(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガス入口（３）を有する真空室（１）の中に設けられているスパッタ陰極（４，５）と、スパッタする材料から成るスパッタターゲット（６，７）と、前記陰極（４，５）に複導体（１０）を介して接続されている交流発生器（９）と、障害アークの検出及び抑圧のための測定装置（１６）とを具備する、真空室内の基板のコーティング装置において、
交流発生器（９）の交流信号のそれぞれの半波を多数の時間区間に分割し、予め決めた時間区間（Ｒ又はＡ）で電流値及び電圧値を検出して実際値信号を形成し、前記実際値信号を、アースされていない測定装置（１６）に供給し、その場合、電圧を、２つの前記陰極（４，５）の間に挿入接続した補償された対称分圧器（１２）を介して求め、かつ電流を、１つの前記陰極（５）へのリード線の途中に挿入接続した変流器（１３）を介して求め、前記測定装置（１６）をリモートステーションとしてリング状ネットワーク（９，１６，１７，１８，１９，１１）の中に挿入接続し、前記リング状ネットワーク（９，１６，１７，１８，１９，１１）のマスタステーションを、前記交流発生器（９）の中に設けられ制御装置（１１）の中に設け、実際値信号を測定装置（１６）で測定することによりアークが発生したことが確認されると前記交流発生器（９）を、前記測定装置（１６）を前記交流発生器（９）に接続している接続線（１９）を介してスイッチオフし、このために、アーク監視及び測定値検出のパラメータを前記ネットワーク（１７，１８，１９）を介してソフトウェアを用いて前もって定めたことを特徴とする真空室内の基板のコーティング装置。
【請求項２】
陰極(４，５)に直接に設けられているコンデンサ(１５)により発生する無効電流を補償するために、変流器（１３）に補償卷線（２０）を設け、補償卷線（２０）により容量補償電流を反対方向で前記変流器（１３）に流すことを特徴とする請求項１に記載の真空室内の基板のコーティング装置。
【請求項３】
測定装置（１６）から送出される信号及び前記測定装置（１６）に供給される信号を、光導波路（１７，１８，１９）を介して伝送し、前記測定装置（１６）の電圧供給を、絶縁変圧器（２１）を介して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空室内の基板のコーティング装置。
【請求項４】
測定装置（１６）を実質的に、電流及び電圧（ＵＫ，ＩＫ，）のアナログ入力側を有するトリガ（２２）と、Ａ／Ｄ変換器（２３）と、同期及びクロック発生装置（２４）と、アーク論理回路（２５）と、交流発生器（９）に設けられている制御装置（１１）につながる端子（１７，１８）を有するマイクロプロセッサ（２６）とにより形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１つの請求項に記載の真空室内の基板のコーティング装置。
【請求項５】
選択された信号セグメントの信号レベルを、交流信号の曲線形状を有し記録装置により表示可能である低周波信号を形成するために、個々の区間（Ｒ，Ａ）で低い周波数により順次に標本化でき、半波をラスタ表示するために必要な信号を、電圧信号の零点通過により同期することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１つの請求項に記載の真空室内の基板のコーティング装置。
【請求項６】
測定装置（１６）の中に設けられているアナログ入力側（Ｕｋ，Ｉｋ）及びトリガ装置（２２）を、入力増幅器（２７，２８）と、前記入力増幅器（２７，２８）に後置接続した絶対値形成器（３２，３３）と、前記入力増幅器（２７，２８）に後置接続した電流（Ｉ  ｎｕｌｌ）及び電圧（Ｕ  ａｒｃ）のための比較値を形成する基準値発生器（３４，３５）とにより形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１つの請求項に記載の真空室内の基板のコーティング装置。
【請求項７】
プロセスガス入口（３）を有する真空室（１）の中に設けられているスパッタ陰極（４，５）と、スパッタする材料から成るスパッタターゲット（６，７）と、前記陰極（４，５）に接続されている交流発生器（９）と、障害アークの検出及び抑圧するための測定装置（１６）とを具備する、真空室内の基板のコーティング方法において、
