JP3654931B2

JP3654931B2 - Method and apparatus for coating substrate in vacuum chamber

Info

Publication number: JP3654931B2
Application number: JP18353894A
Authority: JP
Inventors: テシュナーゲッツ; ブルーフユルゲン
Original assignee: Unaxis Deutschland Holding GmbH
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2020-06-02
Also published as: GB2280799A; GB2280799B; NL194867C; DE4326100B4; NL194867B; NL9401248A; GB9414387D0; JPH0778588A; CH689280A5; FR2709376B1; FR2709376A1; DE4326100A1

Description

【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Ｕ_ａｒｃより小さく、電流値が、別の閾値Ｉ_Ｎｕｌｌ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
２３Ａ／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[0001]
[Industrial application fields]
The present invention includes a sputter cathode provided in a vacuum chamber having a process gas inlet, a sputter target made of a material to be sputtered, an AC generator connected to the cathode via a multiconductor, a fault arc The present invention relates to a method and an apparatus for coating a substrate in a vacuum chamber with a non-conductive material, for example, in a reactive atmosphere, including a detection and suppression device.
[0002]
[Prior art]
From the earlier unpublished patent application No. 41067770.3, it consists of an alternating current source provided in the coating chamber and connected to a cathode surrounding the magnet and cooperating with the target, the two grounds of the alternating current source The non-output side is respectively connected to a respective cathode with a respective target, the two cathodes being provided in the plasma space adjacent to each other in the coating chamber and located opposite to each other For example, a method and an apparatus for reactive coating of a substrate with an electrically insulating material such as silicon dioxide (SiO ₂ ), each having substantially the same spacing, are known. The effective value of the discharge voltage is measured by a voltage effective value detection device connected to the cathode via a conducting wire, and is supplied as a direct current voltage to the regulator via the conducting wire. Reactant gas flow from the vessel to the distributor conduit is controlled via a regulating valve to match.
[0003]
From the previously unpublished additional patent application No. 41365655.7 of patent application No. 4042289.5, it is electrically separated from the vacuum chamber and formed as a magnetron cathode and is electrically separated from each other. The cathode is composed of a portion of the cathode, the target substrate has a yoke and a magnet, one portion of the cathode is inserted and connected to the negative electrode of the DC voltage source and the target, and the other portion is choked. A parallel connection of a coil and a resistor is connected to the power supply via a lead wire inserted and connected, a target is connected to the positive and positive electrodes of the power supply via another capacitor, and an anode is inserted and connected to the resistor Connected to ground via a conductor, the inductance is connected in series with a low inductance capacitor, and the resistor and choke Is inserted and connected to the branch passage to Le, the resistance value is typically also known reactive coating apparatus of the substrate is 2～10Keiomega. This older device is designed to suppress the majority of arcs generated during the coating process, reduce arc energy, and improve plasma re-ignition after arcing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is that for a large and high power coating apparatus, an arc that allows an operator to adjust the coating apparatus so that only those arcs that interfere with a particular coating process are suppressed. An object of the present invention is to provide an apparatus for early detection and suppression.
[0005]
According to the present invention, according to the present invention, each half wave of the AC signal of the AC generator is divided into a number of time intervals, current values and voltage values are detected in a predetermined time interval, and an actual value signal is formed. A value signal is supplied to an ungrounded measuring device, in which case the voltage is determined via a compensated symmetric voltage divider inserted between the two cathodes and the current is read into one cathode It is obtained via a current transformer inserted and connected in the middle of the line, and the measuring device is inserted and connected into the ring network as a remote station, and the master station of the ring network is installed in the AC generator When it is confirmed that an arc has occurred by measuring the actual value signal with a measuring device, the AC generator is switched off via the connecting line connecting the measuring device to the AC generator. , To this it is solved by determined previously using the software parameters of the arc monitoring and measurements detected via the network.
[0006]
Other details and features are set out in claims 2 onwards.
[0007]
The reactive sputtering process preferentially used in the apparatus of the present invention shows the hysteresis dependence of the discharge voltage on the reactive gas component. Due to the steep characteristic curve at the operating point, the reactive process has a tendency to abruptly change to another state that is unsuitable for the process, with a slight change in process temperature. A stable process requires that the power supplied from the AC generator to the cathode is constant. It is therefore necessary to measure the voltage and current at the cathode as the primary signal and form the product of them to form the power value. The voltage peak depends on the ignition characteristics of the device, which are affected by the nature of the gas and the gas pressure. This is not important for an actual sputtering process, but greatly affects the voltage average value and the voltage effective value. When these values are used as a measure for the discharge voltage, it is misunderstood that, for example, a change in the ignition characteristic due to pressure instability is an actual change in the discharge power. The actual discharge voltage is determined by the signal area (discharge area) following the firing peak. Depending on the process settings, the discharge and thus the characteristic areas of the process may show different curve changes, so it is preferable to consider different sub-intervals of the signal for actual value formation depending on the process used. .
