JPH0413859A - 装飾用反応性スパッタ装置 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、金属やセラミックなどの素材の表面に金属性
被膜を形成して、素材を装飾する装飾用反応性スパッタ
装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の装飾用反応性スパッタ装置の構成を概略
的に示し、この図において、１，２．３は前処理室、成
膜室、後処理室で、シリンダ４によって開閉されるゲー
トバルブ５によって区画され、各室１，２．３にはロー
クリポンプ６、メカニカルブースターポンプ７、ターボ
分子ポンプ８などを有する真空排気ライン９がそれぞれ
接続しである。また、各室１，２．３内、前処理室１の
入口側および後処理室３の出口側には、コーティング対
象である金属やセラミックなどの素材（以下、被加工材
と云う）を収容したトレイ（図外）を搬送するためのコ
ンベヤ１０が設けである。

そして、前処理室１内には被加工材を予備加熱するため
のヒータ（図外）やエツチングを施すための装置（図外
）が設けである。１１は高周波電源である。また、成膜
室２内には例えばチタン（Ｔｉ）よりなる金属ターゲッ
ト１２および成膜室２内を加熱保温するためのヒータ（
図外）が設けであると共に、成膜室２内にアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを導入する管１３と、ガス混合器１４を介して
窒素（Ｎ２）ガス供給管工５およびメタン（ＣＨ４）ガ
ス供給管１６とに接続された反応ガス導入管１７とが接
続しである。

なお、１８はマスフローコントローラである。

而して、上記構成の装飾用反応性スパッタ装置において
は、適宜の前処理を施した被加工材を成膜室２内に収容
し、成膜室２内を例えば２Ｘ１０−’〜ｌ０ＸＩＯ−３
Ｔｏｒｒ程度の真空度に維持し、その状態で、Ａｒガス
および反応性ガス（Ｎ２ガスとＣＨ。

ガスとの混合ガス）を導入して、Ａｒガスのプラズマに
よって金属ターゲット１２をスパッタし、そのとき金属
ターゲラ目２から叩き出されるＴｉイオンと反応性ガス
に含まれる窒素（Ｎ）イオン、炭素（Ｃ）イオンとの化
合物であるＴｉ化合物（ＴｉＮ、ＴｉＣ，Ｔ１ＣＮなど
）を被加工材の表面に付着させ、その後、後処理室３に
おいて金属性被膜形成処理後の被加工材を冷却させて、
被加工材の表面に金属性被膜を形成するのである。

そして、この装置によれば、前記Ｔ１化合物の組成が変
化するので、被加工材の表面に形成された金属性被膜が
ゴールド　ブラウン、グレーなどの色を呈し、被加工材
の表面を所望の色でコーティングすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記Ａｒガスのプラズマによって金属タ
ーゲット１２をスパッタすることにより、金属ターゲラ
目２の表面が徐々に窒化したり、炭化し、反応性ガスの
流量を同じにしても被加工材の表面を同一の色相に装飾
することができないというように、コーティング色の再
現性が悪いといった欠点がある。

これに対して、成膜室２内にプラズマモニターを設け、
このモニター結果に基づいて、Ｔｉのプラズマ発生ピー
クをＡｒガスのみのとき（ベースライン）のある一定の
割合になるようにＮ２ガスの導入量を制御することが考
えられるが、ベースラインがドリフトするなど不安定に
なるため、上記再現性を向上させることが困難であると
共に、反応性ガスがＮ２ガスとＣＨ４ガスとの混合ガス
であるときは、この方法は採用することができないとい
った欠点がある。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、被加工材の表面に所望の色を再現
性よくコーティングすることができる装飾用反応性スパ
ッタ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明に係る装飾用反応性
スパッタ装置は、成膜室内に被加工材と同一素材または
これと同等の性質を有するモニター材を配置すると共に
、このモニター材に光を照射してそのときの反射光に基
づいて前記モニター材に形成される金属性被膜の色相や
明度を測定する色差計を設け、この色差計の出力に基づ
いて前記成膜室内の真空度、アルゴンガスまたは反応性
ガスの流量、スパッタ用電源の出力、被加工材に対する
印加電圧などのプロセス条件の少なくとも一つを調整す
るようにした点に特徴がある。

〔作用〕

上記構成の装飾用反応性スパッタ装置においては、被加
工材の表面に金属性化合物が付着すると同時に、被加工
材と同一素材またはこれと同等の性質を有するモニター
材の表面にも金属性化合物が付着する。そして、このモ
ニター材の表面に形成される金属性被膜の色相や明度を
測定し、その測定結果に基づいて、成膜室内の真空度、
アルゴンガスまたは反応性ガスの流量、スパッタ用電源
の出力、被加工材に対する印加電圧などのプロセス条件
の少なくとも一つを調整することができるので、被加工
材の表面に所望の色を再現性よくコーティングすること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。なお、以下において、第４図における符号と同一符号
は同一物であるので、その説明は省略する。