交流発生器（９）の交流信号のそれぞれの半波を多数の時間区間に分割し、予め決めた時間区間（Ｒ又はＡ）で電流値及び電圧値を検出して実際値信号を形成し、前記実際値信号を、アースされていない測定装置（１６）に供給し、このために、電圧を、補償された対称分圧器（１２）を介して求め、かつ電流を変流器（１３）を介して求め、前記測定装置（１６）をリモートステーションとしてリング状ネットワーク（９，１６，１７，１８，１９，１１）の中に挿入接続し、前記リング状ネットワーク（９，１６，１７，１８，１９，１１）のマスタステーションを、前記交流発生器（９）の中に設けられ制御装置（１１）の中に設け、実際値信号を測定装置（１６）で測定することによりアークが発生したことが確認されると前記交流発生器（９）を、前記測定装置（１６）を前記交流発生器（９）に接続している接続線（１９）を介してスイッチオフし、このために、アーク監視及び測定値検出のパラメータを前記ネットワーク（１７，１８，１９）を介してソフトウェアを用いて前もって定めたことを特徴とする真空室内の基板のコーティング方法。
【請求項８】
選択された信号セグメントの信号レベルを、交流信号の曲線形状を有し記録装置により表示可能である低周波信号を形成するために、個々の区間（Ｒ，Ａ）で低い周波数により順次に標本化でき、半波をラスタ表示するために必要な信号を、電圧信号の零点通過により同期することを特徴とする請求項７に記載の真空室内の基板のコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プロセスガス入口を有する真空室の中に設けられているスパッタ陰極と、スパッタする材料から成るスパッタターゲットと、陰極に複導体を介して接続されている交流発生器と、障害アークの検出及び抑圧装置とを具備する、例えば反応性雰囲気の中での非導電材による真空室内の基板のコーティング方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先行の公開されていない特許出願第４１０６７７０．３号明細書から、コーティング室の中に設けられ磁石を包囲しターゲットと共働する陰極に接続されている交流源から成り、交流源の２つのアースされていない出力側は、それぞれ１つのターゲットを備えるそれぞれ１つの陰極にそれぞれ接続され、２つの陰極は、コーティング室の中で互いに隣接してプラズマ空間の中に設けられ、対向して位置する基板に対してそれぞれほぼ同一の空間間隔を有する、例えば２酸化珪素（ＳｉＯ2）等の電気絶縁性材料による基板の反応性コーティング方法及び装置が公知である。放電電圧の実効値は、導線を介して陰極に接続されている電圧実効値検出装置により測定され、直流電圧として調整器に導線を介して供給され、調整器は、測定電圧が目標値電圧に一致するように調整弁を介して容器から配分器導管への反応性ガス流を制御する。
【０００３】
先行の公開されていない、特許出願第４０４２２８９．５号明細書の追加特許出願第４１３６６５５．７号明細書から、電気的に真空室から分離されマグネトロンカソードとして形成され２つの電気的に互いに分離されている部分から成る陰極が設けられ、ターゲット基体がヨーク及び磁石を有し、陰極の一方の部分が、コンデンサが挿入接続されて直流電圧源の負極及びターゲットに接続され、他方の部分が、チョークコイルと抵抗との並列接続が挿入接続されている導線を介して電源に接続され、ターゲットが、別のコンデンサを介して電源の正極及び陽極に接続され、陽極が、抵抗が挿入接続されている導線を介してアースに接続され、インダクタンスが、インダクタンスが少ないコンデンサに直列に接続されかつ抵抗及びチョークコイルへの分岐路に挿入接続され、抵抗値が、典型的には２〜１０ｋΩである基板の反応性コーティング装置も公知である。この旧装置は、コーティングプロセスの間に発生するアークの大多数を抑圧し、アークエネルギーを減少し、アーク発生後のプラズマの再点弧を改善するように形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、大型かつ大電力のコーティング装置のために、操作者が、ある特定のコーティングプロセスに障害となるアークのみが抑圧されるようにこのコーティング装置を調整することを可能にするアーク早期検出及び抑圧する装置を提供することにある。
【０００５】
