JP2001509209A - 陰極スパッタリングにより基板上に膜を形成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 陰極スパッタリングにより基板表面（2，2’）上に膜を形成する方法であって、陰極スパッタリング室（１）内に移送された基板表面（2，2’）に膜を形成する工程を有する方法が開示される。基板は、幅が様々であるが、所定の最大幅を有している。本方法では、基板の前記最大幅にほぼ一致する不変長さを備えた表面（４）をもつターゲット（３）を用いる。膜形成されるべき基板の幅に従ってターゲットの表面（４）と基板の被膜形成表面との間でシフトが行われ、陰極スパッタリング中、ターゲットの表面全体が被膜形成表面の前にほぼ常時存在したままであるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】 陰極スパッタリングにより基板上に膜を形成する方法及び装置 本発明は、陰極スパッタリングにより基板上に膜を形成する方法であって、基 板を陰極スパッタリング室の入口と出口との間で移送する工程と、基板の少なく とも一方の膜形成されるべき表面（以下、「被膜形成表面」という場合がある） を、該基板表面に向かって差し向けられていて、基板上に被着されるべき１又は ２以上の元素を含むターゲットの表面と実質的に平行に通過させる工程と、この 通過中、前記１又は２以上の元素をターゲット表面から被膜形成表面全体にスパ ッタ被着させる方法に関する。 かかる陰極スパッタリング方法及び装置は、長年にわたって知られている（例 えば、ＥＰ−Ａ−０６８５５７１参照）。 現在公知の装置における一課題は、例えばストリップの形の膜形成されるべき 基板の幅が一定していないことである。これが意味することは、もしターゲット よりも幅の狭い基板を陰極スパッタリング室内で所与の長さのターゲットの前を 通過させると、基板の縁を越えてスパッタリングが行われるので材料が無駄にな り、しかもその結果として室が汚染されるということである。 このような課題を解決するための現行対策は、処理されるべき基板の幅に応じ て取り替えられる種々の長さのターゲットを用いることである。これは、相当な スペースを占め、取付け及び取り外し時間を必要とし、しかも種々のターゲット を保管しておく必要がある。 別の対策によれば、単一のターゲットがマスキング要素と共に用いられ、もし 処理されるべき基板がターゲットの長さよりも小さい幅のものであれば、マスキ ング要素がターゲットの端部のうち少なくとも一方を覆うことができる。しかし ながら、これらマスクは定期的に交換し又はクリーニングする必要があるので、 これらはスパッタ材料の無駄に対する真の解決にはならない。 本発明の目的は、上述の課題を解決できる比較的簡単且つ安価な方法及び装置 を提供することにある。 この目的のため、本発明は、上述の方法において、室内に移送された所定の最 大幅内で幅が一定していない基板の表面に、基板の前記最大幅にほぼ一致する不 変長さの表面をもつターゲットを用いて膜形成する工程と、膜形成されている基 板の幅に応じて、ターゲットの表面と基板の被膜形成表面を相対変位させて、陰 極スパッタリング中、ターゲットの実質的に表面全体を常に被膜形成表面と対向 して位置させるようにする工程とを有することを特徴とする方法を提供する。 このようにすると、基板がスパッタリング室中を通過している間に被膜形成表 面全体について陰極スパッタリングを実施可能にした状態で全体が基板の被膜形 成表面と常に対向して位置したターゲットからあらゆる基板について一定の最大 歩留りが得られる。 本発明の一実施形態によれば、基板は、材料のストリップであり、該ストリッ プはターゲットの前を直進し、ストリップの幅に応じて、本方法は、ターゲット を、ストリップの幅がその最大の状態にある場合にとるストリップの運動方向に 垂直な長手方向と、ストリップの幅が最大幅よりも小さい場合にとる上記運動方 向に対する斜めの長手方向位置との間で変位させる工程を有する。したがって、 スペースを殆ど必要としない簡単な変位手段により、スパッタリング室内で連続 して処理されるべき不定幅のストリップにターゲットを適合させることが可能で ある。 本発明の有利な実施形態によれば、この相対変位工程は、ターゲットを室内で 回動させる工程から成る。この回動は好ましくは、ターゲットの中央シャフト又 は例えばターゲットの両端部の一方のところに配置された偏心シャフトの回りに 行われる。かくして、回動運動と同時に又はその後にターゲットの並進運動を行 うことが可能である。 明らかに、本発明の方法を任意の基板に適用でき、陰極スパッタリングにより その表面に膜を形成することができる。