JP3420594B2 - スパッタ被覆装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタターゲットに
おいてプラズマで増大させる装置及び方法、並びに、基
体上に堆積させた選定された物質を反応させるためのこ
の増大プラズマの使用に関する。
おいてプラズマで増大させる装置及び方法、並びに、基
体上に堆積させた選定された物質を反応させるためのこ
の増大プラズマの使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属化合物の薄膜を堆積させるための反
応性ＤＣマグネトロンスパッタリングの使用は、以前か
ら知られている。多くのこのような反応性スパッタリン
グは、金属ターゲットの上方に基体が固定され、堆積さ
れた金属膜の結合（compounding）が金属原子の堆積と
同じ時及び同じ場所において生ずるような形態において
行われる。その場合、合理的な堆積速度においての理論
量の膜の達成には、基体上の膜は十分に結合されるがス
パッタターゲット面はそうならないように、注意深く条
件を平衡させることが必要となる。このようなターゲッ
トの「被毒」は、スパッタリング速度を著しく遅くし、
時にはターゲット面にアークを発生させる（arcing）た
めである。
応性ＤＣマグネトロンスパッタリングの使用は、以前か
ら知られている。多くのこのような反応性スパッタリン
グは、金属ターゲットの上方に基体が固定され、堆積さ
れた金属膜の結合（compounding）が金属原子の堆積と
同じ時及び同じ場所において生ずるような形態において
行われる。その場合、合理的な堆積速度においての理論
量の膜の達成には、基体上の膜は十分に結合されるがス
パッタターゲット面はそうならないように、注意深く条
件を平衡させることが必要となる。このようなターゲッ
トの「被毒」は、スパッタリング速度を著しく遅くし、
時にはターゲット面にアークを発生させる（arcing）た
めである。
【０００３】米国特許第４４２０３８５号には、金属化
合物をその上に堆積させる基体をスパッタターゲットの
上方及び反応雰囲気の内部に交互に通過させる技術が開
示されている。これにより金属原子の堆積が少くとも部
分的に時間及び空間について膜の結合から隔だてられ
る。この分離の程度は、スパッタリング域と結合域との
間の雰囲気の遮断の度合に依存する。
合物をその上に堆積させる基体をスパッタターゲットの
上方及び反応雰囲気の内部に交互に通過させる技術が開
示されている。これにより金属原子の堆積が少くとも部
分的に時間及び空間について膜の結合から隔だてられ
る。この分離の程度は、スパッタリング域と結合域との
間の雰囲気の遮断の度合に依存する。
【０００４】前記米国特許には、反応速度を高くするた
めに結合域においてプラズマを使用することも開示して
いる。一例として、結合域（酸化域）にある酸素がプラ
ズマによって活性化されると、酸化物被覆の堆積が増大
する。それは、励起された酸素種は基底状態のＯ2分子
に比べて著しく容易に金属膜と反応するためである。
めに結合域においてプラズマを使用することも開示して
いる。一例として、結合域（酸化域）にある酸素がプラ
ズマによって活性化されると、酸化物被覆の堆積が増大
する。それは、励起された酸素種は基底状態のＯ2分子
に比べて著しく容易に金属膜と反応するためである。
【０００５】米国特許第４８５１０９５号には、米国特
許第４４２０３８５号に開示された一般的な装置の特定
の実施態様が開示されている。米国特許第４４２０３８
５号には、堆積域と反応域との分離が一般的に開示され
ており、この分離の度合についての特定ないし限定はな
されず、反応域においてのプラズマの活性化の利点が説
明されているが、米国特許第４８５１０９５号には、反
応域としての局在化されたプラズマが示され、このプラ
ズマを物理的及び雰囲気的に堆積域から分離させること
が強調されている。実際に、米国特許第４８５１０９５
号は、反応域と堆積域との物理的及び雰囲気的な分離を
強調している点で、米国特許第４４２０３８５号と相違
している。
許第４４２０３８５号に開示された一般的な装置の特定
の実施態様が開示されている。米国特許第４４２０３８
５号には、堆積域と反応域との分離が一般的に開示され
ており、この分離の度合についての特定ないし限定はな
されず、反応域においてのプラズマの活性化の利点が説
明されているが、米国特許第４８５１０９５号には、反
応域としての局在化されたプラズマが示され、このプラ
ズマを物理的及び雰囲気的に堆積域から分離させること
が強調されている。実際に、米国特許第４８５１０９５
号は、反応域と堆積域との物理的及び雰囲気的な分離を
強調している点で、米国特許第４４２０３８５号と相違
している。
【０００６】前記の技術の実施による不可避的な結果と
しての、いくつかの不具合が存在する。これらの不具合
の多くは、反応域と堆積域とを物理的及び雰囲気的に分
