溅射方法及溅射装置

阅读:975发布:2020-05-12

专利汇可以提供溅射方法及溅射装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供一种溅射方法及溅射装置,在使用交流电源溅射成膜时,迅速检测出 电弧 放电的发生并切断交流电源的输出,可减小电弧放电时的 能量 并有效防止微粒和溅沫的发生。在 真空 室内11内设置的一对靶41a、41b上,通过交流电源E以规定的 频率 交替改变极性地施加 电压 ,将各靶交替切换成为 阳极 电极 、 阴极 电极,在阳极电极和阴极电极之间产生 辉光放电 形成 等离子体 气氛,从而对各靶进行溅射。并检测出向一对靶中输出的电压 波形 ,当判断该 输出电压 波形的电压降时间比正常辉光放电的时间更短时,切断交流电源的输出。,下面是溅射方法及溅射装置专利的具体信息内容。

1.一种对各靶进行溅射的溅射方法,通过交流电源在真空室内设置的一 对靶上以规定的频率交替改变极性地施加电压,将各靶交替切换成为阳极 电极阴极电极,在阳极电极和阴极电极之间产生辉光放电形成等离子体 气氛,从而对各靶进行溅射,其特征为:检测出向所述一对靶中输出的电 压波形,当判断该输出电压波形的电压降时间比正常辉光放电的时间更短 时,切断所述交流电源的输出。
2.根据权利要求1记载的溅射方法,其特征为:检测出所述一对靶之间 的输出电流波形,如该输出电压波形的绝对值超过规定值,则视为产生所 述辉光放电,由该输出电流波形的绝对值制作栅极电流信号的同时,由所 述输出电压波形的绝对值制作电压脉冲信号,在该栅极电流信号处于接通 状态下电压脉冲信号为断开状态时,可判断所述输出电压波形的下降时间 比正常的辉光放电时更短。
3.根据权利要求1或2记载的溅射方法,其特征为:在所述溅射中, 将向所述靶的输出电流波形、输出电压波形的相位控制为大体一致。
4.根据权利要2或3记载的溅射方法,其特征为:使所述规定值根据 交流电源向所述一对靶的投入电的变化而变化。
5.根据权利要求1记载的溅射方法,其特征为:由所述输出电压波形 的绝对值制作电压脉冲信号的同时,检测出该电压脉冲信号的脉冲宽度, 如该脉冲宽度小于规定值,则判断所述输出电压波形的电压降时间比正常 的辉光放电时更短。
6.根据权利要求5记载的溅射方法,其特征为:所述规定值可由输出 电压波形的绝对值直接确定,或由预先测定不发生电弧放电时的脉冲宽度 来间接地确定。
7.根据权利要求1记载的溅射方法,其特征为:检测出与所述输出电 压波形的电压降成比例的微分波形,如该微分波形超过规定值变大时,则 判断所述输出电压波形的电压降时间比正常的辉光放电时更短。
8.根据权利要求7记载的溅射方法,其特征为:在检测所述微分波形 之前,通过滤波电路去除输出电压波形的干扰。
9.根据权利要求7或8记载的溅射方法,其特征为:所述输出电压波 形呈大致的正弦波
10.根据权利要求1记载的溅射方法,其特征为:检测所述一对靶间的 输出电流波形,将所述输出电压波形及输出电流波形的相位和振幅调整成 大致一致后检测出其波形的差分波形,当该差分波形超过规定值变大时, 则判断所述输出电压波形的电压降时间比正常的辉光放电时更短。
11.根据权利要求10记载的溅射方法,其特征为:在检测所述差分波 形之前,通过滤波电路去除输出电压波形及输出电流波形的干扰。
12.根据权利要求10或11记载的溅射方法,其特征为:所述输出电压 波形及输出电流波形呈大致的正弦波。
13.一种溅射装置,其特征为:具有在真空室内设置的一对靶,以及在 所述一对靶间以规定的频率交替改变极性地施加电压的交流电源,设置有 电弧检测装置,其检测向所述靶的输出电压波形的电压降时间比正常辉光 放电的时间更短的电压降;切断装置,其用电弧检测电路的输出切断来自 交流电源的输出。
14.根据权利要求13记载的溅射装置,其特征为:在所述交流电源上 设置相位调节装置,使向一对靶的输出电压波形及输出电流波形的相位基 本一致。
