JP2001521066A

JP2001521066A - 強化されたマクロ粒子フィルタおよび陰極アーク源

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Publication number: JP2001521066A
Application number: JP2000518404A
Authority: JP
Inventors: ズシ、; ホン、シアンタン、; ベン、カンテイ、
Original assignee: フィルプラスヴァキュームテクノロジーピーティーイー．リミテッド
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2001-11-06
Anticipated expiration: 2018-10-26
Also published as: GB2347148B; GB9722645D0; GB2347148A; US6511585B1; GB0010057D0; WO1999022396A3; WO1999022396A2; JP4638029B2; AU9556598A

Abstract

(57)【要約】基板上に被膜を堆積するための陰極アーク源が、ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段と、プラズマからマクロ粒子を除去するために、プラズマを、第１のフィルタダクトを通り抜けるように案内する第１の磁気的手段とを有している。この装置は、バッフル１１と、プラズマが通過可能な開口１２と、プラズマを開口を通り抜けるように案内する第２の磁気的手段１３とから構成されている、プラズマからマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタ１０を有している。このアーク源はイオンビーム源も含むことができる。第２のフィルタを用い、必要な時にフィルタ内の開口を閉じる、イオンの被膜の堆積方法も記載されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、陰極アーク源を用いて被膜を堆積すること、陰極アーク源内のプラ
ズマからのマクロ粒子を、特に、磁気が強いマクロ粒子フィルタを使用して濾過
して除去すること、堆積前に基板を準備して堆積を制御することに関する。

【０００２】四面体の非結晶の炭素、金属、誘電体、およびその他のこのような被膜の陰極
アーク堆積は、当該技術分野において公知であり、高品位な薄膜堆積の可能性を
持っている。ひっかき傷のつきにくい光学的な被膜およびハードディスク媒体の
被膜における応用は、提案された広範囲の使用法のうちのたった２つである。

【０００３】これまで、陰極アーク方法による被膜の堆積は、一般に、マクロ粒子すなわち
大きな中性の粒子を含まないか、またはそれによる汚染が許容できる程度に少な
い被膜を信頼性高く堆積することが当該技術では困難であるために、試験的な使
用に限られていた。

【０００４】アークプラズマからマクロ粒子を濾過して除去する、改善された手段を備える
ことが、国際特許公開ＷＯ９６／２６５３１号公報、そして国際特許出願ＰＣＴ
／ＧＢ９７／０１９９２号明細書にも最近記載されている。それにもかかわらず
、マクロ粒子の濾過による除去をもっと改善することが望ましく、堆積被膜に対
する用途がさらに生じるにつれていっそう望ましくなるであろう。

【０００５】本願の発明者達は、アークプラズマを用いた薄い被膜の堆積に伴う問題、すな
わち、堆積の初期の期間には低品質の被膜が生じることがあることを確認した。
したがって、アークをターゲットに点弧した後放出されるプラズマを用いて堆積
を避けることが望ましい。同様に、プラズマの密度が低下している間で、アーク
の分解の直前の、堆積の最後の期間にも低品質の被覆が得られることがあり、こ
の時の堆積を避けることが望ましい。しかしながら、公知の、フィルタ付きの陰
極アーク源にはこのような能力がない。

【０００６】ある用途においては、被膜を正確な厚みにし、望ましい厚みに達した時に堆積
を停止できることが重要である。しかしながら、アークを停止した後少量の残余
量の堆積が行われる数秒の期間があり、これにより、要求された厚みよりわずか
に厚い被覆の厚みになることがある。既存の装置では、堆積を急に停止すること
ができない。

【０００７】フィルタ付きの陰極アーク装置を用いて設けられた、四面体の非結晶の炭素の
被膜は、引き裂かれたり、基板から剥がされたりしやすい場合があり、これを避
ける、または低減する試みにおいて、被膜を受け止める表面を清掃する基板の前
処理は、任意に行われるが、これまでは、堆積装置から分離された装置、または
陰極アーク源に加えてイオンビーム源が組み込まれた堆積装置においてのみ実行
できた。前者では、２つの別個の構成が必要なだけでなく、不便なことに、商業
的な観点からは魅力のない余分な工程が被膜製造に入ってくる。それ自身のイオ
ンビーム源を有する堆積装置は、イオンビーム源がチャンバへ取り付けられる別
個の付属品であるため、高価である。

【０００８】本発明は、アークプラズマをさらに濾過することを可能とし、従来技術の陰極
アーク源の問題を克服するか、または少なくとも改善しようとするものである。
したがって、本発明の目的は、陰極アーク源内のプラズマからマクロ粒子を濾過
により除去する方法および装置を提供することにある。他の目的は、被膜の基板
への付着を促進するように前処理された基板上への被膜の堆積を容易にすること
にある。

【０００９】したがって、本発明の第１の態様は、被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段
と、プラズマからマクロ粒子を除去するために、プラズマを、フィルタダクトを通
り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、その装置が、バッフルと、プラズマが通過可能な開口と、プラズマを開口を通
り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、プラズマからマクロ粒子を
さらに除去するための第２のフィルタを有している陰極アーク源を提供する。

