(57)【要約】  デュアルマグネトロンスパッタリングモードで動作する、少なくとも第１および第２のスパッタリングカソードを備えるマグネトロンスパッタリング装置に使用するデュアルマグネトロンスパッタリング電源であって、それぞれ前記第１および第２のカソードに伴われ、かつそれぞれが対応する前記第１および第２のカソードへの反応ガス・フローを制御するように適合された第１のフロー制御バルブ（１２）および第２のフロー制御バルブ（１４）を介して、前記第１のカソード（１）および第２のカソード（４）のそれぞれに対して反応ガス・フローを供給するための手段を備え、前記電源は、前記第１および第２のカソードのそれぞれについて、前記カソードで発生する過剰な電圧に関連してフィードバック信号を送付する手段と、前記それぞれのフロー制御バルブを調整することにより前記それぞれのカソードが伴うそれぞれのフロー制御バルブへの前記反応ガス・フローを制御するともに、前記それぞれのカソードから前記カソードについて設定される設定値に対応した電圧フィードバック信号を取得するように、前記フローバルブを調整する制御回路と、を備えるデュアルマグネトロンスパッタリング電源である。また、このような電源が組み込まれたマグネトロンスパッタリング装置が請求されている。
2010507728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルマグネトロンスパッタリングモードで動作し、少なくとも第１および第２のスパッタリングカソード（１、４）を備えるマグネトロンスパッタリング装置に使用するデュアルマグネトロンスパッタリング電源であって、
前記第１および第２のスパッタリングカソード（１、４）に接続された交流電源（８）と、
それぞれ前記第１および第２のカソード（１、４）に伴われ、かつそれぞれが対応する前記第１および第２のカソードへの反応ガス・フローを制御するように適合された第１および第２のフロー制御バルブ（１２、１４）を介して、前記第１および第２のカソード（１、４）のそれぞれに対して反応ガス・フローを供給するための手段（９、１０）とを備え、
前記電源は、前記第１および第２のカソードのそれぞれについて、
前記カソード（１、４）で発生する過剰な電圧に関連してフィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）を送付する手段と、
前記それぞれのフロー制御バルブ（１２、１４）を制御することにより、前記それぞれのカソード（１、４）が伴うそれぞれのフロー制御バルブ（１２、１４）への前記反応ガス・フローを制御するとともに、前記それぞれのカソード（１、４）から前記カソードについて設定される設定値（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）に対応した電圧フィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）を取得するように、前記フロー制御バルブ（１２、１４）を調節する制御回路（１８、２０）と
を備えるデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２】
前記反応ガスは、それぞれの前記フロー制御バルブ（１２、１４）を介し、かつ前記それぞれのカソード（１、４）が伴うガス・フレームを介して、前記第１および第２のカソード（１、４）にそれぞれ供給される、請求項１に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項３】
前記第１および第２のカソード（１、４）の電圧フィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）は、それぞれ前記各カソードに印加される見かけ上の交流電圧を測定するか、整流された交流電圧を測定するか、関連する直流電圧を測定するか、または電源（８）によって各カソード（１、４）に印加される出力電圧を検出する電圧測定デバイスのうちいずれか１である、請求項１または２に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項４】
前記第１および第２のカソード（１、４）は、マグネトロンスパッタリング装置の対向するカソードである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項５】
前記第１および第２のカソード（１、４）のカソード材料は、それぞれ、アルミニウム、またはチタンといった金属、シリコンといった半導体、およびこれらのいかなる混合物を含む群から選択され、反応ガスは、酸素および窒素を含む群から選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項６】
不活性の気体（Ａｒ）は、他方のカソードで、前記真空チャンバ内の中央の供給位置（２２）で、若しくは前記真空チャンバの内部または前記真空チャンバに近接する他の適切な位置で前記真空チャンバに供給される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項７】