15.根据权利要求13或14记载的溅射装置,其特征为:所述电弧检测 装置具有:第一绝对值检测电路和第二绝对值检测电路,其检测所述一对 靶间的输出电流波形及输出电压波形的绝对值;栅极电流信号发生电路和 电压脉冲信号发生电路,其设置有比较器,分别输入来自第一绝对值检测 电路和第二绝对值检测电路的绝对值和检测电平;电压降检测电路,其分 别输入来自栅极电流信号发生电路和电压脉冲信号发生电路的栅极电流信 号和电压脉冲信号;在该栅极电流信号处于接通状态下电压脉冲信号为断 开状态时,可检测出下降时间比正常的辉光放电时更短的电压降。
16.根据权利要求13或14记载的溅射装置,其特征为:所述电弧检测 装置具有:绝对值检测电路,其检测所述一对靶间的输出电压波形的绝对 值;电压脉冲发生电路,其设置有比较器,输入来自所述绝对值检测电路 的绝对值和检测电平;电压降检测电路,其输入来自电压脉冲发生电路的 电压脉冲信号;检测出电压降检测电路中输入的电压脉冲信号的脉冲宽度, 当该脉冲宽度小于规定值时,可检测出下降时间比正常的辉光放电时更短 的电压降。
17.根据权利要求13或14记载的溅射装置,其特征为:所述电弧检测 装置具有:微分电路,其检测与所述一对靶间的输出电压波形的电压降成 比例的微分波形;绝对值检测电路,其检测所述微分电路的输出电压波形 的绝对值;电压微分波形电路,其设置有比较器,输入来自绝对值检测电 路的绝对值和检测电平;在该微分波形的绝对值超过规定值变大时,可检 测出下降时间比正常的辉光放电时更短的电压降。
18.根据权利要求13或14记载的溅射装置,其特征为:所述电弧检测 装置具有:第一及第二各增益调整电路,其将所述一对靶间的输出电压波 形及输出电流波形的振幅调整为大致一致;差动放大器,其检测来自各增 益调整电路的输出电压波形及输出电流波形的差分波形;绝对值检测电路, 其检测来自所述差动放大器的差动波形的绝对值;差分波形检测电路,其 具有比较器,输入来自绝对值检测电路的差动波形和检测电平;在该差动 波形的绝对值超过规定值变大时,可检测出下降时间比正常的辉光放电时 更短的电压降。

说明书全文

技术领域

发明提供一种可在处理基板表面上成膜的溅射方法以及溅射装置。

背景技术

溅射方法是根据需要在处理基板表面成膜的薄膜成分而制作的特定形 状的靶,使等离子体气氛中的离子向靶加速轰击,使靶的原子飞溅,进而 在处理基板表面上形成薄膜。上述情况下,在为阴极电极的靶上,通过直 流电源或交流电源施加电压,在阴极电极和阳极电极或接地电极之间产生 辉光放电,形成等离子体气氛。
众所周知,在上述辉光放电中,因某种原因会发生电弧放电,上述电 弧放电如产生在阴极电极的局部,会诱发微粒和溅沫等问题,不能形成高 质量的膜。
因此,已知的使用直流电源的溅射法中,例如可检测阴极电极和接地 电极之间的电压,该电压降变大超过规定值时,检测电弧放电,在电弧放 电产生后的规定时间内切断直流电源的电供给(专利文献1)。
专利文献1:特开平11-200036号公报(例如,参照权利要求1)。
但是,利用交流电源的溅射,即通过交流电源在真空室内相互游离设 置的一对靶上以规定的频率交替改变极性地施加电压,将各靶交替切换成 为阳极电极、阴极电极的溅射中,各靶上施加的电压的极性随时变化,且 每每发生电压降,因此,难以使用依靠检测上述阴极电极、阳极电极间的 电压降的电弧检测法。
现有技术中,有通过求出由交流电源到靶的输出电压的有效值或平均值将 该输出电压直流化,并以该直流电压为根据检测电弧的方法,但由于加上 了将交流电压转化为直流电压的时间,具有电弧放电的检测产生延迟、不 能有效防止发生微粒和溅沫等的问题。

发明内容

针对上述问题,本发明的目的在于提供一种溅射方法及溅射装置,在 使用交流电源成膜的溅射中,能迅速检测出电弧放电的发生并切断其向靶 的输出,使电弧放电时的能量变小,进而有效防止微粒和溅沫等的发生。
针对上述问题,权利要求1提供了一种对各靶进行溅射的溅射方法, 通过交流电源在真空室内设置的一对靶上以规定的频率交替改变极性地施 加电压,将各靶交替切换成为阳极电极、阴极电极,在阳极电极和阴极电 极之间产生辉光放电形成等离子体气氛,从而对各靶进行溅射,其特征为: 检测出向所述一对靶中输出的电压波形,当判断该输出电压波形的电压降 时间比正常辉光放电的时间更短时,切断所述交流电源的输出。
