JP2009531544A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

物理蒸着処理、化学蒸着処理、またはこれらの組合せによって、基板を被膜するように設計された被膜用の装置が提供される。前記被膜用の装置は、軸方向に移動可能なシャッタ（１８）によって被膜可能な回転可能なマグネトロン（１４）を用いる点に特徴がある。このような構成によって、後続する被膜のためのステップ間または後続する被膜のためのステップ中に、マグネトロンターゲットを清浄に保持するかまたはターゲットを清浄化することができる。シャッタは、ターゲットの近傍に制御可能なガスの雰囲気をさらにもたらす。マグネトロンが中心に配置されてもよく、従って、基板は、マグネトロンを中心として回動する遊星状の回転体（２４）に吊り下げることによって、あらゆる角度からスパッタリング源に晒されることとなる。

Description

本発明は、回転可能なターゲットをスパッタリングするための材料源として用いる被膜用の装置に関する。当該被膜用の装置は、ターゲットのスパッタリング領域を覆うように軸方向に引き出されることが可能であり、またはターゲットのスパッタリング領域から軸方向に引き戻されることが可能である管状のシャッタを備えている。当該装置は、物理蒸着（ＰＶＤ）の処理が、化学蒸着（ＣＶＤ）の処理と交互にまたは同時に行われる混合モードの被膜処理を行なうことを特に対象としている。

機能性被膜を光学的、電気的、化学的、磁気的、または機械的に堆積する技術において、物理蒸着（ＰＶＤ）および化学蒸着（ＣＶＤ）が主流となっている。物理蒸着とは、基板への被膜原子の弾道（ballistic）シャワーによって被膜を堆積させる処理に関するものである。被膜原子は、通常、固体状の「ターゲット」から発せられ、場合によっては液体状の「ターゲット」から発せられることもある。ターゲット種を基板に転移させる好ましい方法としては、ターゲットに高運動エネルギーイオンを衝突させる方法が挙げられる。イオン源としては、不活性ガス、典型的には、アルゴンのような希ガスのプラズマが作用する。これらのイオンは、負のバイアスが印加されたターゲットに向かって加速されると、運動エネルギーを得て、ターゲット材料の原子を基板に向けて放出する。このような処理は、「スパッタ蒸着」と呼ばれる。プラズマ側と向かい合うターゲット側に配置されたマグネットから生じる磁場によって、プラズマがターゲット表面の近傍に閉じ込められていてもよい。このような処理は、「マグネトロンスパッタリング堆積」と呼ばれる。ターゲットには、直流電源、パルス直流電源、または交流電源を供給することができる。また、酸素または窒素のような反応ガスがアルゴンに対して供給されると、基板の表面に複合層が形成される。このような処理は、「反応性マグネトロンスパッタリング堆積」と呼ばれる。「マグネトロンスパッタリング堆積」の別の変形例として、マグネトロンには、「平衡式」のものとは相反する「非平衡式」のものが用いられてもよい。「非平衡式」という用語は、磁力線の一部が、ターゲット表面に近接せず、基板に向かって扇状に広がることを意味している。従って、これらの磁力線の周囲における電子の旋回が、基板に達し、局部的なプラズマを生じさせる。このような処理は、「非平衡マグネトロンスパッタリング」と呼ばれる。

基板に向かうイオン電流は、装置の基板以外の部分に対して基板に適切なバイアスを印加するか、または基板を絶縁して、装置の基板以外の部分に対して基板を電気的に浮遊させることによって、制御可能となっている。従って、自己バイアスが生じて、イオンを基板に引き付けることができる。このような衝突イオン電流によって、堆積層の密度がさらに高められることとなる。このような処理は、「イオンプレーティング」として知られている。

化学蒸着とは、基本的には、ガス状の前駆体（通常、炭化水素）が励起されて、ラジカルが生成され、次いで、これらのラジカルが素材または既に被膜された基板の表面で化学的に反応する処理のことである。ガス状の前駆体の励起は、以下に述べる種々の手段によって、達成されることとなる。

−１つの手段として挙げられるのは、前駆体の熱活性化によるものである。ガスの加熱は、基板または反応器の壁を加熱することによって、または（ホットワイヤＣＶＤにおけるように）ヒータワイヤを用いることによって行なわれる。ヒータワイヤを用いることによって、熱放出された電子が前駆体ガスの活性化度を高めるという追加的な効果が得られることとなる。

−他の手段として挙げられるのは、（光化学蒸着におけるような）可視光、赤外線、またはマイクロ波電磁波の照射によって行なわれるものである。

−さらに他の手段として挙げられるのは、（プラズマ支援ＣＶＤ、ＰＡＣＶＤにおいて行なわれるような）プラズマ内での励起によって行なわれるものである。この目的を達成するため、希ガス原子、通常、アルゴンが、プラズマを生成するために前駆体ガスに混合され、これによって、前駆体ガス内にラジカルが生成されることとなる。プラズマは、高周波電磁場（典型的には、１３．５６ＭＨｚ）によって励起することが可能である。