前記各フィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）は、前記各カソードと、グラウンドとの間で測定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項８】
前記制御回路（１８、２０）は、前記カソード（１、４）からのフィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）と、それぞれの設定値信号（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）とをインプットとして有し、それぞれの分圧設定値信号（Ｐ１ ＤＥＳおよびＰ４ ＤＥＳ）をアウトプットとして生成する各カソードそれぞれ用のレギュレータを備え、各カソード（１、４）に伴われるそれぞれのプローブ（λ１、λ４）は、前記反応ガスの実圧力信号（Ｐ１ＡＣＴ、Ｐ４ＡＣＴ）を生成し、前記分圧設定値信号（Ｐ１ ＤＥＳ、Ｐ４ ＤＥＳ）およびそれぞれの前記実圧力信号（Ｐ１ＡＣＴ、Ｐ４ＡＣＴ）は、追加のレギュレータ（３０、３２）の各入力に供給され、前記追加のレギュレータの各出力信号は、それぞれが伴われるカソード（１、４）に反応ガスを供給する前記フロー制御バルブ（１２、１４）を駆動する駆動信号（Ｐ１ＯＵＴおよびＰ４ＯＵＴ）を生成するために提供される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項９】
前記各制御回路（１８、２０）は、供給されたフィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）の周波数に相対して低速のレギュレータである、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１０】
前記追加のレギュレータ（３０、３２）は、ハードレギュレータである、請求項８または９に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１１】
前記追加のレギュレータ（３０、３２）は、ソフトレギュレータである、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１２】
前記反応ガスは、Ｏ２であり、前記プローブは、ラムダセンサ（λ１、λ４）である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１３】
前記交流電源は、ｋＨｚ周波数領域の交流電力を生成する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１４】
前記交流電源は、４０〜６０ｋＨｚの周波数領域の交流電力を生成する、請求項１３に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１５】
各カソードの各出力電圧（Ｖ１、Ｖ４）は、それぞれ典型的には５０〜４００ボルトの範囲の整流された交流電圧である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１６】
各カソード（１、４）に供給される前記反応ガスの分圧の変化に関わらず、不活性ガスの供給を調整して、チャンバ内の全体の圧力を実質的に一定に保つレギュレータを備える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１７】
不活性ガスの供給を調整して、チャンバ内の不活性ガスの圧力をほぼ一定に保つレギュレータが設けられている、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１８】
各カソード（１、４）で消費される電力は、前記交流電源の複数の周期、すなわち時間間隔に亘り実質的に同じである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１９】
前記反応ガスは、各ガス・フレームを介して前記各第1および第２のカソード（１、４）に供給される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２０】
電圧に対する設定値（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）の信号は、いかなる時点でも互いに等しい、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２１】