離する必要に由来している。一例として、この分離は、
或る真空室内に配設しうる反応域及びターゲットの数を
明確に制限するため、膜の全堆積速度が制限される。別
の例として、米国特許第４８５１０９５号の２つの非連
続域間に未反応膜が曝露されると、成長中の膜がバック
グラウンドガスによって汚染される結果が招来される。
更に別の例として、活性化プラズマとスパッタリングタ
ーゲットからのプラズマとの連続性及び合体によって得
られるある相乗的な利点が、２つのプラズマ域の物理的
な分離によって失われる。
しての、いくつかの不具合が存在する。これらの不具合
の多くは、反応域と堆積域とを物理的及び雰囲気的に分
離する必要に由来している。一例として、この分離は、
或る真空室内に配設しうる反応域及びターゲットの数を
明確に制限するため、膜の全堆積速度が制限される。別
の例として、米国特許第４８５１０９５号の２つの非連
続域間に未反応膜が曝露されると、成長中の膜がバック
グラウンドガスによって汚染される結果が招来される。
更に別の例として、活性化プラズマとスパッタリングタ
ーゲットからのプラズマとの連続性及び合体によって得
られるある相乗的な利点が、２つのプラズマ域の物理的
な分離によって失われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、スパッタ域
と活性化域とを雰囲気的にも物理的にも合体させると共
に、バッフル又は差動ポンピングを除くことによって、
これら２つの域のプラズマを実効的に１つの連続したプ
ラズマとし、この１つのプラズマによってターゲットか
ら物質をスパッタすると共にそれを基体と反応させるこ
とによって、前記の不具合を解消しようとするものであ
る。
と活性化域とを雰囲気的にも物理的にも合体させると共
に、バッフル又は差動ポンピングを除くことによって、
これら２つの域のプラズマを実効的に１つの連続したプ
ラズマとし、この１つのプラズマによってターゲットか
ら物質をスパッタすると共にそれを基体と反応させるこ
とによって、前記の不具合を解消しようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、スパッタター
ゲットにおいてプラズマを増大させて空間的に広げる方
法及び装置と、この増大させ広くしたプラズマを用い
て、選定された物質を基体に対してスパッタして、堆積
させた物質を基体と反応させることに存する。この装置
は、米国特許第４８５１０９５号に示されているような
種々の形態の真空室に組込むことができるが、特に、真
空室と、この真空室中に回動可能に取付けられたドラム
（真空室の円周上に配された装置を経て移動する基体を
支持する）とを含む装置に容易に組込むことができる。
ゲットにおいてプラズマを増大させて空間的に広げる方
法及び装置と、この増大させ広くしたプラズマを用い
て、選定された物質を基体に対してスパッタして、堆積
させた物質を基体と反応させることに存する。この装置
は、米国特許第４８５１０９５号に示されているような
種々の形態の真空室に組込むことができるが、特に、真
空室と、この真空室中に回動可能に取付けられたドラム
（真空室の円周上に配された装置を経て移動する基体を
支持する）とを含む装置に容易に組込むことができる。
【０００９】本発明は、選定された物質を基体上に堆積
させうるマグネトロンスパッタリング装置と、このマグ
ネトロンスパッタリング装置のすぐ近くに配置されたプ
ラズマ発生装置とを備えている。プラズマ発生装置とマ
グネトロンスパッタリング装置とは、どちらもプラズマ
を形成しうるが、実際には、これら２つの装置によって
発生したプラズマは、相互に拡散して、１つの連続した
活性化スパッタリングプラズマを形成する。
させうるマグネトロンスパッタリング装置と、このマグ
ネトロンスパッタリング装置のすぐ近くに配置されたプ
ラズマ発生装置とを備えている。プラズマ発生装置とマ
グネトロンスパッタリング装置とは、どちらもプラズマ
を形成しうるが、実際には、これら２つの装置によって
発生したプラズマは、相互に拡散して、１つの連続した
活性化スパッタリングプラズマを形成する。
【００１０】
【実施例】本発明による方法は、一般に、前記米国特許
第４８５１０９５号に開示された装置と同様の、回動ド
ラムを収納した真空室中において実施される。しかし、
本発明の実施に当って、この米国特許のものと同様の真
空ドラムは、図１に示すように変形されている。
第４８５１０９５号に開示された装置と同様の、回動ド
ラムを収納した真空室中において実施される。しかし、
本発明の実施に当って、この米国特許のものと同様の真
空ドラムは、図１に示すように変形されている。
【００１１】図において、スパッタリング装置１０は、
その円周が真空もしくは低圧の環境を画定したハウジン
グ１を備えている。ハウジング１は適宜の真空排気系統
（図示しない）に連結可能となっている。ハウジング１
中の圧力は、通常の作動の際には一般に、１０~4〜１０