したがって、本発明の方法を用いると、 中でも金属、ガラス、紙、プラスチックのストリップ又はシートに膜形成するこ とができる。それにもかかわらず、本発明の方法の用途は、例えばストリップの ような二次元的物体に限定されず、三次元的物体、例えば棒、レール等の表面の 膜形成にも適用できる。 本発明のスパッタリング法は、中実ターゲットを用いる従来型陰極スパッタリ ングに限定されない。液体表面層を有するターゲットも使用可能である（例えば 、Ｐ−Ａ−０６８５５７１参照）。したがって、かかるターゲットの液体層をス パッタリングにより同時に蒸発させ、その後に膜形成されるべき表面上に凝縮さ せても良い。 本発明の方法の特定の実施形態が請求項１〜９に記載されている。 本発明は又、陰極スパッタリングにより基板上に膜を形成する装置であって、 基板のための入口及び出口を備えた陰極スパッタリング室と、基板を入口と出口 との間で運ぶ移送手段と、基板の被膜形成表面へ差し向けられていて、該被膜形 成表面に平行に配置された表面を有すると共に基板上に被着されるべき１又は２ 以上の元素を含有したターゲットと、ターゲットの上記表面から基板上に被着さ れる上記１又は２以上の元素の陰極スパッタリングを達成する手段とを有する装 置において、該装置は、所定の最大幅内で幅が一定していない基板の表面に膜形 成するために用いられ、上記装置は、基板の上記最大幅にほぼ一致する不変長さ の表面をもつターゲットと、ターゲットの表面と基板の被膜形成表面を相対変位 させて、陰極スパッタリング中、ターゲットの実質的に表面全体を常に被膜形成 表面と対向して位置させるようにする手段とを有することを特徴とする装置を提 供する。 本発明の装置の特定の実施形態が請求項１０〜１４に記載されている。 本発明の他の細部及び具体的特徴は、添付の図面を参照して行われる以下の非 限定的な説明に見いだすことができる。 図１は、図２のＩ−Ｉ線に沿って見た本発明の陰極スパッタリング室の概略横 断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見たこの陰極スパッタリング室の概略横 断面図である。 図３は、本発明の変形実施形態の図２と類似した図である。 図４は、本発明のもう一つの実施形態の図２と類似した図である。 各図の同一又は類似の部分には、同一の符号が付けられている。 図１及び図２は、陰極スパッタリングにより膜を基板上に形成する本発明の装 置を示している。この装置は、基板２のための入口及び出口（図示せず）を備え た陰極スパッタリング室１を有している。例示の実施形態では、この基板２は、 本装置が膜を被着させる上でもはやそれ以上になると適合しなくなる最大幅の材 料のストリップである。 全体を符号３で示したターゲットが、陰極スパッタリング室内に配置されてい る。このターゲットは、基板２の膜形成されるべき表面５に差し向けられていて 、この被膜形成表面と平行に配置された表面４を有している。ターゲット３は、 陰極スパッタリングにより基板上に被着される１又は２以上の元素を含み、この 元素又はこれらの元素は、場合によっては例えば金属である。 この装置は更に、基板を陰極スパッタリング室の入口と出口との間で搬送する ようになった移送手段（図示せず）をそれ自体周知の態様で有している。ストリ ップの形態の基板２の場合、ストリップを室１の外部に設けられた供給リールに 巻き付けて、室に導入し、次に、室１の内側に設けられている貯蔵リール上に巻 き戻す。この貯蔵リールは例えば、電動モータによって回転するものであるのが 良い。 最後に、室１は、被着されるべき少なくとも１つの元素をターゲットの前記表 面から基板上へ陰極スパッタする公知の手段を更に有している。この目的のため 、室１は、ターゲット上にフレームを形成する有孔パイプの形態のガスシャワー １４を収容している。このパイプは、イオン化のための不活性ガス、例えばアル ゴン又は反応性ガス、例えばＣ₂Ｈ₂、Ｏ₂等を含むアルゴンを主成分とするガス 混合物（これを用いるかどうかは任意である）を導入するために用いられる。図 示の例示の実施形態では、このガスシャワー１４は、一部がターゲット３を包囲 している遮蔽スクリーン６により固定状態で支持されている。 室１は、陰極スパッタリングを達成するための手段として、真空ポンプ（図示 せず）に接続されていて室内の圧力を減少させる真空ライン７及び従来型マグネ トロンのそれ自体公知の磁気回路８を更に有している。この磁気回路は、ターゲ ット３と一体であり、ターゲット３の表面４の付近にプラズマの形成を可能にす る。