[0008]
In order to determine and record a certain process state, it is necessary to record characteristic signal changes, for example by a recording device. However, this requires signal processing. This is because a normal recording apparatus cannot record a signal in a specific frequency range (for example, 40 kHz).
[0009]
The measured current may contain reactive components generated by the cathode capacitance itself and by capacitors that may be placed directly on the cathode and must be compensated by appropriate means.
[0010]
During sputtering with a reactive gas, a flash, usually called an arc, is generated. The arc is generated as charge compensation in the form of a small flash on the target between the area covered by the insulating layer and the metal blank. Furthermore, a short circuit occurs between the cathode and / or the target or between the cathode and / or the target and another part in the sputtering apparatus. The arc can interfere with the sputter process and damage the target surface. Most of these arcs are poor in energy and extinguish naturally without doing anything. However, arcs with high energy may occur, and such arcs can cause severe damage if not extinguished quickly and prevent the process from continuing. In order to deal with these different arcs in an appropriate manner, a reliable detection method is needed that allows the long-term arc to be extinguished quickly. In FIG. 2, a typical arc is substantially shown (fifth half wave).
[0011]
A double cathode device supplied with an alternating frequency is normally closed without being grounded for symmetry reasons. The maximum voltage generated between the two cathodes is on the order of 1-2 kV. The potential difference between the cathode and ground is the same size. Accordingly, there is a need for suitable means for detecting the voltage across the cathode and the current flowing through the cathode.
[0012]
Since different methods and processes are used in one device, very flexible controls and arc logic and measurement detection devices are required to meet different requirements.
[0013]
Various embodiments of the present invention are possible.
[0014]
【Example】
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.
[0015]
The apparatus substantially includes a vacuum pump connection port 2 and a gas inlet 3, cathodes 4, 5 disposed in the coating chamber 1, and targets 6, provided corresponding to the respective cathodes 4, 5. 7, a coating chamber 1 having a substrate 8, a relatively high frequency AC generator 9 having a control device 11 and connected to a coaxial cable 10, a voltage divider 12, and a compensating feeder 20. The current transformer 13, the two capacitors 14, 15, the AC-arc logic-measurement value detector (abbreviated as MAM) 16 having the insulation transformer 21, and the AC generator 9 or the control device 11 are connected to the AC-arc logic- It consists of optical waveguides 17, 18, 19 connected to the measurement value detector 16. The AC-Arc Logic-Measurement Detector 16 is shown in detail in FIGS. 7-12 and substantially includes an analog / digital converter 23, a synchronization and clock generator 24, an arc logic device 25, a microprocessor 26, an analog. It consists of an input side and a trigger device 22.
[0016]
One important feature of the invention consists in that the half-wave of the alternating signal is divided into, for example, 10 time intervals (see FIG. 4). By appropriately selecting such a time interval and detecting the values of current and voltage generated within that time interval, for example, only signal segments that are best suited for closed-loop control can be used to form the actual value signal. it can. In FIG. 4, such a time interval is indicated by R. It is possible to examine the signal at another time interval (indicated by A in FIG. 4) that may be more suitable for this purpose for arc monitoring. In addition, the signal level can be sampled sequentially, preferably with a sampling method, at a lower frequency in each time interval, so that it has an AC signal characteristic curve and can be displayed on a normal recording device (shown by M in FIG. 4). A low frequency signal). The signal required for half-wave raster display is synchronized by passing the voltage signal through the zero point.
[0017]
The arc is characterized in that the voltage drops to a small value (arc voltage) and at the same time the current stays at its high level or rises further. The inspection of such a state is performed in each half wave in a time interval suitable for it as described above. If at that time the voltage value is smaller than the threshold value U _arc and the current value is larger than another threshold value I _Null , this is an arc condition. The arc signal is counted with up to three separate event counters. The first event counter counts all arcs, the second event counter counts all arcs that occur in the positive half-wave, and the third event counter counts all that occurs in the negative half-wave. The arcs are counted. In this way, different symmetric and asymmetric arcs can be evaluated separately. When these counters reach a certain counting state preset by the selection switch or SPS software, a signal is generated to switch off the AC generator for a predetermined time settable by the selection switch or software. Arc monitoring is then suppressed for a time that can be set by a selection switch or software to avoid false response due to build-up upon power re-switch-on. A separate counter that is reset by each generated arc counts the number of sequential fault-free half waves in which no arc condition is detected. When this counter reaches a preset state by the selection switch or software, the actual arc counter is reset. This is because, in this way, it is possible to start from the premise that the long-term arc generated previously has been extinguished. 5 and 6 show some examples of arc monitoring. In this case, only one arc counter for counting all arcs is taken as an example.
[0018]