前記電圧の設定値（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）の信号は、時間に関連して変化する、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源を組み込むか、または備えるマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュアルマグネトロンスパッタリング電源およびデュアルマグネトロンスパッタリング電源と組み合わせるか、または備えるマグネトロンスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタリング装置を使用する場合、いわゆるターゲット汚染に関連する問題が生じる。例えば、アルミニウムカソードを用い、反応ガスとしてＯ２を使用する場合、カソードは、初めは清浄なアルミニウムである。反応性のあるＯ２の存在下では、酸化アルミニウムの層がターゲット上に形成され、ターゲットを汚染する。また、酸化アルミニウムの層は、陽極上に形成され、当該絶縁層は、カソードに関する限り、陽極が「消滅」し始めることを意味する。デュアルマグネトロンスパッタリング装置では、交流電源が２つのカソードの間に接続されているので本来的にカソードに印加される電源の極性が変化し、以前に陽極であった一方のカソード上の酸化膜は、絶縁層に蓄積する電子のために当初より負となってより強くイオンと衝突するので、酸化膜、すなわちカソードを部分的に絶縁している被膜が、チェンバ内に存在する不活性ガス・イオンにより再び破壊され、清浄化される。真空チャンバ内に配置された物体のコーティングは、逆位相で動作する第１および第２のカソードから交番的、かつ効率的に行われる。一方のカソードがカソードとして動作している場合、他方のカソードは、陽極として動作している。カソードの電圧は、ターゲット、すなわちカソード表面の汚染の程度によって変動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
デュアルマグネトロンスパッタリングシステムは、例えば、ガラス・コーティング用途で利用されており、互いに並ぶようにして配置された２つのカソードと、概ねカソードの間に配置された酸素供給源とを備えている。デュアルマグネトロンスパッタリングの構成に関する最新技術は、（ガラスの塗布装置で行われているように）、カソードを安定したワーキングポイントに維持するために、一方のカソードへの反応ガス・フローを制御する電圧のフィードバック信号を用いるものと考えられる。しかしながら、電圧のフィードバック信号と、反応ガス・フロー、カソードと反応することができる反応ガスの量に依存するカソードの汚染程度との関係にはヒステリシスがあること、および半周期で交互にカソードが浄化されるため、動作条件の広い範囲に渡って上述した制御を実現することは、困難であると考えられる。
【０００４】
本発明の目的は、スパッタ・コーティングの位相のいかなる所望の長さにおいても安定して動作可能であり、２つのカソードそれぞれから所望される均衡の取れたスパッタリング動作を達成し、そして比較的安価な手段を用いて、質の高いスパッタ・コーティングを可能とする、デュアルマグネトロンスパッタリング電源、およびデュアルマグネトロンスパッタリング電源を組み込むか、または備えるマグネトロンスパッタリング装置を提供することである。さらに、本発明の目的は、カソードの前の空間を通じた、コーティングされる個々の物体と、物体のワークピース支持具（ワークピーステーブル）の要素との移動によって生じるカソードの電圧の変化に対応可能な、デュアルマグネトロンスパッタリング電源、およびデュアルマグネトロンスパッタリング電源を組み込むか、または備えるマグネトロンスパッタリング装置を提供することにある。また、真空チャンバを所望の低い圧力レベルに維持するために用いられる真空ポンプは、対称性の理由のため、不可避的に他方のカソードよりも一方のカソードから、より多くの反応ガスを除去する傾向があるという事実を考慮することができなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成すべく、本発明では、デュアルマグネトロンスパッタリングモードで動作し、少なくとも第１および第２のスパッタリングカソードを備えるマグネトロンスパッタリング装置とともに使用するデュアルマグネトロンスパッタリング電源であって、第１および第２のスパッタリングカソードに接続された交流電源と、それぞれが前記第１および第２のカソードのそれぞれに関連付けられて各カソードへの反応ガス・フローを制御するように構成された第１および第２のフロー制御バルブを介して、第１および第２のカソードそれぞれに反応ガス・フローを供給する手段とを備える。電源は、前記第１および第２のカソードごとに、それぞれのカソードにおける過剰な電圧に関連するフィードバック信号を取得する手段と、各フロー制御バルブを制御して、関連する各カソードへの反応ガス・フローを制御し、各フロー制御バルブを調整して、各カソードから、そのカソードのために設定された設定値に対応する電圧フィードバック信号を取得するように適合された制御回路と、を備えるデュアルマグネトロンスパッタリング電源が提供される。
【０００６】
この種のデュアルマグネトロンスパッタリング電源を提供することにより、マグネトロンスパッタリング装置の均衡化した動作、およびしたがって安定したワーキングポイントが達成されるように、各カソードへと反応ガスを供給するためのそれぞれのフロー制御バルブを制御することによって、各カソードへの反応ガスのフローを制御することが可能となる。各カソードは、交流電源の半周期の間に僅かに汚染され、その次の半周期で部分的に清浄化されるため、各カソードの平均的な汚染程度を、交流電源の多数の周期に亘り一定にすることが望ましく、さらに、各カソードの汚染程度を同じにすることが望ましく、さらに、装置に付随する真空ポンプによって、各カソード付近から反応ガスを除去する際に生じる可能性のある不均等に自動的に対応することが望ましい。上述したシステムは、この目的を実現可能である。
