JPH03502215A - 物理的な蒸着の二重被覆を行う装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 物理的な蒸着の二重被覆を行う 装置および方法 １１立且１ 本発明は、陰極アーク放出および磁電スパッタリング（ｓａｇｎｅｔｒｏｎ　５ ｐｕｔｔｅｒｉｎＱ）の画処理を使用した真空被覆形成＠置にｍｙる。

発明の背景 スパッタリング工程 はぼ３０年間にわたって、フィルム蒸着に関するスパッタリング並びにスパッタ リング工程が何度も見直されてきた。

スパッタリング装置に於けるパラメータ簡の相互作用は非常に多いので、それら を完全に分離することは不可能である。

典型的には、ターゲット（蒸着される材料のプレート即ちその材料からフィルム が合成される）は−ＤＣＩ源（即ちＲＦＫｉｉ＆）に接続される。基体は被覆さ れるべき材料とされ、ターゲットに対して向かい合わされる。この基体は接地、 浮動、バイアス、加熱、冷却、又はそれらの幾つかを組み合わされて施されるこ とができる。ガスはグロー放電が開始されて維持される媒体を形成する特表平３ −５０２２１５　（２） ために導入される。数ミリトール乃至数十ミリトールの範囲のガス圧力が使用さ れる。最も一般的なスパッタリングガスはアルゴンである。

グロー放電が開始されると、正イオンがターゲットプレートに打ち当たり、運動 量の移動によって主としてターゲットの中性子を排除し、これらが基体の上に凝 縮して薄いフィルムを形成する。このターゲットには更に別の粒子があったり放 射が生じ、それらの全てがフィルムの特性に影響を及ぼす（二次電子およびイオ ン、放出ガス、Ｘ線および光子）。電子および負イオンは基体プラットフォーム に向かって加速され、それに衝突してフィルムを成長させる。成る例に於いては 、バイアス電位（通常は負電位）が基体ホルダーに対して付与され、成長するフ ィルムが正イオンの衝突を受けるようになされる。バイアススパッタリングもし くはイオンメッキとして様々に知られている。

成る例に於いては、Ａｒ以外のガス或いは混合ガスが使用される。通常はこれに 成る秒の反応性スパッタ一工程が含まれる。この反応性スパッタ一工程に於いて は、反応性ガス（例えば０２又はＡｒ−０□混合ガス）の中での金属ターゲット （例えばＴｉ）のスパッタリングによって化合物が合成されるのであり、このよ うにして金属および反応性ガスの化合物（例えばＴ　ｉ　０２　）が形成される のである。

中性粒子の　　−スパッタリン　生 スパッタリング生産高は入射イオン当りのターゲツト面から放出される原子の個 数として定義される。これはスパッタリング工程に於ける最も基本的なパラメー タである。与えられた表面の生産高に寄与すると見られる表面の相互反応の全て が未だに完全に理解されているわけではない。それにも拘わらず高エネルギー粒 子からターゲット表面原子への運動量の移動に関連するとされる生産高を示す論 文の印象的な内容が知られている。

ターゲット表面に入射するエネルギーの１％がスパッタリング粒子の放出に関与 し、７５％がターゲットの加熱に関与し、そして残′りが二次電子によって散逸 されるものと推定される。この二次電子はターゲットに衝突し、それを加熱する のである。磁電スパッタリングと呼ばれる改良された工程は磁場を使用して電子 が基体表面から離れるように導き、これによって熱を低減しているのである。

グロー放電スバッタリングの園に生じる基本的な作用には３つある。即ち、（１ ）高エネルギー蒸気の凝縮、（り加熱、そして（３）様々な高エネルギー物質に よるボンバードメントである。これらの作用の全ての合計が注意深く制御されね ばならず、又、それらの作用の全ては相互依存するものであるから、しばしば制 御が困難となるのである。

与えられたターゲット材料に関する蒸着速度および均一性の両方共が装置の幾何 学形状、ターゲット電圧、スパッタリングガス、そして％ｒｈの影響を受ける。

その他の全てが等しい場合に速度は電力に正比例し、ターゲット−基体の間隔が 増大するに連れて低下される。スパッタリングガスはスパッタリング生産高に影 響するのと同様に蒸着速度に影響する。ガス圧力が上昇すると、放電電流は増大 する（増大レイト）が、後方散乱によるターゲットへの材料の戻りも増大する（ 減少レイト）のである。このことはある例に於いては高圧でのペニングのイオン 化の増大によって更に複雑となる。これは自己スパッタリングの速度を増大させ るのである。これらの全ての合計がガス圧力、即ち速度が最大とされるガス圧力 の狭い範囲を導くのであり、これは応用例の各々に関して経験的に決定されねば ならないのである。最適な圧力は数ミリトール乃至数十ミリトールの間の何れか とされる。

一般に、与えられたガス圧力に対して最高の均一性を得るための最適なターゲッ ト−基体の離間距離がある。

小さなターゲット（１５αの直径）に関してはこの＠間距離は一般に近く（数セ ンチメートル）大きなターゲットに関しては最適離開距離はかなり長く（１０〜 ２０ｃｍ）とされる。

ここに説明するスパッタリング工程は、蒸着できる材料と、望まれた特性に薄い フィルムの特性を適合させるために調整可能な工程パラメータとの両方の点で太 鼓判を押せることは疑う余地がない。しかしながら重要な工程パラメータおよび それらの複雑な相互関係の絶対数（ｓｈｅｅｒ　ｎｕｍｂｅｒ）がこれらの工程 をしばしば制御困難としているのである。一般に、これらの工程は比較的薄いフ ィルム（蒸着速度が比較的小さいことから一般に１ミクロン）を要求する応用例 および／又は所望された材料がその他の方法では化学量論的に簡単に蒸着できな いような場合に最も有用であると見出されている。

本願の上述した部分は、ジョン・エル・ボーセンおよびワーナー・カーノにより 編集されたスイン・フィルム・ブＯセス（著作権：アカデミツク・プレス・イン コーホレーテッド、ニューヨーク州、１９７８年、第１２〜６２頁）の出版元の 許可を得て再プリントされた。

陰極アークプラズマ ここ１０年にわたり、陰極アークプラズマ蒸着（ＣＡＰＤ）と呼ばれる関連する 物理的蒸着工程に大きな進歩が見られる。

ＣＡＰＤ工程に於いて、ターゲット材料は真空アークの作用によって蒸発される 。ターゲットの原材料はアーク回路に於ける陰極である。ＣＡＰＤ装皺の基本的 部材は真空チャンバー、陰極およびアーク１１瞭、陽極、基体、および基体のバ イアスｉ１ｍである。アークは典型的には１５〜５０Ｖの範囲の電圧で持続され る。この電圧は使用されたターゲット陰極材料によって決まる。典型的に３０〜 ４００Ａの範囲のアーク電流が使用される。アーク発生は陰極付近に配置された 電極に対して高電圧パルスを付与しくガス放電点火）、および／又は機械的に点 火して開始される。蒸発は、陰極表向上を陰極アークスポットが１０２１／Ｓの 程度の典型的な速度で不規則に移動する結果として発生する。このアークスポッ トの動きは適当な制限境界および／又は磁場の助けによっても制御することがで きる。アークスポットはアーク自体によって発生された材料のプラズマのために 持続される。

ターゲット陰極材料は金属、半導体又は絶縁体とされることができる。

ＣＡＰＤ工程は独特な工程である。又、その他の物理的な蒸着（ＰＶＤ）工程と は明らかに相違する。このＣＡＰＤ工程の特徴の幾つかは次の通りである。

（ｉ）　　ＣＡ　Ｐ　Ｄ工程の中心はアークスポットであり、これが材料のプラ ズマを発生させる。

（ｉｉ）　　陰極表面から蒸発された材料の高いパーセンテージ（３０％〜１０ ０％）でイオン化が起こる。

よびＴ　＋　＋３のような様々な電荷状態のイオンが存在する。

■　イオンの運動エネルギーは典型的には１０〜１００電子ボルトである。

これらの特徴がその他の物理的な蒸着工程に比較して優れた品質である蒸着を生 むのである。これらの利点の幾つかは次の通りである。

（２）　広いｍ囲の蒸着条件にわたって品質の良いフィルム、例えば優れた接着 性および高密度を備えた化学量論的化合物フィルムが、広い範囲の反応性ガス圧 力および金ｆｉ／耐火物質の蒸発速度のもとで得ることができる。

０　優れた被覆の均一性を有して金属、合金および化合物のための高い蒸着速度 を得られる。

（へ）　基体温度が低い。

ゆ　供給源から蒸着部まで合金成分を保持できる。

（へ）　化合物のフィルムの蒸着が簡単である。

極アーク放出特 陰極アークは陰極表面から解放された材料の蒸気の中でプラズマ放電を発生する 。アークスポットは典型的には数マイクロメートルのスポットであり、平方マイ クロメートル当り１０アンペアの程度の電流密度を担持する。