~2Torrの範囲にある。マグネトロンスパッタリング装置
５は、真空室（ハウジング１）の円周上に、プラズマ発
生装置６に近接して配置されている。
その円周が真空もしくは低圧の環境を画定したハウジン
グ１を備えている。ハウジング１は適宜の真空排気系統
（図示しない）に連結可能となっている。ハウジング１
中の圧力は、通常の作動の際には一般に、１０~4〜１０
~2Torrの範囲にある。マグネトロンスパッタリング装置
５は、真空室（ハウジング１）の円周上に、プラズマ発
生装置６に近接して配置されている。
【００１２】作動時には、不活性スパッタリングガス
（例えばアルゴン）は、入口４を経て真空室に導入され
る。結合用ガス、例えば酸素も同様に入口４を経て導入
される。回動ドラム２によって支持された基体３が、よ
り大きなプラズマ１１の領域９に回動により進入する
と、ターゲット５からスパッタされた金属が膜状に堆積
される。この膜と結合用ガスとの反応は、領域９におい
てターゲット５の下部に金属が膜状に堆積すると直ちに
開始される。基体３がプラズマ発生装置６の下方のプラ
ズマ領域８に進入する間に、この反応が続けられ、所望
の理論量比において誘電体への膜の転化が完成される。
明らかなように、この一連の操作は、ドラム２の回動に
よって反復実施でき、それによって所望の厚みの誘電膜
が形成される。別のスパッタターゲット−プラズマ発生
装置を設けることによって、種々の材料の多層膜を基体
３に形成することができる。
（例えばアルゴン）は、入口４を経て真空室に導入され
る。結合用ガス、例えば酸素も同様に入口４を経て導入
される。回動ドラム２によって支持された基体３が、よ
り大きなプラズマ１１の領域９に回動により進入する
と、ターゲット５からスパッタされた金属が膜状に堆積
される。この膜と結合用ガスとの反応は、領域９におい
てターゲット５の下部に金属が膜状に堆積すると直ちに
開始される。基体３がプラズマ発生装置６の下方のプラ
ズマ領域８に進入する間に、この反応が続けられ、所望
の理論量比において誘電体への膜の転化が完成される。
明らかなように、この一連の操作は、ドラム２の回動に
よって反復実施でき、それによって所望の厚みの誘電膜
が形成される。別のスパッタターゲット−プラズマ発生
装置を設けることによって、種々の材料の多層膜を基体
３に形成することができる。
【００１３】前述したように、本発明は、プラズマ１１
がターゲット５からプラズマ発生装置６にかけて空間的
に連続し、膜の結合がプラズマ１１中において連続的に
達成される点で、この形式の従来の技術と相違してい
る。プラズマ１１は、実際に、ターゲット５とプラズマ
発生装置６とを電気的に接続している。これは、スパッ
タリングターゲットと反応域とを物理的及び雰囲気的に
隔だてることを教示した前記米国特許第４８５１０９５
号とは際立った対照をなしている。
がターゲット５からプラズマ発生装置６にかけて空間的
に連続し、膜の結合がプラズマ１１中において連続的に
達成される点で、この形式の従来の技術と相違してい
る。プラズマ１１は、実際に、ターゲット５とプラズマ
発生装置６とを電気的に接続している。これは、スパッ
タリングターゲットと反応域とを物理的及び雰囲気的に
隔だてることを教示した前記米国特許第４８５１０９５
号とは際立った対照をなしている。
【００１４】好ましい実施例によれば、プラズマ発生装
置６（図１）は、２．５４ＧＨｚで作動するマイクロ波
装置である。その場合、プラズマ１１は、マイクロ波と
スパッタターゲットとの共働によってつくりだされる。
領域８中のプラズマの自由電子密度が２．５４ＧＨｚ
（普通に用いられる周波数）のマイクロ波の臨界密度よ
りも高いと、プラズマは、マイクロ波に対して実質的に
不透明となり、領域８のプラズマと領域９のプラズマと
の相互拡散によって、連続したプラズマとなる。電子密
度が臨界密度よりも低いか、又は、いわゆるホイッスラ
ーモードが成立するように、円形分極モードにおいてマ
イクロ波を作動させることによって、マイクロ波に対し
てプラズマを十分透明にすると、プラズマ１１は、相互
拡散と、プラズマ１１を通るマイクロ波の相互拡散と吸
収との両方によって、連続したプラズマとなる。
置６（図１）は、２．５４ＧＨｚで作動するマイクロ波
装置である。その場合、プラズマ１１は、マイクロ波と
スパッタターゲットとの共働によってつくりだされる。
領域８中のプラズマの自由電子密度が２．５４ＧＨｚ
（普通に用いられる周波数）のマイクロ波の臨界密度よ
りも高いと、プラズマは、マイクロ波に対して実質的に
不透明となり、領域８のプラズマと領域９のプラズマと
の相互拡散によって、連続したプラズマとなる。電子密
度が臨界密度よりも低いか、又は、いわゆるホイッスラ
ーモードが成立するように、円形分極モードにおいてマ
イクロ波を作動させることによって、マイクロ波に対し
てプラズマを十分透明にすると、プラズマ１１は、相互
拡散と、プラズマ１１を通るマイクロ波の相互拡散と吸