【０００７】
本発明の好適な実施形態は上述した通りであり、また添付する請求項に記述される。共通の参照ポイント（グラウンド）に関連付けて電圧フィードバック信号を提供するので、各カソードでの過剰な電圧を、アース、すなわちグラウンドを基準として測定することが特に高速である。
【０００８】
特定の好適な実施形態では、制御回路は、カソードからのフィードバック信号とそれぞれの設定値信号とが複数の入力とされ、分圧設定値信号を出力として提供する各カソード用の個別のレギュレータまたはコントローラを備えている。各カソードにそれぞれ関連付けられたプローブは、それぞれ反応ガスの実圧力信号を生成する。分圧設定値信号およびそれぞれの実圧力信号は、さらにレギュレータまたはコントローラの各入力として供給され、これらの各出力信号は、関連付けられたカソードにそれぞれ反応ガスを供給するフロー制御バルブを駆動する駆動信号を生成するのに利用される。すなわち、電圧制御ループと分圧制御ループとがネストされて、デュアルマグネトロンスパッタリング装置の質の高い制御を生じさせており、この結果、２つのカソードそれぞれにおいて、極めて安定な動作が維持でき、所望する組成のスパッタ・コーティングを得ることができる。
【０００９】
本発明について、実施形態および実施形態が示された添付図面を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるデュアルマグネトロンスパッタリング電源の第１の実施形態の概略図。
【図２】カソード間に供給される図２Ａの交流電圧によってマグネトロンスパッタリング装置内に配置される２つのカソード（図２Ｂは、カソード１、図２Ｃは、カソード４）に印加される電圧の説明図。
【図３】マグネトロンスパッタリング装置の配置を示し、さらに、真空ポンプによる真空チャンバからの反応ガスの除去の非対称性を説明する概略図。
【図４】本発明によるデュアルマグネトロンスパッタリング電源の好適な実施形態。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、図１は、請求項で規定される本発明のデュアルマグネトロンスパッタリング電源（ＤＭＳ）を示しており。デュアルマグネトロンスパッタリング電源は、第１のカソード１および第２のカソード４に接続されている。カソード１およびカソード４は、他のカソード６および７とともに、また真空チャンバ（図示せず）内の任意的に追加のアーク・カソードまたはマグネトロン・カソード（図示せず）とともに配置され、通常では、図１に示すように接続される交流電源８から操作可能とされていて、概ね対向した２つのカソードの交流運転が達成されている。第１のカソード１および第２のカソード４は、それぞれ、各カソード近くの入口に反応ガスを供給するため、個別のガス・フレーム９、１０を備えている。これらのカソード１および４は、ＤＭＳ（デュアルマグネトロンスパッタリング電源）に接続されている。
【００１２】
カソードは、互いに対向させることができるが、必ずしも対向させる必要があるわけではない。ＤＭＳ構成の最新技術（ガラス塗装装置で行われているような）は、電圧フィードバック信号がカソード１への反応ガス・フロー（本実施形態ではＯ２フロー）を制御して、カソードを安定した動作点に維持する（IRESSのBill Sproulの文献を参照されたい。）。第２のカソード４へのＯ２フローは、従来技術では発光コントローラ（Optical Emission Controller）によって制御される。
【００１３】
これとは対照的に本発明では、第１のカソード１の電圧からの（またはＤＭＳ電源からの）フィードバック信号（「Ｖ１−シグナル」）は、第１のカソード１の第１のＯ２インレット・バルブ１２の制御に用いられ、第２のカソード４の第２のＯ２インレット・バルブの制御は、第２のカソード４の電圧のフィードバック信号（「Ｖ４−シグナル」）によって制御されている。見かけ上の交流電圧、整流後の交流電圧、またはＤＣ電圧を測定するため、分離した複数の電圧トランスミッタが配設されている。図中、シンボルによって示された要素は、それぞれについての通常の意味を有する。すなわち、円の中の三角形１６は、チャンバ内を所望の動作真空を提供する真空ポンプを示しており、四角形の中に三角形が存在するシンボルは、それぞれ、フィードバックによって制御される各レギュレータ１８、２０を示している。
【００１４】
両方の場合において、Ｏ２フローは、それぞれのカソード電圧が、それぞれ制御システムの要求に対応した設定値Ｖ１ＳＥＴＰＯＩＮＴおよび設定値Ｖ４ＳＥＴＰＯＩＮＴに達するまで増加する。この設定値は、概ね、ＤＣ電圧として選択されるが、時間に依存するプロファイル化された電圧とすることができる。Ｏ２の場合、少なくともカソードが、例えばＡｌ２Ｏ３のコーティングを形成するためにアルミニウムで形成されている場合、この値は、金属（非反応）モードにおける電圧よりも低い。他の気体／金属の組み合わせの場合では、これは、より高い値とすることができる。