この大電流密度は原材料のフラッシュ蒸発を引き起こし、電子、イオン、中性蒸 気原子、微小粒滴を含んでなる蒸気を成形する。この電子は正イオン雲状塊へ向 けて加速される。陰極スポットからの放出は、陰極スポットが多数のスポットに 分かれる際のアーク電流の広い範囲にわたって比較的に一定である。スポット当 りの平均担持電流は陰極材料の性質に依存するのである。

材料のほぼ１００％が陰極スポット領域の中でイオン化されることが可能である 。これらのイオンは陰極表面にほぼ直角な方向に放出される。しかしながら微小 粒滴は陰極面の上方へ約３０″迄の角度にて陰極表面を離れるものと仮定される 。この微小粒滴の放出は極端な温度並びに放出クレータ−の中に存在する力の結 果として起きるのである。

陰極アークプラズマ蒸着工程は最近迄はフィルム中に微小粒滴が存在するという ことから装飾用の応用には不適当であると考えられてきた。

ＣＡＲＤ工程に於ける微小粒滴の放出を伴う最新の開発によれば、広い範囲の装 飾用の応用のための既存技術に十分に取って代えることができるようになされた 。このＣＡＰＤ工程は次の点で更に融通性を与えているのである。

（ｉｌ　　蒸着パラメータの制御が磁電スパッタリング工程又はイオンメッキ工 程に較べて厳密でない。

Ｏｉ）　　化合物フィルムの蒸ＩＩ温度をかなり低い温度となるように調整でき 、これにより亜鉛鋳造体、真鍮およびプラスチックでさえも基体を＊ａすること なくその基体に被覆を施すことができるようにしたのである。

概略的には、このＣＡＰＤ工程は上述した従来のスパッタリング工程に比較して 優れた多くの利点を提供するのである。しかしながら、薄いフィルムを必要とす るような成る種の装飾の応用例ではスパッタリング工程によって最良の状態を得 ることができる。このような１つの応用例は宝石類の上に金の薄い被覆を施すこ とである。

これは、ＣＡＰＤ工程に於ける金、銅、そして銀の被覆にて微輻粒演を排除する ことが困難なことのためによる。それ故に、装飾目的の薄い金被覆を蒸着させる ためには今日ではスパッタリングが好ましい方法と見做されている。

しかしながら、金は比較的柔らかい。連続して使用する状態のもとで、拡散反射 が見られるようになり、同時にＷｌ滅してゆく。スナイダーに付与された米国特 許明細間第４，５９１．４１８号（１９８６）を参照されたい。

参照することによってここに組み入れられるランドハワに付与された米国特許願 第０７１０２５．２０７号に開示されたような改良されたＣＡＰＤ工程を使用す る窒化チタン（ＴｉＮ）の被覆は、金に対して素晴らしい色のマツチングを生み 出している。従って、ランドハワの改良されたＣＡＰＤ工程を使用して安価な宝 石類の上に窒化チタンを蒸着させ、しかる後に本当の金をその窒化チタンの上に 蒸着させることが可能となる。この独特な２層被覆を施した宝石は、使用者に対 して本当の金メツキ製品に加えて極度に磨耗耐性の強い窒化チタンを下層被覆し た製品を提供するのである。このようにして、本当の金の閣が部分的に磨耗して 禿げてしまっても、色がマツチした窒化チタンがその製品の禿げた部分に於いて 本当の金の見栄えを維持することができるのである。

金およびＴｉＮの層を次々と形成することの困難な点は、金とＴｉＮとが互いに 極めて接着性に劣ることである。本発明迄は、たった２つの基本的な方法が金お よびＴｉＮの多層被覆を形成するために知られていたと確信する。第１の方法は 上述したスナイダーにり教示された方法であり、少なくとも４つの交互に配置さ れた金およびＴｉＮの層を使用している。第２の方法はササヌマに付与された米 国特許明ｉｉｓ第４，４１５．４２１号（１９８３）によって教示された方法で ある。ササヌマは電子ビームによって３つの異なる層を同時にスパッタリングす ることも教示している。ササヌマは金とＴｉＮとの間の接着性の劣る点を、Ｔｉ Ｎの下層と金の頂部層との間にＴｉＮの層および金の層を交互に位置させること によって克服しようと試みた。

本発明はこれらの困難な８１Ｍを解決し、接着の問題を生じることなくＴ　ｉ　 ｔ’ｌｌの上に金の層を直接に被覆することができる都合の良い１つの装置を提 供することである。本発明は進歩されたＣＡＲＤ工程と近代的な磁電スパッタリ ング工程とを１つの機械に備え付けたのである。

及豆五１１ それ故に、本発明の目的はＣＡＰＤ工程およ１［電スパッタリング工程を使用し て実質的に被覆を次々に形成できる機械を提供すること１ある。

本発明の他の目的はコンピュータ制御によるシーケンス装置を備えた機械を提供 することである。

本発明の他の目的は、両方の工程に共通する基体回転テーブルを備えた機械を提 供することである。

本発明の他の目的は、１つの工程で、そして次の工程で被加工物の両面に同時に 被覆できる機械を提供することである。

本発明の他の目的は、何れの工程に於いても様々なガスを混合できるコンピュー ター制御の反応性ガス副装置を備えた機械を提供することである。

本発明の他の目的は、工程制御を高めるために基体バイアス電圧が可変の機械を 提供することである。

本発明の他の目的は、両方の工程に共通の真空ポンプ装置を備えた機械を提供す ることである。

本発明の他の目的は、両方の工程に共通の冷却装置を備えた機械を提供すること である。

本発明の他の目的は、純粋な金を窒化チタンの被覆或いは窒化炭素の被覆に強固 に付着させることができる装置を提供することである。

本発明の他の目的は、純粋な金を窒化チタン、窒化炭素、或いは適当に硬化され た基体に強固に付着させることができる装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ＣＡＰＤ工程および＠電スパッタリング工程を使用して基 体に対して同時に被覆を形成することのできるｉｎｉを提供することである。

本発明のその他の目的は以下の説明および付随する請求の範囲から明白となろう 。この明細書の一部をなす添付図面が参照される。図面に於いては、幾つかの図 面を通して同じ符号は同じ部品を示している。

ここに使用されている成る用詔は次のように定義される。

クロスオーバーセットポイント二人１ｍ！ｌ！なポンプ作用が終わり、拡散ポン プ作用および冷気トラップポンプ作用が引き継がれて高い真空度に迄圧力を低下 させるようになされる真空チャンバー内の定められた圧力 高真空圧：高真空度の真空圧力の短縮語ミリトール：トールの１０００分の１、 下記参照基体：被覆される物体を指す トール：圧力単位、０℃で標準重力の下で１ミリメートルの水銀柱を支持するの に必要な圧力 プラズマ二等しい個数の正イオンおよび電子を含み、良好な導電体で且つ磁場に よる影響を受ける帯電粒子の集合体 基本的な磁電スパッタリング工程は上述したスイン・フィルム・プロセスに開示 されている。その改良がモリソン・ジュニアに付与された米国特許明細間第４． １６２．９５４号（１９７９）および第４，１８０．４５０（１９７９）に開示 されており、これらの特許は本発明の譲受人であるヴアクーテク・システム・イ ンコーホレーテッドに対して譲渡されている。これらの全ての参照文献は参照す ることでここに組み入れられる。

基本的なＣＡＰＤ工程はここ２０年にわたって発展されてきた。スネーパーに付 与され且つヴ７クーテク・システム・インコーホレーテッドに対して譲渡された 米国特許明細間第３．６２５．８４８号（１９７１）および第３．８３６．４５ １号（１９７４）はこの基本的工程の元となりている。ムラリーに付与された米 国特許明細書第４．４３０．１８４号（１９８４）およびモリソン・ジュニアに 付与された米国特許明ＩＩＩ第４．７２４゜０５８号（１９８８）は何れもヴア クーテク・システム・インコーホレーテッドに対して謹製されており、これらは その基本的なＣＡＲＤ工程に対する改良を与えている。ＣＡＰＤ技術の概要はエ ッチ・ランドハヮおよびピー・シー・ジョンソンによる“技術ノート：陰橋アー クプラズマ蒸着工程およびその装置の見直し”　（サーフェイス・アンド・コー ティング・テクノロジー、３１（１９８７、第３０３〜３１８頁）に与えられて いる。

ＣＡＰＤ工程に対する更なる改良はランドハヮに付与された米国特許願第０７１ ０２５．２０７号に開示されており、この特許顧はヴアクーテク・システム・イ ンコーホレーテッドに対して譲渡されている。これらの全ての参照文献は参照す ることでここに組み入れられる。