−プラズマ支援ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）と呼ばれるこの技術の変形例では、非平衡マグネトロンを用いて、標的プラズマを基板に向かって扇状に拡げることによって、イオンプレーティングを生じさせる。

多くの場合、被膜特性を制御するため、または被膜速度を高めるために、種々の活性化モードが組み合わされる。

この活性化モードを適用するためには、以下の処理を行なうことが考えられる。
−原子がターゲットから放出される場合には、ＰＶＤ処理
−前駆体ガスのラジカルが装置内に存在する場合には、ＣＶＤ処理、
−ターゲット原子が放出されると共に、有機系の前駆体の分子が存在する場合には、「混合処理」

また、ＰＶＤ、反応性ＰＶＤ、およびＣＶＤによって堆積された層、並びにこれらの２つの処理が同時になされることによって生じる混合物を含む勾配層から構成される複雑な積層が含まれるように、さらに技術的に重要である被膜が製造されている。このような積層の１つは、例えば、国際特許出願公開第２００５／０１４８８２号に記載されている。当該文献では、まず、Ｔｉ層が（マグネトロンスパッタリングによって）基板上に堆積され、（反応性マグネトロンスパッタリングによる）ＴｉＮの層が続き、さらにＴｉ層が続いており、このＴｉ層は、（混合処理による）ＴｉＣから（ＤＬＣ、化学蒸着による）ダイヤモンド状の被膜に徐々に変化している。このように特定される被膜は、種々の用途において、硬質かつ耐摩耗性を有する被膜として用いられている。

単一の装置において２つの処理を組み合わせて行うことは、２つの処理に求められる条件が異なっているため、機器に多くの技術的な問題をもたらすこととなる。例えば、プラズマスパッタリングの処理は、通常、０．０１Ｐａ〜１００Ｐａの間の圧力で行われる、これに対して、化学蒸着の処理は、１Ｐａから大気圧の間におけるいずれかの圧力で行われる。また、被膜のための機構が異なっている。ＰＶＤ処理では、被膜粒子の流束が、多かれ少なかれ、基板に向かって導かれることとなる。そのため、複雑に湾曲することのある基板においては、あらゆるスポットに達するように基板を支持するための遊星状の回転体を導入する必要がある。ＣＶＤ処理は、拡散に基づいており、基板を等角度で被膜するものである。しかし、ＣＶＤは、蒸着チャンバ内に存在するスパッタリングターゲットを含む蒸着チャンバ全体を被膜してしまう傾向にある。このスパッタリングターゲット表面は、ＣＶＤ層によって被膜されることとなり、その結果、ターゲットを次に使用する際に、ＰＶＤ処理の邪魔をすることとなる。スパッタリングを不活性ガスおよび前駆体ガスの供給と組み合わせて行うような場合には（例えば、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）−アルゴン混合物内においてＴｉターゲットのスパッタリングを行うような場合）、「混合モード」の処理を制御することは困難となる。なぜならば、化合物層は、基板上のみならず、ターゲット上にも形成されるためであり、（ターゲットからの大きな断片の剥離をもたらす）アーキング（異常放電）のような望ましくない現象、および処理の不安定化をもたらすからである。すなわち、これらの混合処理では、「ターゲットの汚染」という問題が存在する。

このような「混合処理」を可能にする多くの反応器（reactor）が開示されている。例えば、国際特許出願公開第０１／７９５８５号に開示されるコーター（塗工器、coater）では、減圧可能なチャンバの外壁に取り付けられた平面状のターゲットが開示されている。前駆体ガスを励起する他の源が、ホットフィラメントの陰極と陽極との間に印加される低電圧アークの形態で設けられている。形成される層の高密度化は、基板とプラズマとの間のパルスＤＣ励起によって、達成されることとなる。また、平面状のターゲットを用いる他の反応器が、独国特許出願公開第４０１１５１５号、米国特許第６，０４５，６６７号、米国特許第６，３１５，８７７号、および欧州特許出願公開第０５２１０４５号に開示されている。

本発明の目的は、安定かつ清浄な混合モードにおける蒸着処理を可能にする、基板の被膜用の装置を提供することにある。本発明の他の目的は、混合モードの反応器内におけるターゲットの汚染に関する問題を取り除く処理を提供することにある。本発明の他の目的は、時間効率のよい処理スケジュールを可能にする装置および方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、基板の被膜用の装置が提供される。第１に、当該装置は、多くの比較的小さな基板に機能的被膜を形成することを目的とするものである。基板は、機械、エンジン、または装置の部品であればよく、通常、一体構造となっている、すなわち、他の複数の部品から組み立てられるものではない。好ましくは、基板は、耐高温性を有しているとよい。なぜならば、このような処理は、基板への高熱負荷を伴うからである。従って、基板は、その形態および組成の全てが知られているような金属、例えば、鋼から主に作製されている。形成される被膜は、要求される特定の光学的、電気的、磁気的、化学的、または機械的特性を基板にもたらすことができる。当該装置は、好ましくは、機械的な機能性被膜、例えば、耐摩擦性の被膜、耐摩耗性の被膜などによって、基板を被膜することを目的としている。さらに具体的には、当該装置は、制限されないが、異なる種類の処理によって、特に、ＣＶＤまたはＰＶＤ、またはこれらの組合せによって形成される積層からなる被膜によって、基板を被膜することを特に目的としている。このような積層は、好ましくは、当該技術分野において知られているような、周期律表の第ＩＶＢ属、第ＶＢ属、または第ＶＩＢ属の金属の層、当該金属の炭化物または窒化物の層、ダイヤモンド状の層、またはダイヤモンド状のナノ化合物の層を含んでいる。

