JPS63121661A - 陰極スパッタ装置 - 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】 本発明は、物体表面をコーティングする陰極スパッタ装
置であって、ヘリュームグループのガスを含むと共に、
電圧が印加されてプラズマ放電を発生するターゲット陰
極及び陽極が配置されている真空チャンバを有し、プラ
ズマ放電を増強し前記ターゲット電極の領域でプラズマ
を集中させる磁界と、ターゲットの消耗状態を測定する
装置とが設けられている陰極スパッタ装置に関するもの
である。

この型式の陰極スパッタ装置においては、ターゲット陰
極からターゲット物質がスパッタによって除去され、こ
のターゲット物質がコートされるべき物体の表面に付着
する。このため、ターゲット陰極の消耗状態を測定した
り完全に消耗する前に警告信号を発生することが望まれ
ている。ターゲット陰極が完全に消耗するとカソードの
背面プレートや陰極スパッタ装置の一部の部材まで侵食
され損傷されるため、ターゲット陰極が完全に消耗する
のは好ましくない。

この型式の装置において、ターゲット陰極の消耗度合を
間接的に測定することは既知である。この間接測定は、
例えば陰極−陽極間の電気的インビダンスを測定したり
、ターゲットの温度を測定することにより又は磁場の変
化を測定することにより行なうことができる。例えばド
イツ国特許出願公開第３４２５６５９号からスパッタ装
置を制御する方法が既知であり、この既知の方法では測
定量を所定の値と比較し、ターゲットがプラズマ因子の
調整が必要となるまで侵食しているか又はターゲットが
消耗していると思われるまで侵食されているかを確認し
ている。これらの測定量は、プラズマの電圧及び電流に
対する選択された動作点及び磁界について選択された動
作点となる。すなわち、陰極−陽極装置のインプダンス
或は磁界の変化を測定することを意味する。更に、ドイ
ツ国特許出願公開第３４２５３４４号には、ターゲット
陰極に近接して配置されたホール素子によって磁界を検
出するマクネトロンスパッターコーティング源が開示さ
れている。磁界の変化はターゲットの消耗に関する情報
がもたらされる。ドイツ国特許第２２０６１８号には、
スパッタ装置におけるターゲットの消耗を決定する回路
装置が開示されており、この回路装置ではプラズマスト
ロンによって消費した電力に依存する直流測定量が用い
られている。このように、ターゲット陰極の消耗に関す
る情報は、プラズマストロンの電力消費から得られてい
る。しかしながら、これら全ての方法は、一般に間接測
定を行なっているにすぎず、ターゲット陰極の消耗を正
確に測定することができていない。更に、これらの方法
は、ある点については統計的平均消耗を示しているにす
ぎず、従ってターゲット材料が局部的に完全に侵食され
たか或はほぼ完全に侵食されたか否かに関する情報をも
たらすことにならない。

欧州特許出願００４６１５４号から、陰極スパック装置
のターゲット陰極の後側に高圧ガスが充填されている密
閉チャンバを配置することが知られている。この既知の
装置ではターゲット陰極が少なくとも局部的に完全に侵
食されるのを防止するため、チャンバ内のガス圧を測定
しガス圧が降下した場合警報を発生させたり装置を停止
させるように構成されている。しかしながら、この装置
は、ターゲット陰極が少なくとも１個の位置で完全に消
耗されるまでターゲット陰極が消耗されたか否かに関す
る結論を導き出せない欠点がある。

従って、この方法は、特に極めて薄いコーティングを行
なう場合には用いることができない。このような場合で
もターゲット陰極に形成されている背面プレートが侵食
されてはならない。更に、ガス密性チャンバを用いると
スパッタ装置の構造が複雑化する欠点がある。

従って、本発明の目的は、明細書冒頭部で述べた型式の
陰極スパッタ装置において、ターゲット材料が完全に消
耗する前にターゲット陰極材料の臨界状態を高い信頼性
を以て表示することができると共に簡単な構成で実現し
得る陰極スパッタ装置を提供するものである。