本発明は、広く様々な基体の上に高性能の金属被覆を蒸着させるように設計され た成形ＣＡＰＤおよびスパッタリング被覆装置である。この装置はＣＡＰＤター ゲットおよびスパッタリングターゲットを使用し、真空雰囲気の中で基体上に材 料の薄いフィルムを蒸着させる。

この陰極を使用するスパッタリング蒸着工程は比較的高電圧小電流の工程であっ て、実際に如何なる材料も蒸着するのに適用できる。この工程はターゲット材料 に正イオンをｎ５、運動量の移動によって主としてターゲットの中性子を排除す るようになす。この排除された原子が基体の上に舞いフィルムとして凝縮される のである。

ＣＡＰＤ工程は比較的大電流および低電圧を使用して導電性のターゲット原材料 を蒸発させ、そして被覆を形成するように基体の上に凝縮させる。

本発明の好ましい実施例は１２．７Ｘ６０．９６ａｍ（５×２４インチ）（７） ２つ（１）ＣＡＰＤター１ｙトと、８．８９Ｘ９３．５Ｃ１（３，５×２５イン チ）の２つのスパッタリングターゲットを使用して、蒸着される材料を与えてい る。

基体を支持している基体固定具はチャンバーの中で回転する。基体は遊星運動、 振動又は往復動によってターゲットの前を可変速度で通過される。ポテンショメ ーター即ち可変ｔｓｍ＊置が蒸着工程の要求条件に応じて回転速度を変化させる のである。

ＤＣバイアス電力は蒸着工程に際して基体固定具および基体に対して与えられ、 ターゲット原子の基体に向かう移動を高めて、および／又は蒸着フィルムの特徴 を発揮させる。

拡散ポンプ、ポリコールドトラップ（マイスナートラップ）、低温ポンプ、或い はターボ気体ポンプが工程に際してチャンバー内に高真空圧を形成してそれを維 持する。機械的ポンプが低い真空度に迄チャンバーを排気しく大雑把な真空）、 そして高真空圧のポンプ作用に際しては拡散ポンプか又はターボ気体ポンプをポ ンプ作用させる（それらのポンプから引き出す）のである。

プログラム可能な論理制御ＶＲ１！（ＰＬＯ）がこの工程のシーケンスを制御す る。この装置は関連する工程パラメータのフィードバックに応答する。手動によ るオーバーライドは常に可能とされる。

本発明の主要な部材は、 （１）　　装置主フレームであって、 −工程チャンバーと、 −拡散ポンプおよびポリコールドトラップと、−水および圧縮空気の分配パネル と、 −工程ガスのための質量流量の＠ＷＪ＠置およびバルブと、 −モニター器具と、 −電気的ターミナルボードと、 を支持し且つ取り囲んでいるｉ置主フレーム、（２）　　ｉＱ御器具を含む装置 制御コンソール、（３）　　　ＣＡＰＤターゲットｔｍ。

（４）　　機械的ポンプ、 （５）　　ポリコールドトラップのための圧縮機、（６）　　ターゲットおよび バイアスのための電源を含む電力供給キャビネット、 （７）　　電力分配キャビネットおよび変換器、（８）　　プログラム可能な論 理制御ｌ＠１ｆ（ＰＬＯ）（９）　　コンピューター、 （１Ｇ）コンピューターのためのソフトウェア−１（１１）　　Ｐ　Ｌ　Ｏのた めのソフトウェア−１である。

型的なＣＡＰＤエ　サイクル オペレータは基体を固定具に取付け、前記チャンバードアーをｍじて該チャンバ ーをシールする。機械的ポンプがチャンバー内の圧力をクロスオーバーセットポ イント、典型的には８０〜１５０ミリトールの圧力に迄低減する。

チャンバーがクロスオーバーセットポイントに達したならば、チャンバーの大雑 把なバルブが閉じられ、高真空度のバルブが数秒後に開かれる。チャンバーの大 雑把なバルブを閉じることで機械的ポンプをチャンバーから切り離し、高真空度 のバルブを開くことでチャンバーを拡散ポンプおよびポリコールドポンプに連通 させる。

拡散ポンプがチャンバー内の圧力を基本圧力と称される典型的に２×１０−５ト ールの予め設定された圧力レベルに迄低下させたときに、ポンプによる低圧化の サイクルは終了される。駆動モーターは次に基体の固定具を回転させる。

２Ｘ１０−５トール迄の圧力の低下はチャンバーから殆どのガスおよび水の分子 を排除する。そうでなければこれらの分子は工程の障害となってしまう。

ＣＡＰＤアークがしかる後に発生される。高バイアス電流がクリーニングサイク ルを開始させて、イオン化された粒子によるスパッタリング作用によって基体を 洗浄する。

高バイアスサイクルは終了されて蒸着サイクルが開始される。窒素ガスがチャン バーを充満して作動圧カー５Ｘ１０　　）−−ルー２０Ｘ１０−３トールの因の 圧力となす。

反応蒸着工程に際して典型的には窒素分子はＣＡＲＤターゲット（例えばチタン ）と化合して、基体の上に窒化チタンの被覆を形成する。このようにして、工程 はチャンバー内へ導かれた窒素の一部を消費する。

蒸着工程の間、窒素は連続してチャンバー内へ流入される。このことは高真空ポ ンプによる一定したポンプ作用を必要とする。この装置は窒素の流量とポンプ作 用速度とをバランスさせてチャンバー内部の圧力を作動圧力のセットポイントに 維持するようになす。

この装置は窒素の流ｌを質１に流量制御装置によって調整する。この質量流量制 御Ｉｌ装誼は窒素密度に作用する圧力の影響を補償し、又、圧力に無関係なガス の標準体積を導き出す。

基体に於ける負の電位がターゲットからの径路に於けるチタン正電萄イオンを加 速する。この負電位はバイアス電圧と呼ばれ、典型的には−５０〜−５００ｉｉ 流ボルト（ＶＤＣ）である。

チタンターゲットは蒸着工程の間に消耗されるので、周期的に交換しなければな らない。

ＣＡＰＤターゲットはアーク電力供給源の負出力に接続される。電流はアークタ ーゲットからプラズマを通して陽極へ流れる。１流によってターゲットから引き 離されたチタンの積極的に正イオン化された粒子は負電荷基体へ向かって流れ、 基体表面上の窒素と化合して被覆を形成する。

ＰＬＯは蒸着工程の終わりに於いてＣＡＰＤターゲット源に向かう窒素および電 力を遮断し、窒素をチャンバーから排出する。チャンバーが大気圧に達したなら ば、ＰＬＯは音響信号を発する。

入氏エエ旦之ｌ スパッタリングは、比較的大電流低電圧を使用するＣＡＰＤＩ＠工程に比較して 比較的高電圧小電流の蒸着工程である。

プラズマのグロー放電によって発生された正イオンが陰極のターゲットに衝突し 、運５ｌｉｔの移動によって主としてターゲットの中性子を排除する。

このボンバードメントがターゲット材料を蒸発させる。

ターゲットから追い出された原子は基体の上に薄いフィルムとなるように凝縮す る。

好ましい実施例に於けるターゲットは８．８９Ｘ９３．５α（３，５Ｘ２５イン チ）のスポットであり、水冷される。

磁電陰極が電場および磁場を交差させることで処理チャンバー内のターゲット材 料の近くでプラズマを捕捉する。ターゲットに対するプラズマの腐食作用が電力 ワット当りの高いスパッタリング速度を発生するのである。

本発明の好ましい実施例は水冷陰極を使用する。

オペレータはスパッタリング蒸着サイクルに関してＰＬＯにより以下のパラメー タから選択する。

スパッタリング工程時園 陰極＃１の電力セットポイント 陰極＃２の電力セットポイント スパッタリングガス圧力 オペレータは装置ｍ’御パネルによるガスを選択する。

アルゴンはその質量からスパッタリング蒸着工程に好ましいガスとされる。

スパッタリング蒸着サイクルは自動化することができる。チャンバーが基準圧力 にあれば、オペレータは次の操作で自動工程を開始させる。

（１）　　ｍ看選択パネルによってＣＡＰＤからスパッタリングにスイッチを切 り換える。

＋２）ＰＬＯでスパッタリングパラメータを入力する。

（３）装置ｌＩＩ！御パネルにて工程の始動ボタンを押す。

（４）　　望まれるならばバイアス電力を印加する。

本発明に於いて上述したＣＡＰＤ工程およびスパッタリング工程の完遂は輝く金 メッキされた宝石類を形成する。又は、あらゆる基体に対して様々なその他の被 覆を形成するのである。