【００１０】本発明のこの装置の利点は、陰極アーク源から堆積される、四面体の非結晶の
炭素被膜のような被膜の質をさらに改善することになる、マクロ粒子を濾過によ
りさらに除去することである。開口は閉じることができることが好ましい。本発
明のこの第１の態様は、装置の他の部分から分離した第２のフィルタも提供する
。

【００１１】本発明の１つの実施態様では、第２のフィルタが、第１のフィルタのダクトと
基板との間に配置されている。使用時に、正イオンを含み、マクロ粒子により汚
染されているプラズマは、第１のフィルタの湾曲部付近に案内され、マクロ粒子
の一部がフィルタダクトの側部に当たりプラズマから取り除かれる。ダクトの、
基板に最も近い端部には、すなわちプラズマが湾曲部を通り過ぎた後には、ダク
トの外に向かう比較的高密度の残留マクロ粒子が存在する。しかしながら、プラ
ズマはダクトの中央付近の正イオンに関して密度がより高い。したがって、本発
明の第２のフィルタは、バッフルがダクトの外側付近に配置されており、ダクト
の外側に向かうマクロ粒子がこのバッフルに当たり、基板に向かってさらに移動
することが阻止されるので、有効である。

【００１２】したがって、本発明のアーク源の好ましい実施態様は、内部にプラズマが基板
上に堆積されるチャンバに取付けられている第１のフィルタダクトを有し、第２
のフィルタ手段が、フィルタダクトの出口に、またはその近くに配置されており
、プラズマがチャンバに到達する前にそのフィルタ作用を発揮する。

【００１３】第２のフィルタ手段が、実質的に円形の開口を有する概ねディスク形状である
ことがさらに好ましい。ダクト内のプラズマは、ダクトの中央に向かって密度が
より高くなっており、円形の開口を通り抜けるように案内され得るので、これは
、プラズマからマクロ粒子を濾過により除去するとともに、第２のフィルタを通
してプラズマの高効率で伝達を運び得る、開口の好都合な形状である。開口の形
はさらに、少なくとも部分的にはフィルタダクトの横断面に左右されてもよい。
フィルタダクトの横断面が円形ではなく楕円形である場合には、楕円形の開口、
すなわち円形から変形している開口がふさわしい。

【００１４】本発明の典型的なフィルタは、フィルタダクトの幅を横切って延びている。デ
ィスクのバッフルに当たったマクロ粒子は、基板から離れたダクトの側部上に飛
び移る。したがって、濾過による除去の大部分はダクトの第１の湾曲部で行われ
るのでフィルタディスクの清掃は頻繁には必要ないが、一定期間の使用の後、こ
の領域のダクトおよび／またはディスクを清掃することが好ましい。

【００１５】本発明の、後述の実施例に示す実施態様では、フィルタディスクは実質的に平
坦な、中央の開口を有する、鋼箔の円形のディスクである。本発明の、後述の他
の実施例に示す他の実施態様では、フィルタディスクは平坦ではなく、マクロ粒
子をプラズマから離すように偏向させるためのバッフル角度を有している。この
実施態様の利点は、バッフルの目的が基板に到達するマクロ粒子の数を減らすと
いうことである。マクロ粒子には、バッフルによって止められたとき、プラズマ
ビーム内に偏向され、その後プラズマの勢いによって基板に向かって運ばれるも
のもある。したがって、マクロ粒子がプラズマから離れてダクトの側部に向かっ
て偏向するようにプラズマに対して傾けられたバッフルは、フィルタの好ましい
構成要素である。

【００１６】概して、ディスクは薄く、フィルタダクトの作用を損わず、プラズマをフィル
タダクトを通り抜けるように案内する磁場を損わないものであるべきである。通
常、ディスクは２ｍｍより薄く、好ましくは１ｍｍより薄い。

【００１７】フィルタ内の開口はプラズマが通過する通路用であり、フィルタダクトの内側
の幅の１０％〜５０％の幅を有し、好ましくは、フィルタダクトの、その位置の
幅の２５％〜４０％である。開口は、その特定の用途に応じて構成され、フィル
タの位置と、フィルタダクトの大きさと、被膜の材料の種類とに応じて異なる大
きさが妥当である。フィルタダクトの第１の湾曲部の丸みが鋭い場合には、マク
ロ粒子は案内磁場によって湾曲部付近では曲げられないため、ダクトの外に向か
うマクロ粒子の密度がより高くなり、この場合にはより小さいバッフルとより大
きい開口とが適している。

