JP2007224419A - 冷却したターゲットを用いたスパッタリング - Google Patents

Abstract

【課題】 スパッタリングプロセスにおいて、ターゲット、特にインジウム錫酸化物ターゲットに瘤塊が形成するのを防止するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】ターゲット２の形をしたコーティング材をスパッタリングすることによって基材をコーティングするに際して、上記ターゲットはスパッタリング中にターゲットの位置に、ターゲットの領域の傍を通って、またはターゲットを通り抜けて供給される冷却媒質によって冷却される。また、上記冷却媒質の供給温度は２０℃未満とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に係る方法、および請求項９の前提部分に係る装置に関する。

基材をコーティングするためのスパッタリング法、すなわちチャンバー内でイオンがプラズマによって発生し、イオンが陰極の方に加速されて、スパッタリングする物質、つまりターゲットの形態をしたコーティング材上に衝突するという方法は、一般に知られている。これに関して、ターゲットの領域に磁気フィールドを形成することで、向上したスパッタリングと、したがって高速のコーティングが可能になる、いわゆるマグネトロンの使用もまた知られている。特に、可動式のマグネット機構も知られており、ターゲット材つまりコーティング材の使用の向上に役立つ。これに対応する装置は、例えばEP 063 45 00B1 に述べられている。

イオンの衝突によってターゲットに発生する熱を消散させるために、それに対応する冷却装置を設け、冷却媒質がターゲットの領域を通り抜け、または、ターゲットの領域のそばを通るようにして、熱を消散させることも先行技術である。これもまた、例えばEP 063 45 00B1 または DE 199 16 938A1 に述べられている。

このための通常の冷却媒質は水で、ターゲットの領域内にある冷却チャンネルに室温で送り込まれる。
このための、前述のスパッタリング方法および装置は、卓越して満足すべき結果を得てはいるが、特に、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような、あるコーティング材つまりターゲット材の場合や、一般的には透明な導電性の酸化物またはセラミックのターゲットの場合、ターゲット表面上にいわゆる瘤塊（nodule）形成の問題が生じる。ターゲット表面に形成される瘤塊は、更なるスパッタリングプロセスに否定的な影響を与える極端に硬い物質から形成され、特に、その物質がターゲットの下に位置する場合は、その後にターゲット表面から剥離することによって層の品質を損ねるに至る。

この問題を抑制するために、ターゲットの温度を１００℃を超える値（JP 020 509 51 A）、２００℃を超える値（DE 100 18 842 C2）、さらには４００〜５００℃を超える値（JP 05 34 59 73 A）にまで上げることを提案する方法が、先行技術に述べられている。これは、そのような方法においてはターゲットはもはや冷却されずに、むしろ好ましくない瘤塊の形成が妨げられるように熱せられることを意味する。しかし、全般にこの方法は満足する結果にはなっていない。

したがって、本発明の目的は、ターゲット、特にはセラミックターゲット、好ましくは導電性の透明な酸化物を堆積させるターゲット、そして特にインジウム錫酸化物ターゲット上の瘤塊形成を防止することを可能にするスパッタリングプロセスのための方法および装置を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法および請求項９の特徴を有する装置によって達成される。有利な実施例は従属項の目的である。
本発明者は、驚くべきことに、瘤塊がターゲットの温度を充分に下げることによって効果的に防止することが出来ることを発見した。このことは、ターゲットを冷却するために２０℃未満の供給温度で冷却媒質を供給することによって達成することが出来る。冷却媒質の供給温度を下げれば下げるほど瘤塊の形成は際立たなくなる。ターゲットを充分に冷やすためには、スパッタリング陰極に導かれる電気的エネルギーの約８０〜９０％を冷却媒質で消散しなければならない。冷却媒質に入るこのエネルギーは冷却媒質を大量に熱することになり、特にマグネトロン陰極が非常に長い場合やスパッタリングのパワーが高い場合には、冷却媒質の入口に近いターゲットはまだ望ましい温度であるが冷却媒質の出口により近づくほど温度のオーバーヒートが起こる可能性がある。この温度のオーバーヒートの結果、順に、ターゲットの侵食表面の瘤塊形成が、冷却媒質の入口領域では本発明に従って妨げられ、中央領域では確実に増加し、冷却媒質の出口領域では先行技術におけるのと同程度発生する。したがって、ターゲット表面の全域に渡って効果的に瘤塊の形成を妨げるには、好ましくは冷却媒質の加熱部分が適切な方法によって充分短く保たれることが保証されなければならず、例えばターゲットの長さに沿っていくつかの分離した冷却回路を用意することによってその条件が達せられる。このため、冷却媒質供給の温度だけでなく、個々の冷却回路に戻る冷却媒質の温度が監視されるか、または閉ループ制御によってある温度以下に保つことも有利なことである。