【００１５】
スパッタリング用のアルゴン（Ａｒ）フロー（非反応性のスパッタ・ガス）は、Ｏ２インレットとは異なる位置２２で供給されるが（この点は、概ね最新技術である）、カソードの近く、例えば２２’で供給することもできるし、またはカソードの近くで混合することもできる。また、アルゴンは、他のカソードのうちの一つ、または真空チャンバ、すなわちシステム内の中心や近接する他の適切な位置で供給することができる。
【００１６】
制御システムは、酸素の反応性スパッタリングのため、または金属モードと完全な汚染反応モードとの間での極めて大きな電圧差が故に、スパッタが困難な他の材料については、高速応答性のＭＦＣ（マスフロー・コントローラ）、すなわち１８、２０を有する制御システムを実現することが好ましい。ターゲット汚染の問題は、デュアルモードのマグネトロンスパッタリングシステムを使用する主な理由の一つである。例えば、アルミニウムのカソードを利用し、反応ガスとしてＯ２を使用する場合、カソードは、初期には、清浄なアルミニウムである。反応性のＯ２の存在下では、酸化アルミニウムの層がターゲット上に形成され、ターゲットが汚染される。ＤＭＳが本来的にカソード供給電力の極性を変化させることにより、酸化膜は、チェンバ内で不活性気体のイオンにより再び分解される。このため、真空チャンバ内に配置された物体のコーティングは、逆位相で動作する第１および第２のカソードで交互に行われる。カソードの電圧は、ターゲット（カソードの表面）の汚染程度により変化する。
【００１７】
図２Ａ〜２Ｃを参照して、図２Ａに示す交流電源８によって生成される正弦波形が、２つのカソード１および４の電圧にどのように関連するかについて説明する。
【００１８】
２つのカソード１および４は、それぞれ交流電源の出力端子に接続されており、真空チャンバ内の状態が整流ダイオードとして機能するため、カソード１および４の電圧は、それぞれの場合で供給される正弦波のうちの負側の半波に対応し、２つの半波は、図２Ｂおよび２Ｃに示すように、相互に１８０°シフトしている。双方向で動作する、すなわち実際の陽極の極性が半周期毎に逆転するマグネトロンスパッタリング装置の整流作用のために、正の半位相におけるカソードの電圧は、ゼロよりもやや高いだけであり、この間、カソードは陽極として機能する。したがって、負側の半波の間、カソード１および４はカソードとして機能し、カソード１および４は、その間の期間に低陽極電圧の陽極として機能する。カソード１および４が、負側の半周期の間にカソードとして機能する場合、反応性スパッタリングが各カソードで行われ、カソードの表面が清浄化される。各カソードが陽極として機能する間、すなわち交互的な各半周期の間、スパッタされた物質、すなわち絶縁性材料がカソード上に蓄積し、次いで、この蓄積された物質は、各カソードがスパッタリングにおけるカソードとして機能する次の負側の半周期の間に再び除去される。したがって、カソードは汚染されるものの、カソードがスパッタリングカソードとして機能する各半周期の間に、カソードは再び清浄化され、所望の反応性スパッタリングが行われ、長期間に亘って各カソード１、４の平均的な汚染程度を一定に維持できる。
【００１９】
図２Ｂおよび２Ｃに示すカソード１および４の電圧の負側のピーク振幅は、概ね各カソードで同じであることが好ましいが、ターゲットの汚染の平均的な程度のため、交流電源８の開回路の出力よりも低くされていることに留意すべきである。
【００２０】
ここで、図３を参照すると、Hauzer Techno Coating BVが使用する従来の形式の概ね八角形状のチャンバ３０を有するマグネトロンスパッタリング装置の概略図が示されている。当該チャンバは、中心部３２と、それぞれが２つの延びた概ね四角形のカソード１、７および４、６を備えるヒンジされた２つの大型のドア３４、３６とを備えており、管理や交換のために容易にアクセスが可能とされている。カソードの四角形の延びた側面は、図の面に対して垂直である。マグネトロンの動作に必要な磁界を生成する磁気システム（永久磁石および／または磁気コイル）は、通常の方法により、各カソード１、７、４、６に伴われている。これらの磁気システムは、本実施形態の図には示されておらず、さらに、これは当業者であれば理解できるため、図示しない。
【００２１】
枢軸回転可能に取り付けられた扉３４、３６は、波線で示す位置に枢軸回転して、使用時にチャンバを閉じることが可能とされている。チャンバは、典型的には、概ね八角形のベースと、チャンバを密閉する八角形のカバーとを備えており、真空ポンプ１６によりチャンバの内部を真空にすることができる。通常、チャンバ内には、回転テーブル２８が配設されており、回転テーブル２８は、ワークピースを直接的に運搬するか、またはテーブル３８がチャンバの中心垂直軸を中心に回転するのと同様に、複数の軸を中心に回転する、より小さな複数の回転テーブル４０上でワークピースを運搬する回転テーブル２８が設けられている。
【００２２】