このような装置は、基本的には、ポンプ、圧力ゲージ、チャンバを減圧するための供給路のような必要な補助機器が設けられたチャンバである。当該チャンバ内には、化学蒸着の技術分野において知られている種々の励起手段、例えば、ホットワイヤ加熱源、電磁エネルギーをプラズマに結合するＲＦアンテナ、低電圧プラズマアークなどが設けられるとよい。加えて、１つまたは複数のマグネトロンターゲットが、減圧可能なチャンバ内に設けられるとよい。平面状のマグネトロンをこれらの種類の混合処理において単独で用いる周知の装置と対照的に、本発明の装置は、円筒状のマグネトロンを備えている。このような円筒状のマグネトロンは、当該技術分野において、主に大面積スパッタリングの分野において、知られている。しかしながら、このような回転可能なターゲットを混合モードの反応器内に用いることは、これまで考えられていない。

基本的に、このような円筒状のマグネトロンは、マグネット列を内部に設けた円筒状のターゲット管を備えている。マグネットの磁力線は、ターゲット管を貫通し、装置が作動するとき、ターゲットの外面に好ましいスパッタリング領域を定めることとなる。作動中、一般的にレーストラックと呼ばれる１つまたは複数の閉じたプラズマのループが、マグネット列におけるマグネットの配置を反映するように、ターゲット表面に形成されることとなる。これらのレーストラックの半径方向下側では、ターゲット材料が、迅速に侵食され、レーストラックの外側では、侵食が、ごくわずかとなっている。レーストラック内において、ターゲット材料は、好ましい方向に放出されるため、マグネット列の配置は、被膜のために基板の方向に向けられるべきである。

平面状のターゲットに対して円筒状のターゲットを用いる利点は、ターゲットとマグネット列との間に相対運動が存在するとき、顕著なものとなる。このような相対運動によって、新しい材料がレーストラック内に連続的に供給され、その結果、裏当て用の管上のターゲット材料が均一に使用されることとなる。加えて、相対運動によって、反応性スパッタリングの場合、または混合モード蒸着の場合、ターゲットへの化合物層の生成が低減されることとなる。実際には、最初に、形成された化合物層がレーストラック内において侵食され、次に、スパッタリングされた新しいターゲット材料が現れることとなる。その結果、ターゲットの汚染が低減し、より安定した処理が行なわれることとなる。

マグネット列と円筒状のターゲットとの間の相対運動は、軸方向でもよいし、または接線方向であってもよい。本発明では、ターゲットとマグネット列との間の相対運動は、接線方向であるが、軸方向に容易に引き出されることも考えられる。マグネット列およびターゲットの両方が移動可能とされてもよいし、または、マグネット列が固定されて、ターゲットが回転可能とされてもよく、または、ターゲットが固定されて、マグネット列が移動可能とされてもよい。後者の２つの運動は、複雑な機構をもたらさない点において、例えば、最後の１つの運動の場合、回転真空シールまたは冷媒シールを必要としない点において、好ましい。

マグネット列は、平衡式とすることができる。レーストラックの形状がマグネット列によって決定されるため、多くの形式のマグネット列に関する構成が開示されている。マグネット列は、（米国特許第６，２６４，８０３号に記載されているように）、材料を優先的にスパッタリングする方向を定めるように、１つまたは複数のループを有する指向性配置型であるとよい。あるいは、マグネット列は、無指向性配置型であってもよい。この場合、例えば、米国特許第４，４０７，７１３号に記載されているように、材料は、実質的に等角的な方向にスパッタリングされることとなる。マグネット列は非平衡式であると、さらに好ましい。国際特許出願公開第２００５／０９８８９８Ａ１号には、無指向性かつ非平衡式のものが開示されている。当該文献では、ターゲット表面の全体にわたって長さ方向に蛇行する２つの閉ループが形成されている。