１里μＪＩＬ虹区貝 第１図は、基本的なプレーナー磁電スパッタリング装置の概略図を示す。

第２図は、基本的な陰極アークプラズマ蒸着（ＣＡＲＤ）装置の概略図を示す。

第３図は、本発明の二重１１ｉｉＩ装誼の主要部材の概略を示す。

第４図は、一部切除した二次被覆装置の主フレームの右側立面図を示す。

第５図は、一部切除した二次被覆装置の主フレームの左側立面図を示す。

第６図は、二重被覆装置の主フレームの右側チャンバードアーの内祝図を示す。

第７図は、二重被覆装置の主フレームの左側チャンバードアーの内祝図を示す。

第８図は、前部チャンバードアーおよび前部包囲パネルを切除した二次被覆装置 の前両立面図を示す。

第９図は、全ての包囲パルスおよび上部支持フレームを切除した二次被覆装置の 後部の頂部斜視図を示す。

第１０図は、全てのポンプが取り外された二次被覆装置の主フレームの頂面図を 示す。

第１１図は、包囲パネルが取り外された二次被覆装置の主左側真空チャンバード アーの前両立面図を示す。

第１２図は、マスター１ｉ１１１１１パネルの前両立面図を示す。

第１３図は、前側および右側のドアーが取り外されている二次被覆装置の主マニ ホールド真空チャンバ一部分の前面斜視図を示す。

第１４図は、真空チャンバーおよび基体固定具の前面斜視図を示す。

第１５図は、全ての主工程陰極を示す真空チャンバーの頂視横断面図を示す。

第１６図は、第１３図の線Ｂ−８と同じ第１５図の纏Ａ−Ａに沿う内部取付けの スパッタリング陰極の長手方向断面図を示す。

第１７図は、第１３図のｌＩＤ−［）と同じ第１５図のｍｃ−ｃに沿う内部取付 けのＣＡＰＤ陰極の長手方向断面図を示す。

第１８図は、リングのための基体クランプ組立体の前部斜？ｌ１図を示す。

第１９図は、プログラム論理制御＠誼（ＰＬＯ）の論理のソフトウェア−フロー チャートを示す。

第２０図は、第１９図の続きを示す。

第２１図は、パーソナルコンピューター（ＰＣ）の論理のソフトウェア−フロー チャートを示す。

第２２図は、本発明によって形成された各種フィルムの相対的な光沢および色合 いの表を示している。

１貝１１１１飢晟貝 先ず第１図を参照すれば、基本的な磁電スパッタリング装置は、真空チャンバー １と、ポンプ１４１１１２と、スパッタリングガス供給１１３とを含んでいる。

真空チャンバー１はターゲット／陰極４および陽極５を収容している。スパッタ リング電力供給ｌ１Ｉ６はターゲット／陰極４を負に、陽極５を正にバイアスし ている。このスパッタリング工程は高電圧小電流の１１１ｉｌＩを使用している 。基体８は薄いフィルム９を被覆されるべき被加工物である。

基体８は基体型１１７によって負にバイアスされている。

スパッタリング工程の間、スパッタリングガス供給源３が不活性ガスであるアル ゴンを供給する。ポンプ装置２が数ミリトール乃至数十ミリトールの範囲の真空 度を維持する。スパッタリング電Ｎｉ６は出力を増大して陽極５とターゲット／ 陰極４との間にグロー放電１０を引き起こすのである。

グロー放電１０は不活性ガスの正イオン十をターゲット／陰極４に対して衝突さ せる。矢印１６を参照されたい、運動量の移動がターゲットの中性子Ｎ１電子ｅ そして正イオン十をターゲット／陰極４から排除する。ターゲットの中性子Ｎは 基体８の上に薄いフィルム９として凝縮する。矢印１４を参照されたい、更に、 正イオン十の僅かなパーセンテージの部分も基体の上に凝縮する。

正イオン＋および電子ｅも基体８に衝突し、薄いフィルム９が成長される。矢印 １２および１３を参照されたい。

磁石２０がターゲット／陰極４の後方に配置されている。この磁石２０は［１２ ２で示すようにターゲット／陰極４０回りにＩ！場を形成している。この磁場２ ２は典型的には数百ガウスの程度とされる。磁場２２はかなりの数の電子ｅを電 極／陰極表面２３に対して捕捉する。電子ｅを捕捉するこの作用は２つの基本的 な目的で働くのである。先ず第１に、僅かな電子が基体８に到達して基体８を低 い温度に維持する。第２に、ターゲット／陰極表面２３に於ける電子ｅの一定し た運動はスパッタリング生産高、ターゲット／陰極表面２３からの中性粒子Ｎの 放出速度を増大する。この増大された生産高は基体８の上の薄いフィルム９の急 速な成長を可能にするのである。このようにして、基体８の上に薄いフィルム９ を被覆するのに必要とされる時間を短縮して、＠造の効率化が実現されるのであ る。

次に第２図を参照すれば、基本的な陰極アークプラズマ蒸＠　（ＣＡＰＤ）　Ｗ Ａｅは真空チャンバー１と、ポンプ２と、任意のガス供給ｍａｏとを備えて構成 されている。

真空チャンバー１はターゲット／陰極４０および陽極５面陰極４０を負に、陽極 ５０を正にバイアスｌている。

物である。基体８は基体ｔｌｊ７０によりて地面に対して負にバイアスされてい る。

ＣＡＰＤ工程の間、少なくとも１つのガス３３がガス供給源３０によって真空チ ャンバー１内へ導かれる。ポンプ装置１２がｌＸ１０−’トール乃至１Ｘ１０− ３トールの簡の真空圧を維持している。基体型１１７０は基体８を２００乃至１ ０００ＤＣボルトの範囲の高電圧にバイアスする。ＲＦＩ！圧は非導電性材料の 場合に使用される。

次にＣＡＲＤ電源６０がターゲット／陰極４ｏおよび陽極５０に対して電圧を印 加する。そしてアーク開始器４４がアーク１００をターゲット／陰極４０と陽極 ５０との間で点火させる。アークスポット２９は１秒当り数百メートルの程度の 速度でターゲット／陰極表面２３０の上を移動する。多数のアークスポット２９ はアーク大電流を使用することによって作ることができる。アークスポット２９ は磁石２００の制御の下で予め定めたパターンを移動する。この磁石２００は１ ０〜５０ガウスの範囲の磁場を形成する。アークスポット２９は絶縁境界線３３ ３によってターゲット／陰極表面２３０に対して拘束される。

アークスポットはターゲット／陰極４０を蒸発させ、これにより正イオン＋、電 子０１粒滴りおよび中性子ｎの流れを形成する。粒滴りは蒸着シールド５５５に よってその流れから排除される０粒滴排除シールド５５５はターゲット／陰極４ ０の前方および側方に適当に１ロされている。

電子ｅはアーク回路の陽極５０へ向かって流れる。正イオン＋は基体８に衝突し 、基体８を加熱且つ洗浄する。

適当な洗浄が終わると、追加のガス３３が真空チャンバー１内に与えられてｌＸ １０’トール乃至５Ｘ１０−２トールの範囲の圧力となされる。

次に基体８は基体電１ｉ７０によって５０乃至２００ＤＣボルト即ちＲＦの範囲 の低い電圧にバイアスされる。

アーク１００を維持することは正イオン＋および少ないパーセンテージの中性子 ｎが蒸着することで基体８の上に薄いフィルム９０を成長させるのである。この 薄いフィルム９０の厚さ並びに蒸着速度はアーク劃り真空チャンバー１の圧力、 基体８のバイアス電圧、基体温度および工程時間を変化させることによって制御 される。

次に第３図を参照すれば、二重被覆装置４００は主フレーム４０１と、マスター 制御パネル４０２と、プログラム可能な論理制御装置ｔ　（ＰＬＯ）４０３と、 ＰＬＯソフトウェア−４０４と、パーソナルコンピューター（ＰＣ＞４０５と、 ＰＣソフトウェア−４０６と、電力分配パネル４０７と、アーク電源４０８．８ ５２と、基体バイアス電源４０９と、スパッタリング電１１４１０゜５７５と、 低温トラップのための＠御ユニット４１１と、機械的ポンプ４５２とを含んで構 成されている。

次に第４図を参照すれば、二重被覆主フレーム４０１の右側は支持スケルトン４ １２と、レベリング給送装置４１３と、包囲パネル４１４，４１５，４１６，４ １７゜４１８．４１９および４２０と、真空チャンバー４２１と、前部チャンバ ードアー４２２と、右側チャンバードアー４２３と、ＣＡＰＤ陰１１４２４と、 ＣＡＰＤＩ！極４２５と、アーク開始器４２６と、工程ガスの質量流Ｍｉ制御バ ルブ４２７と、フローセンサー８５０と、工程ガス供給パイプ４２８と、圧縮空 気供給パイプ４２９と、圧縮空気圧力調整器４３０と、圧縮空気フィルター４３ １と、冷却水供給マニホールド４３２と、冷却水量制御バルブ４３４と、冷却水 安全スイッチ４３５と、電気的ターミナルボード４３６とを有している。