The voltage is measured via a symmetrical voltage divider 12 that is inserted and compensated between the cathodes 4 and 5. The current is obtained through a current transformer 13 inserted and connected in the middle of the lead wire to one cathode. In order to compensate for the reactive current generated by the capacitor 15 provided directly on the cathodes 4 and 5, a compensation winding 20 is provided. As a result, the capacitance compensation current flows through the current transformer 13 in the opposite direction via the capacitor 14.
[0019]
The measurement is performed by a measuring device 16 that is not grounded. The measuring device 16 is provided in the immediate vicinity of the cathodes 4 and 5 and has an average cathode potential. A signal output from the measurement device 16 and a signal input to the measurement device 16 are transmitted via an optical waveguide (LWL). Power feeding is performed via the insulating transformer 21.
[0020]
The measuring device 16 is inserted and connected into the ring networks 17 and 18 as a remote station. The master stations of the ring networks 17 and 18 are provided in a control device (for example, SPS) 11 provided in the AC generator. The measurement value detector is controlled via the LWL connection line, and the data is transmitted from the measurement device 16 to the control device 11. The AC generator is switched off in the event of an arc, via a separate LWL connection 19 that allows for a quick response.
[0021]
All important parameters for arc monitoring and measurement detection are given in advance, for example by SPS software, via ring networks 17,18.
[0022]
With the device described above, only the critical area in the AC half-wave is used for process control and stabilization. This ensures that the process is carried out much more reliably than the conventional known solutions based on the average or effective value of the signal. By detecting the measured value directly at the cathode, signal deformation is avoided, and the insulation problem that occurs at that time is solved by using the LWL section. The measurement value can be flexibly realized by the control via the bidirectional network terminal. This is because arc monitoring and measurement value detection can be parameterized by software. Long-term arcs are reliably detected and extinguished quickly.
[0023]
The above example is based on the configuration shown in principle in FIG. The AC generator has a frequency of 40 kHz. The important part of the invention consists of an electronic device MAM 16 fed via an isolation transformer 21 and supplied with actual value signals and cathode current and cathode voltage via a current transformer 13 or a voltage divider 12, a compensation circuit 14 and 20 and LWL connection lines 17, 18, and 19 that connect the electronic device MAM 16 to the AC generator 9 and the SPS 11.
[0024]
FIG. 7 shows various functional groups of the electronic device MAM, ie the measuring device 16. IK and UK taken out from the cathode power supply are supplied to the input-side module 22, and signals processed by the input-side module 22 are supplied to the microprocessor 26 via the modules 23, 24, and 25, and from the microprocessor 26. The AC generator 9 is supplied. 8 to 12 show the individual circuit parts in detail. In the figure, each current direction is indicated by an arrow. The detailed module model names of the individual circuit elements are shown in the following table.
[0025]
27. Differential input amplifier (BUF03, HA2525)
28. Input amplifier (HA2525)
29. Comparator (LM319)
30. Comparator (LM319)
31. Comparator (LM319)
32. Absolute value generator (TL084)
33. Absolute value generator (TL084)
34. Clock generator (XO5860)
35.Decimal counter (74HCT4017)
36.4bit BCD counter (74HCT190)
37. Digital comparator (74HCT85)
38. Digital comparator (74HCT85)
39. Programmable 4-bit down counter (74HCT190)
40. Programmable 4-bit down counter (74HCT190)
41. Programmable 4-bit down counter (74HCT190)
42. Programmable 4-bit down counter (74HCT190)
43.1kHz square wave generator (74HCT04)
44.8bit binary counter (innerhalb80C31)
45. Timer 1 (74HCT191)
46. Timer 2 (74HCT191)
47. LWL transmitter (DC9003P)
48.12bit A / D converter (ADS7800)
49.12bit A / D converter (ADS7800)
50. Input / output interface (74HCT573, 74HCT574, 74HCT245)
51. CPU (80C31)
52. EPROM (27C256)
53. RAM (HM6264)
54. Chip select logic (74HCT138)
55. Gate array (AGMGA-M32)
56. Gate array (AGMGA-M32)
57. Receiver (DC90003P)
58. Transmitter (DC9003P)
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing the principle of a module of an apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the dependence of discharge voltage on reaction gas components and AC power.
FIG. 3 is a diagram showing typical changes in cathode voltage and cathode current.
FIG. 4 is a diagram showing cathode voltage and cathode current and division into individual time intervals.
FIG. 5 is a diagram showing an arc on one side (cathode to ambient) where the arc counter is set to 3 and the arc counter reset occurs after two unaffected half-waves.
FIG. 6 is a diagram showing a symmetric arc (between two cathodes) where the arc counter is set to 3 and the arc counter reset occurs after two unaffected half-waves.
FIG. 7 is a block circuit diagram showing a module of an electronic apparatus MAM (abbreviation for AC-arc logic-measurement value detection apparatus).
8 is a block circuit diagram of an analog input side and a trigger in FIG. 7;
FIG. 9 is a block circuit diagram of a synchronization and clock generation module.
10 is a block circuit diagram of the arc logic module of FIG. 7. FIG.
11 is a block circuit diagram of the analog / digital converter of FIG. 7;
12 is a block circuit diagram of the microprocessor of FIG. 7. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Vacuum pump connection pipe 3 Process gas connection pipe 4 Cathode 5 Cathode 6 Target 7 Target 8 Substrate 9 AC generator 10 Coaxial cable, multiple conductor 11 Control device (control device capable of memory programming)
12 Symmetric Voltage Divider 13 Current Transformer 14 Capacitor, Compensation Circuit 15 Capacitor 16 Measuring Device, AC Frequency-Arc Logic-Measured Value Detector 17 Optical Waveguide 18 Optical Waveguide 19 Optical Waveguide 20 Compensation Wire 21 Insulation Transformer 22 Analog Input Side and Trigger device 23 A / D converter 24 Synchronization and clock generator 25 Arc logic device 26 Microprocessor 27 Differential input amplifier 28 Input amplifier 29 Comparator 30 Comparator 31 Comparator 32 Absolute value generator 33 Absolute value generator

