JP3954147B2 - 基材に薄膜を被覆する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基材に薄膜を被覆する装置であって、給電源が備えられており、この給電源が、真空室内に配置された陰極と接続され、ターゲットと協働し、ターゲットから叩き出された粒子が、ターゲットと対向配置された基材上に沈着するようにされ、また、プロセスガス源が備えられており、このプロセスガス源が真空室と接続され、真空室の排気が可能にされている形式の装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所望の作業箇所に安定的なスパッタ過程を保証するためには、ガスの取入れは一定にして、陰極電流供給を極めて精確に調整する必要がある。その場合の最も簡単な調整モードは、電流、電圧、出力の調整である。しかし、これらの調整だけでは、スパッタ陰極を比較的長時間にわたって、電流電圧特性値の臨界域（例えば、金属モードと酸化モードとの移行域）で働かせるには不十分である。
【０００３】
このため、既に、プラズマ放出モニタを用いて、出力供給を一定にして、ガスの取入れを調整することが提案されている（旧東ドイツ特許第２７１８２７１３号）。安定的作動のためのこの公知装置は、光学信号を電気信号に変換するための測定システムを有するプラズマ放出モニタと、プラズマトロンをプラス作動させるための切換装置を有する共通の給電源とから成っている。この公知装置の場合、各プラズマトロンに対し１つの測定システムが配属され、これら測定システムの出力部が、保持段を介してヘテロダイン装置(Ueberlagerungseinrichtung)に接続されている。更に、切換装置が、制御段を介してヘテロダイン装置と接続され、ヘテロダイン装置には、出力時に、プラズマ放出モニタと反応性ガス取入れ用の弁が接続される。
【０００４】
また、真空内での蒸着過程中に、蒸着速度（ＤＡＳ２７００９７９）及び又は被蒸着材料の組成をチェックする方法も、公知である。この方法の場合、被蒸着材料の一部が、測定区域を貫流し、この測定区域で放射にさらされる。その場合、放射の形式は、次のように選定される。すなわち、被蒸着材料の、測定区域を貫流する原子の少なくとも一部の電子が、より高いエネルギーレベルに高められるように、また、低エネルギー状態への逆移行時に発生するフォトン（光子）が、蒸着速度基準として、又は被蒸着材料組成の情報信号として記録できるように、選定される。
【０００５】
プラズマ放出モニタによる、又はＤＡＳ２４００９７９によるこれらの公知の調整形式は、しかしながら、次のような欠点がある。すなわち、製作費が高額であり、外光の反射に対する感度が高く、特別に精密な調整が必要であり、また、制御されないスパッタガスドーピングに対する感度が高い。
【０００６】
これら光学的測定形式は、加えて、連続作動により被覆する装置の場合には、決定的な欠点を有している。すなわち、光出力（Lichtauskopplung）用の窓が必要な点である。この窓は、散乱蒸発物によって被覆されることで、窓の光学特性、ひいては測定値が変動する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べた種類の装置を、公知調整装置の欠点が除去され、特に、製作費が廉価で、長時間の稼働に耐えるものにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、次のようにすることによって解決された。すなわち、特に電位差測定電極の測定センサ（測定プローブ）を備えるようにし、この測定電極が、真空室内の、又は真空室と接続されている接続管路内のガスの割合を、基準電極を介して、基準ガスと、又は基準電極に代わる固体と比較し、いわゆる信号、つまり得られた電位差を、更に信号増幅器を内蔵する調整ユニットへ伝達し、この調整ユニットが、給電源のジェネレータを起動制御するようにしたのである。
【０００９】
このほかの細部及び特徴は、請求項２以下の各項に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、きわめて種々の実施形式が可能だが、そのうちの３例を添付図面（図１〜図３）に示してある。
【００１１】
図１の装置は、実質的に、次の部品から成っている。すなわち、真空室５内に配置され、ターゲット６を有するスパッタ陰極７と、ターゲット６の下方に保持された基材８と、陰極両側に設けられ、ガス取入れ管１１・ガス貯蔵容器１６・ガス流量調整弁１２を有するガス流路９、１０と、ブラインド１３、１３′と、調整器１４を有する給電源と、プローブ加熱装置１５を有する、測定プローブとしてのラムダ・プローブ３と、バッキングポンプ２を有する真空ポンプ４とから成っている。
【００１２】
ラムダ・プローブ３は、真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ４の前方の、吸込み接続管路１７の区域に配置されている。ターゲット６は、チタン製であり、アルゴン・酸素混合ガス内でスパッタされ、基材８上にはＴｉＯ2膜が成膜される。プロセス制御用には、良好な酸素イオン伝導体を形成する酸化ジルコニウム電解質を有するラムダ・プローブ３が役立っている。
【００１３】
プローブ電圧は、制御されたガス、すなわち“酸素”の関数である。基準圧力を構成するのは、周囲の大気の酸素分圧である。プローブ電圧には、空気圧の変動及び又はプローブ温度の変動に往々にして起因する電圧変動が、事情により発生することがある。これを防止するには、これら双方の値を安定化させねばならない。スパッタ過程は、一定の酸素流量で実施される。
【００１４】
プローブ電圧は、スパッタ室、すなわち真空室５内の酸素分圧の関数であり、陰極給電の出力調整に役立っている。
【００１５】
図２の実施形式は、図１の実施形式とは、ラムダ・プローブ３′が、接続管１８内に配置され、したがって、真空室５内の圧力と対応する圧力域で測定する点で異なるだけである。
【００１６】
図３の実施形式には、ラムダ・プローブ３″が備えられている。このラムダ・プローブは、真空室５と接続された真空ポンプ２０の圧力管２２内に配置されている。真空ポンプ２０は、真空室５に開口している。また、圧力管２２内には、チョーク２１が設けられている。ラムダ・プローブ３″は、真空ポンプ２０とチョーク２１との間に配置されている。
【００１７】
図４には、陰極７の給電用発振機と、ラムダ・プローブ３、３′、３″との間で、ユニット１４にまとめられた増幅器が示されている。この増幅器は、一方では、導体線２３、２３′を介して案内される、ラムダ・プローブ３、３′、３″の信号を受信し、他方では、ジェネレータ、例えばＭＦジェネレータのための制御電流を供給する。
【図面の簡単な説明】
【図１】マグネトロン陰極、真空ポンプ、ラムダプローブ、プロセスガス容器、ガス流量調整弁を有するスパッタ装置の略示図である。ラムダプローブは、真空室内に、それも真空ポンプの吸込み接続管の区域に配置されている。
【図２】図１同様の装置の略示図である。但し、ラムダプローブが、この形式に場合は、真空ポンプとバッキングポンプとの接続管内に配置されている。
【図３】付加的な真空ポンプを備えたスパッタ装置の略示図である。真空ポンプの吸込み側及び圧力側が真空室と接続され、更に、真空ポンプの圧力管内にはチョークとラムダプローブとが配置されている。
【図４】ジェネレータ用の増幅器ユニットの回路図である。
【符号の説明】
２ バッキングポンプ
３ ラムダプローブ
４ 真空ポンプ
５ 真空室
６ ターゲット
７ スパッタ陰極
８ 基材
９、１０ ガス流路
１１ ガス取入れ管
１２ ガス流量調整弁
１３、１３′ アパーチュア
１４ 調整ユニット
１５ プローブ加熱装置
１６ ガス容器
１７ 吸込み接続管路
１８ 接続管
１９ ポンプ接続部
２０ 真空ポンプ
２１ チョーク
２２ 圧力管
２３、２３′ 信号導体線