収との両方によって、連続したプラズマとなる。
【００１５】前記のプラズマ発生装置とターゲットとの
間の電気的結合は、常に存在しているが、所望ならば、
スパッタターゲットのところの磁界の設計によって増大
させることができる。従来のマグネトロンスパッタリン
グのターゲット（図２）において、磁界線１８は、ター
ゲット１９の直上の領域に実質的に閉じ込められてい
る。これは、中心部の磁石２０の幅を外側の磁石２１の
幅の２倍とし、外側の磁石２１の全磁束が中心部の磁石
２０を通るようにすることによって達せられる。より新
しい装置（図３）、いわゆる不平衡マグネトロンの場合
には、中心部の磁石２４は、より小形化され、透磁性の
材料に代えられるため、磁束２２の一部分は、ターゲッ
ト２３から離れる方向に押される。この辺縁部の磁界
は、プラズマの一部分をターゲット２３から離れて、基
体３及び連続プラズマ発生装置６（図１）の方に導く。
この不平衡モードの作動は、スパッタ−付勢プラズマの
電気的連続性を増大させるだけでなく、以下に述べるよ
うに、他の有益な効果をもつことができる。
間の電気的結合は、常に存在しているが、所望ならば、
スパッタターゲットのところの磁界の設計によって増大
させることができる。従来のマグネトロンスパッタリン
グのターゲット（図２）において、磁界線１８は、ター
ゲット１９の直上の領域に実質的に閉じ込められてい
る。これは、中心部の磁石２０の幅を外側の磁石２１の
幅の２倍とし、外側の磁石２１の全磁束が中心部の磁石
２０を通るようにすることによって達せられる。より新
しい装置（図３）、いわゆる不平衡マグネトロンの場合
には、中心部の磁石２４は、より小形化され、透磁性の
材料に代えられるため、磁束２２の一部分は、ターゲッ
ト２３から離れる方向に押される。この辺縁部の磁界
は、プラズマの一部分をターゲット２３から離れて、基
体３及び連続プラズマ発生装置６（図１）の方に導く。
この不平衡モードの作動は、スパッタ−付勢プラズマの
電気的連続性を増大させるだけでなく、以下に述べるよ
うに、他の有益な効果をもつことができる。
【００１６】より大きなプラズマ１１は、空間的に連続
しているので、電気的に連続しており、プラズマ１１の
領域８，９は、電気的に結合される。即ち、このプラズ
マ結合によって、スパッタターゲットとマイクロ波装置
との電気的結合が成立し、これは米国特許第４８５１０
９５号とは大きく相違している。図４には、これを示す
ために、図１のプラズマ１１がプラズマ１６として詳示
されている。プラズマ１６中の電流は、イオンと電子と
から成り、複数である。しかし、アース１７を経て電源
１５に至る外部電流及び電源１５からスパッタターゲッ
ト１３に至る外部電流は全て電子である。従って、電源
１５を通る電流に等しい正味の電流がプラズマ１６を通
る。従ってプラズマは抵抗性の電流搬送素子として作用
する。図４に示すように、電子流は、機械形態、補助装
置及びその他の配慮に依存してプラズマからアースに任
意の数の点１２において移行しうる。しかし、どの場合
にも、電子流は、ターゲット１３に電圧が加わる時に、
プラズマ１６から引出される。
しているので、電気的に連続しており、プラズマ１１の
領域８，９は、電気的に結合される。即ち、このプラズ
マ結合によって、スパッタターゲットとマイクロ波装置
との電気的結合が成立し、これは米国特許第４８５１０
９５号とは大きく相違している。図４には、これを示す
ために、図１のプラズマ１１がプラズマ１６として詳示
されている。プラズマ１６中の電流は、イオンと電子と
から成り、複数である。しかし、アース１７を経て電源
１５に至る外部電流及び電源１５からスパッタターゲッ
ト１３に至る外部電流は全て電子である。従って、電源
１５を通る電流に等しい正味の電流がプラズマ１６を通
る。従ってプラズマは抵抗性の電流搬送素子として作用
する。図４に示すように、電子流は、機械形態、補助装
置及びその他の配慮に依存してプラズマからアースに任
意の数の点１２において移行しうる。しかし、どの場合
にも、電子流は、ターゲット１３に電圧が加わる時に、
プラズマ１６から引出される。
【００１７】プラズマ−アース−電源−ターゲット回路
は、ターゲットがプラズマ１６を発生させる特別の電圧
を示す。この電圧以下では電流は存在しない。しかし、
プラズマ１６が発生するや否や、電源は、プラズマ１６
から電流を引出し、この電流は、ターゲット電圧の増大
に伴って増大する。
は、ターゲットがプラズマ１６を発生させる特別の電圧
を示す。この電圧以下では電流は存在しない。しかし、
プラズマ１６が発生するや否や、電源は、プラズマ１６
から電流を引出し、この電流は、ターゲット電圧の増大
に伴って増大する。
【００１８】５”〜１５”（１２．７０〜３８．１cm）
シリコンターゲットについての典型的な電流（Ｉ）−電
圧（Ｖ）曲線を、図５の曲線Ａに示す。ここではマイク
ロ波装置はプラズマの生成に寄与しない。即ち、マイク
