(57)【要約】      （修正有）【課題】精密な膜圧管理のできるスパッタ装置用電源アダプタ及びその制御方法を提供する。【解決手段】スパッタ装置２と電源３の間に介在して電力の供給をＯＮ／ＯＦＦ制御するように、印加電圧値をデジタル変換して電圧情報を生成する電圧ＡＤ変換器と、流入電流値をデジタル変換して電流情報を生成する電流ＡＤ変換器と、それぞれデジタル出力された電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算する電力積算手段と、目標エネルギー設定手段と、設定値を閾値として保存する設定値保存手段と、閾値に対する前記投入電力を微小時間ごとに区切って比較する電力比較手段と、比較結果に基づいて電源３に対して電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する電源制御部２０と、を備えた。【選択図】      図１
2005008980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を供給する電源（３）とスパッタ装置（２）の間に介在して電力の供給をＯＮ／ＯＦＦ制御するスパッタ装置用電源アダプタ（１）であって、
前記スパッタ装置（２）への印加電圧値を測定する電圧測定手段（２９）と、
前記電圧測定手段（２９）の測定した印加電圧値をデジタル変換して電圧情報を生成する電圧ＡＤ変換器（３５）と、
前記電源（３）から前記スパッタ装置（２）に流入する流入電流値を測定する電流測定手段（３０）と、
前記電流測定手段（３０）の測定した流入電流値をデジタル変換して電流情報を生成する電流ＡＤ変換器（３３）と、
前記電圧ＡＤ変換器（３５）及び前記電流ＡＤ変換器（３３）からそれぞれ出力された電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算する電力積算手段（１３）と、
制御目標とする積算電力値を設定可能な目標エネルギー設定手段（１８）と、
前記目標エネルギー設定手段（１８）による設定値を閾値として保存する設定値保存手段（１７）と、
前記閾値に対する前記投入電力を微小時間ごとに区切って比較する電力比較手段（１４）と、
前記電力比較手段（１４）の比較結果に基づいて前記電源（３）に対してＯＮ／ＯＦＦ制御する電源制御信号を出力する電源制御部（２０）と、を備えたことを特徴とするスパッタ装置用電源アダプタ。
【請求項２】
前記電源制御部（２０）を中心として、
前記目標エネルギー設定手段（１８）の一部として用いる外部コンピュータに接続するために介挿された第１のフォトカプラ（４１）と、
前記電源（３）に対して前記電源制御信号を入力するために介挿された第２のフォトカプラ（４２）と、
前記スパッタ装置（２）から前記電源制御信号を得るために介挿された第３のフォトカプラ（４３）と、
前記スパッタ装置（２）から出力レベル設定信号を得て前記電源（３）に伝達するまでの間に介在する出力レベル設定変更手段（１５）と、
前記出力レベル設定変更手段（１５）に対して出力レベル設定信号を受け渡しするために介挿された第４のフォトカプラ（４４）と、
前記設定値保存手段（１７）と、
前記電力比較手段（１４）と、を配設したことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置用電源アダプタ。
【請求項３】
前記スパッタ装置用電源アダプタ（１）には、
前記設定値を入力する設定値入力段階（Ｓ１）と、
前記印加電圧値を測定する電圧測定段階（Ｓ２）と、
前記印加電圧値をデジタル変換して電圧情報を生成する電圧情報生成段階（Ｓ３）と、
前記流入電流値を測定する電流測定段階（Ｓ４）と、
前記流入電流値をデジタル変換して電流情報を生成する電流情報生成段階（Ｓ５）と、
前記電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算する投入電力積算段階（Ｓ６）と、
前記投入電力を微小時間ごとに区切って前記閾値と比較する前記電力比較手段（１４）の比較結果に基づいて前記電源（３）の出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する段階（Ｓ７）と、を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタ装置用電源アダプタの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタ装置とその直流電源の間に介挿して供給電力を制御する電源アダプタ及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のスパッタ装置は、真空容器内に不活性ガス（主にＡｒガス）を導入しながら、Ｃｒ・Ｔｉ等による膜となる物質であるターゲットと、チャンバ２３の内壁と間に数十〜数百ボルトの直流高電圧を印加し、イオン化したＡｒをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させる。
【０００３】
従来のスパッタ装置において、通常は正極（＋）をチャンバ２３に接地し、負極（−）をターゲットとするように、定電力を維持して出力する直流安定化電源（以下、「電源」と略す）を接続し、その電源からの投入電力で成膜レートが決まる原理に基づき、所望のスパッタ膜厚を得るために、理想的な電力値とスパッタ時間による電力の供給パタンを予め設定し、その供給パタンに近づけるように供給電力の積算値を加減する。
【０００４】