特に、供給および／または戻りの温度が、冷却ポイントの直ぐ近くまたは直下で５℃未満、または著しくそれを下回る、約−２０℃または−１００℃未満のマイナス温度の冷却媒質を供給することが有利であることが証明された。

それに対応して、冷却媒質の供給温度、戻り温度のどちらを選択するかに拠って、冷却媒質は、水、空気、炭化水素、特にフッ化炭化水素、アルコールなど、およびそれらの混合物などを考慮して、冷却液でも冷却ガスでも良い。

これによって、瘤塊の形成を起こす傾向のある全てのターゲットつまりコーティング材、特に酸化物層の堆積、望ましくは透明の導電性の酸化物、例えば錫または亜鉛酸化物層、特にインジウム錫酸化物層の堆積における瘤塊の形成の防止または削減が確実になる。

本発明のさらなる利点、特徴および構成は、添付した図を用いた望ましい具体例の以下の説明によって明らかである。

添付図において、本発明の方法を実施する本発明の装置の基本的構成要素が概略図で示されている。
図１は、真空チャンバー１を示し、この真空チャンバー内において、プラズマ中に発生したイオンによってターゲット２をスパッタリングすることによって基材（図示せず）がコーティングされる。ターゲット２は、冷却チャンネル６によって区切られた、いわゆるターゲット受板（target backing plate）３の上に配置されている。冷却チャンネル６はライン５に接続され、ライン５の閉路中には冷却媒質をループ内に流すポンプ７が設置されており、その冷却媒質はターゲット受板３の冷却チャンネル６を通って流れ、ターゲット２が衝撃を受けたときに発生する熱を消散する。

ライン５は冷却部４の熱交換器を通ってその通路をループ状に曲げられ、冷却媒質がターゲット受板３の冷却チャンネル６に流入するときに有する、ある供給温度に冷却される。冷却媒質がターゲット受板３の冷却チャンネル６を通り抜けた後の冷却媒質の戻り温度は、ターゲット２からの熱の吸収によって増加し、冷却部４の熱交換器のなかで再び望ましい供給温度に下げられる。

冷却媒質ライン５は、冷却媒質の早すぎる加熱を抑え、また水の冷縮を避けるために、特に冷却部４の熱交換器とターゲット受板３の冷却チャンネル６の間の領域で断熱された設計になっている。

望ましい実施例においては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）ターゲット２が、約５ｘ１０^−３mbarのアルゴン／酸素雰囲気中で、１９ｋＷの電力でスパッタリングされ、供給温度、すなわちターゲット受板３の冷却チャンネル６に入る冷却媒質の流入温度が５℃、戻り温度が１１℃で、基材上に堆積された。冷却媒質の貫流速度は、水を冷却媒質に使った場合、毎分約１８リットルであった。

ターゲット２は、詳細には述べないが、可動式磁石機構を用いて、平板のマグネトロン陰極中で使用された。
冷却媒質供給温度が２１℃でのスパッタリングの試行と比較して、ターゲット上のいわゆる瘤塊の数の顕著な減少が観測された。

上述した実施例においては水を冷却媒質として使用したが、他の冷却媒質、特に液体をマイナス温度に保つ液体や冷却ガスもまた使用可能である。特にターゲットの温度または供給温度の漸進的な減少（progressive reduction）が瘤塊のさらなる減少を導くことが判明し、したがって、特に０℃未満、望ましくは−２０℃または−１００℃未満の温度が特に魅力的に見える。特に−１２０℃が可能な市販の冷却媒質が入手可能である。