複数のチャンバードアー４２２，４２３は保守のために内部部材に容易にアクセ スできるようにするとともに、被加工物の装填および取り出しの便宜を与えるよ うに働いている。圧縮空気の部材４２９．４３０および４３１は二重被覆装置４ ００に於ける空気パルプとして動作する。冷却水部材４３２および４３４は冷却 水を内部のチャンバーパイプ４３７に分配し制御する。入口開口４３８および出 口開口４３９は内部チャンバーパイプ４３７および冷却水供給マニホールド４３ ２と協働して真空チャンバー４２１の回りに内部水の冷却面４００を形成してい る。冷却水安全スイッチ４３５はマスター制御パネル４０２と協働し、予め定め たセットポイント以下に冷却水が降下したならば全ての電力を遮断するようにな っている。電気的ターミナルボード４３６は主フレーム４０１に対する全ての配 線のための共通のターミナルポイントとして働く。

次に第５図を参照すれば、主フレーム４０１は包囲パネル４４１，４４２，４４ ３，４４４，４４５，４１９゜６よび４２０と、左側チャンバードアー４４６と 、冷却水フィルター４４７と、冷却水調整器４４８と、スパッタリング陰極４４ ９と、スパッタリング陽極４６４と、高真空度ポンプ開口４５０とを有している 。

主フレーム４０１は３つのチャンバードアー４４６゜４２２および４２３を工程 のため並びに保守の便宜のために備えている。高真空度ポンプ開口４５０は低温 トラップ４８９および拡散ポンプ４５１（第９図）に接続される。

次に第６図を参照すれば、右側チャンバードアー４２３はチャンバーの他の部分 と同じように内部チャンバーパイプ４３７を有している。柔軟ホース４５３およ び４５４が右側チャンバードアー４２３へ冷却水を運ぶ。

Ｗ＆着シールド４５５は水冷却面４４０の上に重なっている。この蒸着シールド ４５５は一般にステンレススチールで作られ、下側に位置する表面を蒸着工程か ら保護するように働く。

覗き窓４５６は使用者が真空チャンバー４２１の内部を常に覗き込めるようにし ている。覗き窓のシャッター次に第７図を参照すれば、左側チャンバードアー４ ４６は内部チャンバーパイプ４３７と、柔軟ホース４５８および４５９と、蒸着 シールド４５５とを有している。

ドアー取付けのスパッタリング陰極４６０はスパッタリング工程に際して付勢さ れる。スパッタリング陽極４６３およびＣＡＰＤｌｉ極４６２が示されている。

アーク開始器４６５がＣＡＰＤ工程に際して真空アークを開始させる。

基体温度モニター４６６は赤外線センサーである。

次に第８図を参照すれば、真空チャンバー４２１は内部取付けのＣＡＰＤ陰極４ ２４およびこれと対応するＣＡＰＤ陽極４２５と、内部にスパッタリング陰極４ ４９および対応するスパッタリング陽極４６４を取付けているＣＡＰＤ陰極取付 はブラケット４６８と、スパッタリング陰極取付はブラケット４６７と、ドアー 取付はスパッタリング陰極４６０および対応するスパッタリング陽極４６３と、 第２の基体温度赤外線センサー４６９と、基体回転テーブル４７０と、基体取付 は具４７１とを有している。

基体回転テーブル４７０は、スパッタリング工程およびＣＡＲＤ工程の何れに於 いてもマスター制御パネル４０２の制御の下で回転される。基体固定具４７１は 様々な基体に対して専用の設計とされる。

基体回転テーブル駆動組立体４７２は駆動モーター４７３と、駆動ベルト４７４ と、回転テーブル駆動シャフト４７５と、回転真空シール４７６と、基体バイア ス電圧接続部４７７と、基体バイアス電圧ケーブル４７８とを含んで構成されて いる。

駆動モーター４７３は可変速度ユニットとされ、基体回転テーブル４７０の速度 を正確に制御できるようになされている。回転真空シール４７６は工程の間に真 空チャンバー４２１の内部を完全に保持する。バイアス電圧ケーブル４７８は基 体バイアス電源４０９（第３図）に接続される。

次に第９図を参照すれば、二重被覆装置のポンプ組立体４７９が示されている。

このポンプ組立体４７９は機械的ポンプ４５２から始まる。機械的ポンプ４５２ は真空チャンバーを６０乃至９０ミリトールの範囲のクロスオーバー圧力とする 迄ポンプ作動する。機械的ポンプ４５２は真空チャンバー４２１に対して入口バ イア４８０、入口フィルター４８１、連結パイプ４８２、大雑把な制御バルブ４ ８３およびチャンバーの大雑把なＩ制御内口４８４を経て接続されている。

熱雷対ゲージ４８５が真空チャンバー４２１の圧力を測定し、その圧力をマスタ ー１１１ｍパネル４０２（第３図）に伝達する。真空チャンバー４２１の予め定 めた６０乃至９０ミリトールの範囲のクロスオーバー圧力に達したならば、マス ター制御パネル４０２は大雑把な制御バルブ４８３を閉じ、前方ラインのバルブ ４８５を開き、そして高真空用バルブ４８７を開く。これらのバルブ操作によっ て機械的バルブ４５２は拡散ポンプ４５１に直列に接続される。これらの無菌ポ ンプ４５１および４５２は高真空用バルブ４８８および低温トラップ４８９、ス ロットルバルブ４９０、高真空用バルブ４８７およびチャンバー高真空用量口４ ５ｏ（第５図）を介して接続される。

上述したクロスオーバー手順が遂行されると、機械的２１の圧力を２×１０　乃 至５Ｘ１０’トールの範囲の装置基準圧力に迄、更に低下させる。同時に、低温 トラップ４８９は水蒸気およびその他の凝縮可能なガスを凝縮させ、これにより 拡散ポンプ４５１の効率を高めるのである。

工程圧力はマスター制御パネル４０２によってＩＱＩＩｌされ、キャパシタンス マノメーターセンサー４９２からの信号に応答してスロットルバルブ４９０を動 作させる。

上述した制御ループは下流側圧力制御装置として知られている。赤外線温度セン サー４９３は覗き窓４６９（第８図）を通して基体５４０を見ており、マスター ＩＩＩＩＩＩパネル４０２に対して温度制御＠号を与えている。

工程が完了すると、真空チャンバー４２１は排気バルブ４９４によって大気圧に 迄上昇復帰される。

次に第１０図を参照すれば、真空チャンバー４９５の頂部は支持スケルトン４１ ２によって支持されているのが見られる。水入口４９７は、冷部水が冷部水供給 マニホールド４３２によって供給されたときにその冷却水を内部チャンバーパイ プ４３７に与える。第４図を参照されたい、水出口４９９はしかる後に冷却水を 冷却水供給マニホールド４３２に戻す。

ＣＡＰＤ陰極有効プレート５００は、第４図に見られるようなＣＡＰＤ陰極４２ ４並びにＣＡＰＤ陽極４２５に於ける陽極に対する電源リード５０１および陰極 に対するリード５０２を含む。陽極冷部水入口５０３はＣＡＰＤ陽極４２５へ給 送し、陽極冷却水出口５０４は￥ｈ１１水供給マニホールド４３２へ戻す。絶縁 包囲体５０５はＣＡＰＤ陰極有効プレート５００を陽極電気から保護している。

冷却水人口５９１は冷却水を冷却水供給マニホールド４３２（第４図）からＣＡ ＰＤ陰極４２４へ向けて供給する。出口５９２は冷却水を冷却水供給マニホール ド４３２へ戻す。

スパッタリング陰極有効プレート５０６は、第５図に示されるようなスパッタリ ング陽極４６４およびスパッタリング陰極４４９に於ける陽極に対する電源リー ド５０７１３よび陰極に対するリード５０８を含んでいる。絶縁包囲体５９０は スパッタリング陰極有効プレート５０６を電気から保護している。冷却水入口４ ９６は冷却水を冷却水供給マニホールド４３２からスパッタリング陰１４４９へ 供給する。冷却水戻しは冷却水をその供給マニホールド４３２へ戻すようになす 。

のための電力はケーブル５３１によって供給される。

シールドされたアーマチュア５１２（第１５図参照）は付勢組立体５１１によっ て付勢される。付勢組立体５１１は空気シリンダー５１５およびクランクアーム ５１６によって構成されている。

真空チャンバー４２１の圧力はピラニ真空計５１７、熱電対ゲージ５１８および イオンゲージ５１９によりて検出され伝達される。ビラニ真空計５１７は大気圧 から１ミリトール迄の範囲の圧力を測定する。熱電対ゲージ４８５は大気圧から １ミリトール迄の範囲の圧力を測定する。イオンゲージ５１９は１ミリトールか ら０．０００１ミリトール迄の範囲の圧力を測定する。熱電対ゲージ５１８はマ スター制御パイプ４０１をしてイオンゲージ５１９を動作させるスイッチ切り換 えのための引き金となる。