一般的なスパッタ装置のターゲットに電力を供給する電源は、供給電力値（以下、「電力値」という）と、スパッタ時間とを予め設定し、電力投入（以下、「ＯＮ」と略す）後、所定のスパッタ時間が経過すると電力を停止（以下、「ＯＦＦ」と略す）し、スパッタを終了するものであった。
【０００５】
電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する例として、ターゲットに電力供給する電源を定電力の電源とし、電源の設定電力値とスパッタ時間とから目標電力積算値を算出し、前記電源からターゲットに電力供給を開始し、ターゲットへの電力値を設定単位時間ごとに測定し、この測定電力値を積算して測定電力積算値を求め、この測定電力積算値が前記目標電力積算値に到達するとターゲットへの電力供給を停止してワークである基板への薄膜形成を完了する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、スパッタ装置にアーク放電の発生を検出するアーク放電検出手段と前記アーク放電の発生とともにスパッタ電流を遮断する手段を備え、前記スパッタ装置を定電力で運転し、供給される電圧及び電流から電力を積算して規定電力になると前記電力の供給を停止する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７３１３２号公報（第０００８〜０００９、図３）
【特許文献２】
特開２００２−２９４４４５号公報（段落００１４〜００２７、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記した従来のスパッタ装置において、制御時間の単位がｍ（千分の１）秒単位ならば確実であっても、電力供給をμ（百万分の１）秒単位で高速度のＯＮ／ＯＦＦ制御した場合の動作速度と精度の問題、及び／又は微小なアーク放電を検出できずに見過ごしてしまうアーク放電検出感度と精度の問題が残されている。そして、設定値に対する誤差が原因となって、膜厚のバラツキを生じ、再現性のある所望の膜厚を得ることが難しかった。
【００１０】
第１の課題として、従来の装置においては、設定電力値がアナログ信号で伝達されることが多く、この場合、伝達における設定値の誤差も無視できない。なお、アナログ方式による信号伝送系における、Ｓ／Ｎ（信号とノイズ）比は、あるレベルを限界として超えられないことが、音響機器等により立証済みである。
【００１１】
第２の課題として、過渡現象による誤差があった。典型的な過渡現象として、ＯＮ直後に１００％に達するまでの所要時間、すなわち電源の立ち上がりの遅れを意味する。過渡現象の原因は、所望の直流を得るためのインバータ、高周波トランス、インダクタ等を内蔵する大型の直流電源装置及びそこから電源ケーブルにより接続されたスパッタ装置までの間に含まれるインダクタンスＬ、キャパシタンスＣを含むことによる。
【００１２】
なお、ここで、ＬＣ回路に矩形波電圧を印加した時の過渡現象を数式で説明することは省略するが、通常のＯＮ指令信号から実際に電源が電力を出力するまで０．１〜１秒程度を要しているところを、短時間で成膜を完了させて生産性を向上させるためには、動作速度を高速化する必要がある。
【００１３】
しかも、前記出力立上り所要時間は、０．１〜１の範囲内で、ばらつきが発生する。そして、成膜時間が短時間の場合、この立上り時間のばらつきは特に無視できない程のレベルで誤差に影響する。例として、成膜時間が５秒の場合、立上り時間のばらつきが０．５秒ならば、供給電力は１０％の誤差となってしまう。
【００１４】
第３の課題として、予測が不確実なアーク放電による誤差があった。すなわち、スパッタ成膜中にアーク放電が発生すると、投入電力がアーク放電中の局部発熱に消耗され、スパッタ成膜の進行が停止するばかりか、設備を損傷する可能性がある。従って、通常は一度ＯＦＦしてアーク放電を解消してから再度ＯＮするが、再度ＯＮの直後には電源の立ち上がりに前記した過渡現象による遅れが伴う。
【００１５】
また、前記特許文献２においては、アーク放電検出手段に記憶されたアーク放電情報に基づき、ターゲットの種類により前記アーク放電情報を適宜選択することにより、あらゆるターゲットに対してアーク放電の発生を確実に検出することができるとされている。
【００１６】
しかしながら、アーク放電は、単にターゲットの種類により決定されるものではなく、同一のターゲットでも経時変化によりその表面状態が変われば、突発的にアーク放電が起こることがあり、実際の使用においては少なからず困難を伴うものであった。
【００１７】
また、スパッタ成膜の進行中において、極く短時間（数μ〜数ｍ秒）のアーク放電が発生することがあり、この期間は成膜に寄与しないため、このアーク放電期間に供給されるはずであった電力の消耗も膜厚に誤差を生ずる。
【００１８】
第４の課題として、電源に対する設計品質上、電力の出力精度に限界がある。すなわち、設定電力値と実際の出力電力値（以下、「実出力電力」という）の間には設計品質上、予想される範囲内の誤差があり、この種の装置において通常は数％の誤差が発生する蓋然性が高い。なぜならば、電源だけに極端な高精度を追求しても、スパッタ装置まで含めた設備全体の価値が比例して高まるとは限らず、費用対効果の面からも実用の範囲内でバランス良く設計品質を定めているのが一般的だからである。
【００１９】
一般的に、設備投資のコストダウンの面からは、専用機よりも汎用機でまかなうことが経済的で便利である。すなわち、スパッタ装置専用電源として、従来のように定電力タイプに限定せず、定電圧又は低電流タイプまで含めて、より汎用的かつ安価で低精度の電源であっても用いることができるように、選択肢を広げることが望ましい。