この目的を達成するため、本発明による陰極スパッタ装
置は、ターゲット材料の消耗における臨界状態を測定す
るために少なくとも１個のプローブを前記ターゲット陰
極に装着し、このプローブがターゲット材料がプローブ
まで侵食されたときに応答するように構成したことを特
徴とする。

ターゲット陰極の例えば孔又は溝内にプローブを配置し
プローブを包囲するターゲット材料が少なくとも一方の
側で完全に消耗されることを表示する。このプローブは
、ターゲット材料が完全に侵食される前に応答するよう
にターゲット陰極内に配置される。従って、プローブは
ターゲット陰極の背面壁部の位置に通常配置される。プ
ローブを強い侵食を受ける位置に配置すれば、別の位置
でターゲット陰極が完全に消耗する前に警報信号を得る
ことができ、この警報信号はターゲット陰極の完全な消
耗が差し迫っていることを表示する。

これは極めて重要な事項である。けだし、完全に消耗し
つ（すと陰極スパッタ装置の作業中止時間が非経済的に
なってしまうためである。従って、本発明によるスパッ
タ装置では不要な作業中止時間を回避することができ、
る。同時にターゲット陰極が完全に侵食されるおそれが
除去され、コートされるべき表面のコート層の純粋性に
苛酷な要件が課せられる場合に特に重要になる。

本発明の別の実施例は、プローブが加圧ガスを含み、タ
ーゲットの消耗における臨界状態がガス圧降下によって
検出されるように構成される。

ターゲットの消耗に対する臨界状態を検出するプローブ
は、例えば加圧ガスを含む管を有することができる。こ
の管の圧力は検出される。ガス圧降下は、プローブを包
囲するターゲット陰極材料の侵食の結果プローブがもは
や無孔状態でないことを指示する。

本発明のさらに別の実施例は、プローブに、圧密性接続
管を介して圧力スイッチに接続されている凹部が形成さ
れ、この凹部及び接続管にガスが充填され、ガス圧が降
下した場合ターゲットの消耗が臨界状態に到達した結果
として前記圧力スイッチが作動するように構成されてい
る。

このように構成することにより、プローブ中のガス圧を
簡単な手段で測定することができる。圧力スイッチが作
動した場合警報信号を発生させることができ、或は陰極
スパッタ装置を直接非動作状態とすることもできる。

本発明のさらに別の実施例は、ターゲット陰極に、圧密
性接続管を介して圧力スイッチに接続されている孔が形
成され、この孔及び接続管にガスが充填され、ターゲッ
トの消耗が臨界状態に到達した結果としてガス圧が降下
したときに前記圧力スイッチが作動するように構成され
ている。

最も簡単な場合、プローブはターゲット陰極の簡単な孔
によって構成することができ、この孔は圧密性接続管を
介して圧力スイッチに接続される。

この孔を包囲するターゲット陰極材料が局部的に完全に
消耗するとガスが逃散して圧力スイッチが作動する。従
って、簡単な構成にも拘わらず、ターゲット材料の消耗
における臨界状態の測定を高い信頼性を以て行なうこと
ができる。

本発明のさらに別の実施例は、プローブが導電性材料の
測定リードを具え、この測定リードの放電プラズマとの
接触を電子的に検出するように構成されている。

プローブのガス圧を測定できることは別にして、プロー
ブに導電性測定リードを配置し、ターゲット材料の消耗
が臨界状態に到達した結果として測定リードと放電プラ
ズマとの接触を電子的に検出することもできる。従って
、測定リードは、チャンバの外部に通常配置されている
電子的処理装置に接続するだけでよい。測定リードの電
気的ポテンシャルは次のようにして決定し得る。ターゲ
ットの消耗が臨界状態に達したとき、すなわちターゲッ
ト材料がプローブまで侵食した場合放電プラズマが測定
プローブまで流れ込み測定リードを包囲することになる
。プラズマイオンは正の電荷を有し測定リードの電気ポ
テンシャルに適当に影響を及ぼす。この測定リードのポ
テンシャルの変化を電子的処理手段によって検出し、こ
の処理手段から適切な信号を順次発生する。