Claims

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。A sputter cathode (4, 5) provided in a vacuum chamber (1) having a process gas inlet (3), a sputter target (6, 7) made of a material to be sputtered, and the cathode (4, 5) A substrate coating apparatus for a substrate in a vacuum chamber, comprising: an AC generator (9) connected to the first through a multiple conductor (10); and a measuring device (16) for detecting and suppressing fault arcs.
Each half wave of the AC signal of the AC generator (9) is divided into a number of time intervals, current values and voltage values are detected in a predetermined time interval (R or A), and an actual value signal is formed. The actual value signal is supplied to an ungrounded measuring device (16), in which case a compensated symmetric voltage divider (12) is inserted and connected between the two cathodes (4, 5). And the current is obtained through a current transformer (13) inserted and connected in the middle of the lead wire to one of the cathodes (5), and the measuring device (16) is used as a remote station in a ring network ( 9, 16, 17, 18, 19, 11), and the master station of the ring network (9, 16, 17, 18, 19, 11) is connected to the AC generator (9). Installed in the control device (11) The arc that is confirmed generated by measuring the actual value signal measuring device (16) AC generator (9), connecting the measuring device (16) to said AC generator (9) For this purpose, the parameters for arc monitoring and measurement detection have been determined in advance via software via the network (17, 18, 19). A substrate coating device in a vacuum chamber.