第１図は本発明に係る装飾用反応性スパッタ装置の成膜
室２の構成を概略的に示し、この図において、１９は図
外のトレイに収容され、所定の状態に保持された被加工
材で、例えば金属板である。

２０は成膜室２内に設けられるモニター材で、被加工材
１９と同一素材またはこれと同等の性質を有する素材か
らなるもので、例えばドーナツ状の円板に形成しである
。そして、このモニター材２０は、被加工材１９の姿勢
に合わせるようにして設けられており、例えば垂直面に
おいて回転する円板２１の表面に適宜の手段で着脱自在
に保持されており、その上半分２０ａがＴｉターゲット
１２の一部に臨むようにしてあって、被加工材１９の表
面に金属性化合物が付着して金属性被膜が形成されると
き、前記上半分２０ａの表面において金属性化合物が同
様に付着して金属性被膜が形成されるようにしである。

２２は成膜室２内で所定のスパッタが行われるとき、円
板２１を所定の回転数で回転するモータで、成膜室２の
外部に設けられており、回転軸２３が適宜のシールを施
して成膜室２内に挿設されており、前記円板２１は回転
軸２３に対して着脱できるようにしである。

２４は前記モニター材２０の表面に形成される金属性被
膜の色相や明度を観察する色差計で、色を明度（Ｌ）、
赤み（ａ）、黄み（ｂ）の三要素で測定するものである
。この色差計２４の構成を説明する前に、色相表示につ
いて簡単に説明すると、基本的な色としては、赤、黄、
青、緑があり、これらの色は、第２図に示すように、赤
と緑を原点○を中心に横軸において対称配置され、赤み
ａは−６０〜＋６０で、また、黄と青は原点０を中心に
縦軸において対称配置され、黄みｂは−６０〜＋６０と
なる。このとき、明度りは原点Ｏ位置において紙面に垂
直な方向に表され、θ〜１００となる。従って、ａの値
が大きければ赤みが強く、小さければ緑色であり、また
、ｂの値が大きければ黄みが強く、小さければ青みが強
くなる。そして、Ｌが大きいと明るく（白っぼい）、小
さければ暗い（黒っぽい）のである。

而して、色差計２４はモニター材２０の表面に形成され
る金属性被膜のり、ａ、ｂを測定するもので、次のよう
に構成されている。すなわち、２５はタングステンラン
プまたはキセノンランプよりなる光源、２６はこの光源
２５から発せられる光を成膜室２内に導きモニター材２
０の下半分２０ｂの表面（より詳しくは、金属性被膜表
面）を照射するように、その先端が成膜室２内に挿設さ
れた光ファイバーよりなる照射光導入路である。２７Ｒ
，２７Ｇ、　２７Ｂは前記下半分２０ｂの表面において
反射される光を導出するようにその先端が成膜室２内に
挿設された光ファイバーよりなる反射光導出路で、赤、
緑。

青に対応したフィルタ２８Ｒ，２８Ｇ、　２８Ｂをそれ
ぞれ備えている。

２９は受光部で、反射光導出路２７Ｒ，２７Ｇ、　２７
Ｂからの光をそれぞれ受ける受光素子３０Ｒ，３０Ｇ、
　３０Ｂと、赤、緑、青にそれぞれ対応したフィルタ３
１Ｒ１３１Ｇ、　３１Ｂを備えた光ファイバーよりなる
比較光伝送路３２Ｒ，３２Ｇ、　３２Ｂを介して前記光
源２５の光を比較光として受ける受光素子３３Ｒ，３３
Ｇ、　　３３Ｂとを備えている。３４は受光部２９から
の信号に基づいて演算を行う演算部で、受光素子３０Ｒ
，３０Ｇ、　　３０Ｂからの反射光および受光素子３３
Ｒ，３３Ｇ、　３３Ｂからの比較光からそれぞれの光強
度を検出し、光源強度の変化をキャンセルしながら、各
色における光強度からり、ａ、ｂの値を算出し、この結
果に基づいて所定の出力信号を出力する。なお、３５は
前記照射光導入路２６および反射光導出路２７Ｒ，２７
Ｇ、　２７Ｂの成膜室２内の先端部分への金属性化合物
の付着を防止する保護筒部である。

３６は制御部で、前記色差計２４の演算部３４からの出
力に基づいて、Ｎ２ガス供給管１５．ＣＨ４ガス供給管
１６にそれぞれ設けられたマスフローコントローラ１８
の開閉を制御する指令を出力する。