【００２０】
前記したように、設定電力値と実出力電力の間に含まれている誤差に関し、前記特許文献１に開示された方法及びその装置おいては、測定電力値を、供給もとである電源内部から得ており、精密な測定は困難である。すなわち、電源内部の測定誤差と、電源からの制御装置への伝達（変換）による誤差が加算され、前記第２の課題として説明した過渡現象による誤差と競合し、特に電源の立上り時の誤差が大きくなる。
【００２１】
前記した第１〜４の課題で示した原因による誤差のため、高精度の膜厚を再現できず、これらの誤差を解消するためには高精度の補正手段が必要となる。
【００２２】
そこで、本発明は前記課題を解決すべく、アーク放電、電源の出力精度及びその制御に対する応答速度の問題に対応し、スパッタ成膜時の膜厚を管理すべく、従来の装置に容易に付加することが可能であるスパッタ装置用電源アダプタ及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、直流を供給する電源３とスパッタ装置２の間に介在して電力の供給をＯＮ／ＯＦＦ制御するスパッタ装置用電源アダプタ１であって、前記スパッタ装置２への印加電圧値を測定する電圧測定手段２９と、前記電圧測定手段２９の測定した印加電圧値をデジタル変換して電圧情報を生成する電圧ＡＤ変換器３５と、前記電源３から前記スパッタ装置２に流入する流入電流値を測定する電流測定手段３０と、前記電流測定手段３０の測定した流入電流値をデジタル変換して電流情報を生成する電流ＡＤ変換器３３と、前記電圧ＡＤ変換器３５及び前記電流ＡＤ変換器３３からそれぞれ出力された電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算する電力積算手段１３と、制御目標とする積算電力値を設定可能な目標エネルギー設定手段１８と、前記目標エネルギー設定手段１８による設定値を閾値として保存する設定値保存手段１７と、前記閾値に対する前記投入電力を微小時間ごとに区切って比較する電力比較手段１４と、前記電力比較手段１４の比較結果に基づいて前記電源３に対してＯＮ／ＯＦＦ制御する電源制御信号を出力する電源制御部２０と、を備えたことを特徴とするスパッタ装置用電源アダプタである。
【００２４】
請求項１に係る発明によれば、第１の課題である伝達経路におけるＳ／Ｎ比に関し、設定電力値を実現するための制御信号をアナログ信号からデジタル信号に置き換えたので、音響機器等により立証されている通り、Ｓ／Ｎ比が格段に向上し、設定値の伝達における誤差が無視できるレベルまで減少する。
【００２５】
第２の課題である過渡現象による誤差に関し、制御目標とする積算電力値を実現すべく、前記目標エネルギー設定手段による設定値を閾値に対する前記投入電力を微小時間ごとに区切って比較する電力比較手段の比較結果及び／又はアーク放電検出手段の検出結果に基づいて、直流を瞬断も可能に供給する電源３に対して、電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御するので、微小時間ごとの積算電力の計算に誤差は少ない。
【００２６】
このとき、前記微小時間を１μ秒に設定すれば、フィードバック制御の応答速度を、数μ秒にまで短縮できる。そして、電力比較手段により前記閾値に対する前記投入電力を微小時間ごとに区切って比較することにより、設定値に到達するまでの期間を厳密に管理しながら電力を供給するので、設定値を正確に実現できる。従って、電源の立ち上がりの遅れによる供給電力不足分は正確に補正可能となる。
【００２７】
しかも、例えば、出力立上り所要時間は０．１〜１秒の範囲内で、立上り時間のばらつきが０．５秒発生しても、成膜時間が５秒の場合、従来は１０％とされていた誤差が、供給電力を補正することにより０．５％以内に収束できる。
このようにして動作速度を高速化し、短時間での成膜を可能とし、生産性を向上できる。
【００２８】
第３の課題である予測が不確実なアーク放電に関し、アーク放電検出手段（図示せず）の検出結果に基づいて、電源の電力供給をＯＦＦ制御するので、アーク放電と同時に一度ＯＦＦしてアーク放電を解消してから、再度ＯＮするので、アーク放電に浪費した電力ロス分は積算値に含まれない。
【００２９】
そして、再度ＯＮ直後には前記した過渡現象により、電源の立ち上がりの遅れを伴うが、微小時間ごとの積算電力の計算に誤差は少ないので、電源の立ち上がりの遅れ分と、アーク放電に浪費した電力ロス分は、供給電力を補正することにより０．５％以内の誤差に収束できる。すなわち、設定値に到達するまでのＯＮ期間を厳密に管理しながら電力を供給するので、設定値を正確に実現できる。
【００３０】
第４の課題である電源の設定電力値と実出力電力の間に予想される範囲内の誤差に関し、実出力電力だけを測定してフィードバック制御するので高精度で確実に設定電力値を実現できる。
【００３１】
すなわち、高速高精度にエネルギー値を求め、適正な膜圧を得る為のエネルギーを制御することにより、必要最小限のターゲット材料、エネルギー及び時間を無駄なく効率良く用いることができる。
【００３２】