根据本发明,通过在一对靶上借助交流电源施加电压,各靶交替切换 成为阳极电极、阴极电极,在阳极电极和阴极电极之间产生辉光放电形成 等离子体气氛,等离子体气氛中的离子向成为阴极电极的靶加速轰击,使 靶的原子飞溅,进而在处理基板表面上形成薄膜。
在溅射中如产生电弧放电,等离子体的阻抗就会急速变小,首先靶间 电压变小,并产生强大的电流。上述情况下,通过向靶的输出电压波形的 电压降时间的长短可直接检测出电弧放电的产生,与通过靶间电流值的变 化及计算向靶的输出电压的有效值或平均值检测电弧放电的方法相比,可 迅速检测出电弧放电并切断向靶的输出。由此,可减小电弧放电时的能量 并有效防止微粒和溅沫的发生。
上述情况下,检测出所述一对靶之间的输出电流波形,如该输出电压 波形的绝对值超过规定值,则视为产生所述辉光放电,由该输出电流波形 的绝对值制作栅极电流信号的同时,由所述输出电压波形的绝对值制作电 压脉冲信号,在该栅极电流信号处于接通状态下电压脉冲信号为断开状态 时,可判断所述输出电压波形的电压降时间比正常的辉光放电时更短。据 此,因为在靶间电流流动时检测出电压降的产生,可减少例如电弧放电的 误检测。
为精确检测电弧放电的发生,在所述溅射中,优选将向所述靶的输出 电流波形、输出电压波形的相位控制为大致相同。
上述情况下,优选使所述规定值根据交流电源向一对靶的投入电力而 变化。
另外,由所述输出电压波形的绝对值制作电压脉冲信号的同时,检测 出该电压脉冲信号的脉冲宽度,如该脉冲宽度小于规定值,则判断所述输 出电压波形的电压降时间比正常的辉光放电时更短。如上所述,仅凭靶间 电压即可检出电弧放电的发生,故不必考虑输出电压波形与输出电流波形 间的相位差,在启动时等输出电压波形与输出电流波形的相位不一致时也 可检测电弧放电。
上述情况下,所述规定值可由输出电压波形的绝对值直接确定,或由 预先测定不发生电弧放电时的脉冲宽度来间接地确定。
另外,可检测出与所述输出电压波形的电压降成比例的微分波形,如 该微分波形超过规定值变大时,则判断所述输出电压波形的电压降时间比 正常的辉光放电时更短。据此,可用简单的电路结构实现电弧放电检测电 路,并且,仅凭靶间电压即可检出电弧放电的发生,故不必考虑输出电压 波形与输出电流波形间的相位差,在启动时等输出电压波形与输出电流波 形的相位不一致时也可检测电弧放电。
上述情况下,为更加精确地检测电弧放电的发生,优选在检测所述微 分波形之前,通过滤波电路去除输出电压波形的干扰。
此外,优选所述输出电压波形约呈正弦波
并且,检测所述一对靶间的输出电流波形,将所述输出电压波形及输 出电流波形的相位和振幅调整成大致一致后检测出其波形的差分波形,当 该差分波形超过规定值变大时,则判断所述输出电压波形的电压降时间比 正常的辉光放电时更短。如上所述,通过将适当调节后的电流波形和电压 波形的差分进行合成作为电弧检测时使用的波形,使电弧放电时其差分波 形的输出成为更大的输出波形,故不易受干扰的影响,其结果可减少误检 的发生。
上述情况下,为了更加精确地检测电弧放电的发生,优选在检测所述 差分波形之前,通过滤波电路去除输出电压波形及输出电流波形的干扰。
此外,优选所述输出电压波形及输出电流波形约呈正弦波。
针对上述问题,权利要求13提供了一种溅射装置,其特征为:具有在 真空室内设置的一对靶,以及在所述一对靶间以规定的频率交替改变极性 地施加电压的交流电源;设置有电弧检测装置,其检测向所述靶的输出电 压波形的电压降时间比正常辉光放电的时间更短的电压降;切断装置,其 用电弧检测电路的输出切断来自交流电源的输出。
上述情况下,还可在所述交流电源上设置相位调节装置,使向一对靶 的输出电压波形及输出电流波形的相位基本一致。