ところで、被加工材１９に形成される金属性被膜の色相
を決定する要因（プロセス条件）としては、成膜室２内
の真空度、成膜室２内に導入されるアルゴンガスの流量
、成膜室２内に導入される反応性ガスの流量、スパッタ
用電源の出力、被加工材１９に対する印加電圧などがあ
るが、これらのプロセス条件のうちで、成膜室２内に導
入される反応性ガスの流量が色相に与える影響が最も大
きく、例えばＮ２ガスの流量およびその他のプロセス条
件を一定にしておいて、ＣＨ，ガスの流量を増加させる
と、第３図に示すように、明度（Ｌ）および赤み（ａ）
は余り変化しないのに、黄み（ｂ）が急激に減少する。

このような反応性ガスの流量とり、ａ、ｂとの相関関係
を表すデータを予めとっておき、目的とする色（Ｌ、ａ
、ｂ）からずれた場合、Ｎ２ガスとＣＨ，ガスとの何れ
を増加させるのかを制御部３６にインプットしておく。

この場合、各プロセス条件は、初期設定状態で２０秒〜
１０分間スパッタを行い、このときに形成される金属性
被膜の色と目的の色との差から条件を変えるようにする
。

而して、上記構成の装飾用反応性スパッタ装置によれば
、被加工材１９の表面に金属性化合物が付着すると同時
に、モニター材２０の表面にも金属性化合物が付着する
。そして、このモニター材２０の表面に形成された金属
性被膜の色相や明度を測定し、その測定結果に基づいて
、成膜室２へ導入される反応性ガスの流量を加減するこ
とにより、被加工材１９の表面に形成される金属性被膜
の色を所望の色にすることができ、再現性よくコーティ
ングすることができる。

本発明は上記実施例に限られるものではなく、被加工材
１９はセラミックなど非金属物質であってもよい。そし
て、金属ターゲット１２は上記Ｔｉの他に、Ｈｆ、Ｃｒ
、Ｔｉ　−Ａ１などの金属を用いることができる。また
、反応性ガスはＣ系としてＣＨ４ガスの他に、Ｃ，Ｎ２
ガス、ＣｚＨａガス、アルコール１アセトン１芳香族炭
化水素を用いてもよい。さらに、Ｃ系、Ｎ系だけでなく
、０２ガスを反応性ガスとして導入して酸化膜を形成す
るようにしたり、Ｎ２ガスを導入してもよい。

また、スパッタを行うときの成膜室２内の真空度により
金属性被膜の明度が変化し、例えば成膜室２内の圧力を
上げると明度が下がるなど、反応性ガスの流量以外の他
のプロセス条件を変えることにより、金属性被膜の色相
や明度が変わるので、色差計２４の出力に基づいて前記
他のプロセス条件を設定するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されるので、被加工材の表面
に所望の色を再現性よくコーティングすることができる
。そして、従来においては、コーティングする色をブラ
ウンからグレーと云うように変更した場合や装置を長期
間使用しなかった場合、装置を３０分〜半日もの間、慣
らし運転する必要があったが、本発明装置によればこの
ような慣らし運転が不要であり、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装飾用反応性スパッタ装置の成膜
室の構成を概略的に示す図、第２図は色相を表示する図
、第３図はＣＨ，ガスの流量を変化したときの金属性被
膜の色相変化を示す特性図である。 第４図は従来の装飾用反応性スパッタ装置を示す構成図
である。 ２・・・成膜室、１２・・・金属ターゲット、１９・・
・被加工材、２０・・・モニター材、２４・・・色差計
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部を所定の真空度に保持した成膜室内に被加工材を
   収容すると共に、アルゴンガスおよび反応性ガスを導入
   して、アルゴンガスのプラズマによって金属ターゲット
   をスパッタし、そのとき金属ターゲットから叩き出され
   る金属イオンと前記反応性ガスに含まれる元素イオンと
   からなる金属性化合物を被加工材の表面に付着させて金
   属性被膜を形成し、前記表面を所望の色にコーティング
   する装飾用反応性スパッタ装置において、前記成膜室内
   に前記被加工材と同一素材またはこれと同等の性質を有
   するモニター材を配置すると共に、このモニター材に光
   を照射してそのときの反射光に基づいて前記モニター材
   に形成される金属性被膜の色相や明度を測定する色差計
   を設け、この色差計の出力に基づいて前記成膜室内の真
   空度，アルゴンガスまたは反応性ガスの流量，スパッタ
   用電源の出力，被加工材に対する印加電圧などのプロセ
   ス条件の少なくとも一つを調整するようにしたことを特
   徴とする装飾用反応性スパッタ装置。