【００１８】プラズマ密度は、一般に、ダクトの中央部に向かって高くなり、プラズマの少
しの部分しか第２のフィルタの作用によってブロックされない。そうではあるが
、装置は、バッフルから離れて開口を通り抜けるようにプラズマを案内するよう
に、局所的な磁場を第２のフィルタ付近に生成する、１つまたは複数の永久磁石
を有することが好ましい。これは、案内磁場が、マクロ粒子がフィルタの開口を
通り抜ける通過量を直接に増やさない一方、フィルタを通過するプラズマの割合
が増えるという利点がある。フィルタダクトの湾曲部付近にプラズマを案内する
ことに用いられる案内磁場に追加して、かつそれとは別個の案内磁場を用いるこ
とによって、第２のフィルタの領域内で局所的に強い磁場が、実質的に全てのプ
ラズマが通過するのを可能にしながら結果的により小さくできる開口を通るプラ
ズマを得るために生成される。開口の大きさを小さくすることにより、ビームか
らのマクロ粒子の濾過による除去がさらに増大する。

【００１９】永久磁石は、ダクトの外部からダクト内に配置された１つまたは複数のコイル
への電気的な接続が必要がないという利点がある。あるいは、装置は、第２のフ
ィルタ付近に局所的な磁場を生成する、外部電源に接続されるようになっている
電磁石コイルを有している。

【００２０】フィルタによる除去をより増大させることが要求される場合には、磁場をより
強くすることが適当であり、それでフィルタの開口をさらに小さくすることが容
易になるが、第２のフィルタ付近の磁場は、使用時に１００〜２００Ｇの範囲の
強度を有することが可能である。

【００２１】第２のフィルタをダクトの一方の側部のみに配置されたバッフル板から構成す
ることは、任意である。したがって、この実施態様のフィルタは、穴または開口
を有するディスクではなく、板であり、プラズマは、局所的に強い磁場によって
この板のまわりに案内され、それによって板に当たるマクロ粒子が基板に到達す
るのが阻止される。

【００２２】本発明の他の実施態様は、堆積の迅速な制御と、基板の前処理とに関している
。したがって、本発明の特定の装置は、開口の開閉用の、第２のフィルタに付属
したシャッターをさらに有している。陰極アーク源を使用している間、シャッタ
ーの閉位置と開位置との間の動作が、それぞれ、堆積を停止させ、また開始させ
る。堆積は、正確な時間にかつ迅速に停止および開始することができる。アーク
を点弧した直後の期間の間の堆積を避けるために、シャッターは最初に閉じ、そ
れから、プラズマの質が所定の水準に達した後、または所定時間の後に開くこと
ができる。このように、本発明のこの特徴によって、堆積工程全体に亘って改善
された制御を行うことができる。

【００２３】シャッターは、シャッターからフィルタダクトの外部に延びるハンドル手段に
よって任意に手動で制御される。シャッターを、陰極源の制御回路と作用的に組
み合わされているアクチュエーターによって制御し、シャッターをアークのある
所定の状態に応じて閉じるようにすることもできる。このような状態の１つは、
プラズマの質の低下である。他に、プラズマ密度の低下がある。

【００２４】以下に詳述されるシャッターは、実質的に半円形の２つの半片を有し、これら
半円は開口を横切って、開口から離れた退避位置と、開口の前で接触して開口を
遮る閉位置との間で、運動するようになっている。ここに記述された特定のシャ
ッターは水冷されている。

【００２５】本発明のさらに他の特定の実施態様は、被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段
と、プラズマからマクロ粒子を除去するために、該プラズマを、前記フィルタダク
トを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、その装置が、バッフルと、前記プラズマが通過可能な開口と、前記プラズマを
前記開口を通り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、前記プラズマ
からマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタを有し、イオンビームを生成し、このビームを基板に向ける、堆積チャンバ内の手段を
さらに有している。

【００２６】本発明のさらに他の実施態様は、被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段
と、プラズマからマクロ粒子を除去するために、該プラズマを、前記フィルタダク
トを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、その装置が、バッフルと、前記プラズマが通過可能な開口と、前記プラズマを
前記開口を通り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、前記プラズマ
からマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタを有し、第２のフィルタが、イオンビームを生成し、このビームを基板に向ける手段を
有している。

【００２７】これにより、堆積前の基板の清掃または堆積前の基板の他の表面処理を、本発
明のこれらの実施態様を用いて、容易にかつ好都合に行うことができる。チャン
バ内の、または第２のフィルタに関連しているイオンビームは、被膜の堆積開始
前に作動することができる。多層被膜において異なる層を設ける間に、イオンビ
ームを使用することも可能である。

【００２８】イオンビーム生成手段としては、「エンドホール」イオンビームタイプのもの
が適しており、１つまたは複数の電気フィラメントを有している。本発明の特定
の第２のフィルタは、フィルタの開口付近に実質的に均等に間隔を置いて配置さ
れている、イオンビーム源用の電子を生成するための複数のフィラメントを有し
ている。アルゴンなどのガス源が第２のフィルタに、またはその近くに配置され
ている。

【００２９】本発明は、陰極アーク源から出射されたプラズマビームからマクロ粒子を濾過
により除去する方法であって、ビームを、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを含む第１のフィ
ルタを通り抜けるように案内することと、その後、ビームを、バッフルと、プラズマが通過可能な開口とを有する第２の
フィルタを通り抜けるように案内することとを含む、マクロ粒子を濾過により除
去する方法も提供する。