さらに、本発明の別の実施例は、測定リードが、金属管
で包囲されているセラミック管内に配置され、これらセ
ラミック管及び金属管が一方の側で局部的に開口し、こ
の開口位置において測定リードがスパッタにより除去さ
れるターゲット材料と境を接するように構成されている
。

セラミック管は電気的絶縁体であるから、測定リードを
セラミック管内に配置することは大きな利点がある。セ
ラミック管は金属管によって包囲する。これらの管は共
に侵食されるターゲット陰極の側に対して局部的に開口
している。ターゲット陰極を構成する材料がこの位置ま
で侵食されると、測定リードが放電プラズマと電気的に
接触し、この接触が上述したように電子的に検出される
ことになる。

さらに、本発明の別の実施例は、プローブが、ターゲッ
ト電極が最も速い速度で消耗する位置に配置されている
。通常、ターゲット陰極が最も速い速度で消耗する位置
は経験的に既知である。この場合１又はそれ以上のプロ
ーブをこの位置に配置することに何ら問題は生じない。

さらに、本発明の別の実施例は、スパッタ装置の磁界が
、ターゲット陰極の特定の区域において他の区域よりも
一層強くされ、この特定の区域に前記プローブが配置さ
れている。

消耗速度が増強されていないターゲット陰極の区域が既
知であれば、或はこのような区域が存在しない場合特定
の区域の磁界を他の区域よりも一層強（することができ
る。この結果、磁界が増強された位置におけるターゲッ
ト陰極材料は、他の区域よりも一層速く消耗することに
なる。ターゲット材料の消耗における臨界状態を測定す
るプローブを磁界が増強された位置に配置すれば、この
プローブはこの位置におけるターゲット消耗が臨界状態
に達した時を指示し、この位置における臨界状態への到
達はターゲット陰極の他の区域よりも一層速いものであ
る。

さらに、本発明の別の実施例は、ターゲット陰極が堆積
されるべき金属で構成され、このターゲット陰極に別の
金属から成る背面プレートが装着され、前記プローブが
、堆積されるべき金属の背面プレートと境を接する区域
に配置されている。

通常、ターゲット陰極は堆積されるべき材料で構成され
、このターゲット陰極には金属で構成される背面プレー
トが設けられている。従って、２種の金属間の境界領域
にプローブを配置することは有用である。このような構
成は、堆積されるべき金属の背面プレートと境を接する
区域に孔を形成し、この孔内にプローブを嵌入すること
によって達成される。

以下図面に基き本発明の詳細な説明する。

第１図は物体面コーティング用の陰極スパッタ装置の一
例の構成を示す断面図であり、この陰極スパッタ装置は
真空チャンバｌを具え、このちやんば１内にターゲット
陰極２及び陽極３を配置する。真空チャンバ１は気密法
で密閉され、開口４に接続されているポンプ５によって
真空にすることができる。第２の開口６から定量バルブ
７を介してヘリュームグループのガスをチャンバ１内に
供給する。このチャンバ１は２個の部分１ａ及び１ｂを
有し、これら部分１ａ及び１ｂは外部に開口すると共に
図示しない方法でコーティングされるべき物体をチャン
バ１内に挿入すると共にコーティングが終了した物体を
取り出すための作用を果たす。部分１ａ及び１ｂは環状
部分で終端し、これら環状部分は、図示していないチャ
ンバｌの密閉と同様な方法で外気に対して気密に密閉さ
れている。陽極３は真空チャンバ１内でリング状に延在
し、陰極２はチャンバの内側にチャンバエの上側部分の
導電性のホルダ１１上に配置する。このため、ターゲッ
ト陰極２を背面プレート１２を介してホルダ１１に接続
する。磁界を発生させる２個の磁石装置１３及び１４を
ターゲット陰極２用の背面プレート１２の上部において
ホルダ１１に配置する。磁界はＮ極及びＳ極によって背
面プレート１２に向かう方向となり、ターゲット陰極２
の一部分においてはこのターゲット陰極にほぼ°平行に
延在する。ホルダ１１内の磁石装置１３と１４との間に
冷却ダクト１５を配置し、この冷却ダクト１５を介して
冷媒を流入させる。冷媒は管１６を介してダクト１５に
供給され管１７を介して放出される。これら管１６及び
１７はシール１８及び１９によってチャンバ１内に導か
れる。少なくともシール１８は管１６とチャンバ１の壁
部との間を電気的に絶縁するように構成する。更に、管
１６は、所望の場合には管１７も導電性とされる。