請求項２に係る発明は、前記電源制御部２０を中心として、前記目標エネルギー設定手段１８の一部として用いる外部コンピュータに接続するために介挿された第１のフォトカプラ４１と、前記電源３に対して前記電源制御信号を入力するために介挿された第２のフォトカプラ４２と、前記スパッタ装置２から前記電源制御信号を得るために介挿された第３のフォトカプラ４３と、前記スパッタ装置２から出力レベル設定信号を得て前記電源３に伝達するまでの間に介在する出力レベル設定変更手段１５と、前記出力レベル設定変更手段１５に対して出力レベル設定信号を受け渡しするために介挿された第４のフォトカプラ４４と、前記設定値保存手段１７と、前記電力比較手段１４と、を配設したことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置用電源アダプタである。
【００３３】
請求項２に係る発明によれば、高電圧ノイズ等に弱い外部コンピュータ、前記電源３、前記スパッタ装置２及び出力レベル設定変更手段１５に対してそれぞれ電源制御部２０との間に介挿された第１〜４のフォトカプラ４１〜４４は、相互の間で数千ボルトの絶縁耐圧を維持しながら、ノイズを混入させることなしに制御信号を伝送できるので、電流測定が正確であり、設定電力値の通りに確実かつ高精度に実現できる。
【００３４】
ここで、出力レベル設定信号が、スパッタ装置２のスパッタ制御部２１から出力され、出力レベル設定変更手段１５を経て、電源３に入力される。
さらに、出力レベル設定変更手段１５と電源制御部２０の間には、第４のフォトカプラ４４が介挿されて接続し、出力レベル設定信号が電源制御部２０と出力レベル設定変更手段１５の間で受け渡しされながら電源制御部２０の制御を受け、膜厚の精度を高める目的に添って整合のとれた制御を実現する。
【００３５】
出力レベル設定変更手段１５の作用効果として、投入電力を前記設定値に一致させるようにロス分を補足すれば、補足した時間だけ成膜時間が長くなってしまう欠点を改善することができる。
【００３６】
一方、電源３がＯＦＦ指令（ＯＮ／ＯＦＦ制御）を受けた時点からの実出力ＯＦＦするまでの遅れが問題となる場合にも、出力レベル設定変更手段１５の作用による改善効果がある。すなわち、測定エネルギーが設定エネルギーに近づいたことを電力比較手段１４が検知したときに、電源３の出力レベルを低下（例えば通常時の１／２）させるように制御することにより、投入エネルギーの誤差を減少させることが可能になる。
【００３７】
また、前記筐体を介する大地への漏電防止及び感電防止の意味からも、完全な絶縁を施すことは安全上も有効である。
【００３８】
請求項３に係る発明は、前記スパッタ装置用電源アダプタ１には、前記設定値を入力する設定値入力段階（Ｓ１）と、前記印加電圧値を測定する電圧測定段階（Ｓ２）と、前記印加電圧値をデジタル変換して電圧情報を生成する電圧情報生成段階（Ｓ３）と、前記流入電流値を測定する電流測定段階（Ｓ４）と、前記流入電流値をデジタル変換して電流情報を生成する電流情報生成段階（Ｓ５）と、前記電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算する投入電力積算段階（Ｓ６）と、前記投入電力を微小時間ごとに区切って前記閾値と比較する前記電力比較手段の比較結果に基づいて前記電源３の出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する段階（Ｓ７）と、を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタ装置用電源アダプタの制御方法である。
【００３９】
請求項３に係る発明によれば、請求項１係る発明と、同等の作用効果がある。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るスパッタ装置用電源アダプタを利用したスパッタ成膜システムの全体構成を示すブロック図である。スパッタ成膜システム１０は、各種記憶メディア等の製造のために、ガラス、プラスチック等の薄板基板に、金属、金属酸化物、金属窒化物等の薄膜を単層あるいは多層で成膜するものである。
【００４１】
図１において、スパッタ成膜システム１０は、スパッタ装置用電源アダプタ１と、スパッタ装置２と、電源３とを備えて構成される。
スパッタ装置用電源アダプタ１は、スパッタ装置２及び電源３の間に介挿され、電源３からスパッタ装置２へ供給する電力を精密（高精度）に測定することにより、成膜における投入エネルギー（電力時間積）を制御することにより、バラツキのない均質なスパッタ成膜を行わせるものである。
【００４２】
なお、アーク放電の害を避けるために直流を瞬断も可能とする周知の電源３に、一般的なスパッタ装置２を接続して稼動する通常の方法であれば、スパッタ装置用電源アダプタ１を本発明の範囲内で適宜変更して利用することが可能である。
ここにいう一般的なスパッタ装置２とは、図２の右側に示すように、スパッタ制御部２１、チャンバ２３、真空装置２４及び搬送装置２５を具備したものであり、周知の電源３とともに、これらに関する詳細な説明は省略する。
【００４３】
図２は、図１のスパッタ成膜システム１０の詳細を示すブロック図である。図２に示すように、スパッタ装置用電源アダプタ１は、直流を供給する電源３とスパッタ装置２との間に介在して電力の供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００４４】
その他の電源制御信号として、類似の目的で、状態信号、緊急停止信号、出力状態信号、出力レベル設定信号があり、フィードバック制御するように回路構成されている。
【００４５】
スパッタ装置用電源アダプタ１の主要部に、電力の供給をＯＮ／ＯＦＦ制御するため、制御目標とする積算電力値を設定可能な目標エネルギー設定手段１８と、この目標エネルギー設定手段１８による設定値を閾値として保存する設定値保存手段１７とを備えている。