所述电弧检测装置具有:第一绝对值检测电路和第二绝对值检测电路, 其检测所述一对靶间的输出电流波形及输出电压波形的绝对值;栅极电流 信号发生电路和电压脉冲信号发生电路,其设置有比较器,分别输入来自 第一绝对值检测电路和第二绝对值检测电路的绝对值和检测电平;电压降 检测电路,其分别输入来自栅极电流信号发生电路和电压脉冲信号发生电 路的栅极电流信号和电压脉冲信号;在该栅极电流信号处于接通状态下电 压脉冲信号为断开状态时,可检测出下降时间比正常的辉光放电时更短的 电压降。
此外,另一种实施例的电弧检测装置具有:绝对值检测电路,其检测 所述一对靶间的输出电压波形的绝对值;电压脉冲发生电路,其设置有比 较器,输入来自所述绝对值检测电路的电压波形和检测电平;电压降检测 电路,其输入来自电压脉冲发生电路的电压脉冲信号;检测出电压降检测 电路中输入的电压脉冲信号的脉冲宽度,当该脉冲宽度小于规定值时,可 检测出下降时间比正常的辉光放电时更短的电压降。
此外,另一种实施例的电弧检测装置具有:微分电路,其检测与所述 一对靶间的输出电压波形的电压降成比例的微分波形;绝对值检测电路, 其检测所述微分电路的电压波形的绝对值;电压微分波形电路,其设置有 比较器,输入来自绝对值检测电路的电压波形和检测电平;在该微分波形 的绝对值超过规定值变大时,可检测出下降时间比正常的辉光放电时更短 的电压降。
此外,另一种实施例的电弧检测装置具有:第一及第二各增益调整电 路,其将所述一对靶间的输出电压波形及输出电流波形的振幅调整为大致 一致;差动放大器,其检测来自各增益调整电路的输出电压波形及输出电 流波形的差分波形;绝对值检测电路,其检测来自所述差动放大器的差动 波形的绝对值;差分波形检测电路,其具有比较器,输入来自绝对值检测 电路的差动波形和检测电平;在该差动波形的绝对值超过规定值变大时, 可检测出下降时间比正常的辉光放电时更短的电压降。
如上所述,本发明的溅射方法及溅射装置,在利用交流电源溅射成膜 时,可迅速检测出电弧放电的发生并切断向靶的输出,起到减小电弧放电 时的能量并有效防止微粒和溅沫的作用。

具体实施方式

图1是本发明的磁控管溅射装置(以下称「溅射装置」)。溅射装置1 为串排式,具有由回转涡轮分子泵等真空排气装置(未图示)保持规 定真空度的真空室11。真空室11的上部设有基板搬运装置。该基板搬运装 置具有采用现有技术的构造,例如,具备安装有处理基板S的托架2,间 歇性地驱动驱动装置,将基板S依次搬送到与后述的靶相对的位置上。
真空室11中设有气体导入装置3。气体导入装置3通过设有质量流量 调节器31的气管32连接在气源33上,可向真空室11导入一定流量的Ar 等溅射气体或反应性溅射时应用的O2、H2O、H2、N2等反应气体。在真空 室11的下侧,配置有阴极电极C。
阴极电极C包括在处理基板S对面设置的一对靶41a、41b。各靶41a、 41b根据Al、Ti、Mo或ITO等在处理基板S上成膜时薄膜的成分按公知的 方法制作,略呈长方体(从上面看为长方形)。各靶41a、41b在溅中, 以铟或等粘结材料与起冷却靶41a、41b作用的衬板42接合,通过未图 示的绝缘部件安装在阴极电极C的框架上,在真空室11中以游离状态配置。
上述情况下,靶41a、41b的未使用时的溅射面411在与处理基板S相 平行的同一平面上并列设置,各靶41a、41b相对的侧面412之间,未设置 任何板极或屏蔽等构件。各靶41a、41b的外形尺寸设定为大于将各靶41a、 41b并列设置时的处理基板S的外形尺寸。
此外,阴极电极C中,在各靶41a、41b的后方装备有磁组装件5。 磁铁组装件5拥有与各靶41a、41b相平行的支撑板51。该支撑板51比各 靶41a、41b的宽度要窄,由沿各靶41a、41b的长度方向上向其两侧延伸 出来的长方形状的平板构成,为可增强磁铁吸引力的磁性材料制成。在支 撑板51上设置有沿各靶41a、41b的长度方向上的棒状中央磁铁52、沿支 撑板51的外周设置的周边磁铁53。此时,中央磁铁52的同磁化换算时的 体积被设计为例如等于周边磁铁52的同磁化换算时体积之和(周边磁铁: 中心磁铁:周边磁铁=1:2:1)。