冷却ダクト１５のうちの少なくとも１個を介して背面プ
レート１２に電気的に接続されている管１６と背面プレ
ート１２とによって、陰極２を電圧源２２の負の端子２
１に接続する。電圧源２２の正の端子２３を接地する。

チャンバ１内に配置した陽極３も接地する。電圧源２２
は処理装置３０によって制御されることができ、処理装
置３０はプローブからの測定信号を図示しない方法で受
信する。電気的処理装置３０及び図示しないプローブが
いかに機能するかは、第３図〜第５図に基いて詳細に説
明する。

第１図に示す陰極スパッタ装置は、次のように作動する
。

電圧源２２から陽極３に対して正の電圧をターゲット陰
極２に印加する。ターゲット陰極２及び陽極３をヘリュ
ームグループのガスが満されている真空チャンバｌ内に
配置する。適切な電圧を印加すると、ガス中の２個の電
極間でプラズマ放電が発生する。磁石装置１３及び１４
によって、プラズマ放電はターゲット陰極領域に集中す
る。これによってターゲット陰極２の表面に正のガスイ
オンによる電子衝撃が促進され、この結果ターゲット陰
極の金属粒子が発生することになる。この金属粒子は、
第１図の断面で示す平面性物体３６の表面３５に付着す
る。このようにして物体３６の表面３５にターゲット陰
極２と同一の材料の薄い層がボートされる。プラズマ放
電の強度を調整する因子はガス圧、電極間に印加される
電圧、及び適用可能な場合の磁界強度である。

第２図は陽極側から平面図として見た第１図のターゲッ
ト電極を示す。本例では、ターゲット陰極２はほぼ矩形
をなす。平面図である第２図は磁石装置１３及び１４も
線図的に示している。これら磁界装置は長円形に配置す
る。第２図の実施例では、磁石装置はターゲット陰極の
端部３５及び３６を比較的小さい径でおおっているため
、これら区域において比較的強い磁界が発生する。この
ため、これらの区域においてはターゲット陰極材料がス
パッタリングによって比較的速い速度で除去されること
になる。従って、ターゲット材料の消耗における臨界状
態を検出するプローブをこれら区域の１又は２個の区域
に配置することが有用である。この図面では、プローブ
用の２個の取り得る位置３７及び３８を線図的に示す。

後述するように、このプローブの２個の例を第３図〜第
５図に基いて詳細に説明する。このプローブは例えば第
１図に示す陰極スパッタ装置或は第１図及び第２図に示
すターゲット陰極に用いることができる。ターゲットの
消耗状態が臨界値に達すると、第１図に線図的に示すよ
うにプローブから適切な信号を処理装置３０に供給し、
この処理装置が電圧源２２を制御し、従ってターゲット
陰極２の消耗が完了する前にこの処理装置３０によって
電極への電圧印加が正規に解除される。

第３図はターゲット消耗の臨界状態を測定するプローブ
の第１実施例をターゲット陰極と共に示す断面図である
。ターゲット陰極２は例えば第１図及び第２図に示す構
成のものとすることができ、このターゲット陰極２は背
面側に背面プレート１２を具えている。このターゲット
陰極自身は例えばアルミニュームで構成することができ
、背面プレート１２は例えば銅で構成することができる
。第３図に示すターゲット陰極２は背面プレート１２に
近接する区域に孔４１を有する。この孔４１を、可撓性
を有しガスに対して気密で電気的絶縁性の管４２を介し
て圧力センサ４３に接続する。この管４２はシール部材
４４を経て外部に案内される。