【００４６】
目標エネルギー設定手段１８は外部制御装置をなすパソコン（ＰＣ）によるデータ入出力部１９と、電源３に対して電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する電源制御信号をフィードバックする電源制御部２０を主として構成されている。設定値保存手段１７は周知のメモリ・レジスタである。
【００４７】
設定値保存手段１７は、スパッタにより所望の膜厚を得るために必要な電力を予め設定エネルギーとして入力し、電力比較手段１４に出力する。図２に示すように、ＰＣ等の外部にあるデータ入出力部１９から、前記設定エネルギーを入力することが簡便であり、好ましい。
【００４８】
スパッタ装置用電源アダプタ１の主要部には、前記の外、電圧測定手段２９、電流測定手段３０、電力積算手段１３、電力比較手段１４を備え、電力比較手段１４の比較結果を電源制御部２０に入力し、電源３に対して電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する電源制御信号をフィードバックする回路構成である。
【００４９】
図２により、電圧測定手段２９と電流測定手段３０の周辺回路を説明する。スパッタ用の高圧回路は、電源３の正極（＋）を接地電位ＧＮＤ（アース）にしているが、制御用の制御回路は、電源３の負極（−）を基準電位ＯＦＳＴ（オフセット）にしている。これらを区別することにより、高圧回路で発生するノイズの影響を制御回路が受け難くし、制御機能をノイズに対して強くしている。
【００５０】
電圧測定手段２９は、基準電位ＯＦＳＴに対する電源３の正極（＋）の電圧を測定し、電圧測定用増幅器３４及び電圧ＡＤ変換器３５を介して電力積算手段１３に、電圧測定手段２９の測定した印加電圧値をデジタル変換して生成した電圧情報を入力する。
【００５１】
電流測定手段３０は、電源３の負極（−）から見て、基準電位ＯＦＳＴの手前側に介挿された電流測定用抵抗（以下、「シャント抵抗」ともいう）３１に生ずる電圧降下を測定するように、基準電位ＯＦＳＴに対する電源３の負極（−）の電圧を測定し、電流測定用増幅器３２及び電流ＡＤ変換器３３を介して電力積算手段１３に、電流測定手段３０の測定した電流値をデジタル変換して生成した電流情報を入力する。
【００５２】
電力積算手段１３は、電圧ＡＤ変換器３５及び電流ＡＤ変換器３３からそれぞれ出力された電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算し、電力比較手段１４に入力する。電力比較手段１４では、閾値に対する前記投入電力を微小時間ごとに区切って比較する。閾値は、前記した目標エネルギー設定手段１８による設定値を、設定値保存手段１７が保存している閾値を引用する。
【００５３】
電力比較手段１４の比較結果に基づいて、前記電源３に対して電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する電源制御信号を生成する。電源制御信号は電源制御部２０を介して電源３に出力される。目標エネルギー設定手段１８による設定値に未達成の間はＯＮを継続し、到達すればＯＦＦされる。
【００５４】
電源３の電圧及び電流の出力誤差は、通常で±２％程度が見込まれており、成膜の品質（均一性）をそれ以上にすることはできない。また、短時間での成膜においては電源３の動作速度による誤差（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号から実出力までの遅れ）が加算され、電源３の出力誤差以上の誤差となってしまう。
【００５５】
なお、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号から実出力までの遅れは、電源３の性能によってのみ発生するわけではなく、成膜の条件により、放電するまでに時間がかかる場合がある。
【００５６】
本発明における目標エネルギー設定手段１８は、デジタル情報により正確な数値設定し、それによる正確な閾値を超えたかどうかで、電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御方法だから、電源出力に多少の変動があっても、無関係である。
【００５７】
従って、本発明のスパッタ装置用電源アダプタ１により、電流及び電圧を測定する段階で、それぞれ±０．３％程度及び±０．２％程度の精度で行うことができる電流ＤＡ変換器３３及び電圧ＤＡ変換器３５を用いていれば、電源３の出力に多少の変動があっても、ＯＮ／ＯＦＦ制御するタイミングをフィードバック制御することにより、スパッタ装置２へ投入する電力の出力誤差を精密に補正できる。
【００５８】
また、電流及び電圧の測定は、１μ秒〜１ｍ秒の時間間隔で測定することが好ましく、特に、１μ秒程度の間隔で測定すれば、小さなアーク放電が発生しても見すごさない。なお、電流及び電圧を１μ秒間隔で測定すれば、図示せぬアーク放電検出手段が有効に機能することは、周知であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
ここで、制御部２０の周辺回路の絶縁対策について説明する。
電源制御部２０を中心として、目標エネルギー設定手段１８の一部をなす外部コンピュータに接続するために第１のフォトカプラ４１が介挿されている。
また、電源３に対して電源制御信号を入力するために第２のフォトカプラ４２介挿されている。