【００３０】好ましい方法は、第２のフィルタのまわりで局所的に強い磁場を用いてビーム
を案内すること、またビームを第２のフィルタを通り抜けるように案内すること
を有する。このように、プラズマはバッフル付近で、かつバッフルを避けるよう
に優先的に案内されるのに対して、マクロ粒子の一部はこのように案内されない
ので、バッフルに当たり、基板から離れるようにそらされ、基板への到達を阻止
される。

【００３１】本発明の他の態様は、陰極アーク源を有する堆積装置を用いて、基板上へ被膜
を堆積する方法であって、基板を装置の堆積チャンバ内で位置決めすることと、イオンビームを基板に向けることと、陰極アーク源からプラズマ内に放出された正イオンの被膜を、基板上に堆積す
ることとを含む、基板上へ被膜を堆積する方法を提供する。

【００３２】イオンビームは、堆積チャンバ内に配置されているイオンビーム生成手段から
生成してもよい。

【００３３】本発明の他の実施態様では、装置が、堆積チャンバと陰極アーク源との間に第
１のフィルタダクトを有し、イオンビームが、フィルタダクト内に、またはダク
トのチャンバ内への出口に、またはその近くに配置されているイオンビーム生成
手段から生成される。シャッターがフィルタダクト内に好都合に配置されており
、シャッターを閉じる工程と、イオンビームを基板に向ける工程と、シャッター
を開ける工程と、基板上に正イオンの被膜を堆積する工程とを含んでいてもよい
。

【００３４】本発明は、陰極アーク源を有する堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する
方法であって、陰極アーク源からプラズマ内に出射された正イオンの被膜を基板上に堆積する
ことと、被膜の厚みを測定することとを有し、厚みが所定のレベルに達した時に、シャッターを、基板上へプラズマがさらに
堆積するのを阻止するようにプラズマを横切って動かすこととを含む、基板上へ
被膜を堆積する方法をさらに提供する。

【００３５】本発明は、正イオンを含むプラズマの放出用の陽極および陰極ターゲットと、
プラズマからマクロ粒子を濾過により除去するためのフィルタダクトとを有する
陰極アーク源を備えた堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する方法であって
、シャッターを、基板上へのプラズマの堆積を阻止するように、フィルタダクト
を横切って動かすことと、アークを陽極とターゲットとの間に点弧することと、プラズマの質が所定のレベルに到達した時点を判定し、または所定の期間だけ
待機することと、シャッターを、プラズマが基板上に堆積するように開くこととを含む方法をさ
らに提供する。

【００３６】本発明のさらに他の態様は、基板上へ堆積用するためのプラズマを生成する装
置であって、第１の陰極アーク源と、第２の陰極アーク源と、メインプラズマダ
クトとを有し、第１の陰極アーク源からのプラズマ出力が、メインダクトに接続
された第１の側方ダクトを介してメインダクト内に案内され、第２の陰極アーク
源からのプラズマ出力が、メインダクトに接続された第２の側方ダクトを介して
メインダクト内に案内され、単一のプラズマが装置のメインダクトからの出力で
ある、プラズマを生成する装置を提供する。

【００３７】装置の動作中、プラズマが第１および第２の陰極アーク源の両方から生成され
ると、プラズマ出力はメインダクト内で組み合わされて、基板上に堆積される単
一のプラズマ出力が生成される。あるいは、第１および第２の陰極アーク源を、
例えば、一方のアーク源が修繕されている時に、他方のアーク源が使用されるよ
うに、互いに独立して動作させることが可能である。

【００３８】この装置は、両方のアーク源を同時に使用してそれらの出力を組み合わせるこ
とで、より速い堆積速度を達成できるという利点がある。この装置はまた、第１
のアーク源をある物質のターゲットとともに作動させ、第２のアーク源を違う物
質のターゲットとともに作動させることによって、多層被膜が得られるという利
点もある。一例として、第１のアーク源をシリコンターゲットとともに作動させ
、第２のアーク源をグラファイトターゲットとともに作動させる。

【００３９】この装置は、プラズマ出力を、各アーク源から側方ダクトを介してメインダク
トに案内する、電磁石または永久磁石などの磁場生成手段を有している。この装
置は、互いに反対向きのターゲットの下方の磁場と案内磁場の結果として、通常
の磁場の強さが零の点をターゲットの上方に、かつ強い横向きの磁場をターゲッ
トの表面に生じさせるように、各アーク源内のターゲットの下方に配置されてい
る磁場生成手段をさらに有していることが好ましい。

【００４０】本発明の好ましい実施態様では、メインダクトが、一方の端部が堆積チャンバ
に取り付けられ、または堆積チャンバ内に向かって開口し、または他の方法で堆
積チャンバと連通されている、実質的に直線状であり、側方ダクトがメインダク
トに実質的に互いに向き合って取り付けられている。観察穴、または堆積される
被膜の厚みのモニターを、メインダクトの、堆積チャンバに接続されている端部
の反対側の端部に配置するのが好都合である。これは、メインダクトのその端部
から基板へ直接延びる照準線ができるという点で有利な構成である。このことは
、例えば、図５に示し後述する本発明の特定の実施例に示されている。