次に第１１図を参照すれば、真空チャンバー４２１は支持スケルトン４１２によ って支持されて見られる。左側真空チャンバードアー５２０は装填並びに保守の ために開かれる。包囲パネルは切除されている。水入口５２２および水出口５２ ３は冷却水供給マニホールド４３２から内部チャンバーパイプ４３７に給送する 。水入口５９３は冷却水を冷却水供給マニホールド４３２からドアー取付けＣＡ ＰＤＩ極４６１極内６１供給する。出口５９４は冷却水を冷却水供給マニホール ド４３２を通して戻す。

ドアー取付けＣＡＰＤ陰極４６１はＣＡＰＤドアー包囲体５２４の内部に取付け られている。ドアー取付は供給される。冷却水入口５２７は冷却水を第７図に示 すように冷却水供給マニホールド４３２からドアー取付けＣＡＰＤ陽極４６２に 向けて供給する。冷却水戻し５２８は冷却水供給マニホールド４３２へ戻すよう に給送する。

電気的絶縁包囲体５２９はドアー取付けＣＡＰＤ陽極４６１を電気的に隔絶する 。ＣＡＰＤＩ［磁石５３０（第１７図）はケーブル５３３によって付勢される。

水入口５３４は冷却水を冷却水供給マニホールド４３２からドアー取付はスパッ タリング陰極４６ｏ（第７図参照）へ供給する。水は水出口５３５を経て戻る。

リード５３６はドアー取付はスパッタリング陰極４６１を付勢する。

リード５３７および５３８はアーク開始器４６５（第７図）を付勢する。

赤外線センサー５３９は第８図に示すように基体温度を測定する。この赤外線セ ンサー５３９はレンズ組立体５４１と、ファイバー光学ケーブル５４２と、赤外 線検出ユニット５４３とを有して構成されている。赤外線検出ユニット５４３は 基体５４０の温度を測定してマスター制御パネル４０２に伝達する。高輝度光源 ５４４がレンズ組立体５４１を較正する。包囲された安全スイッチ５６０は包囲 パネルが開いていても動作するのを防止する。

次に第１２図を参照すれば、マスター１１制御パネル４゜２は基体温度伝達器５ ４５を有して構成されている。この伝達器５４５は赤外線センサー４９３および ５４３から指示された温度をゲージ５４６で表示する。

基体温度伝達器５４５は赤外線検出ユニット４９３および５４３の問を切り換え 、しかる後に基体温度をプログラム可能な論理制御装置（ＰＬＯ）４０３に対し て伝達する。

真空チャンバー圧力モニターバネル５４７は、熱電対ゲージ表示器５４８を含ん で構成される。この熱電対ゲージ表示器５４８は熱電対センサー５１８（第１０ 図）からの入力を検出する。イオンゲージ表示器５４９はイ入力を接触する。更 にパラニゲージ表示器５５０はパルプ制御パネル５５１に信号を伝達する。この バルブ制御パネル５５１が大雑把な真空用のパルプ４８３、高真空度用のパルプ ４８７および排気パルプ４９４を制御する。

バルブ制御パネル５５１は拡散ポンプの前方ラインのパルプ４８６およびスロッ トルバルブ４９０（第９図）をもＩＱ＠するのである。

装置制御パネル５５２は、駆動モーター４７３と、速度制御／表示装置５５３と を備えている。更に、この装置制御パネル５５２は、手動／自動モードの作動を 選択スイッチ５５４にて行なえるようになっている。手動制御スイッチ５５８は 工程ガスの質嚢流量制御バルブ４２７（第４図）の手動制御を行わせる。ＣＡＲ Ｄ工程であるかスパッタリング工程であるかを開始させるには、マスター始動ス イッチ５５６を「オン」に切り換えなければならない。工程の終了は工程停止ス イッチ５５７を「オフ」に切り換えることで手動で行うことができる。

工程の状態を示すボード５５９は、真空チャンバー２２１の圧力範囲、冷却水の 安全スイッチ４３５（第４図）、包囲安全スイッチ５６′Ｏ（第１１図）の状態 、駆動モーター４７３の過大トルク表示器（第８図）、そして工程全体の可能と される状態表示器、の状態を示している。

工程選択パネル５６１は、選択スイッチ５６２によってＣＡＰＤ工程かスパッタ リング工程かを選択できるようにしている。

アーク制御パネル５６３は表示器５６４，５６５．５６６および５６７によって それぞれのＣＡＲＤ電圧および電流を表示する。オペレータは選択スイッチ５６ ８および５６９によってＣＡＰＤ陰極４２４／４６１の一方もしくは両方を使用 するように手動で選択する。

ＣＡＲＤアーク電力はポテンショメーター５７０および５７１によって手動で制 御することができる。

様々な基体５４０の表面は様々なバイアス電力を必要とする。基体バイアス電力 制御モジュール５７２はバイアス電源４０９を制御して、表示器８５１によりバ イアス電圧を表示する。内部スパッタリング陰極は内部スパッタリング電源を制 御する。ドアー取付はスパッタリング陰極モジュール５７４はドアー取付はスパ ッタリング電１１５７５（第３図）を制御する。電力表示器８５３および８５４ はスパッタリング陰極制御モジュール５７３および５７４と一体にされており、 それぞれのスパッタリング陰極の電力レベルを表示する。

キャパシタンスマノメーターセンサー４９２（第９図）は信号をキャパシタンス マノメーター制御装置１５７６へ伝達する。真空チャンバー４２１の圧力はキャ パシタンスマノメーター制御装置ｆ５７６と一体の表示器５７７によって表示さ れる。更に、キャバシタンスンノメーターｔｕｇ装置１５７６は工程ガス制御装 置５７８に入力信号を与えている。

工程ガス制御１１１５７８は表示器５７９によって工程ガス流量を表示する。流 量センサー８５０（第４図）は表示器５７９に入力を与えている。工程ガス制御 ＩＶＲＷ１５７８はキャパシタンスマノメーター制御装置５７６からの信号に応 答して工程ガス質量流量制御パルプ４２７を変調させ、これによって真空チャン バー４２１の圧力をｗ４ｍするのである。上述した制御ループは上流側圧力制ｍ ｌｉ！ｔｘを構成しているのである。

支持パネル５８１はＰＬＣ入カモジュール５８２を収容している。ＰＬＯ入カモ ジュール５８２はＰＬＣ４０３に対して可変データをキー人力するのに使用され る。

このＰＬＣ４０Ｃ１；ｔＰＬｃソフトウェア４０４を内蔵しており、これにより 二重被覆装［４００のための全てのＣＡＰＤ工程およびスパッタリング工程に於 ける機能を自動的に制御できるようになっているのである。

第１３図、第１４図および第１５図は二重被覆装置４００の主要作動部材の空間 的関係を示している。第１３図は基体回転テーブル４７０を示している。内部取 付けのＣＡＰＤ陰極４２４はＣΔＰＤ陰極取付はブラケット４６８によって基体 回転テーブル４７０の上方で且つ該回転テーブルに接近させて支持されている。

対応するＣＡＰＤＩ極４２５極上２５−ク開始器４２６は同じＣＡＰＤ陰極取付 はブラケット４６８に対して一緒に取付けられている。有効ケーブル５９６およ び５９７は冷却水パイプおよび内部取付けＣＡＰ［）陰１ｊ４２４のために働く 電気的導体を収容している。

内部取付はスパッタリング陰極４４９および対応する陽極４６４はスパッタリン グ陰極取付はブラケット４６７に取付けられている。対応する有効ケーブル５９ ８および５９９は冷却水パイプおよび内部取付はスパッタリング陰極４４９のた めに働く電気的導体を収容している。

ドアー取付はスパッタリング陰極４６０およびその対応する陽極４６３は内部取 付はスパッタリング陰極４４９と向かい合っており、基体５４０の両面の同時の スパッタリング被覆が達成できるようになっている。

ドアー取付けＣＡＰＤ陰極４６１は基体５４０の外面を被覆する一方、内部取付 けＣＡＲＤ陰極は基体５４０の内面を被覆する。対応するＣＡＲＤアーク開始器 ４６５８よび陽極４６２は同じ左側チャンバードアー４４６に取付けられている 。基体温度モニター４６６は蒸着シールド４５５を超えて突出する。

第１４図はリング（指輪）のような小さな基体のための典型的な取付は構造を示 している。この基体回転テーブル４７０は基体固定具４７１と電気的に接続され ており、この固定具は基体５４０と電気的に接続されているのである。

第１５図は、スパッタリング工程に際してシールドアーマチュア５１２がスパッ タリング陰極シールド５１０および５１４をスパッタリング陰極４４９および４ ６０から離れる方向へ動かす状態を点線にて示している。

実線で示されているシールドアーマチュア５１２はスパッタリング陰極４４９お よび４６０の前のスパッタリング陰極シールド５１３および５１４を移動させて ＣＡＰＤ工程の間に被覆されないように保護している。