ロ波は、曲線Ａの発生において使用されない。実験デー
タから導かれたこの曲線が示すように、ターゲットがプ
ラズマを発生させる特別の電圧（この場合は４１０Ｖ）
以下では、電流は存在しないが、プラズマが発生する
と、電源は、プラズマから電流を引出し始める。
シリコンターゲットについての典型的な電流（Ｉ）−電
圧（Ｖ）曲線を、図５の曲線Ａに示す。ここではマイク
ロ波装置はプラズマの生成に寄与しない。即ち、マイク
ロ波は、曲線Ａの発生において使用されない。実験デー
タから導かれたこの曲線が示すように、ターゲットがプ
ラズマを発生させる特別の電圧（この場合は４１０Ｖ）
以下では、電流は存在しないが、プラズマが発生する
と、電源は、プラズマから電流を引出し始める。
【００１９】これと対照的に、図５の曲線Ｂは、スパッ
タターゲット電圧を最初０に設定し、マイクロ波装置の
みを用いてプラズマを発生させたことによって得たデー
タに基づいている。視覚的には、このプラズマは、スパ
ッタターゲットを包むように延長されていることが認め
られている。スパッタターゲット電源への電圧を０から
増大させてゆくと、電源は、直ちに、マイクロ波発生プ
ラズマから電流を引出し始めた。更に電圧を高め、ター
ゲットに向って加速される正イオンによって、ターゲッ
ト面から２次電子放出が生ずると、スパッタ電源がプラ
ズマに寄与し始めた。これらの条件の下に、電圧Ｖの増
大に伴う電流Ｉを測定することによって、曲線Ｂが得ら
れた。
タターゲット電圧を最初０に設定し、マイクロ波装置の
みを用いてプラズマを発生させたことによって得たデー
タに基づいている。視覚的には、このプラズマは、スパ
ッタターゲットを包むように延長されていることが認め
られている。スパッタターゲット電源への電圧を０から
増大させてゆくと、電源は、直ちに、マイクロ波発生プ
ラズマから電流を引出し始めた。更に電圧を高め、ター
ゲットに向って加速される正イオンによって、ターゲッ
ト面から２次電子放出が生ずると、スパッタ電源がプラ
ズマに寄与し始めた。これらの条件の下に、電圧Ｖの増
大に伴う電流Ｉを測定することによって、曲線Ｂが得ら
れた。
【００２０】曲線Ａ，Ｂの比較によって次のことが知ら
れる。第１に、明らかなように、ターゲットプラズマ２
の発生前にも、マイクロ波プラズマからは、相当大きな
電流が引出される。第２に、ターゲットに電圧を加える
前にマイクロ波プラズマが発生すると、ターゲットプラ
ズマは、より低い電圧において発生する。実際に、曲線
Ｂからは、どの点でターゲットプラズマが発生したかが
明らかでないことがあり、これは、曲線Ａの場合と際立
った対照をなしている。
れる。第１に、明らかなように、ターゲットプラズマ２
の発生前にも、マイクロ波プラズマからは、相当大きな
電流が引出される。第２に、ターゲットに電圧を加える
前にマイクロ波プラズマが発生すると、ターゲットプラ
ズマは、より低い電圧において発生する。実際に、曲線
Ｂからは、どの点でターゲットプラズマが発生したかが
明らかでないことがあり、これは、曲線Ａの場合と際立
った対照をなしている。
【００２１】これら２点から、スパッタマグネトロンと
マイクロ波装置とがプラズマの発生において、一体のユ
ニットとして作動し、そのうち一方を変更すると、他の
ものの作動が影響されることが明らかとなる。これは一
例として、マイクロ波電力を増大させると、マグネトロ
ンスパッタ供給部を通って所定の電流を維持するのに必
要な電圧が減少することからも一層明らかにされる。こ
れは、マイクロ波電力の増大によってプラズマの抵抗が
減少することを念頭におくことによって説明される。
マイクロ波装置とがプラズマの発生において、一体のユ
ニットとして作動し、そのうち一方を変更すると、他の
ものの作動が影響されることが明らかとなる。これは一
例として、マイクロ波電力を増大させると、マグネトロ
ンスパッタ供給部を通って所定の電流を維持するのに必
要な電圧が減少することからも一層明らかにされる。こ
れは、マイクロ波電力の増大によってプラズマの抵抗が
減少することを念頭におくことによって説明される。
【００２２】本発明による方法及び装置によれば、従来
の装置に比較して、より高いスパッタ速度が実現され
る。より高いスパッタ速度は、マイクロ波によって誘起
されたプラズマの部分から電流を引出すスパッタカソー
ドの能力から導かれる。この速度の増大は、スパッタタ
ーゲットがマイクロ波プラズマなしのスパッタターゲッ
トの発生電圧よりも低い電圧において認められる。再び
図５を参照して、ターゲット電圧のみでプラズマを発生
させるのに必要な４１０Ｖよりも低い３７０Ｖでは、マ
イクロ波によって生ずるプラズマなしでは、スパッタ速
度は零となる（曲線Ａ）。しかし３７０Ｖでは、本発明
に従った操作によって、スパッタ速度は著しく高くなる
（曲線Ｂ）。
の装置に比較して、より高いスパッタ速度が実現され
る。より高いスパッタ速度は、マイクロ波によって誘起
されたプラズマの部分から電流を引出すスパッタカソー