ターゲット３及び磁気回路を含むこのユニット内において、ターゲットに接 続された電気導体と共に、温度を制御する加熱装置と冷却装置の両方又はいずれ か一方を提供することもそれ自体公知の態様で可能である。 図１及び図２に示す本発明の例示の実施形態では、この装置は、可変幅の基板 の表面に膜を形成するために設けられている。図２は、最大幅の基板２の外に明 らかに幅の狭い基板２’を更に示している。 これら２つの基板は、同一のターゲット３を用いて本発明の装置で処理され、 このターゲットの長さは、基板の運動方向Ｆと垂直なターゲットの位置では基板 ２の最大幅とほぼ一致している（図２参照）。 基板２’を処理するため、本装置は、ターゲット３の表面４と基板２の被膜形 成表面５との間の相対変位を可能にする手段を有している。 図１及び図２に示す例示の実施形態では、図２に実線で示すターゲット３の位 置について言えば、ターゲットは基板の動作方向Ｆに対して斜めの長手方向位置 にある。この位置では、表面４は全体として基板２と向かい合っており、基板の 被膜形成表面５は全体として、陰極スパッタリング中、ターゲット３の前を通過 し、したがって材料の損失が最少限に抑えられる。 図１及び図２に示す例示の実施形態では、上述の相対的変位手段は、中空ピボ ットシャフト９を含み、このピボットシャフト９は、室１の壁を気密状態で挿通 し、そして遮蔽スクリーン６を、このスクリーンがこのシャフトと一緒に回転す るような仕方で固定的に支持している。シャフト９は、室の外部に設置された従 来型機構（図示せず）によって回転される。中空管１０が、この中空ピボットシ ャフト内を通ってターゲット３及び磁気回路８をその中心で支持してピボットシ ャフト９と一体的に回転する。この管１０は例えば、中でも電気、ガス、加熱及 び／又は冷却媒体供給物を受け入れるのがよい。したがって、この構成により、 室１か静止状態のままで、シャフトと一緒にスクリーン６、ガスシャワー５、タ ーゲット３及びマグネトロン８が矢印Ｐにしたがって同時に回転することができ る。 図３による例示の実施形態では、ターゲット３の表面４と基板２の被膜形成表 面５との間の相対的変位手段は、ターゲット３及び磁気回路８を、これらが両方 向を示す矢印Ｔにしたがって摺動できるよう支持する滑り子１１を含む。この滑 り子は、膜形成されるべき基板の経路の側部に配置されると共にターゲットが両 方向を示す矢印Ｐに従って回動できるようにする回転シャフト１２によって室内 に支持されている。 ターゲット３を任意適当な手段、例えば油圧ジャッキ（図示せず）により滑り 子１１に沿って摺動させることができる。シャフト９の場合と同様にシャフト１ ２の回転は室の外部に設けられた手段によって達成される。 ターゲットはその回転の次に或いはそれと同時に並進運動を行うので、ターゲ ットに対する可撓性の連結手段（図示せず）が設けられており、したがってこれ に依然として冷却及び／又は加熱媒体、電気等を供給することができる。 図４から分かるように、この場合のターゲットは、半円形の端部を有し、その 端部のうち一方は、回転シャフト１２によって支持されている。ターゲットは、 幅の狭い基板２’に膜を形成する場合、偏心シャフト１２の回りに両方向を示す 矢印Ｐにしたがって回動する。この後者の場合、基板は、上述した例示の実施形 態の場合のように室の中央を通過することはなく、シャフト１２に隣接した室の 側部のうち一方に向かって偏った状態で通過する。この構成により、ターゲット を基板の縁に対し常時接線方向に維持することができ、したがって材料の損失が 一段と最少限に抑えられる。 本発明は上述の実施形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明 の範囲から逸脱せずにかなり多くの設計変更例を想到できることは注目されるべ きである。 例えばもしターゲットが好ましくは水平方向位置にあり、また陰極スパッタリ ングの施される表面が好ましくは上方に向いている場合、ターゲットを垂直方向 又は斜めの方向に配置させることが可能である。この場合、膜形成されるべき基 板をこれに平行に配置する必要がある。 しかしながら、液体の表面を有するターゲットの場合及び陰極スパッタリング に加えて、液体が蒸発してその後基板上に凝縮することが予測される場合には異 なる向きは利用できない。 ターゲットの回転及び／又は並進駆動装置を、室内に設置しても良く、或いは その外部に設置してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．