上記課題は本発明により、交流発生器の交流信号のそれぞれの半波を多数の時間区間に分割し、予め決めた時間区間で電流値及び電圧値を検出して実際値信号を形成し、実際値信号を、アースされていない測定装置に供給し、その場合、電圧を、２つの陰極の間に挿入接続した補償された対称分圧器を介して求め、かつ電流を、１つの陰極へのリード線の途中に挿入接続した変流器を介して求め、測定装置をリモートステーションとしてリング状ネットワークの中に挿入接続し、リング状ネットワークのマスタステーションを、交流発生器の中に設けられ制御装置の中に設け、実際値信号を測定装置で測定することによりアークが発生したことが確認されると交流発生器を、測定装置を交流発生器に接続している接続線を介してスイッチオフし、このために、アーク監視及び測定値検出のパラメータをネットワークを介してソフトウェアを用いて前もって定めたことにより解決される。
【０００６】
その他の詳細及び特徴は、請求項２以降に記載されている。
【０００７】
本発明の装置で優先されて使用される反応性スパッタプロセスは、反応性ガス成分への放電電圧のヒステリシス性依存を示す。作動点での急峻特性曲線に起因して反応性プロセスは、プロセス温度が僅かに変動するだけで、プロセスに適しない別の状態に急変する傾向を有する。安定したプロセス過程は、交流発生器から陰極に供給された電力が一定であることを必要とする。従って、１次信号として陰極で電圧及び電流を測定し、それらの積を形成して電力値を形成することが必要である。電圧のピークは、ガスの性質及びガス圧等により影響される本装置の点弧特性に依存する。これは、実際のスパッタプロセスには重要でない、しかし電圧平均値及び電圧実効値に大きく影響する。これらの値を放電電圧のための尺度として用いると、例えば圧力の不安定性による点弧特性の変動が、実際の放電電力の変動であると誤解される。実際の放電電圧は、点弧ピークに続く信号領域（放電領域）により定められる。放電ひいてはプロセスに特徴的な領域は、プロセス設定に依存して別の曲線変化を示すこともあり、従って使用プロセスに依存して信号の異なる部分区間を実際値形成のために考慮すると好適である。
【０００８】
ある特定のプロセス状態を判断し記録するために、例えば記録装置により特徴的な信号変化を記録することが必要である。しかしこのためには信号の処理が必要である。何故ならば通常の記録装置は、ある特定の周波数領域（例えば４０ｋＨｚ）の中の信号を記録できないからである。
【０００９】
測定された電流は、陰極容量自身により及び陰極に直接に設けられることがあるコンデンサにより発生され適切な手段により補償されなければならない無効成分を含むことがある。
【００１０】
反応性ガスによるスパッタの際に、通常はアークと呼称する閃絡が発生する。アークは、絶縁性層により被覆されている領域及びメタルブランクの間でターゲットに小さい閃光の形で電荷補償として発生する。さらに、陰極及び／又はターゲット相互間又は陰極及び／又はターゲットとスパッタ装置の中の別の部分との間で短絡が発生する。アークは、スパッタプロセスを妨害し、ターゲット表面を損傷することがある。これらのアークの大部分は、エネルギーに乏しく、何もしないでも自然に消弧する。しかし、大エネルギーを有するアークが発生することもあり、このようなアークは、迅速に消弧しないと大損害を発生し、プロセス過程の続行を妨げる。これらの異なるアークに適切な方法により対処するために、長期的なアークを迅速に消弧することを可能にする確実な検出方法が必要である。図２には、典型的なアークが実質的に示されている（第５半波）。
【００１１】
交流周波を供給される２重陰極装置は通常は、対称の理由からアースされずに閉成されている。２つの陰極の間に発生する最大電圧は、１〜２ｋＶの台にある。陰極とアースとの間の電位差は、同一台の大きさである。従って、陰極の間の電圧及び陰極を流れる電流を検出する適切な手段が必要である。
【００１２】
１つの装置で異なる方法及びプロセスが使用されるので、異なる要求を満足するために非常に柔軟な制御装置及びアーク論理回路及び測定値検出装置が必要である。
【００１３】
本発明は、多様な実施例が可能である。
【００１４】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳細に説明する。
【００１５】