図３に示されるように、カソード４は、カソード１よりも真空ポンプ１６に近接、すなわち、概ね対向するカソード１、４は、真空ポンプ１６に対して非対称に配置されていて、真空ポンプ１６が、カソード１付近よりもカソード４付近から、より多くの反応ガスを抽出することを意味する。このことは、カソード１に関連付けられたガスフレーム９を介した反応ガスの供給に相対させて、カソード４に関連付けられた別個のガスフレーム１０を介した反応ガスの供給を増加することにより補われる。
【００２３】
ここで、図４を参照すると、本発明によるデュアルマグネトロンスパッタリング電源の好適な実施形態が示されている。本図では、いくつかの参照番号は、図１で使用した参照番号と共通しており、これらの参照番号は、図１と同じ部材を参照しており、特に反する何らかの記述がなされない限りにおいて、同一の説明が適用されることは理解できるであろう。また、簡略化の目的から真空チャンバは、図４に示していない。
【００２４】
また、カソード１および４に関連付けられたマグネット・システムは図示されておらず、さらに、図１に相対して、カソード６、７が省略されている。ワークピーステーブル３８、すなわちワークピースを運搬するテーブルは、対向するカソード１および４の間に概略的に示されており、各カソードに関連付けられたガスフレーム９および１０も同様に示されている。ガスフレームは、四角形のカソードの４つの側面総ての周りに延在させる必要はないが、典型的には、図１、３および４に示すように、細長の四角形のカソードの長手方向の２つの側面に沿って延在する。カソードの前で気体を均等に分散させることが着想である。
【００２５】
図４は、図１とは異なり、第１および第２のラムダセンサλ１およびλ４が、カソード１および４、ガスフレーム９および１０の近くに配置されているのが示されており、これらは、反応ガス、本実施形態では酸素の分圧を測定するのに利用される。反応ガスが異なるガス、例えば窒素である場合には、使用される反応ガスの濃度に対して感受性を有する他のプローブを使用すべきであることは明らかである。
【００２６】
図４の実施形態では、図１の実施形態と同様に、各カソードのグラウンドに対する電圧が測定され、実電圧信号を含む個別の電圧信号Ｖ１およびＶ４が、それぞれのレギュレータ１８および２０に供給されている。レギュレータは、例えば、完全に分離したレギュレータでもよいし、または図４のブロックで示すように、共通の制御システムに一体化させることができる。これは、例えば、それ自体が周知であるＳＰＳコントローラ、またはレギュレータシステム１９とすることができる。２つのレギュレータまたはコントローラ１８および２０はそれぞれ、各電圧Ｖ１およびＶ４についての設定値信号Ｖ１ＳＥＴＰＯＩＮＴ、Ｖ４ＳＥＴＰＯＩＮＴを受信しており、これらは、一定の電圧とすることもできるし、特定の動作に必要な特有の電圧プロファイルを有することもできる。このため、各コントローラまたはレギュレータ１８は、測定された実電圧Ｖ１およびＶ４を、それぞれ設定値電圧Ｖ１ＳＥＴＰＯＩＮＴ、Ｖ４ＳＥＴＰＯＩＮＴと比較し、各カソード１または４の近くの反応ガス、本実施形態ではＯ２について所望する分圧信号を示す出力信号を生成する。Ｖ１ＳＥＴＰＯＩＮＴおよびＶ４ＳＥＴＰＯＩＮＴの値は、概ね同一とされる。２つのラムダセンサλ１およびλ４からの信号は、各カソード１および４付近の実際の分圧Ｐ１ＡＣＴおよびＰ４ＡＣＴに比例する信号を与える。ボックス３０および３２は、更なるレギュレータまたはコントローラを示しており、これらは、所望の分圧信号、略してＰ１ＤＥＳ．Ｏ２およびＰ４ＤＥＳ．Ｏ２を、実圧力信号Ｐ１ＡＣＴおよびＰ４ＡＣＴと比較し、反応ガス、本実施形態ではＯ２の各ガスフレーム９および１０へのフローを制御するのに用いられる質量流コントローラ１２、１４を制御する出力信号Ｐ１ＯＵＴおよびＰ２ＯＵＴを生成する。気体流コントローラ１２、１４へのインプット・ラインは、共通のソースから取ることができ、図４では、異なるソースから取ったように簡略化して概略を示している。
【００２７】
移動可能なワークピーステーブル３８上にワークピースを備えるデュアルモードマグネトロンスパッタリングシステムでは、ワークピーステーブルの回転により生じる隙間によってカソード１および４近傍の電子が影響を受けるという重要な傾向があり、これは、それぞれ他のカソードが陽極として機能する時点で電子が他の各カソードに向かって移動するようなものであって、このために電圧信号Ｖ１およびＶ４に揺らぎが生じる。レギュレータまたはコントローラ１８、２０は、比較的低速のレギュレータが選択されるので、これらは、電圧の揺らぎを平滑化することで、各カソード１および４で測定される電圧Ｖ１およびＶ４を、予め選択された帯域幅内に維持する。このため、電圧Ｖ１およびＶ４の揺らぎが、動作の不安定性をもたらすことがない。
【００２８】
上述したように、レギュレータまたはコントローラ１８、２０の出力信号は、カソード１および４の近傍に存在する反応ガスの分圧についての分圧信号として利用することが望ましい。質量流コントローラ１２または１４における更なるレギュレータ３０および３２の出力信号Ｐ１ＯＵＴおよびＰ４ＯＵＴの作用は、各カソード１および４への反応ガスの供給を補正しようとさせるものとなり、この結果、実際の圧力値Ｐ１ＡＣＴおよびＰ４ＡＣＴは、所望の分圧信号Ｐ１ＤＥＳ．Ｏ２およびＰ４ＤＥＳ．Ｏ２に可能な限り密接に対応する。本方法において設定された各分圧は、さらに電圧フィードバック信号Ｖ１およびＶ４を変化させるので、カソード１および４の過剰状態の補正を可能とし、この結果、これらは、所望の各設定値Ｖ１ＳＥＴＰＯＩＮＴおよびＶ４ＳＥＴＰＯＩＮＴで、またはその近傍で動作される。