陰極スパッタリングにより基板上に膜を形成する方法であって、基板を陰極 スパッタリング室の入口と出口との間で移送する工程と、基板の少なくとも一 方の被膜形成表面を、該基板表面に向かって差し向けられていて、基板上に被 着されるべき１又は２以上の元素を含むターゲットの表面と実質的に平行に通 過させる工程と、この通過中、前記１又は２以上の元素をターゲット表面から 被膜形成表面全体にスパッタ被着させる方法において、室内に移送された所定 の最大幅内で幅が一定していない基板の表面に、基板の前記最大幅にほぼ一致 する不変長さの表面をもつターゲットを用いて膜を形成する工程と、膜形成さ れている基板の幅に応じて、ターゲットの表面と基板の被膜形成表面を相対変 位させて、陰極スパッタリング中、ターゲットの実質的に表面全体を常に被膜 形成表面と対向して位置させるようにする工程とを有することを特徴とする方 法。 ２．膜形成されるべき基板は、材料のストリップであり、該ストリップはターゲ ットの前を直進し、ストリップの幅に応じて、前記方法は、ターゲットを、ス トリップの幅がその最大の状態にある場合にとるストリップの運動方向に垂直 な長手方向と、ストリップの幅が最大幅よりも小さい場合にとる前記運動方向 に対する斜めの長手方向位置との間で変位させる工程を有することを特徴とす る請求項１記載の方法。 ３．ターゲットの表面と基板の被膜形成表面を相対変位させる工程は、ターゲッ トを室内で回動させる工程から成り、回動中、前記ターゲット表面は、前記被 膜形成表面に平行に且つこれから不変の距離を置いて位置したままであること を特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４．ターゲットを中央シャフトの回りに回動させる工程を有することを特徴とす る請求項３記載の方法。 ５．ターゲットを特にその長手方向端部のうち一方のところで偏心シャフトの回 りに回動させる工程を有することを特徴とする請求項３記載の方法。 ６．ターゲットを回動運動と同時に又はその後に並進運動させる工程を有するこ とを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．膜形成されるべき基板材料は、金属、ガラス、紙、プラスチック又は類似の 材料であることを特徴とする請求項１〜６のうち何れか一に記載の方法。 ８．前記ターゲット表面は、中実又は液体表面層で形成されていることを特徴と する請求項１〜７のうち何れか一に記載の方法。 ９．前記ターゲット表面は、液体であり、前記方法は、前記陰極スパッタリング と同時に、膜を形成する１又は２以上の元素を蒸発させ、次に該元素を膜形成 されるべき基板上に凝縮させる工程を有することを特徴とする請求項１〜７の うち何れか一に記載の方法。 10．陰極スパッタリングにより基板（２）上に膜を形成する装置であって、基板 のための入口及び出口を備えた陰極スパッタリング室（１）と、基板（２）を 入口と出口との間で運ぶ移送手段と、基板（２）の被膜形成表面（５）へ差し 向けられていて、該被膜形成表面に平行に配置された表面（４）を有すると共 に基板上に被着されるべき１又は２以上の元素を含有したターゲット（３）と 、ターゲットの前記表面（４）から基板上に被着される前記１又は２以上の元 素の陰極スパッタリングを達成する手段（3,7,8,14）とを有する装置において 、該装置は、所定の最大幅内で幅が一定していない基板の表面に膜を形成する ために用いられ、前記装置は、基板（２）の前記最大幅にほぼ一致する不変長 さの表面（４）をもつターゲット（３）と、ターゲット（３）の表面（４）と 基板の被膜形成表面（５）を相対変位させて、陰極スパッタリング中、ターゲ ットの実質的に表面全体を常に被膜形成表面と対向して位置させるようにする 手段（9〜13）とを有することを特徴とする装置。 11．前記相対変位手段は、ターゲット（３）をその中心で支持するピボットシャ フト（９）から成り、それによりターゲットが被膜形成表面（５）に平行な状 態でシャフトの回りに回転できるようになっていることを特徴とする請求項１ ０記載の装置。 12．シャフト（９）は、中空であり、気密状態で室（１）を貫通して延び、それ により、特に水、ガス及び／又は電気を供給するためのユーティリティライン を室内に引き込むことができることを特徴とする請求項１１記載の装置。 13．前記相対変位手段は、ターゲット（３）が並進運動で摺動できる滑り子（11 ）と、滑り子（11）が被膜形成表面（５）に平行に回動できるよう滑り子を支 持する回転シャフト（12）とから成ることを特徴とする請求項１０記載の装置 。 14．前記相対変位手段は、ターゲット（３）を被膜形成表面（５）に平行に回転 させることができるよう偏心的に支持するピボットシャフト（13）から成るこ とを特徴とする請求項１０記載の装置。