シール部材４４は陰極スパッタ装置のチャンバ例えば第
１図に示すチャンバの壁部に装着する。

ターゲット陰極の孔４１及び管４２の両方にガスを満す
。このガス圧を圧力センサ４３により測定する。第３図
は、−例としてターゲット陰極２に形成された侵食部４
６を示す。この侵食部４６が孔４１まで侵食されると、
侵食によって形成された開口を経て孔４１及び管４２内
の高圧ガスが逃散する。この結果、この系の圧力が降下
し、この圧力降下が圧力センサ４３によって信号化され
る。

この構成は、例えば第１図に線図的に示すように圧力セ
ンサ４３から電子的処理装置３０に電気信号を供給し、
処理装置が電極２及び３への電圧印加を停止することに
よって達成できる。

第３図の孔４１の代りに、ガスが満されている凹部を有
し管を介して圧力センサに接続されているプローブを孔
内に配置することもできる。この場合プローブをターゲ
ット陰極と同一材料で構成する必要がある。

第４図はターゲットの消耗におけるの臨界状態を測定す
るプローブの第２実施例を示す断面図である。本例は電
気的に作動するプローブ５０に関するものである。プロ
ーブ５０の内部に測定リード部５１を配置する。測定リ
ード５１はセラミック管５２によって包囲され、このセ
ラミック管５２は金属管５３によって包囲されている。

図示しないターゲット陰極の孔又は溝内に挿入される第
１端部５４において、測定リード５１、セラミック管５
２及び金属管５３が電気的絶縁性キャップ５５によって
終端されている。このキャップ５５は例えばセラミック
の接合剤によって固着することができる。セラミック管
５２及び金属管５３は半円筒状区域５６に亘って開口し
ている。組立てた状態において区域５６はターゲット陰
極の堆積側と対向する。

装着状態を、第４図に示される電気的に作動するプロー
ブ及び例えば第１図及び第２図に示されるターゲット陰
極から成るターゲット陰極の断面図である第５図に示す
。プローブ５０をターゲット陰極２の孔６１内に嵌合装
着する。孔６１を背面プレート１２と境を接する区域に
形成する。第５図は一例としてターゲット陰極２の侵食
部６２を示す。図面上侵食部６２はプローブまで突破す
るわずかに前の状態として示されている。プローブの測
定リード５１は絶縁性ケーブル６３を介して例えば第１
図に示す処理装置から成る電子的処理装置に接続する。

フィールドスルー用の絶縁体を例えば第１図に示す真空
チャンバの壁部に配置する。従って、プローブ５０の測
定リード５１はケーブル接続部材６３を介して電子的処
理装置３０に接続されることになる。電子的処理装置３
０は測定リード５１の電気的ポテンシャルを測定する。

図面上線図的に示される侵食部６２がプローブの開口部
５６に到達すると測定リードが正に帯電した放電プラズ
マと接触する。ケーブル接続部材６３を介して処理装置
３０に接続されている測定り−ド５１の電気的ポテンシ
ャルの変化は電子的処理装置３０によって検出され、例
えば陰極スパッタ装置の電極への電圧印加を停止させる
ように作動することができる適切な信号を発生させる。

第５図に示す実施例に加えて、他の電子的に作動するプ
ローブも用いることができる。或は、測定リードを例え
ば電子的処理装置３０に対する終端抵抗が溶融度に応じ
て変化する抵抗線とすることもできる。