如上所述,在各靶41a、41b的前方,分别形成相应的闭路管状磁束, 通过捕捉在靶41a、41b的前方电离的电子及溅射所产生的次级电子,可提 高在靶41a、41b的前方的电子密度加大等离子体的密度。在一对靶41a、 41b上分别连接来自交流电源E的输出电缆K,可在一对靶41a、41b上以 规定的频率(1~400KHz)交替改变极性施加电压。
如图2所示,交流电源E由可提供电力的电力供给部6以及以规定的 频率交替改变极性向各靶41a、41b输出电压的振荡部7构成。上述输出电 压的波形为大致的正弦波,但并不限定为此波形,例如也可为大致的方形 波。
电力供给部6具有控制其动作的第一CPU电路61,输入商用交流电力 (三相AC200V或400V)的输入部62,以及将输入的交流电进行整流变 换为直流电的6个二极管63,借助直流电线路64a、64b起着向振荡部7 输出直流电的作用。
此外,电力供给部6中具有:设置在直流电线路64a、64b间的开关晶 体管65,与第一CPU电路61可自由通信地连接且控制开关晶体管65接通、 断开的第一驱动电路66a,以及第一PMW控制电路66b。上述情况下,具 有电流检测传感器和电压检测变压器,设有检测直流电线路64a、64b间的 电流、电压的检测电路67a和AD转换电路67b,通过检测电路67a和AD 转换电路67b输入CPU电路61。
另一边,振荡部7设置有:与第一CPU电路61可自由通信地连接的第 二CPU电路71,设置在直流电线路64a、64b间构成振荡用开关电路72的 4个第一至第四开关晶体管72a、72b、72c、72d,与第二CPU电路71可自 由通信地连接并控制各开关晶体管72a、72b、72c、72d接通、断开的第二 驱动电路73a及第二PMW控制电路73b。
而后,通过第二驱动电路73a以及第二PMW控制电路73b,例如控制 各开关晶体管72a、72b、72c、72d的动作,使第一及第四开关晶体管72a、 72d,和第二及第三开关晶体管72b、72c的接通、断开定时逆转,即可借 助来自振荡用开关电路72的交流电线路74a、74b输出正弦波交流电。上 述情况下,设有检测振荡电压、振荡电流的检测电路75a及AD转换电路 75b,通过检测电路75a及AD转换电路75b输入第二CPU电路71。
交流电线路74a、74b经由串联或并联以及串并联组合的共振用LC电 路连接在具有公知构造的输出变压器76上,来自输出变压器76的输出电 缆K分别连接在一对靶41a、41b上。上述情况下,具有电流检测传感器及 电压检测变压器,设有检测向一对靶41a、41b的输出电压、输出电流的检 测电路77a及AD转换电路77b,通过检测电路77a及AD转换电路77b输 入第二CPU电路71。由此,在溅射中可通过交流电源E以一定频率并交 替改变极性向一对靶41a、41b施加电压。
此外,由检测电路77a的输出被连接在用来检测输出电压与输出电流 的输出相位及频率的检测电路78a上,通过可自由通信地连接在该检测电 路78a上的输出相位频率控制电路78b,将输出电压与输出电流的相位及频 率输入到第二CPU电路71中。据此,根据来自第二CPU电路71的控制 信号通过第二驱动电路73a控制振荡用开关电路72的各开关晶体管72a、 72b、72c、72d的接通、断开,可将输出电压与输出电流的相位相互控制为 大致一致,输出相位频率控制电路78b、第二CPU电路71及第二驱动电路 73a构成相位调节装置。
然后,通过基板搬运装置将处理基板S搬运到一对靶41a、41b对面的 位置,由气体导入装置导入规定的溅射气体。在一对靶41a、41b上借助交 流电源E施加交流电压,各靶41a、41b交替切换成为阳极电极、阴极电极, 在阳极电极和阴极电极之间产生辉光放电形成等离子体气氛。据此,等离 子体气氛中的离子向成为阴极电极的靶41a、41b加速轰击,使靶的原子飞 溅,进而在处理基板S表面上形成薄膜。
此时,在磁铁组装件5上,设置有图上未显示的达等驱动装置,利 用此驱动装置,使靶41a、41b在沿平方向上的两个位置之间平行且等速 地往复运动,使靶41a、41b的整面上都可得到均等的侵蚀区域。