本装置は実質的に、真空ポンプ接続口２及びガス入口３と、コーティング室１の中に配置されている陰極４，５と、それぞれの陰極４，５に対応して設けられたターゲット６，７と、基板８とを有するコーティング室１と、制御装置１１を有し同軸ケーブル１０に接続されている比較的に高い周波数の交流発生器９と、分圧器１２と、補償卷線２０を有する変流器１３と、２つのコンデンサ１４，１５と、絶縁変圧器２１を有する交流−アーク論理−測定値検出器（略称ＭＡＭ）１６と、交流発生器９又は制御装置１１を交流-アーク論理-測定値検出器１６に接続する光導波路１７，１８，１９とから成る。交流-アーク論理-測定値検出器１６は、図７〜１２に詳細に示され、実質的に、アナログ／デジタル変換器２３、同期及びクロック発生装置２４、アーク論理装置２５、マイクロプロセッサ２６、アナログ入力側及びトリガ装置２２から成る。
【００１６】
本発明の１つの重要な特徴は、交流信号の半波が例えば１０の時間区間に分割される（図４参照）ことから成る。このような時間区間を適切に選択し、その時間区間内に発生する電流及び電圧の値を検出することにより、例えば閉ループ制御に最良に適する信号セグメントのみを、実際値信号の形成に用いることができる。図４にはこのような時間区間がＲにより示されている。アーク監視のために信号を、このためにより適するかもしれない（図４でＡにより示されている）別の時間区間で検査することが可能である。さらに、信号レベルを個々の時間区間で低い周波数により有利にはサンプリング法で順次に標本化でき、これにより、交流信号の特性曲線を有し通常の記録装置に表示できる（図４にＭにより示されている）低周波信号を形成できる。半波のラスタ表示のために必要な信号は、電圧信号の零点通過により同期される。
【００１７】
アークは、電圧が小さい値（アーク電圧）に低下し、同時に電流がその高レベルにとどまる又はさらに上昇することを特徴とする。このような状態の検査は、各半波で、前述のようにそれに適する時間区間で行われる。当該の時点で電圧値が、閾値Ｕａｒｃより小さく、電流値が、別の閾値ＩＮｕｌｌより大きい場合、これはアーク状態である。アーク信号は、３つまでの別個の事象カウンタで計数される。第１の事象カウンタは、すべてのアークを計数し、第２の事象カウンタは、正の半波に発生するすべてのアークを計数し、第３の事象カウンタは、負の半波に発生するすべてのアークを計数する。このようにして、異なる対称及び非対称のアークを別個に評価できる。これらのカウンタが、選択スイッチ又はＳＰＳのソフトウェアによりプリセットされたある特定の計数状態に到達すると、選択スイッチ又はソフトウェアにより設定可能な所定の時間にわたり交流発生器をスイッチオフする信号が発生される。次いで、アーク監視が、電力の再スイッチオンの際のビルドアップに起因する誤応動を回避するために選択スイッチ又はソフトウェアにより設定可能な時間にわたり抑圧される。発生した各アークによりリセットされる別のカウンタにより、アーク状態が検出されない順次の無障害半波の数が計数される。このカウンタが、選択スイッチ又はソフトウェアによりプリセットされた状態に到達すると、実際のアークカウンタがリセットされる。何故ならばこのようにすると、前に発生した長期的なアークは消弧されているとの前提から出発できるからである。図５及び６には、アーク監視のいくつかの例が示されている。この場合、すべてのアークを計数するただ１つのアークカウンタを例にとっている。
【００１８】
電圧は、陰極４，５の間に挿入接続され補償されている対称分圧器１２を介して測定される。電流は、１つの陰極へのリード線の途中に挿入接続されている変流器１３を介して求められる。陰極４，５に直接設けられているコンデンサ１５により発生する無効電流を補償するために、補償卷線２０が設けられている。これにより、容量補償電流が、コンデンサ１４を介し反対方向で変流器１３を流れる。
【００１９】
測定は、アースされていない測定装置１６で行われる。測定装置１６は、陰極４，５の直接近辺に設けられ、平均陰極電位にされている。この測定装置１６から出力される信号及びこの測定装置１６へ入力される信号は、光導波路（ＬＷＬ）を介して伝送される。給電は、絶縁変圧器２１を介して行われる。
【００２０】