ドの能力から導かれる。この速度の増大は、スパッタタ
ーゲットがマイクロ波プラズマなしのスパッタターゲッ
トの発生電圧よりも低い電圧において認められる。再び
図５を参照して、ターゲット電圧のみでプラズマを発生
させるのに必要な４１０Ｖよりも低い３７０Ｖでは、マ
イクロ波によって生ずるプラズマなしでは、スパッタ速
度は零となる（曲線Ａ）。しかし３７０Ｖでは、本発明
に従った操作によって、スパッタ速度は著しく高くなる
（曲線Ｂ）。
【００２３】本発明による、低電圧においてプラズマか
らイオン電流を引出しうる能力によって、従来の対応す
る装置よりも低電圧においてのスパッタリングが可能と
なる。スパッタされた原子のエネルギー分布がスパッタ
イオンエネルギーの増大に伴って、より高い値にシフト
されるので、この能力は、より高いエネルギーでスパッ
タされる原子の数を少くして成長中の膜に対する損傷を
最小とする点から、特に有利となる。
らイオン電流を引出しうる能力によって、従来の対応す
る装置よりも低電圧においてのスパッタリングが可能と
なる。スパッタされた原子のエネルギー分布がスパッタ
イオンエネルギーの増大に伴って、より高い値にシフト
されるので、この能力は、より高いエネルギーでスパッ
タされる原子の数を少くして成長中の膜に対する損傷を
最小とする点から、特に有利となる。
【００２４】プラズマの発生電圧よりも高い電圧におい
て、スパッタ速度が増大することも認められた。これ
は、スパッタされた物質の収量曲線とスパッタ速度の収
量及び電流依存性とを考察することによって評価しう
る。「収率」とは、単に、ターゲットを打撃する各々の
イオンによってスパッタされるターゲットの原子の数を
意味する。
て、スパッタ速度が増大することも認められた。これ
は、スパッタされた物質の収量曲線とスパッタ速度の収
量及び電流依存性とを考察することによって評価しう
る。「収率」とは、単に、ターゲットを打撃する各々の
イオンによってスパッタされるターゲットの原子の数を
意味する。
【００２５】被毒されないモードでターゲットを操作す
る際の、毎秒原子数で表わしたスパッタ速度は、基本的
に、下記数式１によって示される。
る際の、毎秒原子数で表わしたスパッタ速度は、基本的
に、下記数式１によって示される。
【００２６】
【数１】
【００２７】ここにＣ1は、ターゲットの形状に依存す
る定数、Ｉは、ターゲットイオン電流（Ａ）、Ｙは、タ
ーゲットに入射する各イオンについてスパッタされる原
子数で表わした収量である。
る定数、Ｉは、ターゲットイオン電流（Ａ）、Ｙは、タ
ーゲットに入射する各イオンについてスパッタされる原
子数で表わした収量である。
【００２８】収量Ｙは、ターゲット電圧Ｖの関数であ
る。この関数は、測定でき、表１において、アルゴン中
にスパッタされるシリコンについて示される。
る。この関数は、測定でき、表１において、アルゴン中
にスパッタされるシリコンについて示される。
【００２９】
【表１】
【００３０】吟味により、この関数は、下記数式２によ
って近似されることが示される。
って近似されることが示される。
【００３１】
【数２】
【００３２】前記数式１を前記数式２に代入し、下記数
式３を得る。
式３を得る。
【００３３】
【数３】
【００３４】ここにＰ＝ＩＶは電力、Ｃ2＝１．８５×
１０~2Ｃ1（定数）である。ところで実際のシステムで
は、最大スパッタ速度は、後板からのデイボンディング
（debonding）又は過熱による反りによって損傷なしに
ターゲットに与えうる電力によって制限される。即ち、
スパッタ速度を最大とするには、電力の値を最大可能値
まで増大させる。本発明がこの最大電力において、より
高いスパッタ速度を実現することを評価するために
Ｒ’，Ｉ’を、プラズマの発生に寄与するマイクロ波装
置なしの速度及び電流とすると、Ｐ＝Ｐ’（実現可能な
最大電力）のため、前記数式３より、下記数式４を得
る。
１０~2Ｃ1（定数）である。ところで実際のシステムで
は、最大スパッタ速度は、後板からのデイボンディング
（debonding）又は過熱による反りによって損傷なしに
ターゲットに与えうる電力によって制限される。即ち、
スパッタ速度を最大とするには、電力の値を最大可能値
まで増大させる。本発明がこの最大電力において、より
高いスパッタ速度を実現することを評価するために
Ｒ’，Ｉ’を、プラズマの発生に寄与するマイクロ波装
置なしの速度及び電流とすると、Ｐ＝Ｐ’（実現可能な
最大電力）のため、前記数式３より、下記数式４を得
る。
【００３５】
【数４】
【００３６】Ｖ’（マイクロ波装置なしに最大電力にお
いて必要となる電圧）は、Ｖ（マイクロ波装置において
必要とされる電圧）より高いので、スパッタ速度Ｒは、
スパッタ速度Ｒ’よりも高くなる。
いて必要となる電圧）は、Ｖ（マイクロ波装置において
必要とされる電圧）より高いので、スパッタ速度Ｒは、
スパッタ速度Ｒ’よりも高くなる。
【００３７】このより高いスパッタリング能力を効率の