但是,在上述辉光放电中,众所周知因某种原因会产生电弧放电,如 在一对靶41a、41b上局部性地产生该种电弧放电,就会诱发微粒和溅沫等 问题,为形成质量良好的膜,需要迅速检测出电弧放电,并立即切断来自 交流电源E的输出。
本实施例中,在振荡部7上设置了电弧检测装置8,用于检测向一对靶 41a、41b中输出的电压波形的电压降时间比正常辉光放电的时间更短时的 电压降。而后,当电弧检测装置8检测出电弧放电时,电压降电弧输出信 号被输出到可自由通信地连接的第二CPU电路71,根据第二CPU电路71 和来自可自由通信的第一CPU电路71的控制信号,通过第一驱动电路66a 控制开关晶体管65的动作,并立即切断向一对靶41a、41b的输出。
此时,根据来自第二CPU电路71的控制信号,通过第二驱动电路73a, 控制振荡用开关电路72的各开关晶体管72a、72b、72c、72d的动作,使 例如交流电线路74a、74b之间的电位相同,并可立即切断向一对靶41a、 41b的输出。
如图3(a)至图3(e)所示,电弧检测装置8具有:电流传感放大器 81及电压变压放大器82,其对检测电路77a输出的输出电压、输出电流进 行增幅;第一绝对值检测电路83a及第二绝对值检测电路83b,其检测经过 电流传感放大器81及电压变压放大器82增幅的输出电流波形及输出电压 波形的绝对值。另外,电弧检测装置8具有:栅极电流发生电路84a及电 压脉冲发生电路84b,其分别具有输入来自第一及第二绝对值检测电路83a、 83b的绝对值,以及预先设定的栅极电流检测电平及电压脉冲检测电平的比 较器841;电压降检测电路85,其分别输入来自栅极电流发生电路84a及 电压脉冲发生电路84b的栅极电流信号及电压脉冲信号。预先设定的栅极 电流检测电平及电压脉冲检测电平(规定值),也可根据例如电力供给部6 向一对靶41a、41b的输出而变化,可进行更高精度的电弧检测。
下面,对通过电弧检测电路8的电弧放电检测进行说明。首先,用电 力供给部6的来自第一CPU电路61的控制信号控制开关晶体管65,借助 直流电线路64a、64b向振荡部7提供直流电。接着,用来自第二CPU电 路71的控制信号控制第一至第四开关晶体管72a、72b、72c、72d的动作, 向一对靶41a、41b施加交流电压。此时,在电流下降检测电路85中输入 复位信号进行复位(参照图3(c))。
其次,将经过检测电路77a的来自第一绝对值检测电路83a的电流波 形的绝对值,与栅极电流检测电平输入栅极电流发生电路84a的比较器 841,当所述绝对值超过栅极电流检测电平时,则视为在真空室11内发生 辉光放电,向电流下降检测电路85输入正常放电信号(参照图3(c))。优 选的是,在输出电压波形和输出电流波形的相位大约一致后,输入正常放 电信号。
接着,将来自第一及第二绝对值检测电路83a、83b的各绝对值,与栅 极电流检测电平及预先设定的电压脉冲检测电平输入各比较器841,由此在 将来自栅极电流发生电路84a及电压脉冲发生电路84b的栅极电流信号及 电压脉冲信号输入电压降检测电路85的同时,将高速时钟信号输入电压降 检测电路85并开始电弧放电的检测(参照图3(c))。
一对靶41a、41b之间产生电弧放电时,首先,向一对靶41a、41b的 输出电压降,而后,输出电流急速增加。此时,栅极电流信号维持原来的 “1”(接通状态),只有电压脉冲信号成为“0”(断开状态)(参照图3(b))。 即在检测电弧放电中,在电压降检测电路85判断栅极电流信号是否为“0”, 栅极电流信号为“0”时,栅极电流信号处于断开状态。接着,栅极电流信 号为“1”时,进入电压脉冲下降等待状态,此时,判断电压脉冲信号是否 为“1”,如电压脉冲信号为“1”则判断为正常辉光放电。随后,当栅极电 流信号成为“0”时,电压脉冲信号成为“0”,栅极电流信号恢复断开状态。
反过来,在栅极电流信号为“1”的电压脉冲下降等待状态,电压脉冲 信号成为“0”时发生电压降,判断产生了电弧放电(参照图3(d))。此时, 可检测出由于高速时钟信号的1脉冲或2脉冲延迟的电压降,因此可迅速 检测出电弧放电的发生(参照图3(e))。