【００４１】酸化物を含む被膜の堆積のために、この装置は、酸化物が堆積チャンバ内に導
入されるのと同時に、アルゴンガスをメインダクト内および／または側方ダクト
内の入口穴を介してのメインダクトへ入れるようになっていることがさらに好ま
しい。メインダクト内へ、およびメインダクトからアーク源の陽極がある側方ダ
クト内へ酸素が入り込むのを減らすのに十分な、メインダクト内のアルゴンの分
圧を維持して、それによってターゲット材料の酸化による汚染を減らすように、
アルゴンガスをメインダクトの堆積チャンバに近い端部に入れ、堆積チャンバの
末端に送り込めるように、穴がメインダクト内に任意に設けられる。このアルゴ
ンの分圧は、少なくとも約１０^-4ｔｏｒｒで任意である。堆積チャンバ内の酸素
分圧が約１０^-2〜１０^-3ｔｏｒｒの場合、このようなアルゴンの分圧によって、
酸素がメインダクトへ入り込むのが大部分阻止され、その結果、酸素が側方ダク
トへ入るのが大部分阻止され、したがって、陽極表面上で酸化物が形成されるこ
とによる陰極源の汚染が最小限になる。

【００４２】陰極アーク源を、高い透磁率を有する材料からなる覆いを用いることによって
、案内磁場などの外部の磁場から遮蔽することも好ましい。鉄やいわゆる「μ金
属」が適している。陰極アーク源が、プラズマ出力を基板に向けて案内するため
に必要とされる案内磁場による過度の影響から遮断されている限り、ターゲット
に配置されている、またはターゲットの下方に配置されている「反転」場を用い
ることなく、装置を作動させてもよい。

【００４３】本発明のこの態様の他の実施態様では、メインプラズマダクトが、プラズマか
らのマクロ粒子を濾過により除去する、少なくとも１つの湾曲部を有している。
湾曲部の角度は３０〜９０°の範囲で任意である。本発明のこの態様の装置は、
基板の前面および後面の両方に同時に被膜できるように、堆積チャンバと組み合
わせることができる。したがって、堆積装置は、本発明のこの態様による装置が
両側部に取付けられる堆積チャンバを有していてもよい。

【００４４】ここで、本発明を図面を参照して説明する。

【００４５】図１（ａ）と図１（ｂ）を参照すると、フィルタディスクが全体が１０で示さ
れており、このフィルタディスクは、１ｍｍより薄いステンレス鋼箔から作られ
ている。このフィルタはバッフル１１と開口１２とを有している。リング状の永
久磁石１３（または電磁石１３）が、このディスクの外縁の周りに配置されてお
り、使用中、プラズマを、開口１２を通りぬけるように案内し、その結果、電気
的に中性のマクロ粒子がバッフル１１に当たってそれ以上基板に向かって進まな
くなるようにする、局所的に強い磁場を発生する。図１（ｂ）は、図１（ａ）に
示されているディスクの模式的な断面図を示している。開口１２は、約１００ｍ
ｍの内径を有するフィルタダクトで使用するために、通常は１０〜５０ｍｍの範
囲の大きさである。

【００４６】図２（ａ）、図２（ｂ）、および図２（ｃ）と、図３（ａ）、図３（ｂ）、お
よび図３（ｃ）とを参照すると、本発明のフィルタディスクが全体が２０で示さ
れており、このフィルタディスクはバッフル２１と開口２２とを有している。環
状の永久磁石２３（または電磁石２３）が、このフィルタディスクの外縁に配置
されており、プラズマを、開口を通りぬけるように案内するように、局所的に強
い磁場を発生する。上述したように、局所的に強い磁場は電磁石によって発生す
ることもできる。

【００４７】本発明の、これら２つの図に示された実施例は、図２（ａ）および図３（ａ）
に示されている閉位置にある時には開口２２を閉ざし、図２（ｃ）および図３（
ｃ）に示されている開位置に移動させられた時には、陰極アーク源から出射され
たプラズマビームが開口を通過して基板に到達することを可能にする、シャッタ
ー部材２６から構成されたシャッターを有している。シャッター部材２６も鋼か
らできており、冷却管２７を通る水流によって冷却されている。図示されている
構成では、この冷却管はシャッター部材に取り付けられ、ピボット２８を支点と
するピボット運動をするように据え付けられている。オペレーターによって操作
されるシャッター開閉用のハンドルが取付けられているが、これらの図面には示
されていない。冷却管が取り付けられたシャッターは、この装置の、チャンバ側
２５ではなくダクト側２４に配置されている。このシャッターがグラファイトか
らできている場合には、冷却管は省略できる。

【００４８】堆積する前に基板を清掃するため、または基板表面に他のイオンビーム処理を
実施するために、イオンビームを生成するためのイオンビーム付属品が、フィル
タディスクに任意に取り付けられ、または組み合わされており、通常はフィルタ
ディスク組立体のチャンバ側２５に配置されている。