本発明の装置は、円筒状のターゲットを覆うように軸方向に引き出すことが可能であり、かつ円筒状のターゲットから引き戻すことが可能な管状のシャッタが、設けられる点に特徴を有している。シャッタは、作動中にスパッタリングされる領域を少なくとも覆うことができる。種々の形式のシャッタが、当該技術分野において知られているが、それらの全てが、矩形状かつ平面状のターゲットを覆う形式（米国特許第４，２９４，６７８号）、または円形状かつ平面状のターゲットを覆う形式（米国特許第６，９２９，７２４号）に関するものである。ここでは、「シールド」と呼ばれるものと「シャッタ」との間に明らかな相違があることも指摘されるべきである。シールドは、導電材料であり、スパッタリング領域を実質的に覆うものではない。回転可能なターゲットの分野におけるシールドの例が、例えば、米国特許第５，１０８，８７４号に開示されている。ここでは、スパッタリング領域を露出させてターゲットに近接して取り付けられた円筒状のシールドが記載されている。シールドの目的は、ターゲットの電位からプラズマを局部的に掃引することによって、望ましくないプラズマの生成をなくすことにある。シャッタの目的は、スパッタリング領域から生じるイオンの流れを遮ることにある。

シャッタの軸方向への移動は、種々の方法によって実施可能である。シャッタの周囲に等角に配置される（ラックがシャッタの外面に取り付けられ、ピニオンがモータによって駆動される）３つのラック／ピニオン構造が、軸方向移動を実施する好ましい第１の方法である。シャッタを移動させる他の好ましい方法は、シャッタの一端においてカバーにナット締めされる管状のシャッタの軸に対して同軸上に取り付けられるネジ付きロッドを用いることにある。他の好ましい方法は、１つまたは複数の鋼ワイヤケーブルによって、管状のシャッタを巻軸から懸垂させることである。この構造では、管状のシャッタは、直立することとなり、ケーブルに懸垂されたシャッタは、軸方向にスライド式に上昇し、またターゲットを覆うように下降することとなる。この実施形態を変更した形態が、スプロケット／チェーン昇降システムである。各実施形態において、シャッタの移動を制御するために、案内レールを用いることが好ましい。始動位置および停止位置を定めるために、近接検出器を駆動モータに対する入力装置として用いることが可能である。

ターゲットと管状のシャッタとの間に別のガス供給路が、装置内にさらに設けられる。このようなガス供給路は、好ましくは、ターゲットとシャッタとの間の間隙に希ガスを供給する。

シャッタは、導電材料から優先的に作製されるが、誘電材料（例えば、ガラス、好ましくは、耐高温性ガラス、例えば、パイレックス（登録商標）（Pyrex）のような石英ガラス）が考えられてもよい。好ましくは、シャッタは、金属、特にステンレス鋼、チタン合金、または一部のアルミニウム合金のような耐高温性金属から作製されるとよい。他の金属または合金からも、例えば、厚みが十分に長い時間にわたってプラズマの発生する環境に耐えることに適するようにされているならば、作製可能である。シャッタは、周囲の環境に対して電気的に浮遊してもよいが、シャッタの電位が、次に掲げる事項、すなわち、チャンバの電位、ターゲットの電位、または基板の電位の１つに対して制御可能であることが、より好ましい。シャッタおよびチャンバが同一の電位に維持されることが、最も好ましい。

好ましくは、ターゲットとシャッタとの間の間隙は、プラズマの点火を可能にするために十分に大きく取られているとよい。プラズマの点火前に、種々の条件を満足する必要がある。（圧力によって制御される）ガスの密度は、イオンを加速し、かつ陰極から二次電子を放出させるために十分な平均自由経路を有するように、十分低くする必要がある。その一方で、ガスの密度は、低すぎてもならない。なぜならば、ガスの密度が余り低すぎると、十分な衝突が発生しないからである。磁場の強さは、十分に高くなければならず、かつ電子が十分なエネルギーを得てガス内において中性原子のイオン化を可能にするために、電子の平均自由経路は十分に長くされなければならない。プラズマ内では、電子とイオンとの間に荷電平衡が維持されているため、電位は、比較的一定であるが、電位のほとんどが低下するターゲット陰極の近傍では、電位は、一定ではなくなっている。そこで、暗部（dark space）が、ターゲットの上方に形成されている。この暗部では、電子が運動エネルギーを得ており、ガス原子をイオン化することができない。マグネトロンとシャッタとの間の間隙が、この暗部の厚みよりも小さい場合、プラズマが始動しないこととなる。当業者には、パラメータのこの微妙な平衡の性質について知られており、かつプラズマを点火させるために所定の間隙が必要であることも知られている。

実際の電圧および電流密度に対して、本発明者らは、ターゲットとシャッタとの間でプラズマを点火するためには、３ｃｍの最少距離で十分であることを見出しており、より好ましくは、４ｃｍまたは５ｃｍの距離であるとよい。距離が長いことは、より好ましいが、このような条件は、この装置内部の空間に関する制限と相反することとなる。

本発明の他の好ましい実施形態では、シャッタは、スパッタリング領域のみならず、引き出された位置にあるターゲットの全てを覆い、あるいは、ターゲットは、シャッタが引き戻された位置にあるとき、完全に露出することとなる。これによって、スパッタリング領域のみを覆うときに生じる可能性のあるシャドーイング効果が完全に防がれることとなる。