そして、スパッタ装置２から電源制御信号を得るために第３のフォトカプラ４３が介挿されている。
【００６０】
ここで、出力レベル設定信号が、スパッタ装置２のスパッタ制御部２１から出力され、出力レベル設定変更手段１５を経て、電源３に入力される。
さらに、出力レベル設定変更手段１５と電源制御部２０の間に、第４のフォトカプラ４４が介挿され、出力レベル設定信号が電源制御部２０に対して受け渡しされ、整合のとれた制御を行う。
【００６１】
出力レベル設定変更手段１５の作用効果として、投入電力を前記設定値に一致させるようにロス分を補足すれば、補足した時間だけ成膜時間が長くなってしまう欠点を改善することができる。すなわち、スパッタ制御部２１からの出力レベル設定信号を適宜に増幅（例えば１０％程度）し、電源３の出力レベルを一時的に増強させることによって、成膜時間の延長を阻止できる。
このように、「従来のスパッタ装置と電源による設定を生かして、これらにスパッタ装置用電源アダプタ１を追加し、エネルギー値を設定する」だけで、前記欠点を解消すべく、容易にシステムを改善することが可能になる。特に、成膜時間に制約がある場合に効果的である。
【００６２】
一方、電源３がＯＦＦ指令（ＯＮ／ＯＦＦ制御）を受けた時点からの実出力ＯＦＦするまでの遅れが問題となる場合にも、出力レベル設定変更手段１５の作用効果による改善効果がある。すなわち、測定エネルギーが設定エネルギーに近づいたことを電力比較手段１４が検知したときに、電源３の出力レベルを低下（例えば通常時の１／２）させるように制御することにより、投入エネルギーの誤差を減少させることが可能になる。
【００６３】
このように、ＯＮ／ＯＦＦ制御（ＯＮからＯＦＦした時）の遅れによる誤差を減少させる為、出力レベル設定変換手段１５を備える。
また、成膜時間を延長することを防ぐため、出力レベル設定変換手段１５を備える。
一般的には電源のＯＮ／ＯＦＦ制御により成膜時間を制御するが、電源３の出力はＯＮのままとしシャッター（図示せず）を開閉することにより成膜を制御する場合もある。この場合でもスパッタ装置用電源アダプタ１のＯＮ／ＯＦＦ制御信号をシャッター開閉信号として使用することにより、容易に対応可能である。
【００６４】
制御部２０の周辺回路の絶縁対策によれば、高電圧ノイズ等に弱い外部コンピュータ、電源３及びスパッタ装置２に対してそれぞれ電源制御部２０との間に介挿された第１〜３のフォトカプラ４１〜４４は、相互の間で数千ボルトの絶縁耐圧を維持しながら、ノイズを混入させることなしに制御信号を伝送できるので、設定電力値の通りに確実かつ高精度に実現できる。
【００６５】
なお、スパッタ成膜における電圧は、通常数十〜数百ボルトであるが、放電開始時は千ボルトを越える場合があるので、数千ボルトの絶縁耐圧を維持できる第１〜４のフォトカプラ４１〜４４は、有効に機能する。
【００６６】
詳しくは、電源３の正極（＋）をスパッタ用の高圧回路の接地電位ＧＮＤ（アース）と、電源３の負極（−）を、測定系及び制御系の含まれた制御回路の基準電位ＯＦＳＴ（オフセット）とを区別することにより、高圧回路が発生するノイズの影響を制御回路が受け難くし、ノイズに強くしている。
【００６７】
このとき、操作者を始めとする地上要員及び各種設備の筐体は接地電位（アース）であり、電源３の正極（＋）に等しいが、この接地電位ＧＮＤ（アース）に対してマイナス数百ボルトとされる電源３の負極（−）に等しい電源制御部２０の基準電位ＯＦＳＴ（オフセット）は、前記筐体を介しての大地への漏電防止及び感電防止の意味からも、完全な絶縁を施すことは安全上も有効である。
【００６８】
以下、電力積算手段１３及び電力比較手段１４の構成と動作を合わせて説明する。
電力積算手段１３は、電圧測定手段２９、電流測定手段３０で測定され、デジタル化された電流情報及び電圧情報が入力され、それらに基づいて電力を計算し、さらにスパッタ開始直後から所定時間まで時間積分して供給エネルギーを算出し、電力比較手段１４に出力する。
【００６９】
電力積算手段１３には、前記供給エネルギーの値を時系列的に順次記憶するメモリ装置を備えることで、前記供給エネルギーの値の時間変化を外部ディスプレイ（図示せず）に表示してユーザに視覚的に伝達することができる。
【００７０】
電力比較手段１４は、一般的なコンパレータ等により構成され、設定値保存手段１７及び電力積算手段１３から、それぞれ前記設定エネルギーと前記供給エネルギーとを受信し、両者を比較し、スパッタ装置２への供給電力を制御する電力制御信号を電源３に出力する。
【００７１】
例えば、電力比較手段１４において、前記設定エネルギーの値と前記供給エネルギーの値とを数値的に比較し、両者が異なる場合には、電源３は前記供給電力の供給を継続し、もし両者が等しい場合には、電力比較手段１４から、電源３に出力停止の信号を出力し、電源３はスパッタ装置２へ電力供給を停止し、スパッタ装置２でのスパッタ成膜が終了する。
【００７２】
なお、電力供給を停止する手段は電源３へのＯＮ／ＯＦＦ制御により行う。通常、電源３のＯＦＦ指令から実出力が停止するまでの遅れは小さいため、誤差（バラツキ）は問題とならない。
【００７３】
また、電力比較手段１４は、電源３が、電力測定手段に電力を供給開始及び停止する際に、電力積算手段１３に対し、前記電力の供給開始及び停止の信号を出力させて、電力を供給している期間だけ、電力を積算させることが、電力積算の誤差を少なくできるという点で好ましい。
【００７４】