【００４９】イオンビーム付属品が動作している時、チャンバ側２５に取り付けられている
１つまたは複数のフィラメント１７によって電子が供給され、永久磁石または電
磁石２３によって、電子を動き出させるのに必要な磁場が生成され、チャンバ側
でのプラズマの放出が継続される。ディスク２０には、陽極の役目をするように
正のバイアス電圧（通常＋１５０Ｖまで）がかけられており、かつシャッタは閉
じられて（変動する電圧を有する）反射器の役目をする。こうして、イオンビー
ムが生成され、チャンバに向けられる。図３（ｂ）に示されているディスクの構
造は、わずかに、より集中されたイオンビームを生成するので、この点で好まし
い。このようなイオンビーム源は、「エンドホール」タイプである。

【００５０】本発明者達は、本発明の、磁気の強いフィルタの使用を試し、磁気の強いフィ
ルタを用いて被膜を堆積させ、従来の技術によって得られた被膜と比較した。そ
の結果が図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｃ）に示されている。

【００５１】図４（ａ）は、従来の技術を用いて堆積された被膜を示している。黒ずんだし
み、すなわち被膜を汚す電気的に中性のマクロ粒子が大きい。それらがこの従来
技術の被膜に多量に見られる。

【００５２】図４（ｂ）は、国際特許公開ＷＯ９６／２６５３１号公報に記載されているよ
うな、二重湾曲フィルタダクトを用いて堆積された被膜を示しており、マクロ粒
子による汚れは減少しているものの、それでも多量のマクロ粒子が見られる。

【００５３】最後に、図４（ｃ）は、二重湾曲フィルタダクトと、本発明による、磁気が強
いフィルタとを有する堆積装置を用いて堆積された被膜を示している。この堆積
された被膜にはマクロ粒子がほとんど見られず、被膜の、ここに示された領域に
はマクロ粒子がない。

【００５４】図５を参照すると、全体が３０として示されている堆積装置は、２つの陰極ア
ーク源３１と３２を有している。各陰極アーク源は、ターゲット板３４および陰
極体３５に電気的に接触しているターゲット３３を有している。ターゲット板３
４と陰極体３５との結合体は、陰極ステーションとも呼ばれ、その上の陰極ター
ゲットの配置およびアーク電源との電気的接続のためのものである。

【００５５】使用中、ターゲットの冷却は、入口３６に流入し出口３７を経て流出する冷却
水の流れによって行われる。

【００５６】いわゆる「反転場」が、ターゲットの下部の周りおよび下方に備えられている
永久磁石３８によって生成されている。永久磁石３８は、任意に、電磁石と置き
換え可能である。プラズマをターゲットから基板に向かって案内する案内磁場用
の磁石またはコイルが、図示されていないが、側方ダクト３９の周りに配置され
ている。

【００５７】ターゲット３３の周りには、遮蔽体４０とセラミックの円形体４１と遮蔽キャ
ップ４２とからなる遮蔽が形成されている。陽極ライナーが、陽極壁４４の内部
にきつくはめ込まれ電気的に接触している。冷却が、冷却水ハウジング４５を通
る水流によって行われ、アークの観察が観察穴４６を通して行われる。アークを
発する、直線的な発射装置４７が設けられている。

【００５８】この堆積装置は、位置４８においてフランジ５０によってメインダクト４９に
取り付けられている、不図示のチャンバを有している。このチャンバ内の基板へ
のプラズマの案内は、案内磁場コイル５１と磁場を強めるコイル５２とによって
生成される通常の磁場によって行われる。メインダクト内の案内磁場は、通常、
４００〜１０００Ｇの間の強さであり、一方、側方ダクト内の案内磁場は、通常
、２００〜６００Ｇの間の強さであり、この磁場を生じさせる磁石は、側方ダク
トを通ってメインダクトに入り堆積チャンバ内の基板上に向かう連続的な案内磁
場を生成するのに好適に配置されている。あるいは、これらの磁場を永久磁石に
よって生成することもできる。メインダクト４９と、そのコイルまたは他の磁石
と、側方ダクトと、その案内コイルまたは磁石とは、高い透磁率の物質（鉄また
はμ金属がふさわしい）の図示しない覆いによって任意に覆われる。覆いの作用
は、ターゲットにおける、またターゲット周囲の磁場への案内磁場の影響を低減
することである。

【００５９】示されている実施例において、側方ダクトの直径は約１５ｃｍ（６inch）であ
り、メインダクトの直径は約２０ｃｍ（８inch）である。側方ダクトの直径がメ
インダクトの直径より好適に小さければ、他の直径を採用することができる。