他の実施例（図示せず）はＦＲスパッタリング陰極を更に追加して或いはｉ電ス パッタリング陰極４４９および４６０に代わりに、使用する。更にＦＲ基体バイ アス装置（図示せず）も使用することができる。

第２の他の実施例（図示せず）はダイオードスパッタリングを更に追加して或い は磁電スパッタリング陰極４４９および４６０に代わりに、使用する。

粒滴除去シールド５５５（第２図を参照）全ての粒滴りをドアー取付けＣＡＰＤ 隙極４６１および内部取付けＣＡＰＤ陰極４２４から蒸発した正イオン、電子、 および中性子の流れから除去するように働く。粒滴りは角度θもしくはそれ以下 の角度で放出されることが経験的に判断されている。この角度θはＣＡＰＤター ゲット６１５（第１７図）が２６５．４α平方（１０インチ平方）の最小面積部 分を有しているときに３０″もしくはそれより小さい角度であると見出されてい る。粒滴除去シールド５５５および開口５５６との間の距１１５５７は、粒滴り が基体８（第８図）に到達するのを防止できるように選択される。

本発明の主目的は高い光沢を有するとともに様々な金色のカラーとマツチするよ うに制御できる一致した色のフィルムを形成することである。第２２図は本発明 によって作られたフィルムのサンプルを示している。シーケンス番号８および９ は、基準としてここで使用した１０カラツトおよび２４カラツトの金の特性をリ スト表示している。ＬｌはＣＩＥ　　Ｌａｂの色座標にて測定したフィルムの光 沢即ち輝きを示している。ａＩ′はフィルムに含まれている赤〜緑の成分範囲を 示している。正のａ１値はフィルムに含まれている赤成分を示し、負の８１値は 緑成分を示している。ｂ″値はフィルムに於ける黄〜青の成分を示している。正 のｂ″値はフィルムに黄色の成分が多いことを示している。負値はフィルムの青 成分を示している。

シーケンス番号１〜７は二重被覆装＊４００にてＣＡＰＤ工程を使用して作った 特別のフィルムの特性を示している。第１９図を参照すれば、ブロック１００６ は２つのガス（第２図で３３）の比率を変化させており、このガスは炭素源とし てのアセチレンと窒素とを含んでなる。チタンおよびジルコンをベースとしたフ ィルムに於ける炭素と窒素との比率の適当な調整によって、第２２図に示すよう に金に対して光沢およびカラーが格段にマツチしたフィルム特性を得ることがで きるのである。

このようにして典型的な二重被覆装置１４００の作動に於いては、第２２図の上 述にて注目したシーケンス番号１〜７によってＣＡＲＤフィルムが作られるので ある。次の金フィルムは第１図に示したスパッタリング工程を使用して形成され る。

好ましい実施例は１回の真空サイクル（第１９図のブロック１００４）の間に上 述にて注目した２つのフィルム類々に形成するのである。第２２図のシーケンス 番号１〜７を選択することで得られるＣＡＰＯ蒸着フィルムに対する金で構成さ れる第２のフィルムの接着性は市場で許容できるものである。市場で許容できる 接着性はスコッチテープ（商品名）の引張テストを使用して決定される。このテ スト室き金の剥離は全く発生しなかった。

二重被覆装置ｆ４００の究極の目的は、接着上の問題を発生することなく、Ｔｉ Ｎ又はＺｒＮフィルムの上に金の被覆を直接に形成できるようになす単一機械を 提供することである。実際には、金は基体８（第１図）から磨滅してしまい、従 って下側のＴｉＮ又はＺｒＮフィルムが露出してしまう。本発明の実施に於いて は基体８は金フィルムが剥げ落ちても同じ見栄えを維持できる点が重要である。

従って、第２２図でシーケンス番号８および９に対するシーケンス番号１〜７の 相対的な値が本発明を成功させるのに重要なのである。

第１６図は内部取付けされたスパッタリング陰極４４９および対応する陽極４６ ４を第５図、第８図、第１３図および第１５図に見られるのと同様に示している 。内部取付はスパッタリング陰極４４９は陰極本体６００と、スパッタリングタ ーゲット６０１と、磁石６０２とを有して構成されている。クランプ６０３がタ ーゲット６゜１を陰極本体６００に固定しており、且つそれらの電気冷却水路６ ０４に冷却水を供給し、ターゲット６０１を冷却する。出口４９８は冷却水を冷 却水供給マニホールド４３２（第４図）へ戻す。０リング６０５がターゲット６ ０１と陰極本体６００との間に耐水シールを形成している。

対応するスパッタリング陽極４６４は陽極本体６０５と、暗部シールド６０６と 、有効ボス６０７とを有している。暗部シールド６０６はプラズマ放電をターゲ ット６０１に制限している。この暗部シールドはねじ６０８によって陽極本体６ ０５に固定される。スパッタリング陽極４６４は内部取付はスパッタリング陰極 ４４９とは絶縁体６１０と、テフロン（商標）ボルト６０９と、絶縁リング６１ １とによって絶縁されている。および６１２および６１３は有効導管５９８およ び５９９と真空チャンバー４２１との間の真空シールを維持している。

第１７図は内部取付けされたＣＡＰＤ陰極４２４を第５図、第８図、第１３図お よび第１５図に見られるのと同様に示している。この内部取付けＣＡＰＤ陰極４ ２４は陰極本体６１４と、ＣＡＲＤターゲット６１５と、ターゲット縁部絶縁ス トリップ６１６と、陰極本体絶縁体６１７と、陰極シュラウド６１８と、磁石５ ３０とを有して構成されている。陰極シュラウド６１８は陰極本体６１４から絶 縁体６１９．６２０および６２１並びにテフロン（商Ｉ）ネジ６２２とによって 絶縁されている。

ターゲット縁部絶縁ストリップ６１６は絶縁固定具６２３によってＣＡＰＤター ゲット６１５に締結されている。

Ｏリング６２４が陰極本体６１４とＣＡＰＤターゲット６１５との間に真空およ び耐水シールを形成している。

５９２は冷却水を冷却水供給マニホールド４３２へ戻す。

０リング６２６．８２７．６２８，６２９．６３０および６３１は陰極本体６１ ４と陰極シュラウド６１８およよび有効ケーブル５９６，５９７および６３２と の間に真空シールを維持している。有効ケーブル５９６，５９７および６３２は 連結ボス６３３．６３４および６４５によって陰極シュラウド６１８に連結され ている。

電磁石５３０に対する電力はケーブル５３１によって供給される。ガスケット６ ３６が電磁石５３０と陰極本体６１４との間に水密シールを形成している。ＣＡ ＰＤ陰極４２４に対する電力はリード６３７および６３８によってコネクター６ ３９みよび６４０を介して供給される。絶縁スリーブ６４１および６４２はコネ クター６３９および６４０を陰極シュラウド６１８から絶縁している。

次に第１８図を参照すれば、基体回転テーブル４７０更にベース柱７０１および 可変長ロッド７０４を有して構成されている。基体クランプ７０３は可変長ロッ ド７０４に取付けられている。基体クランプ７０３は柔軟なばね特性を有してい る。三角形の形状で基体５４０を三点支持している。リング、ブレスレット、イ ヤリングその他の類似品の基体が基体クランプ７０３に対して最少銀の接触面積 にてしっかりと固定できるのである。

次に第３図を参照すれば、ＰＬＣ４０３は以下の基本的なハードウェアを備えて いる。

一工程プログラムを収納するための記憶装置一工程プログラムを実行する論理モ ジュールー人力／出力制御の論理モジュール ＰＬＯのソフトウェア４０４は以下の基本的な機能を有している。

−ＰＬＯハードウェアを制御するための作動装置一工程プログラム進行論理モジ ュール 次に第１９図を参照すれば、ブロック１０００はＰＬＯ作動装置を示している。

この作動装置は始動して、工程を進める前にＰＬＯにある機能の全てを保証する ためにハードウェアの診断を行う。

ブロック１００１は二重被覆装ｗ４００の信号入力の全てを読み取る。この信号 には基体温度伝達器５４５、冷却水安全スイッチ４３５の状態、包囲パネル４１ ４゜４１５．４１６，４１７，４１８．４１９および４２０の状態、真空圧を測 定する熱電対センサー５１８、イオンチューブ５１９、ピラニ真空計５１７、バ ルブ制御パネル５５１、駆動モーター４７３の速度表示器／制御ｌｌ装置５５３ 、手動／自動選択スイッチ５５４、ＣＡＲＤ工程又はスパッタリング工程のマス ター始動スイッチ５５６、選択スイッチ５６２、工程終了スイッチ５５７、冷却 水安全スイッチ４３５、包囲安全スイッチ５６０．電圧および電力表示器５６４ ，５６５．５６６および５６７、ＣＡＰＤ陰極選択スイッチ５６８および５６９ 、基体バイアスー１＠モジュール５７２、内部スパッタリング電源４１０１ドア ー取付はスパッタリング陰櫓電力制−モジュール５７４、電力表示器８５３およ び８５４、キャパシタンスマノメーターセンサー４９２、工程ガス制御装Ｍ５７ ８、の状態が含まれる。