シャッタの閉鎖によって、ガスがターゲットの周囲に十分に保たれる場合に、２つの別の環境が装置内に保たれることとなる。このようなことは、シャッタからの漏れが多すぎない場合には、可能である。例えば、ターゲットの近傍では、装置のターゲット以外の部分よりも多くの希ガスを含む雰囲気が保たれることとなる。このシャッタによって気密筺体が提供されるということは、さらに一層好ましい。「気密」という用語は、シャッタの内側および外側の両方においてガスの雰囲気が同等の条件である場合に、シャッタの外側におけるガスの雰囲気へのガス漏れが、ほとんどまたは全く発生することがなく、また逆も同様になっていることを意味している。気密は、ガスの分離を目的とするだけでなく、圧力差を打ち消す必要がある場合において、「真空気密」を意味するものではない。気密筺体は、単一装置内に、２つの異なる雰囲気が存在することを可能にする。すなわち、筺体の内側では、清浄なプラズマがターゲット表面を清浄化するために保たれ、筺体の外側では、基板がこのような清浄のための動作から隔離されることとなる。あるいは、ターゲットが、引き出されたシャッタの外側において生じる化学蒸着から隔離され、これによって、ターゲットの汚染が防止されることとなる。

シャッタは、単一の管から作製されてもよい。しかしながら、このことが、管の清浄化または管の取換えを幾分か煩わしいものにしている。なぜならば、シャッタ管は、もしもオペレータがターゲット管の取外しを望まない場合、ターゲット管の周囲を摺動しなければならないからである。従って、管状のシャッタが、互いに組み立てられた状態では、管状の筺体を形成するいくつかのセグメントから作製されることが好ましい。もしも、シャッタが、ボルト締めされた状態でシャッタを形成する２つの横方向に嵌合する管の半体から作製されるならば、最も好ましい。もちろん、２つの半体を互いに取り付ける他の手段、例えば、スナップ嵌合またはクランプ固定なども考えられる。

最も好ましい構成は、ターゲットがあらゆる半径方向外方に材料を放出することなので、ターゲットおよびシャッタがチャンバの実質的に中央に取り付けられることが、最も好ましい。従って、基板は、このターゲットの周囲に配置される必要がある。

スパッタリング処理は、基本的には指向性堆積技術であるため、基板の全面または少なくとも選択された表面を衝突する被膜の流束に対して露出させる必要がある。これは、通常、遊星状の基板ホルダーによって達成されることとなる。このような遊星状の基板ホルダーは、ホルダーから直立するかまたは吊り下げられる基板キャリアに異なるレベルの回転を与えることができる。少なくとも第１のレベルの回転は、ユーザが半径方向に分配される流束の不均一性を平均化するために半径方向に等角で分配された固定マグネット列を用いる場合には、必要である。第１のレベルの回転における回転軸は、ターゲット軸（「サン」）と一致し、基板ホルダー（「プラネット」）は、前記ターゲットを中心とする円形軌道を描くこととなる。この第１のレベルの回転に、第２のレベルの回転が伴うこととなる。すなわち、第１のレベルの軌道で回転している複数の点が、第２のレベルの回転の中心として機能することとなる。この第２のレベルの回転の半径は、第１のレベルの回転の半径よりも小さくなければならない。従って、基板ホルダーは、（第１のレベルの回転および第２のレベルの回転が互いに逆の場合）、実質的にハイポサイクロイダル（hypocycloidal）軌道、または（第１のレベルの回転および第２のレベルの回転が互いに等しい場合）、エピサイクロイダル（epicycloidal）軌道を描くこととなる。さらに多くのレベルの回転が遊星状のシステムに与えられてもよい。最終的に、基板ホルダー自体も、回転軸を中心として回転することもできる。少なくとも３つのレベルの回転が存在することが好ましく、４つのレベルの回転が存在することはさらに好ましい。基板は、調整可能な電位に保たれてもよいし、または接地電位に対して浮遊していてもよい。この目的を達成するために、遊星状のシステムの全体を導電性とし、周囲の環境から隔離し、電位を制御する電気供給路が設けられるとよい。

本発明の第２の態様によれば、時間効率の良い処理スケジュールが提供されることとなる。基板の被膜は、通常、バッチ処理で行われるので、チャンバの減圧、チャンバの加熱、スパッタリングの清浄化、通気、などに多大の時間が費やされることとなる。従って、これらのステップを減らして、またはステップを同時に行うことが効果的である。基板を被膜する本発明の方法は、以下のステップを含んでいる。

ａ）まず、基板が、基板キャリアに取り付けられる。次いで、キャリアが、チャンバ内の遊星状の基板ホルダーに装填される。

ｂ）チャンバは、基準圧力まで減圧される。チャンバは、一時的に、アルゴンガスによって洗い流されるとよい。また、基板に適切なバイアスを加えることによって、基板にプラズマエッチングを施してもよい。