測定装置１６は、リモートステーションとしてリング状ネットワーク１７，１８の中に挿入接続されている。リング状ネットワーク１７，１８のマスタステーションは、交流発生器の中に設けられている制御装置（例えばＳＰＳ）１１の中に設けられている。このＬＷＬ接続線を介して測定値検出器は制御され、データは測定装置１６から制御装置１１に伝送される。アーク発生の場合の交流発生器のスイッチオフは、迅速な応動を可能にする別個のＬＷＬ接続線１９を介して行われる。
【００２１】
アーク監視及び測定値検出のすべての重要なパラメータは、リング状ネットワーク１７，１８を介して例えばＳＰＳのソフトウェアにより前もって与えられている。
【００２２】
前述の装置により、交流の半波の中の重要な領域のみが、プロセス制御及び安定化のために用いられる。これにより、信号の平均値又は実効値を基準とする従来の公知の解決方法に比して大幅により確実にプロセスが実行される。陰極で直接に測定値を検出することにより、信号変形が回避され、その際に発生する絶縁の問題は、ＬＷＬ区間を使用することにより解決される。双方向のネットワーク端子を介しての制御により、測定値の検出は、柔軟に実現できる。何故ならばアーク監視及び測定値検出は、ソフトウェアによりパラメータ化可能であるからである。長期的なアークは、確実に検出され、迅速に消弧される。
【００２３】
前述の例は、図１に原理的に示されている構成を基礎としている。交流発生器は、４０ｋＨｚの周波数を有する。本発明に重要な部分は、絶縁変圧器２１を介して給電され実際値信号及び陰極電流及び陰極電圧を変流器１３又は分圧器１２を介して供給される電子装置ＭＡＭ１６と、補償回路１４及び２０と、電子装置ＭＡＭ１６を交流発生器９及びＳＰＳ１１に接続するＬＷＬ接続線１７，１８，１９とである。
【００２４】
図７は、電子装置ＭＡＭすなわち測定装置１６の種々の機能群を示す。陰極給電から取出されたＩK及びＵKは、入力側モジュール２２に供給され、入力側モジュール２２で処理された信号は、モジュール２３，２４，２５を介してマイクロプロセッサ２６に供給され、マイクロプロセッサ２６から交流発生器９に供給される。図８〜１２には、個々の回路部分が詳細に示されている。図中、電流方向はそれぞれ矢印により示されている。なお個々の回路素子の詳細なモジュールの型名を次表に示す。
【００２５】
２７．差動入力増幅器                                （BUF03，HA2525）
２８．入力増幅器                                    （HA2525）
２９．比較器                                        （LM319）
３０．比較器                                        （LM319)
３１．比較器                                        （LM319）
３２．絶対値形成器                                  （TL084）
３３．絶対値形成器                                  （TL084）
３４．クロック発生器                                （XO5860）
３５．１０進カウンタ                                （74HCT4017）
３６．４ｂｉｔＢＣＤカウンタ                        （74HCT190）
３７．デジタル比較器                                （74HCT85）
３８．デジタル比較器                                （74HCT85）
３９．プログラミング可能な４ｂｉｔダウンカウンタ    （74HCT190）
４０．プログラミング可能な４ｂｉｔダウンカウンタ    （74HCT190）
４１．プログラミング可能な４ｂｉｔダウンカウンタ    （74HCT190）
４２．プログラミング可能な４ｂｉｔダウンカウンタ    （74HCT190）
４３．１ｋＨｚ矩形波発生器                          （74HCT04）
４４．８ｂｉｔ２進カウンタ                          （innerhalb80C31）
４５．タイマ  １                                    （74HCT191）
４６．タイマ  ２                                    （74HCT191）