ブロック１００２はＰＬＣ４０３がＰＣ４０５やＰＬＯ入力モジｌ−ル５８２の 何れかから可変処理データを受は入れていることを示している。

更に、ＰＬＧ４０３Ｇ；ｔデータをＰＣ４０５やＰＬＯ入カモジュール５８２に 対して送ることができる。

ブロック１００３は安全装置をチェックする。これには冷却水安全スイッチ４３ ５の状態、包囲パネル４１４゜４１５．４１６，４１７，４１８．４１９６よび ４２０の全てが閉じられていること、工程を進める前に真空圧が存在しているこ とを示していなければならない熱電対ゲージ表示器５４８が含まれる。それ故に 、このプログラム論理は二重被覆装置４００が適当な水流量を有し、且つ又全で の安全カバーが所定位置に取付けられており、全てのドアーが所定位置に取付け られていること、そして開口がシールされていることを確認し、真空チャンバー ４２１が固定されていることを保証するのである。

ブロック１００４は機械的ポンプ４５２、拡散ポンプ４５１および低温トラップ ４８９のシーケンスに関する論理を示している。

ブロック１００５はＣＡＰＤ又はスパッタリングによる工程を読み取り選択スイ ッチ５６２で選択する論理を示している。

ブロック１００６は工程ガス制御装置１１５７８によってＣＡＲＤ工程ガスを制 御する論理が示されている。この制御装置は質量流量制御パルプ４２７、ブロッ ク１０゜２かうの可変人カニ程パラメータを制御する。ＰＬＯ論理はセットポイ ントからの圧力の外れに関する誤差信号を発生し、これに応じて賀ＩＩ量制御パ ルプ４２７を調゛整する。

ブロック１００７はＣＡＰＤ工程に関する第１の特別な段階を示している。この 第１の段階はＣＡＰＤ″１１１４０８８３よび／又は８５２を付勢することを必 要とする。

次にＣＡＰＤ磁石５３０が付勢される。次に基体バイアス電１１４０９が付勢さ れる。次に基体回転テーブル４７０が駆動される。次に基体バイアス！［４０９ がブロック１００２から受は入れたのと共通の電圧に制御される。

次にアーク開始器４７６．４６５がアークを点火する。

使用者はブロック１００２にて基体温度パラメータを入力した。ブロック１００ ６の現時点では、基体温度はＣＡＰＤ電源４０８および８５２、そして基体バイ アス電源４０９の変化によってセットポイントに迄高められているのである。

ブロック１００９．１０１０．１０１１．１０１２は、ブロック１０ｏ２に入力 されていた時間に対する電力消費および基体温度のセットポイント処理を実行す る。

ブロック１０１２はブロック１００２から受は取った予め定めたａ■ｐｌＩ閤の セットポイントを超えた後にＣＡＰＤ工程を終了させる。

ブロック１０１３はブロック１０１２から予め定められているようにスパッタリ ング工程を進めるが否かを指示する。

ブロック１０１４は内部チャンバーバイブ４３７がブロック１００２で指示され たように基体５４０を予め定ブロック１０１５は排気パルプ４９４を開いて大気 に排気するか、工程ガス制御パルプ４２７によって工程ガスを導くかの何れかを 実行する。

スパッタリング工程はブロック１ｏ１６にて開始され、工程ガス制御装Ｗ５７８ によって工程ガスを導入することで開始される。

次のブロック１０１７．１０１８はスパッタリング陰極４６４および４６３の前 のスパッタリング陰極シールド５１３．５１４を移動させる。ブロック１０１７ はスパッタリング電源４１０，５７５を翠付勢するように進め、スパッタリング ターゲット／陰＆４４９および４６０をスパッタリング洗浄するようになす。ス パッタリング洗浄のための継続時間はブロック１００２によって指令される。

次のブロック１０１９はスパッタリング陰極シールド５１３および５１４をスパ ッタリングターゲット陰極４４９Ｊ５よび４６０から離れる方向へ移動させる。

基体回転テーブル４７０が駆動される。

スパッタリング終了はブロック１０１４および１０１５で行われる。

ブロック１１００はＰＣを走らせる実行ソフトウェアおよび可変工程データ入力 を示している。可変工程データには使用者が工程に望む全ての時間、温度出力、 流量および圧力の変数が含まれる。ブロック１ｏ１１は可変人力データを表示す るＰＣのＣＲＴを示している。任意のプリントアウトブロック１１０２が示され ている。この代わりに、可変工程データはＰＬＯ入カモジュール５８２によって 入力されることができる。

ブロック１１０３はＰＣが様々な可変人力を工学単位からＰＬＯフォーマットデ ータに翻訳することを示している。ブロック１１０４はＰＣ４０５が可変人力デ ータを保存し回収することを示している。

ブロック１１０５は全てのＰＣ／ＰＬＯの遺り収りをはＰＣ５４０５によって指 令を受けて、測定した工程パラメータをＰＣ４０５による表示および保存のため に伝達することができるようになっている。

１１０４に於ける測定工程パラメータの表示および保存と同時にブロック１１０ ０に入力されることができる。

上述したコンピュータ技術の実施に関しての最良のモードはテキサス・インスツ ルメントのシリーズ５００のＰＬＯモデル５３０　　Ｇ−１１０２を使用するこ とである。ここで使用されたＰＣはＩＢＭ（或いはこれとコンパチブルの）であ り、マイクロソフトのオペレーティング・システム、ＭＳ−ＤＯ８およびＥＧＡ ／ＶＧＡグラフィックスを使用したものである。ＥＧＡ／ＶＧＡグラフィックス は１６色のカラー表示、プリミティブおよびテキストを可能としている。ＰＬＯ とＰＣとの間の非同期シリアルコミュニケーションはテキサス・インスツルメン トのタスクコードおよびアセンブリ言語ルーチンを使用している。

ＰＬＯのラダー論理ソフトウェアはテキサス・インスツルメントのタイソフト・ ラダーΦエディターを使用して書かれた。ＰＣの実行ソフトウェアはマイクロソ フトのＣコンパイラ−を使用してｒＣＪ言語で書かれた。

ＰＣの実行ソフトウェアはメニュー駆動され、これにより使用者をスクリーンに て促して可変データを工学単位で入力させるようになされた。オンライン操作の 「ヘルプ」による助言を使用者は全てのスクリーン操作から離れて利用すること ができる。実行ソフトウェアは工学単位での全てのデータを受は入れることがで き、ｒＣＪ言詔のサブルーチンを使用して全てのデータをＰＬＯの機械読み取り 可能なデータに変換している。

ＣＲＴブロック１１０１、プリンターブロック１１０２、およびディスクブロッ ク１１０４は全ての可変人カニ程パラメータをリアルタイムにて受は入れ、表示 し、或いはプリントし、或いは保存することができるのである。

手続補正書（自発） 平成２年５月メ７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．基体を被覆するための装置であって、（ａ）真空チャンバーと、 （ｂ）真空チャンバーの内部に真空圧を形成するポンプ装置と、 （ｃ）基体と、 （ｄ）腐食面を有するスパッタリングターゲット／陰極と、 （ｅ）スパッタリングターゲット／陰極の前記腐食面と反対側にてスパッタリン グターゲット／陰極に接近配置された磁石手段と、 （ｆ）スパッタリングターゲット／陰極のプラズマ放電を引き起こすためのスパ ッタリング陽極と、（ｇ）スパッタリングターゲット／陰極と、その前記スパッ タリング陽極との間に電極回路を形成するスパッタリング電源と、 （ｈ）真空チャンバー内部に工程ガスを導いてスパッタリングターゲット／陰極 と陽極との間にグロー放電を引き起こすように制御し、これにより腐食面を蒸発 させて基体の上にスパッタリング被覆を蒸着させるようになすための手段と、 （ｉ）腐食面を含むＣＡＰＤターゲット／陰極と、（ｊ）ＣＡＰＤターゲット／ 陰極のためのＣＡＰＤ陽極と、 （ｋ）ＣＡＰＤターゲット／陰極とＣＡＰＤ陽極との間に電極回路を形成する電 源と、 （ｌ）ＣＡＰＤターゲット／陰極およびＣＡＰＤ陽極の間にアークを発生させて 腐食面上にアークスポットを形成し、これによりＣＡＰＤターゲット／陰極を蒸 発させて基体の上にＣＡＰＤ被覆を蒸着させるようになすための手段と、 （ｍ）複数の薄いフィルム被覆を基体の上に順次に制御して形成するようになす 手段と、 を有して構成されたことを特徴とする装置。