由电弧检测装置8检出电弧放电时,将电弧放电的发生输出到第二 CPU电路71,用例如第二CPU电路71的控制信号通过第二驱动电路73a, 控制振荡用开关电路72的各开关晶体管72a、72b、72c、72d的动作,切 断向一对靶41a、41b的输出。
据此,通过向一对靶41a、41b的输出电压波形的电压降时间的长短可 直接检测出电弧放电的发生,与通过靶41a、41b间电流值的变化及计算向 靶41a、41b的输出电压的有效值和平均值检测电弧放电的方法相比,可迅 速检测出电弧放电并切断交流电源E的输出。由此,可减小电弧放电时的 能量并有效防止微粒和溅沫等的发生,而且,可在输出电流流动时检测出 电压降的产生,可减少例如电弧放电的误检测。
参照图4(a)至图4(e),80为另一实施例涉及的电弧检测装置。该 电弧检测装置80为仅从输出电压检测电弧放电的检测装置,具有:电压变 压放大器810,其对来自检测电路77a的输出电压进行增幅;绝对值检测电 路820,其检测经电压变压放大器810增幅的输出电压波形的绝对值。此外, 电弧检测装置80具有:电压脉冲发生电路830,其具有分别输入来自绝对 值检测电路820的绝对值,与电压脉冲检测电平的比较器830a;输入来自 电压脉冲发生电路830的电压脉冲信号的电压降检测电路840以及脉冲宽 度检测选通发生器841。
以下说明电弧检测电路80的电弧放电检测。首先,与上述同样使交流 电源E动作向一对靶41a、41b施加交流电压。此时,向电压降检测电路840 输入复位信号进行复位(参照图4(c))。
接着,将来自绝对值检测电路820的绝对值,与预先设定的电压脉冲 检测电平输入比较器830a,在将来自电压脉冲发生电路830的电压脉冲信 号输出到电压降检测电路840的同时,将正常放电信号及高速时钟信号输 入电压降检测电路840并开始电弧放电的检测(参照图4(c))。而后,由 输入给电压降检测电路840的电压脉冲信号,制作脉冲宽度选通发生器841 中带有正常辉光放电状态下脉冲宽度的栅极电压信号,栅极电压信号维持 原来的“1”(接通状态),只有电压脉冲信号成为“0”(断开状态)时,由 输出电压的下降检测出电弧放电(参照图4(b))。
即在检测电弧放电中,通过电压降检测电路840,栅极电压信号为“0” 时,栅极电压信号处于断开状态。接着,栅极电压信号为“1”时,进入电 压脉冲信号下降等待状态,此时,判断电压脉冲信号是否为“1”,如电压 脉冲信号为“1”则判断为在这种状态下发生正常的辉光放电。随后,当栅 极电压信号成为“0”时,电压脉冲信号也成为“0”,栅极电压信号恢复断 开状态。
反过来,在电压脉冲信号下降等待状态,电压脉冲信号成为“0”时发 生电压降,则判断产生了电弧放电(参照图4(d))。此时,可检测出因高 速时钟信号的1脉冲或2脉冲延迟的电压降,因此可迅速检测出电弧放电 的发生(参照图4(e))。
据此,只通过一对靶41a、41b之间的电压就可检测出电弧放电的发生, 不必考虑电压与电流的相位的差,在启动时等电压与电流的相位不一致时 也可检测电弧放电。
此外,上述实施例中借助绝对值直接制成了栅极电压信号,但并不限 定于此,例如也可相对地改变检测的电压幅度的大小。上述情况下,先用 其他方法检测出无电弧放电状态的电压值,相对地决定以后无电弧放电的 电压幅度,以所述电压幅度为基础检测电弧放电时的电压幅度下降。
参照图5(a)和图5(b),9为另一实施例涉及的电弧检测装置。该电 弧检测装置9也是仅由输出电压检测电弧放电的检测装置,具有对来自检 测电路77a的输出电压进行增幅的电压变压放大器91,与可去除输出电压 干扰的公知的干扰滤波器92,以及微分电路93。该微分电路93的输出被 输入到绝对值检测电路94中,设置有电压脉冲发生电路95,其设置有分别 输入该绝对值与电压微分波形检测电平的比较器95a。
其次,说明电弧检测电路9的电弧放电检测。首先,与上述同样使交 流电源E动作向一对靶41a、41b施加交流电压。然后将经微分电路93的 来自绝对值检测电路94的绝对值与预先设定的电压微分波形检测电平输入 比较器95a。此时,绝对值比电压微分波形检测电平低时,判断为正常的辉 光放电。反之,绝对值超出电压微分波形检测电平时,则判断为发生了电 弧放电(参照图5(b))。