【００６０】位置５３には、１つか２つ以上の観察穴と、イオンビーム源と、基板上に堆積
される被膜の厚みのモニターと、ポンプ用穴とを備えることができる。フランジ
５０が、アーク源を補助する目的で、チャンバ４８からメインダクトおよび側方
ダクトを隔離するための弁を有していてもよく、またはその弁の一部となってい
てもよい。そこで、ポンプ用穴が、この弁を再び開く前にメインダクトおよび側
方ダクトを空にするために使用される。この装置は、マクロ粒子を除去するよう
に、メインダクト内、または側方ダクト内、または両方に配置されている、本発
明による、強い磁気のフィルタを有することもできる。

【００６１】このように、本発明は、陰極アーク源の技術を用いて、堆積される被膜の汚れ
をさらに減らし、従来のダクトフィルタであっても、堆積工程全体の制御を改善
し、堆積工程の前、または途中、または後の、基板のイオンビーム処理を提供し
容易にすることを実現可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明によるフィルタディスクの模式的正面
図および模式的断面図を示している。

【図２】図２（ａ）、図２（ｂ）、および図２（ｃ）は、本発明のフィルタディスクの
第１および第２の位置にある状態の模式図と、第１の位置にある状態の模式的断
面図とを示している。

【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、本発明のフィルタディスクの第１お
よび第２の位置にある状態の模式図と、第１の位置にある状態の模式的断面図と
を示している。

【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、従来技術により得られた被膜、国際
特許公開ＷＯ９６／２６５３１号公報に記載されているような二重湾曲部を用い
て得られた被膜、本発明による磁気が強められたフィルタを用いて得られた被膜
をそれぞれ示している。