【００２９】
さらなるレギュレータ３０および３２については、所望の分圧Ｐ１ＤＥＳおよびＰ４ＤＥＳの変化に高速に反応するハードレギュレータ（hard regulator）であるものとして説明しているが、これらは、顕著な不都合のないソフトレギュレータ（soft regulator）として実装することもできる。
【００３０】
ラムダセンサを使用する場合、フィードバック信号の特性とは、設定値の減少が、分圧の増加（例えばｍｂａｒ）に物理的に関連することを意味することに留意すべきである。
【００３１】
実圧力は、サンプルとして検出されるので、各サンプリング期間の後、設定値が変更できる。制御の正確な構成は、制御レスポンスを改善し、かつシステムが予め設定した帯域幅内で動作するのを保証するために、予め規定された値による信号の乗算を含むことができる。
【００３２】
また、アラームをシステムに組み込んで、動作パラメータが既定の帯域幅を外れた場合にアラーム信号を生成することができ、任意的には例えば、アラームの原因が解明され、改善されるまで装置を停止するなど、問題を解決するための他のステップを自動的に実行できることに留意すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月26日(2008.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルマグネトロンスパッタリングモードで動作し、少なくとも第１および第２のスパッタリングカソード（１、４）を備えるマグネトロンスパッタリング装置に使用するデュアルマグネトロンスパッタリング電源であって、
前記第１および第２のスパッタリングカソード（１、４）に接続された交流電源（８）と、
それぞれ前記第１および第２のカソード（１、４）に伴われ、かつそれぞれが対応する前記第１および第２のカソードへの反応ガス・フローを制御するように適合された第１および第２のフロー制御バルブ（１２、１４）を介して、前記第１および第２のカソード（１、４）のそれぞれに対して反応ガス・フローを供給するための手段（９、１０）とを備え、
前記電源は、前記第１および第２のカソードのそれぞれについて、
前記カソード（１、４）で発生する過剰な電圧に関連してフィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）を送付する手段と、
前記それぞれのフロー制御バルブ（１２、１４）を制御することにより、前記それぞれのカソード（１、４）が伴うそれぞれのフロー制御バルブ（１２、１４）への前記反応ガス・フローを制御するとともに、前記それぞれのカソード（１、４）から前記カソードについて設定される設定値（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）に対応した電圧フィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）を取得するように、前記フロー制御バルブ（１２、１４）を調整する制御回路（１８、２０）とを備え、
前記制御回路（１８、２０）は、前記カソード（１、４）からフィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）と、それぞれの設定値信号（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）とをインプットとして有し、それぞれの分圧設定値信号（Ｐ１ ＤＥＳおよびＰ４ ＤＥＳ）をアウトプットとして生成する各カソードそれぞれ用のレギュレータを備え、
各カソード（１、４）に伴われるそれぞれのプローブ（λ１、λ４）は、前記反応ガスの実圧信号（Ｐ１ＡＣＴ、Ｐ４ＡＣＴ）を生成し、
前記分圧設定値信号（Ｐ１ ＤＥＳ、Ｐ４ ＤＥＳ）およびそれぞれの前記実圧信号（Ｐ１ＡＣＴ、Ｐ４ＡＣＴ）は、追加のレギュレータ（３０、３２）の各入力に供給され、前記追加のレギュレータの各出力信号は、それぞれが伴われるカソード（１、４）に反応ガスを供給する前記フロー制御バルブ（１２、１４）を駆動する駆動信号（Ｐ１ＯＵＴおよびＰ４ＯＵＴ）を生成するために提供される、デュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２】
前記反応ガスは、それぞれの前記フロー制御バルブ（１２、１４）を介し、かつ前記それぞれのカソード（１、４）が伴うガス・フレームを介して前記第１および第２のカソード（１、４）にそれぞれ供給される、請求項１に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項３】
前記第１および第２のカソード（１、４）の電圧フィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）は、それぞれ前記各カソードに印加される見かけ上の交流電圧を測定するか、整流された交流電圧を測定するか、関連する直流電圧を測定するか、または電源（８）によって各カソード（１、４）に印加される出力電圧を検出する電圧測定デバイスのうちいずれか１である、請求項１または２に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項４】
