するが、その構成において幾つかの相違点を含んでいる。例えば、図１９は、キャパシタＣに蓄えられたエネルギーをコイルＬの有益な効果と組み合わせている。図に示されるように、スイッチＳ２は、チョッパー効果を生じるようにコイルＬに沿った点に接続される。二つのスイッチＳ１及びＳ２は、この構成において使用される。スイッチＳ１は、コイルＬにキャパシタのバンクを開放し、スイッチＳ２は、チョッパースイッチとして使用される。コイルＬは、従来技術の図２におけるコイルＬ１と類似したＨＩＰＩＭＳ動作中の機能を有している。従って、図１９のコイルは、また、マグネトロンの放電電流の立ち上がりの傾きを制限する。コイルＬは、また、アークが発生したときのピーク電流を制限する。また、図１９の例は、カソード及びアノードを具備するマグネトロンと、上記マグネトロンの近傍に配置され、基板上にコーティングを形成するために原子をスパッタするために使用されるターゲットを備えることができる。図１９において、ＤＣ電源は、キャパシタＣのバンクを開始電圧に充電する。この電圧は、或るインダクタンスＬcab及び抵抗Ｒcabを有するケーブルを通じて上記マグネトロンへ放電される。図１９は、更に、図に示されるように、電流と電圧を測定するアーク検出装置を備える。この例におけるアーク検出は、少なくとも一つの検出器によって実施され、この検出器は上記マグネトロンに動作可能に接続され、ここで、この検出器は、アークが発生していることを検出するように構成される。従って、上記検出は、アーク発生、またはアークが発生し始めていることの検出に対して装置を反応させることによりアークの有害な影響を低減させる。スイッチＳ２が実効的なショートカットを形成するのと同時に、スイッチＳ１はオフに切り替わる。或いは、スイッチＳ２がターンオンされてエネルギーのためのショートカットを形成した場合、スイッチＳ１は、スイッチＳ２が活性化される前または後の短い期間でターンオンする。従って、第１のスイッチＳ１は、また、少なくとも一つの検出器によるアークの検出に応答して制御されることができる。この例に、この技術分野で知られているアーク検出の他の例を適用することもできる。図１９のチョッパーとコイルＬについて、１ｋＶの放電電圧が使用され、ここで、正のオフ時間電圧１００Ｖタップはマグネトロン端(magnetron end)から１０％である。図１７のキャパシタＣについて、１ｋＡごとに、１００Ｖ／２００μｓの放電が存在する。キャパシタＣは５０μＦに等しく、ここで、キャパシタＣは、０．１乃至１００μＦの範囲である。
【００４４】
また、図１９の例は、図７について説明したパルス方法を備えるように構成され、ここで、第１のスイッチＳ１は、第１のパルスにより上記マグネトロンを充電させると共に第２のパルスにより上記マグネトロンを放電させる。図７について述べた３つの例の何れも、図１９の二つのスイッチと共に使用することができる。カソードに関する多くの電子装置を備えることは、技術的な複雑さをもたらす。それでも、より小さく、安価で高速な、より低い発電電圧を有する発電機と、より小さなキャパシタは、図１９の構成の利点である。
【００４５】
本発明は、上述の実施形態を参照して説明された。当業者であれば、この明細書の解釈および理解に基づいて修正および変更が可能であろう。本発明の１又は２以上の態様を含む実施形態は、添付の請求項の範囲内から得られる限度において、このような全ての修正および変更を含む。
【符号の説明】
【００４６】
Ｃ；キャパシタ
Ｓ１，Ｓ２；スイッチ
Ｌ，Ｌ２；コイル
【図１】
2010512459.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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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