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。 In order to compensate for the reactive current generated by the capacitor (15) provided directly on the cathodes (4, 5), the current transformer (13) is provided with a compensation cable (20), and the compensation cable (20) The apparatus for coating a substrate in a vacuum chamber according to claim 1, wherein a capacitance compensation current is caused to flow through the current transformer (13) in the opposite direction.

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。 The signal sent from the measuring device (16) and the signal supplied to the measuring device (16) are transmitted via the optical waveguide (17, 18, 19), and the voltage supply of the measuring device (16) is The apparatus for coating a substrate in a vacuum chamber according to claim 1 or 2, wherein the coating is performed via an insulating transformer (21).

測定装置（１６）を実質的に、電流及び電圧（Ｕ_Ｋ，Ｉ_Ｋ，）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。The measuring device (16) substantially comprises a trigger (22) having analog inputs of current and voltage (U _K , I _K ), an A / D converter (23), and a synchronization and clock generator (24 ), An arc logic circuit (25), and a microprocessor (26) having terminals (17, 18) connected to a control device (11) provided in the AC generator (9). The apparatus for coating a substrate in a vacuum chamber according to any one of claims 1 to 3.

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。 The signal level of the selected signal segment is sampled sequentially at lower frequencies in the individual sections (R, A) to form a low-frequency signal that can be displayed by a recording device with an AC signal curve shape. 5. The signal in the vacuum chamber according to claim 1, wherein a signal necessary for raster display of the half-wave is synchronized by passing a zero point of the voltage signal. Substrate coating equipment.

測定装置（１６）の中に設けられているアナログ入力側（Ｕ_ｋ，Ｉ_ｋ）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（Ｉｎｕｌｌ）及び電圧（Ｕａｒｃ）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。An analog input side (U _k , I _k ) and a trigger device (22) provided in the measuring device (16) are placed after the input amplifier (27, 28) and the input amplifier (27, 28). A reference value generator (32, 33) connected to the input amplifier (27, 28) and a reference value generator for forming a comparison value for a current (I null) and a voltage (U arc) connected to the input amplifier (27, 28). 34, 35) and the substrate coating apparatus for a substrate in a vacuum chamber according to any one of claims 1 to 5.

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。A sputter cathode (4, 5) provided in a vacuum chamber (1) having a process gas inlet (3), a sputter target (6, 7) made of a material to be sputtered, and the cathode (4, 5) In a method for coating a substrate in a vacuum chamber, comprising: an alternating current generator (9) connected to a measuring device; and a measuring device (16) for detecting and suppressing a fault arc.
Each half wave of the AC signal of the AC generator (9) is divided into a number of time intervals, current values and voltage values are detected in a predetermined time interval (R or A), and an actual value signal is formed. The actual value signal is supplied to an ungrounded measuring device (16), for which purpose the voltage is determined via a compensated symmetrical voltage divider (12) and the current is passed through a current transformer (13). The measurement device (16) is inserted and connected as a remote station into the ring network (9, 16, 17, 18, 19, 11), and the ring network (9, 16, 17, 18, 19 and 11) are provided in the AC generator (9) and in the control device (11), and an actual value signal is measured by the measuring device (16) to generate an arc. the AC and but is confirmed Raw device (9), switches off the measuring device (16) via a connection line (19) connected to said AC generator (9), for this, the parameters of arc monitoring and measurements Detection A method for coating a substrate in a vacuum chamber, characterized in that the above-mentioned is determined in advance using software via the network (17, 18, 19).

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。 The signal level of the selected signal segment is sampled sequentially at lower frequencies in the individual sections (R, A) to form a low-frequency signal that can be displayed by a recording device with an AC signal curve shape. 8. The method for coating a substrate in a vacuum chamber according to claim 7, wherein a signal necessary for raster-displaying the half-wave is synchronized by passing a zero point of the voltage signal.