Claims (5)

1. 基材に薄膜を被覆する装置であって、給電源（１４）が備えられ、この給電源が、真空室（５）内に配置された陰極（７）と接続され、ターゲット（６）と協働し、ターゲットから散乱せしめられた粒子が、ターゲット（６）と対向配置された基材（８）上に沈着するようにされており、また、プロセスガス源（１６）が備えられ、このプロセスガス源が真空室（５）と接続され、しかも真空室（５）とプロセスガス源（１６）との間には、調整器によって制御される計量弁（１２）が間挿されており、更に、少なくとも１つの真空ポンプ（２、４、２０）が備えられ、その吸込み側が真空室（５）と接続されている形式のものにおいて、
   特に電位差測定電極の測定プローブ（３、３′、３″）が備えられ、この測定電極が、真空室（５）内の、又は真空室（５）と接続されている接続管路（１７）内のガスの割合を、基準電極を介して、基準ガスと、又は基準電極に代わる固体と比較し、いわゆる信号、つまり得られた電位差を、更に信号増幅器を内蔵する調整ユニット（１４）へ伝達し、この調整ユニットが、給電源のジェネレータを起動制御することを特徴とする、基材に薄膜を被覆する装置。
2. 前記測定電極が、いわゆるラムダプローブ（３、３′、３″）であり、プロセスガスが酸素である、請求項１記載の装置。
3. 前記測定電極（３）が、真空ポンプ（４）の吸込み接続管（１７）の区域に配置されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記測定電極（３′）が、バッキングポンプ（２）と真空ポンプ（４）との間に間挿されている、請求項１又は２記載の装置。
5. 前記測定電極（３″）が、真空室（５）に接続された、真空ポンプ（２０）の圧力管（２２）内に配置され、しかも、測定電極（３″）と真空室（５）との間の、圧力管（２２）の接続管内にチョーク（２１）が設けられており、真空ポンプ（２０）の吸込み側が、直接に真空室（５）と接続されている、請求項１又は２記載の装置。

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