前記第１および第２のカソード（１、４）は、マグネトロンスパッタリング装置の対向するカソードである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項５】
前記第１および第２のカソード（１、４）のカソード材料は、それぞれ、アルミニウム、またはチタンといった金属、シリコンといった半導体、およびこれらのいかなる混合物を含む群から選択され、反応ガスは、酸素および窒素を含む群から選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項６】
不活性の気体（Ａｒ）は、他方のカソードで、前記真空チャンバ内の中央の供給位置（２２）で、若しくは前記真空チャンバの内部または前記真空チャンバに近接する他の適切な位置で前記真空チャンバに供給される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項７】
前記各フィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）が、前記各カソードと、グラウンドとの間で測定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項８】
前記各制御回路（１８、２０）は、供給されたフィードバック信号（Ｖ１、Ｖ４）の周波数に相対して低速のレギュレータである、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項９】
前記追加のレギュレータ（３０、３２）は、ハードレギュレータである、請求項１に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１０】
前記追加のレギュレータ（３０、３２）は、ソフトレギュレータである、請求項１に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１１】
前記反応ガスは、Ｏ２であり、前記プローブは、ラムダセンサ（λ１、λ４）である、請求項１に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１２】
前記交流電源は、ｋＨｚ周波数領域の交流電力を生成する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１３】
前記交流電源は、４０〜６０ｋＨｚの周波数領域の交流電力を生成する、請求項１２に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１４】
各カソードの各出力電圧（Ｖ１、Ｖ４）は、それぞれ典型的には５０〜４００ボルトの範囲の整流された交流電圧である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１５】
各カソード（１、４）に供給される前記反応ガスの分圧の変化に関わらず、不活性ガスの供給を調整して、チャンバ内の全体の圧力を実質的に一定に保つレギュレータを備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１６】
不活性ガスの供給を調整して、チャンバ内の不活性ガスの圧力をほぼ一定に保つレギュレータが設けられている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１７】
各カソード（１、４）で消費される電力は、前記交流電源の複数の周期、すなわち時間間隔に亘り実質的に同じである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１８】
前記反応ガスは、各ガス・フレームを介して前記各第1および第２のカソード（１、４）に供給される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項１９】
電圧に対する設定値（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）の信号は、いかなる時点でも互いに等しい、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２０】
前記電圧の設定値（Ｖ１ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ、Ｖ４ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）の信号は、時間に関連して変化する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のデュアルマグネトロンスパッタリング電源を組み込むか、または備えるマグネトロンスパッタリング装置。
【国際調査報告】
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