【図５】２つの陰極アーク源を有する、本発明の堆積装置の模式的断面図を示している
。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年４月２４日（２０００．４．２４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，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，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者タン、ホン、シアンマレーシア国セランガーペタリングジャヤ 46400 ジャラン 24 17／１ (72)発明者テイ、ベン、カンシンガポール国 575569 シンガポールシンミンウォーク 18 06−01番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段
と、プラズマからマクロ粒子を除去するために、該プラズマを、前記フィルタダク
トを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、その装置が、バッフルと、前記プラズマが通過可能な開口と、前記プラズマを
前記開口を通り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、前記プラズマ
からマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタを有している陰極アーク
源。
【請求項２】前記第２のフィルタが、前記第１のフィルタの前記ダクトと
前記基板との間に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】内部で前記プラズマが基板上に堆積されるチャンバに取付け
られている第１のフィルタダクトを有し、前記第２のフィルタ手段が、前記フィ
ルタダクトの出口に、またはその近くに配置されている、請求項１に記載の装置
。
【請求項４】前記第２のフィルタ手段が、実質的に円形の開口を有するデ
ィスクである、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】前記ディスクが前記フィルタダクトの幅を横切って広がって
いる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】前記ディスクが２ｍｍより薄い、請求項４または５に記載の
装置。
【請求項７】前記フィルタディスクの前記開口の幅が、その位置の前記フ
ィルタダクトの幅の１０％〜５０％である、先行するいずれかの請求項に記載の
装置。
【請求項８】前記開口の幅が、その位置の前記フィルタダクトの幅の２５
％〜４０％である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】プラズマを前記バッフルから離して前記開口を通り抜けるよ
うに案内するように、前記第２のフィルタ付近に局所的な磁場を生じる、１つま
たは複数の永久磁石を有する、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１０】プラズマを前記バッフルから離して前記開口を通り抜ける
ように案内するように、前記第２のフィルタ付近に局所的な磁場を生じる、電源
へ接続されるようになっている１つまたは複数の電磁石を有する、請求項１から
８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】使用時に、前記第２のフィルタ付近の前記磁場が１００〜
２００Ｇの範囲の強さを有する、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】中央に実質的に円形の開口がある実質的に円形のディスク
からなり、約１ｍｍの厚さの鋼箔により形成されている第２のフィルタを有する
、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１３】前記第２のフィルタが、前記開口の開閉用のシャッターを
さらに有している、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１４】前記シャッターが、該シャッターから前記フィルタダクト
の外部に延びるハンドル手段によって手動で制御される、請求項１３に記載の装
置。
【請求項１５】前記シャッターが、実質的に半円形の２つの半片を有し、
これら半円は前記開口を横切って、前記開口から離れた退避位置と、それら半円
が前記開口の前方で当接して前記開口を遮る閉位置との間で運動するようになっ
ている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】前記シャッターが水冷されている、請求項１４または１５
に記載の装置。
【請求項１７】堆積チャンバ内に、イオンビームを生成し該ビームを前記
基板に向ける手段をさらに有する、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１８】前記第２のフィルタが、イオンビームを生成し、該ビーム
を前記基板に向ける手段を有する、請求項１から１６のいずれか１項に記載の装
置。
【請求項１９】前記第２のフィルタが、「エンドホール」イオンビームタ
イプのイオンビーム生成手段を有している、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】前記イオンビーム生成手段が１つまたは複数の電気フィラ
メントを有している、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】前記第２のフィルタが、前記開口付近に実質的に等間隔に
配置されている、イオンビーム用のイオンを生成するための複数のフィラメント
を有している、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】アルゴンなどのガスの源が、前記第２のフィルタに、また
はその近くに配置されている、請求項１６から２２のいずれか１項に記載の装置
。
【請求項２３】陰極アーク源から出射されたプラズマビームからマクロ粒
子を濾過により除去する方法であって、前記ビームを、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを含む第１の
フィルタを通り抜けるように案内することと、その後、前記ビームを、バッフルと、プラズマが通過可能な開口とを有する第
２のフィルタを通り抜けるように案内することとを含む、マクロ粒子を濾過によ
り除去する方法。
【請求項２４】前記ビームを、前記第２のフィルタ付近で局所的に大きな
磁場を用いて案内することによって、前記ビームを、前記第２のフィルタを通り
抜けるように案内することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】陰極アーク源を有する堆積装置を用いて、基板上へ被膜を
堆積する方法であって、前記基板を前記装置の堆積チャンバ内で位置決めすることと、イオンビームを前記基板に向けることと、前記陰極アーク源からプラズマ内に放出された正イオンの被膜を、前記基板上
に堆積することとを含む、基板上へ被膜を堆積する方法。
【請求項２６】前記イオンビームが、前記堆積チャンバ内に配置されてい
るイオンビーム生成手段から生成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】前記装置が、前記堆積チャンバと前記陰極アーク源との間
に第１のフィルタダクトを有し、前記イオンビームが、前記フィルタダクト内に
、または前記ダクトの前記チャンバ内への出口に、またはその近くに配置されて
いるイオンビーム生成手段から生成される、請求項２５または２６に記載の方法
。
【請求項２８】シャッターが前記フィルタダクト内に配置されており、該
シャッターを閉じる工程と、イオンビームを前記基板に向ける工程と、前記シャ
ッターを開ける工程と、前記基板上に正イオンの被膜を堆積する工程とを含む、
請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】陰極アーク源を有する堆積装置を用いて、基板上へ被膜を
堆積する方法であって、前記陰極アーク源からプラズマ内に出射された正イオンの被膜を前記基板上に
堆積することと、前記被膜の厚みを測定することとを有し、該厚みが所定のレベルに達した時に、シャッターを、前記基板上へプラズマが
さらに堆積するのを阻止するようにプラズマを横切って動かすこととを含む、基
板上へ被膜を堆積する方法。
【請求項３０】正イオンを含むプラズマの出射用の陰極ターゲットおよび
陽極と、プラズマからマクロ粒子を濾過により除去するためのフィルタダクトと
を有する陰極アーク源を備えた堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する方法
であって、シャッターを、前記基板上へのプラズマの堆積を阻止するように、前記フィル
タダクトを横切って動かすことと、アークを前記陽極と前記ターゲットとの間に点弧することと、プラズマの質が所定のレベルに到達した時点を判定し、または所定の時間だけ
待機することと、前記シャッターを、プラズマが前記基板上へ堆積するように開くこととを含む
、基板上へ被膜を堆積する方法。
【請求項３１】基板上へ堆積するためのプラズマを生成する装置であって
、メインプラズマダクトと、第１の陰極アーク源と、第１の側方ダクトと、第２
の陰極アーク源と、第２の側方ダクトとを有し、前記第１の陰極アーク源からの
プラズマ出力が、前記メインダクトに接続された前記第１の側方ダクトを介して
前記メインダクト内に案内され、前記第２の陰極アーク源からのプラズマ出力が
、前記メインダクトに接続された前記第２の側方ダクトを介して前記メインダク
ト内に案内され、前記メインダクトが前記装置からの単一のプラズマ出力を出力
する、プラズマを生成する装置。
【請求項３２】前記第１および第２の陰極アーク源が、異なるターゲット
物質とともに、同じタイミングで動作するようになっている、請求項３１に記載
の装置。
【請求項３３】前記メインプラズマダクトが、堆積チャンバに動作不能に
接続された端部を有する、請求項３１または３２に記載の装置。
【請求項３４】前記メインプラズマダクトが、１つまたは複数の、（１）
前記装置によって堆積された被膜の厚みのモニターと、（２）イオンビーム源と
、（３）観察穴と、（４）ポンプ用穴とが取り付けられた第２の端部を有する、
請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】不活性ガスの入口と出口の穴をさらに有し、前記メインプ
ラズマダクトに取り付けられた堆積チャンバ内に導入される反応性ガスによる前
記陰極アーク源内のターゲットの汚染を減らすのに十分な、前記メインプラズマ
ダクト内の不活性ガスの分圧を維持するようになっている、請求項３１から３４
のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】陰極アーク源と、堆積チャンバを有する堆積装置に使用さ
れ、貫通している開口を有するバッフル板と、使用時にプラズマを前記アーク源か
ら前記開口を通り抜けるように案内する磁場生成手段とを有するフィルタ。
【請求項３７】前記バッフル板が実質的に円形であり、前記開口が実質的
に円形であり中央に配置されている、請求項３６に記載のフィルタ。
【請求項３８】永久磁石を有する、請求項３６または３７に記載のフィル
タ。