ｃ）被膜処理の所定の連続動作が開始され、積層被膜がこの基板上に形成される。当該処理は、スパッタ堆積、反応性スパッタ堆積、化学蒸着、およびその組合せの群から選択される。好ましくは、この連続動作は、スパッタ堆積、反応性スパッタ堆積、化学蒸着と組合された反応性スパッタ堆積、炭化水素系の前駆体ガスを用いる化学蒸着を含む。各処理のステップ中、必要な処理のための条件、例えば、ターゲットの電位、基板バイアス、ガス圧およびガス流量、温度、遊星状の基板ホルダーの回転速度、などが、制御される。

ｄ）積層が完了されると、全ての被膜処理が停止される。

ｅ）チャンバが、好ましくは窒素または空気（他のガスでもよい）で通気され、かつ冷却され、次いで、キャリア上の基板が、チャンバから取り外される。

これらの処理の特徴は、上記のステップ間にまたは上記のステップと同時に、いつでも、以下のサブステップを導入できる点にある。

−シャッタをスパッタリングが生じる領域を覆うように引き出す。シャッタは、すでに引き出された位置にあってもよいし、または引き出された位置に移動されてもよい。

−プラズマを点火可能とするために、ターゲットとシャッタとの間に適切なガス圧をもたらす。

−電力をターゲットに送給することによって、ターゲットとシャッタとの間でプラズマを点火する。

−プラズマの発生が続いている間に、オペレータは、シャッタを引き戻すことができる。これは、第１の金属層を堆積するときに有効である。すなわち、最初に、ターゲットが清浄化され、オペレータは、安定したプラズマが得られるまで待機する。その後、シャッタが引き戻され、基板が被膜される。このような手順は、プラズマ堆積が始動時から安定化されるという効果をもたらす。

あるいは、オペレータは、プラズマの発生が続いている間に、シャッタを引き出された状態で保つことを選択してもよい、例えば、被膜の手順の最後に、ターゲットを清浄化するときであってもよい。

−このプラズマを消す。これは、（減圧サイクルにおけるように）過度に低い圧力によって行われてもよいし、またはターゲット電力を切り換えることによって、行われてもよい。シャッタは、他の処理のステップによるターゲットの汚染を防止するために、引き出された位置に保たれてもよい。

上記サブステップを、メインのステップｂ）〜ｅ）の間、およびメインのステップｂ）〜ｅ）のいずれかの最中に行うことができる。サイクル時間は、上記のサブステップがメインのステップ中になされると短縮されることとなる。例えば、減圧（メインのステップｂ））およびターゲットとシャッタとの間におけるアルゴンガスによるパージ（purge）を行うとき、ターゲットを励磁することによって、適切な時期において、プラズマを点火するのに最適な圧力（典型的には１Ｐａ）に達することとなる。シャッタは、基板が汚染されることを防止するために、引き出される必要がある。圧力がさらに低減すると、プラズマは、約１０ｍＰａにおいていずれかの箇所で消滅する。従って、基本的には１ｍＰａの基準圧力に達するように、システムをさらに減圧することができる。

シャッタがターゲットを完全に覆う場合、さらなる融通性が得られることとなる。すなわち、オペレータは、例えば、シャッタ内をアルゴン雰囲気にすることができ、シャッタの外側において、化学蒸着処理が有機系の前駆体ガスによって行われる間に、プラズマを維持することができる。シャッタから漏れるアルゴンを用いて、前駆体ガスをイオン化することができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、図４ａおよび図４ｂにおいて、同様の番号は、同様の部品を示している。

図１は、本発明の装置１０の略全体図である。この装置は、基本的に、本実施形態では略立方体形状を有する減圧可能なチャンバ１２から構成されている。チャンバ１２の内部には、円筒状のターゲット１４が、本実施形態ではチャンバ１２内の中央に直立して、取り付けられている。装置が作動すると、蛇行するレーストラックの形態にあるスパッタリング領域１６が、ターゲット表面に発生することとなる。装置の上に、帽子状のハウジング２０が、チャンバ１２に真空気密状態で取り付けられている。ハウジング２０の内部で、円筒シャッタ１８が、上下に移動可能となっている。引き戻されたときに、シャッタは、スパッタリング領域１６を露出させることとなる。（本実施形態では、下降することによって）、引き出されたとき、シャッタ１８は、スパッタリング領域１６を覆うこととなる。ハウジングの内部には、シャッタ１８とターゲット１４との間の間隙に処理ガスを供給するツリー（tree）２２の形態であるガス分配システムが設けられている。ターゲット１４およびシャッタ１８の周囲に、遊星状の基板ホルダー２４が取り付けられ、この遊星状の基板ホルダー２４に、基板または基板を保持するキャリアが固定されている。