高い酸化装置（例えば、好ましい一実施例による、マイ
クロ波発生プラズマ）の使用と組合せると、従来と比べ
て酸化物の堆積速度を著しく高くできる。一例として、
本発明の装置を使用することによって、１８０Å／秒を
超えるターゲット上の速度（over-the-target-rate）に
おいて、清浄なＳｉＯ2が堆積し、この速度は、米国特
許第４４２０３８５号に示された値のほぼ２倍である。
これは、以下の説明からもわかるように、他の物質につ
いても同様である。
高い酸化装置（例えば、好ましい一実施例による、マイ
クロ波発生プラズマ）の使用と組合せると、従来と比べ
て酸化物の堆積速度を著しく高くできる。一例として、
本発明の装置を使用することによって、１８０Å／秒を
超えるターゲット上の速度（over-the-target-rate）に
おいて、清浄なＳｉＯ2が堆積し、この速度は、米国特
許第４４２０３８５号に示された値のほぼ２倍である。
これは、以下の説明からもわかるように、他の物質につ
いても同様である。
【００３８】本発明によれば、ターゲットの表面が酸化
物層によって完全に覆われる前に、即ちターゲットが
「被毒」される前に、真空室中に導入しうる酸素又は他
の反応性ガスの量が増大することが確められている。こ
れは成長中の膜と容易に反応する活性の酸素種を生成さ
せる増大プラズマの能力に起因する。この膜は、真空ポ
ンプを反応性ガスの第１のポンプとして、実際には、そ
の第２のポンプである。この第２のポンプのポンピング
の速度は、酸素又は他の反応性ガスがより反応性となる
ことによって、より高くなる。本発明による装置は、一
実施例によれば、２０．３〜２５．４cm（８〜１０イン
チ）の長さのプラズマ上に分布されたマイクロ波電力２
〜３ｋＷにおいて作動する。これは、一例としての、米
国特許第４４２０３８５号に示された、５０．８〜６
３．５cm（２０〜２５インチ）上に分配された数１００
Ｗと際立った対照をなしている。本発明による広く且つ
増大されたプラズマへのこの大入力電力は、反応性ガス
を励起し、従って、成長中の膜のポンピング速度を高く
する上に、特別に有効である。
物層によって完全に覆われる前に、即ちターゲットが
「被毒」される前に、真空室中に導入しうる酸素又は他
の反応性ガスの量が増大することが確められている。こ
れは成長中の膜と容易に反応する活性の酸素種を生成さ
せる増大プラズマの能力に起因する。この膜は、真空ポ
ンプを反応性ガスの第１のポンプとして、実際には、そ
の第２のポンプである。この第２のポンプのポンピング
の速度は、酸素又は他の反応性ガスがより反応性となる
ことによって、より高くなる。本発明による装置は、一
実施例によれば、２０．３〜２５．４cm（８〜１０イン
チ）の長さのプラズマ上に分布されたマイクロ波電力２
〜３ｋＷにおいて作動する。これは、一例としての、米
国特許第４４２０３８５号に示された、５０．８〜６
３．５cm（２０〜２５インチ）上に分配された数１００
Ｗと際立った対照をなしている。本発明による広く且つ
増大されたプラズマへのこの大入力電力は、反応性ガス
を励起し、従って、成長中の膜のポンピング速度を高く
する上に、特別に有効である。
【００３９】本発明によるスパッタリング装置は、ター
ゲットの被毒前に最大可能な量の反応性ガスによって操
作することが屡々望ましいが、時には、それが望ましく
ないこともある。本発明によるスパッタリング装置は、
活性種を生成させる高効率性によって、ターゲットの被
毒レベルよりも十分に低い反応性ガスの流量において、
完全な酸化又は窒化を屡々与える。この作動モードは、
非常に安定な作動が望まれる場合に、即ち、装置の特性
曲線の被毒ニーから十分に離れた箇所において操作する
場合に屡々好適である。
ゲットの被毒前に最大可能な量の反応性ガスによって操
作することが屡々望ましいが、時には、それが望ましく
ないこともある。本発明によるスパッタリング装置は、
活性種を生成させる高効率性によって、ターゲットの被
毒レベルよりも十分に低い反応性ガスの流量において、
完全な酸化又は窒化を屡々与える。この作動モードは、
非常に安定な作動が望まれる場合に、即ち、装置の特性
曲線の被毒ニーから十分に離れた箇所において操作する
場合に屡々好適である。
【００４０】本発明のある実施態様によれば、マグネト
ロンスパッタリングに通常用いられるよりも著しく低い
圧力においてプラズマを発生させうることについては、
前述した通りである。典型的には、ＤＣマグネトロンは
１０~3Torrよりも高い圧力を必要とするが、本発明によ
れば、１０~4Torrよりも十分に低い圧力にプラズマを発
生させることができる。即ち、本発明によれば、平均衝
突行程が５０cmよりも大きな圧力において、スパッタリ
ング電流を引出すことができる。これは、直線状（line
-of-sight）の堆積が必要な場合（即ち、スパッタされ
た原子の散乱が成長中の膜にとって有害な場合）に有利
となりうる。これによって、一例として、多孔性膜又は