本発明は上述した実施例に限定されず種々の変形や変更
が可能であり、例えば測定プローブをターゲット材料体
の内部に配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は物体表面をコーティングする陰極スパッタ装置
の部分断面図、 第２図は第１図に示すターゲット陰極の平面図、第３図
はターゲット陰極内のプローブの第１実施例を示す断面
図、 第４図はプローブの第２実施例を示す断面図、第５図は
第４図に示すプローブが装着されているターゲット陰極
を示す断面図である。 １・・・真空チャンバ　　　２・・・ターゲット陰極３
・・・陽極　　　　　　　１１・・・ホルダ１２・・・
背面プレート　　１３．１４・・・磁石装置２２・・・
電圧ａ　　　　　　３０・・・処理装置３６・・・物体
　　　　　　４１・・・孔４２・・・管　　　　　　　
４３・・・圧力センサ４６・・・侵食部　　　　　５０
・・・プローブ特許出願人　　　フィリップス・アンド
・デュポン・オプティカル−コンパニー 図面の浄。°：（内容に１更なし） Ｆｉｇ、４ 手　　続　　補　　正　　書（方式） ％式％ ■、事件の表示 昭和６２年特許願第２２５４１３号 ２、発明の名称 陰極スパッタ装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　フィリップス・アンド・デュポン・オプティ
カル・コンパニー ４、代理人 ６、補正の対象　　図　面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体表面をコーティングする陰極スパッタ装置であ
   って、ヘリュームグループのガスを含むと共に、電圧が
   印加されてプラズマ放電を発生するターゲット陰極及び
   陽極が配置されている真空チャンバを有し、プラズマ放
   電を増強し前記ターゲット電極の領域でプラズマを集中
   させる磁界と、ターゲットの消耗状態を測定する装置と
   が設けられている陰極スパッタ装置において、ターゲッ
   ト材料の消耗における臨界状態を測定するために少なく
   とも１個のプローブを前記ターゲット陰極に装着し、こ
   のプローブが、ターゲット材料がプローブまで侵食され
   たときに応答するように構成したことを特徴とする陰極
   スパッタ装置。 ２、前記プローブがガスを含み、ターゲット消耗の臨界
   状態がガス圧降下によって検出されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の陰極スパッタ装置。 ３、前記プローブに、圧密性接続管を介して圧力スイッ
   チに接続されている凹部が形成され、この凹部及び接続
   管にガスが充填され、ガス圧が降下した場合ターゲット
   の消耗が臨界状態に到達した結果として前記圧力スイッ
   チが作動するように構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の陰極スパッタ装置。 ４、前記ターゲット陰極に、圧密性接続管を介して圧力
   スイッチに接続されている孔が形成され、この孔及び接
   続管にガスが充填され、ターゲットの消耗が臨界状態に
   到達した結果としてガス圧が降下したときに前記圧力ス
   イッチが作動するように構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の陰極スパッタ装置。 ５、前記プローブが導電性材料の測定リードを具え、こ
   の測定リードの放電プラズマとの接触を電子的に検出す
   るように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の陰極スパッタ装置。 ６、前記測定リードが、金属管で包囲されているセラミ
   ック管内に配置され、これらセラミック管及び金属管が
   一方の側で局部的に開口し、この開口位置において測定
   リードがスパッタにより除去されるターゲット材料と境
   を接するように構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の陰極スパッタ装置。 ７、前記プローブが、ターゲット電極が最も速い速度で
   消耗する位置に配置されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の
   陰極スパッタ装置。 ８、陰極スパッタ装置の磁界が、ターゲット陰極の特定
   の区域において他の区域よりも一層強くされ、この特定
   の区域に前記プローブが配置されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項
   に記載の陰極スパッタ装置。 ９、前記ターゲット陰極が堆積されるべき金属で構成さ
   れ、このターゲット陰極に別の金属から成る背面プレー
   トが装着され、前記プローブが、堆積されるべき金属の
   背面プレートと境を接する区域に配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までのいず
   れか１項に記載の陰極スパッタ装置。 １０、前記堆積されるべき金属がアルミニュームとされ
   、前記背面プレートが銅で構成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載の陰極スパッタ装置。