据此,电弧放电检测电路9可用简单的电路来实现,并且,只通过一 对靶41a、41b之间的电压就可检测出电弧放电的发生,不必考虑电压与电 流的相位的差,在启动时等电压与电流的相位不一致时也可检测电弧放电。
参照图6(a)和图6(b),90为另一实施例涉及的电弧检测装置。该 电弧检测装置90是仅由输出电压波形及输出电流波形的差分波形检测电弧 放电的检测装置,具有:对来自检测电路77a的输出电压及输出电流进行 增幅的电流传感放大器910和电压变压放大器920;与可去除输出电压波形 及输出电流波形干扰的公知的干扰滤波器930a、930b;以及将经过干扰滤 波器930a、930b的输出电压波形及输出电流波形的振幅调整为大体一致的 第一及第二各增益调整电路941a、940b。
并且,电弧检测装置90分别输入经过第一及第二各增益调整电路 941a、940b的输出电压波形及输出电流波形,具有:对应上述波形的差进 行差动的具有公知结构的差动放大器950;检测来自差动放大器950的差分 波形的绝对值的绝对值检测电路960;设置有分别输入该绝对值和差分波形 检测电平的比较器970a的差分波形检测电路970。
其次,说明电弧检测电路90的电弧放电检测。首先,与上述同样使交 流电源E动作向一对靶41a、41b施加交流电压。然后用来自第二CPU电路 71的控制信号通过第二驱动电路73a控制振荡用开关电路72的各开关晶体 管72a、72b、72c、72d的接通、断开,将输出电压和输出电流的相位控制 为大体一致。
接着,根据由检测电路77a检测的输出电压及输出电流,通过第二CPU 电路71向第一及第二各增益调整电路940a、940b分别输入电流增益调整 信号及电压增益调整信号,通过第一及第二各增益调整电路940a、940b将 输出电压波形、输出电流波形的振幅调整为大体一致后,把输出电压波形、 输出电流波形输入差动放大器950。
然后,将来自差动放大器950的经过绝对值检测电路960的差分波形 的绝对值,以及预先设定的差分波形检测电平输入比较器970a。此时,如 差分波形的绝对值小于差分波形检测电平,则判断为发生正常的辉光放电。 反之,绝对值超过差分波形检测电平时,判断为发生了电弧放电(参照图6 (b))。
据此,通过将经适当调节的电流波形及电压波形的差分进行合成作为 电弧检测时使用的波形,当发生电弧放电时其差分波形输出成为更大的输 出波形(参照图6(b)),因此不易受干扰的影响,结果可减少误检的发生。 另外,上述实施例就在真空室11内配置的一对靶41a、41b的情况进行了 说明,但并不限定于此结构,也可并设复数(3个以上)个靶,并且至少对 2个靶配置一个交替施加交流电压的交流电源,上述构成也适合本发明的电 弧检测方法。
附图说明
图1为本发明溅射装置的示意图。
图2为交流电源示意图。
图3(a)为电弧检测装置的示意图。(b)为电弧放电发生时由电流波 形、电压波形的信号变化示意图。(c)为向电压降检测电路的信号输入示 意图。(d)为电弧放电检测示意图。(e)为(b)显示的电弧放电时信号变 化的放大示意图。
图4(a)为另一实施例的电弧检测装置示意图。(b)为电弧放电发生 时电压波形的信号变化示意图。(c)为向电压降检测电路的信号输入示意 图。(d)为电弧放电检测示意图。(e)为(b)显示的电弧放电时信号变化 的放大示意图。
图5(a)为另一实施例的电弧检测装置示意图。(b)为电弧放电发生 时电压波形的变化示意图。
图6(a)为另一实施例的电弧检测装置示意图。(b)为电弧放电发生 时差分波形的变化示意图。
符号说明:
1         溅射装置
41a、41b  靶
6         电力供给部
7         振荡部
8 电弧检测装置
E 交流电源
K 电源电缆
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