図２ａは、ハウジング１００内において引き戻された状態にあるシャッタの詳細な側面図である。図２ｂは、図２ａに示される面ＡＡ’に沿った同図の断面図である。ハウジンングは、真空取付けフランジ１３０およびエンドフランジ１３２を有する管１１２から構成されている。ターゲット１０２は、ターゲット取付けカラー１２８によって、取付けフランジ１０５に回転可能に取り付けられている。ハウジングの内部において、シャッタ１０４が上下に移動可能となっている。このような移動は、シャッタヘッド１２０が取り付けられた鋼ケーブル（図示せず）を巻き上げまたは巻き下げる1対のプーリ１１８，１１８’を駆動するためのモータ１０８によって、駆動されることとなる。シャッタ１０４自体は、前記シャッタヘッド１２０に固定されている。シャッタヘッド１２０の移動は、シャッタヘッドの移動の始端および終端を信号で伝える２つの近接検出器１１４，１１４’によって、制御されている。ガスツリー１２２を通して、ガスをターゲット１０２とシャッタ１０４との間の間隙に供給するために、ガスチューブ１１０が設けられている。

図３ａおよび図３ｂは、引き出された位置にあるターゲットを示している。ここでも、図３ａは、組立体の側面図で、図３ｂは、面ＢＢ’に沿った断面図である。図３ａの組立図は、図２ａの図に対して、ターゲットの軸を中心として１８０°回転されていることに留意されたい。引き出された位置において、シャッタヘッド１２０は、取付けフランジ１３０にすべり嵌めされている。２つの案内レールの１つ１１７が見えることに留意されたい。これらの案内レール１１７，１１７’は、ハウジング管１１２を通るシャッタヘッド１２０を案内することとなる。また、ガス抑制リング１２４が、ターゲット取付けカラー１２８と密接して嵌合している。

図４ａおよび図４ｂは、シャッタ組立体の斜視図であり、図４ｂは、図４ａの斜視図である。ここでは、シャッタ１０４は、分解して示されている。シャッタは、２つのシェル１４０，１４０’から構成されている。シェル１４０，１４０’は、重ねられた帯片１１６，１１７および１１６’,１１７’において、嵌合ピンおよび孔によって、互いに連結されている。両シェルは、組み立てられた後、バヨネット式の取付具によって、シャッタヘッド１２０に取付けられている。シャッタが引き戻されるか、または引き出されるときに、突出リム１２６，１２６’が、案内レール１１７,１１７’内で摺動することとなる。

前述したシャッタを有する装置を、国際特許出願公開第２００５／０１４８８２号に記載されているような、チタン被膜およびダイヤモンド状被膜を含む硬質かつ耐摩耗性の積層被膜を堆積処理に用いる好ましい方法は、以下の通りである。

−最初、基板が基板キャリアに装填され、次いで、基板キャリアが本発明の装置の遊星状の基板ホルダーに取り付けられる。用いられるターゲットは、８’’Ｔｉ管状のターゲットである。

−この処理は、チャンバを約１０ｍＰａの基準圧力に減圧することから開始される。シャッタが、スパッタリング領域を覆うように下降される。遊星状の基板ホルダーが、始動される。

−基準圧力に達すると、アルゴンガスが間隙に供給されると共に、プラズマが約０．１Ｐａの圧力で点火するまで、ＤＣ電圧がターゲットとシャッタとの間に印加される。

−ターゲットは、２分間〜３分間（例えば、ターゲットの少なくとも５０回転の間）、スパッタ清浄化される。

−（スパッタ電圧およびスパッタ電流の観察によって）スパッタ清浄化の安定化が確認されると、シャッタが引き戻され、Ｔｉ原子の流れが基板を被膜し始める。接着層として有用な十分に厚いＴｉ層を得るためには、２分で十分である。

−プラズマを継続させながら、アルゴンスパッタリングガスに加えて、窒素ガスがチャンバガス入口に供給される。ＴｉＮの層が、Ｔｉ層の表面上に成長し始める。回転ターゲットが用いられているという事実によって、ターゲットは、ターゲットの汚染を被ることがない。

−ここでも、２分後〜３分後に、プラズマの発生を続けさせながら、窒素流が停止され、アセチレンのような炭化水素の前駆体ガスが供給される。基板に堆積される被膜が、ＴｉＣ層に変化する。プラズマ生成を維持するアルゴンガスの存在およびマグネット列の不均衡によって、基板に負の自己バイアスが与えられ、その結果、ＴｉＣ層のイオンプレーティングがもたらされる。有機系の前駆体ガスを熱励起するために、熱活性手段が作動される。

−プラズマの発生を続けさせながら、シャッタが、スパッタリング領域を覆うように引き出され、最終的な清浄化サイクルのために、アルゴンガスがターゲットとシャッタとの間の間隙に供給される。１分以内に、プラズマの電源が切られ、アルゴンの供給が停止される。

−前駆体ガスを供給することによって、チャンバ内部の圧力が約１Ｐａまで徐々に増加すると共に、追加的なダイヤモンド状の被膜がＴｉＣ中間層上に形成される。

−要求する厚みに達すると、システムは、アルゴンでパージされながら、冷却される。大気圧において、チャンバが開けられて、基板がキャリアから取り外される。

いくつかの好ましい実施形態を参照して、本発明を具体的に図示し、かつ説明したが、種々の操作、および形態および細部に関する種々の修正がなされてもよいことが、当業者によって理解されるであろう。