図３は、図１〜２のものによる、供給電力の時間推移グラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はスパッタ装置２へ実際に供給される電力を示し、グラフ中の実線はスパッタ装置２へ供給される電力の時間変化を示す。
【００７５】
図４は、図１〜２のものによる、スパッタ装置用電源アダプタの制御方法を示すフローチャートである。
【００７６】
以下、図３に示す供給電力の時間推移グラフに沿って、適宜に他の図も参照しながら、スパッタ装置用電源アダプタ１の動作を説明する。
【００７７】
まず、スパッタ成膜に必要な電力エネルギーＥを決定し、スパッタ装置用電源アダプタ１の、目標エネルギー設定手段１８により設定値を入力する設定値入力段階（Ｓ１）がある。
Ｅ  ＝  Ｐ１  ×  Ｔ１〜Ｔ５の時間
【００７８】
設定値入力段階（Ｓ１）により設定電力Ｐ１の値（図３参照）を設定したならば、電源３をＯＮ（Ｓ７１）し、微小時間（Ｓ７２）で区切りながら、電源３からスパッタ装置２への供給電力を測定する。そのために、前記スパッタ装置２へ印加電圧値を測定する電圧測定段階（Ｓ２）と、前記印加電圧値をデジタル変換して電圧情報を生成する電圧情報生成段階（Ｓ３）と、電源３からスパッタ装置２への流入電流値を測定する電流測定段階（Ｓ４）と、前記流入電流値をデジタル変換して電流情報を生成する電流情報生成段階（Ｓ５）と、前記電圧情報及び電流情報を用いて投入電力を積算する投入電力積算段階（Ｓ６）を全部経過する。
【００７９】
すなわち、時刻Ｔ１から電力積算手段１３に前記電圧情報及び電流情報の入力を開始し、投入電力を積算する。
【００８０】
図３に示す時刻Ｔ１〜Ｔ２の間は、電源３の立ち上がり期間であり、周知の過渡現象のため、徐々に電力が上昇し、電力Ｐ２となって安定する（Ｐ１＞Ｐ２とする）。ここで、設定電力Ｐ１と測定電力Ｐ２とは一致せず、これが電源３の出力誤差（＝Ｐ１−Ｐ２）となる。
【００８１】
そして、時刻Ｔ３で、アーク放電が発生すると、電源３に内臓（図示せず）されたアーク放電検出手段がＯＦＦの電源制御信号を発するので電源３は出力を停止する。アーク放電がおさまれば、電源３をＯＮし、徐々に電力を増加して、時刻Ｔ４でもとの電力Ｐ２となって安定する。その後、電力積算手段１３で積算した電力エネルギーが時刻Ｔ６で前記スパッタ成膜に必要な電力エネルギーＥになると、電源３に電力制御信号を出力して、スパッタを終了する。
【００８２】
このようにしてスパッタを終了するまでに、スパッタ装置２へ実際に供給された投入電力を微小時間ごとに区切って前記閾値と比較する電力比較手段１４の比較結果及び／又は図示せぬアーク放電検出手段の検出結果に基づいて電源３の出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する段階（Ｓ７）を経過する。
【００８３】
ここで、電源３の出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する段階（Ｓ７）を詳しく説明する。
設定値入力段階（Ｓ１）の後に、電源３をＯＮ（Ｓ７１）し、微小時間（Ｓ７２）に区切った投入電力積算段階（Ｓ６）を実行したならば、その投入電力積算値を、設定値保存手段１７に保存された設定値を閾値として、電力比較手段１４により大小関係を比較（Ｓ７３）する。閾値を超えなければ、目標を未達成と判断するので、少なくとも微小時間（Ｓ７２）だけ、ＯＮを継続するが、微小時間（Ｓ７２）を経過した後にＳ２〜Ｓ６，Ｓ７３を繰り返し、目標達成したと判断（Ｓ７３）すれば電源ＯＦＦ（Ｓ７４）する。
【００８４】
微小時間（Ｓ７２）を１μ秒とするならば、１μ秒のレベルで小さなアーク放電まで捕捉出来るので、高精度を維持できる。
【００８５】
なぜならば、スパッタ成膜の進行中において、極く短時間（数μ〜数ｍ秒）のアーク放電が発生することがあり、この期間は成膜に寄与しないため、このアーク放電期間に供給されるはずであった電力の消耗による膜厚誤差を改善できるからである。
【００８６】
ところで、従来の技術では、スパッタ成膜に必要な電力エネルギーＥを設定電力Ｐ１で割り算して得られる時間だけ、スパッタを行うため、図３に示すように、Ｐ１＞Ｐ２の場合には、時刻Ｔ６以前、すなわち時刻Ｔ５（Ｔ５＜Ｔ６）でスパッタが終了してしまい、時刻Ｔ１〜Ｔ５の間に供給された電力エネルギーは前記Ｅより小さいため、所望の膜厚を得ることができなかった。
【００８７】
言い換えれば、さまざまな要因、すなわち電源３の動作速度、・放電開始までの時間・電源出力の誤差などにより、成膜される膜厚にバラツキが生じてしまう。
【００８８】
表１は、従来の技術と本発明によるスパッタ電力エネルギーの制御特性の比較を示す表である。表１において、まず、従来の技術により、スパッタ装置に電源から定電力を供給し１０００（Ｊ）に到達するまでの時間（秒）を２０回測定し、その平均値、最大値及、最小値及びバラツキを示した。表１に示すように、バラツキは１４．０％であった。
【００８９】
従って、従来の技術で、定電力を一定時間供給する場合、測定される供給電力エネルギーのバラツキは、約１４％である。これと一対比較するように、本発明では、設定エネルギーを１０００（Ｊ）として、スパッタ装置に電源から定電圧、定電流又は定電力を供給し、スパッタ終了時までに供給されたエネルギーの測定値（Ｊ）を２０回測定し、その平均値、最大値及、最小値及びバラツキを求めて表１の右枠に示した。
【００９０】