４７．ＬＷＬ送信機                                  （DC9003P）
４８．１２ｂｉｔＡ／Ｄ変換器                        （ADS7800）
４９．１２ｂｉｔＡ／Ｄ変換器                        （ADS7800）
５０．入力／出力インターフェース                    （74HCT573,74HCT574，74HCT245）
５１．ＣＰＵ                                        （80C31）
５２．ＥＰＲＯＭ                                    （27C256）
５３．ＲＡＭ                                        （HM6264）
５４．チップセレクトロジック                        （74HCT138）
５５．ゲートアレイ                                  （AGMGA-M32）
５６．ゲートアレイ                                  （AGMGA-M32）
５７．受信機                                        （DC90003P）
５８．送信機                                        （DC9003P）
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置のモジュールを原理的に示すブロック回路図である。
【図２】反応ガス成分及び交流電力に対する放電電圧の依存性を示す線図である。
【図３】陰極電圧及び陰極電流の典型的な変化を示す線図である。
【図４】陰極電圧及び陰極電流及び個々の時間区間への分割を示す線図である。
【図５】アークカウンタが３に設定されアークカウンタのリセットが２つの無障害半波の後に行われる（陰極から周囲への）片側のアークを示す線図である。
【図６】アークカウンタが３に設定されアークカウンタのリセットが２つの無障害半波の後に行われる（２つの陰極の間の）対称のアークを示す線図である。
【図７】電子装置ＭＡＭ（交流−アーク論理−測定値検出装置の略称）のモジュールを示すブロック回路図である。
【図８】図７のアナログ入力側及びトリガのブロック回路図である。
【図９】同期及びクロック発生モジュールのブロック回路図である。
【図１０】図７のアーク論理モジュールのブロック回路図である。
【図１１】図７のアナログ／デジタル変換器のブロック回路図である。
【図１２】図７のマイクロプロセッサのブロック回路図である。
【符号の説明】
１  真空室
２  真空ポンプ接続管
３  プロセスガス接続管
４  陰極
５  陰極
６  ターゲット
７  ターゲット
８  基板
９  交流発生器
１０  同軸ケーブル，複導体
１１  制御装置（メモリプログラミング可能制御装置）
１２  対称分圧器
１３  変流器
１４  コンデンサ，補償回路
１５  コンデンサ
１６  測定装置，交流周波ーアーク論理ー測定値検出器
１７  光導波路
１８  光導波路
１９  光導波路
２０  補償卷線
２１  絶縁変圧器
２２  アナログ入力側及びトリガ装置
２３  Ａ／Ｄ変換器
２４  同期及びクロック発生装置
２５  アーク論理装置
２６  マイクロプロセッサ
２７  差動入力増幅器
２８  入力増幅器
２９  比較器
３０  比較器
３１  比較器
３２  絶対値形成器
３３  絶対値形成器
【図１】
0003654931.tif 000002
【図２】
0003654931.tif 000003
【図３】
0003654931.tif 000004
【図４】
0003654931.tif 000005
【図５】
0003654931.tif 000006
【図６】
0003654931.tif 000007
【図７】
0003654931.tif 000008
【図８】
0003654931.tif 000009
【図９】
0003654931.tif 000010
【図１０】
0003654931.tif 000011
【図１１】
0003654931.tif 000012
【図１２】
0003654931.tif 000013