混合モード反応器の略全体図である。 シャッタが引き戻された位置にある実施形態の側面図である。 シャッタが引き戻された位置にある同じ実施形態の断面図である。 シャッタが引き出された位置にある同じ実施形態の側面図である。 シャッタが引き出された位置にある同じ実施形態の断面図である。 シャッタがどのように２つの半体から組み立てられるかを示す斜視図である。 シャッタがどのように２つの半体から組み立てられるかを示す斜視図である。

Claims (11)

1. 減圧可能なチャンバ（１２）と、前記チャンバ（１２）の内部に取り付け可能な円筒状のターゲット（１４）とを備え、作動時に、前記ターゲット表面上の領域（１６）がスパッタリングされる、基板の被膜用の装置（１０）であって、
   管状のシャッタ（１８）をさらに備え、前記シャッタ（１８）は、軸方向に引き出し可能で、かつ軸方向に引き戻し可能であり、引き出された位置で前記スパッタリング領域（１６）を実質的に覆い、かつ引き戻された位置で前記スパッタリング領域を実質的に露出させるように構成されている、装置。
2. 前記ターゲットと前記シャッタとの間の間隙にガスを供給するためのガス分配システム（２２）をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
3. 前記シャッタ（１８）は、導電材料から作製され、かつ前記ターゲットに相対してバイアスを電気的にかけられる構成となっている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記シャッタ（１８）と前記ターゲット（１４）との間の間隙は、前記シャッタ（１８）が前記引き出された状態にあるときに、前記シャッタ（１８）と前記ターゲット（１４）との間で少なくともプラズマを点火するために十分な広さを有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記シャッタ（１８）は、前記引き出された位置で前記ターゲット（１４）を覆い、かつ前記引き戻された位置で前記ターゲットを露出させるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記シャッタ（１８）には、前記ターゲット（１４）の周囲にガスを保つための筐体が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記シャッタ（１８）は、少なくとも２つの分解可能なセグメント（１４０，１４０’）から組み立てられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ターゲット（１４）および前記シャッタ（１８）は、前記チャンバ（１２）内の中央に取り付けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記装置（１０）は、前記ターゲットを中心として前記基板を回転させる遊星状の基板ホルダー（２４）をさらに備え、前記管状のシャッタ（１８）は、前記遊星状の基板ホルダー（２４）と前記ターゲット（１４）との間で引き出し可能で、かつ引き戻し可能に構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載された基板の被膜用の装置によって基板を被膜する方法であって、
    ａ）前記被膜用の装置に前記基板を装填するステップと、
    ｂ）前記チャンバを低圧にポンピングするステップと、
    ｃ）積層被膜を前記基板に形成するステップであって、前記積層のそれぞれの層が、スパッタ堆積、反応スパッタ堆積、化学蒸着、またはその組合せの群から選択される処理手段によって形成される、ステップと
    ｄ）前記積層ができ上がったときに、前記被膜のための処理を停止するステップと、
    ｅ）前記チャンバを大気圧にするために、ガスを前記チャンバに供給し、前記基板を前記被膜用の装置から取り出すステップと、
    を含む方法であって、
    前記ステップｂ）からステップｅ）までのいずれかの間に、またはいずれかの最中に、
    −前記管状のシャッタを前記スパッタリングの領域を覆うように引き出すサブステップと、
    −前記ターゲットと前記シャッタとの間の間隙に、プラズマを点火するためのガス圧をもたらすサブステップと、
    −前記ターゲットと前記シャッタとの間でプラズマを点火するサブステップと、
    −前記シャッタを引き戻すか、または引き戻さないサブステップと、
    −前記プラズマを消すサブステップと、
    を含むステップが導入可能となっている、方法。
11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載された被膜用の装置において基板を被膜する方法であって、
    ａ）前記基板を前記被膜用の装置に装填するステップと、
    ｂ）前記チャンバを低圧にポンピングするステップと、
    ｃ）積層被膜を前記基板に形成するステップであって、前記積層のそれぞれの層が、スパッタ堆積、反応スパッタ堆積、化学蒸着、またはその組合せの群から選択される処理手段によって形成される、ステップと
    ｄ）前記動作手順が完了したとき、前記被膜のための処理を停止するステップと、
    ｅ）前記チャンバを大気圧にするために、ガスを前記チャンバに供給し、前記基板を前記被膜用の装置から取り出すステップと、
    を含む方法であり、
    前記ステップｂ）からステップｅ）までのいずれかの間に、またはいずれかの最中に、
    −前記ターゲットを覆うように前記管状のシャッタを引き出すサブステップと、
    −前記ターゲットと前記シャッタとの間の間隙にプラズマを点火するためのガス圧をもたらすサブステップと、
    −前記ターゲットと前記シャッタとの間でプラズマを点火するサブステップと、
    −前記シャッタを引き戻すか、または引き戻さないサブステップと、
    −前記プラズマを消すサブステップと、
    を含むステップが導入可能となっている、方法。

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