表１に示すように、本発明によるスパッタ装置用電源アダプタ及びその制御方法を用いる事で、前記エネルギーの測定値のバラツキは０．５１％と非常に少ないことがわかった。従って、従来の技術のように、スパッタ装置に電源から定電力を一定時間供給する方法に比べて、本発明によるスパッタ装置用電源アダプタ及びその制御方法を用いることの優位性は明らかといえる。
【００９１】
【表１】
2005008980.tif 000003
【００９２】
図４に示した手順による制御方法では、以下の特徴ある作用効果が導かれる。１）エネルギー値の設定方法：設定値入力段階（Ｓ１）で、数値（デジタル値）で設定することにより、精密な値を誤差なく高速（短時間）に設定できるので、短時間で行うスパッタ成膜において、効率を損なうことなく利用可能である。
【００９３】
２）電圧測定は、電圧測定段階（Ｓ２）で、精密な抵抗器の分圧により変換された電圧値を、電圧情報生成段階（Ｓ３）で、瞬時にデジタル化する。このとき、誤差発生の要因は、抵抗器の分圧による誤差とデジタル化する際の変換誤差のみとなる。なお、図４に示すとおり、電圧測定段階（Ｓ２）及び電圧情報生成段階（Ｓ３）は、後述する電流測定段階（Ｓ４）及び電流情報生成段階（Ｓ５）と同時進行する。
【００９４】
３）電流値の測定に関しては、電流測定段階（Ｓ４）で、精密な低抵抗（シャント抵抗３１）に流れる電流による電圧降下を測定することにより高速・正確に測定可能になる。なお、前述した通り、電流値の測定に際しては、シャント抵抗３１の基準電位（グランド）を、スパッタ装置２のカソード電位（通常  マイナス数百ボルト）とすることにより、微小電圧を正確に測定できる。
【００９５】
４）エネルギー値の測定方法：電力伝送路の電圧・電流を各々測定し、その結果を微小時間による単位時間分の演算し、測定期間の総和で積分する。
電圧測定段階（Ｓ２）、電圧情報生成段階（Ｓ３）、電流測定段階（Ｓ４）及び電流情報生成段階（Ｓ５）で、
エネルギー（単位時間）  ＝  電圧  ×  電流  ×  測定間隔［単位時間］，
エネルギー（単位時間）から測定期間の総和を求めれば供給エネルギーが求められる。
この演算を投入電力積算段階（Ｓ６）で、デジタル回路を用いて行うことにより、高速高精度にエネルギー値が求められる。
【００９６】
前記のように、高速高精度にエネルギー値を求め、適正な膜圧を得る為のエネルギーを制御することにより、必要最小限のターゲット材料、エネルギー及び時間を無駄なく効率良く用いることができる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係るスパッタ装置用電源アダプタ及びその制御方法は、以下に示すように優れた効果を奏する。
請求項１に記載のスパッタ装置用電源アダプタ、及び請求項３に記載のスパッタ装置用電源アダプタの制御方法によれば、スパッタ装置に供給されている電流及び電圧から電力を求め、それを時間で積分することにより、供給された電力エネルギーを測定できるので、従来の方法に比べ格段に測定精度が向上し、かつ信頼性も向上する。
【００９８】
また、このような構成にすることにより、電源の立ち上がりの遅れ、スパッタ成膜中のアーク放電による供給電力の損失、及び前記電源の出力誤差等による膜厚のバラツキを抑制することができるようになり、再現性のある所望の膜厚を得ることが容易になる。
【００９９】
すなわち、高速高精度にエネルギー値を求め、適正な膜圧を得る為のエネルギーを制御することにより、必要最小限のターゲット材料、エネルギー及び時間を無駄なく効率良く用いることができる。
【０１００】
また、電源を選択する場合、従来の方法でよく用いられる定電力電源にだけ限定されることなく、定電圧あるいは定電流の何れの電源でも使用可能になり、設備に合わせて電源のタイプを適宜選択できるので、最適な成膜条件を選択することができる。
【０１０１】
また、エネルギー値を、数値（デジタル値）により短時間で精密に設定できるので、特に、成膜時間の短いスパッタの作業の際にも対応可能である。
【０１０２】
請求項２に係る発明によれば、フォトカプラを使用したので、電流測定が正確に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスパッタ装置用電源アダプタを利用したスパッタ成膜システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１のスパッタ成膜システムの詳細を示すブロック図である。
【図３】図１〜２のものによる、供給電力の時間推移グラフである。
【図４】図１〜２のものによる、スパッタ装置用電源アダプタの制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    スパッタ装置用電源アダプタ
２    スパッタ装置
３    電源
１０  スパッタ生膜システム
１３  電力積算手段
１４  電力比較手段
１５  出力レベル設定変更手段
１７  設定値保存手段
１８  目標エネルギー設定手段
１９  データ入出力部（ＰＣ等）
２０  電源制御部
２１  スパッタ制御部
２３  チャンバ
２４  真空装置
２５  搬送装置
２９  電圧測定手段
３０  電流測定手段
３３  電流ＡＤ変換器
３５  電圧ＡＤ変換器
Ｐ１  設定電力
Ｐ２  測定電力
Ｔ１〜Ｔ６  時刻
４１  第１のフォトカプラ
４２  第２のフォトカプラ
４３  第３のフォトカプラ
４４  第４のフォトカプラ
【図１】
2005008980.tif 000004
【図２】
2005008980.tif 000005
【図３】
2005008980.tif 000006
【図４】
2005008980.tif 000007