上述の実施例では酸素含有率の低いアルゴン雰囲気中においてインジウム錫酸化物のターゲットが用いられたが、実に種々様々な範囲のターゲット物質、例えば純金属、または酸化物などの他の化合物を、純粋な不活性雰囲気中で、または反応剤を加えて（反応性スパッタリング）、使用することが出来る。

好ましい実施例においてターゲットはターゲット受板３上に設けられたが、ターゲット受板３無しのターゲットも考えられ、その場合冷却チャンネル６は、導入部で述べた先行技術の中に部分的にあったケースのように、ターゲット２に直接設けられても良い。

本発明の方法を実施する本発明の装置の基本的構成要素を示す概略図である。

Claims (13)

1. ターゲット（２）の形態をしたコーティング材をスパッタリングすることによって基材をコーティングする方法であって、スパッタリング中に前記ターゲットが、前記ターゲットの傍に、または前記ターゲットの領域内に、または前記ターゲットを通り抜けて供給される冷却媒質によって冷却される方法において、
   供給および／または戻り温度が５℃未満の前記冷却媒質を使用して酸化物層が堆積されることを特徴とする方法。
2. ターゲット（２）の形態をしたコーティング材をスパッタリングすることによって基材をコーティングする方法であって、スパッタリング中に前記ターゲットが、前記ターゲットの傍に、または前記ターゲットの領域内に、または前記ターゲットを通り抜けて供給される冷却媒質によって冷却される方法において、
   反応性物質を用いて反応性スパッタリングが実施され、前記冷却媒質の供給および／または戻り温度が５℃未満であることを特徴とする方法。
3. 前記冷却媒質の供給および／または戻り温度が０℃未満、最も好ましくは−２０℃未満、特には−１００℃未満である、請求項１または２記載の方法。
4. 前記冷却媒質が、冷却液または冷却ガス、特には水、空気、炭化水素、特にはフッ化炭化水素、アルコール等、またはそれらの混合物である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 高真空中で実施され、および／またはマグネトロンスパッタリング源、特には平面マグネトロンスパッタリング源、および／または可動式磁石機構の取り付けられたマグネトロンスパッタリング源を用いて実施される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 反応性物質、特にはスパッタリングされるコーティング材のための反応性ガスを使用して反応性スパッタリングが実施される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 透明で導電性の酸化物層、好ましくは錫および／または亜鉛酸化物層、もっとも好ましくはインジウム錫酸化物層（ＩＴＯ）が堆積される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 酸化物のターゲット、特には透明で導電性の酸化物層のターゲット、好ましくは錫および／または亜鉛酸化物のターゲット、もっとも好ましくはインジウム錫酸化物のターゲット（ＩＴＯ）を用いる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. ターゲット（２）の形をしたコーティング材をスパッタリングすることによって基材をコーティングする装置であって、特には、冷却媒質によって前記ターゲットを直接または間接に冷却するための冷却装置（４）と、反応性スパッタリング手段とで、請求項１乃至８のいずれかに係る方法を実施する装置において、
   前記冷却装置は、前記冷却媒質が５℃未満の供給および／または戻り温度にまで冷却可能なように設定された冷却部を含むことを特徴とする装置。
10. 前記冷却部は、前記冷却媒質の供給および／または戻り温度が０℃未満、好ましくは−２０℃未満、特には−１００℃未満であるように設定される、請求項９記載の装置。
11. 前記冷却装置は、前記冷却媒質として、冷却液または冷却ガス、特には水、空気、炭化水素、特にはフッ化炭化水素、アルコール等、またはそれらの混合物が使用されるように設定される、請求項９または１０記載の装置。
12. 前記冷却装置は、前記供給および／または戻り温度の開ループ制御および／または閉ループ制御のための開ループおよび／または閉ループ部を有する、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記冷却装置は、互いに独立した１つまたはそれ以上の冷却回路を含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の装置。

Images