応力下の膜を生じうる。高入射角の堆積が防止される。
ロンスパッタリングに通常用いられるよりも著しく低い
圧力においてプラズマを発生させうることについては、
前述した通りである。典型的には、ＤＣマグネトロンは
１０~3Torrよりも高い圧力を必要とするが、本発明によ
れば、１０~4Torrよりも十分に低い圧力にプラズマを発
生させることができる。即ち、本発明によれば、平均衝
突行程が５０cmよりも大きな圧力において、スパッタリ
ング電流を引出すことができる。これは、直線状（line
-of-sight）の堆積が必要な場合（即ち、スパッタされ
た原子の散乱が成長中の膜にとって有害な場合）に有利
となりうる。これによって、一例として、多孔性膜又は
応力下の膜を生じうる。高入射角の堆積が防止される。
【００４１】プラズマ増大装置としてマイクロ波発生装
置を使用することによって低圧の作動が達せられる。図
１において、プラズマ発生装置６を介してプラズマ増大
装置に入ったマイクロ波は、金属ドラム２から反射さ
れ、ドラム２の上方の領域（プラズマが望まれる領域）
に強力な定在波を発生させる。即ちドラム２は、高Ｑマ
イクロ波空洞の一部分となり、この空洞中において、約
５×１０~4Torrの圧力までプラズマを発生させうる強力
な場が発生され維持される。
置を使用することによって低圧の作動が達せられる。図
１において、プラズマ発生装置６を介してプラズマ増大
装置に入ったマイクロ波は、金属ドラム２から反射さ
れ、ドラム２の上方の領域（プラズマが望まれる領域）
に強力な定在波を発生させる。即ちドラム２は、高Ｑマ
イクロ波空洞の一部分となり、この空洞中において、約
５×１０~4Torrの圧力までプラズマを発生させうる強力
な場が発生され維持される。
【００４２】１０~4よりも低い圧力において、本発明の
スパッタリング装置を作動させるには、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）作動が必要とされる。ＥＣＲは、周
知の現象であり、印加された一定の磁界Ｂの周りの電子
の回転周波数が重畳された電磁界の周波数に平衡された
時に発生する。この電子サイクロトロン周波数ｆは、下
記数式５によって表わされる。
スパッタリング装置を作動させるには、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）作動が必要とされる。ＥＣＲは、周
知の現象であり、印加された一定の磁界Ｂの周りの電子
の回転周波数が重畳された電磁界の周波数に平衡された
時に発生する。この電子サイクロトロン周波数ｆは、下
記数式５によって表わされる。
【００４３】
【数５】
【００４４】ここにｅ，ｍは、それぞれ電子の電荷及び
質量を表わす。マイクロ波の周波数ｆが２．５４ＧＨｚ
（これはマイクロ波オーブンマグネトロンが容易に入手
しうるため普通に用いられる周波数である）の場合、前
記式５の磁界Ｂは、８７５ガウスである。
質量を表わす。マイクロ波の周波数ｆが２．５４ＧＨｚ
（これはマイクロ波オーブンマグネトロンが容易に入手
しうるため普通に用いられる周波数である）の場合、前
記式５の磁界Ｂは、８７５ガウスである。
【００４５】本発明によれば、ＥＣＲ操作用の磁界Ｂ
は、いろいろの仕方で発生させることができる。一例と
して、電気を運ぶコイルは、真空室に入るところでマイ
クロ波導波管の回りに巻付けることができる。別の方法
によれば、真空室のマイクロ波の窓のところに永久磁石
を配置するだけで良い。このようにすると、ＥＣＲ誘起
プラズマは、磁界が８７５ガウスになっている永久磁石
の周りの領域において発生する。
は、いろいろの仕方で発生させることができる。一例と
して、電気を運ぶコイルは、真空室に入るところでマイ
クロ波導波管の回りに巻付けることができる。別の方法
によれば、真空室のマイクロ波の窓のところに永久磁石
を配置するだけで良い。このようにすると、ＥＣＲ誘起
プラズマは、磁界が８７５ガウスになっている永久磁石
の周りの領域において発生する。
【００４６】本発明によれば、従来の装置を用いた場合
よりも一層効率的に、或る非酸化物の誘電体を堆積させ
ることができる。一例として窒化チタン（ＴｉＮ）は、
耐摩耗性の被覆として屡々用いられる周知の被覆であ
る。このものは、その最適の耐摩耗形態において、導電
性であり、屡々黄色である。他方では、二酸化チタン
は、光学フィルタにおいて屡々用いられる清浄な被覆で
ある。金属チタンは、酸素と容易に反応するが、基本的
には窒素とは反応しない。従って、ＴｉＮ膜を得るに
は、窒素を励起してそれをより反応性とするための、プ
ラズマが必要とされ、また酸素は堆積系からできる限り
除くことが必要とされる。
よりも一層効率的に、或る非酸化物の誘電体を堆積させ
ることができる。一例として窒化チタン（ＴｉＮ）は、
耐摩耗性の被覆として屡々用いられる周知の被覆であ
る。このものは、その最適の耐摩耗形態において、導電
性であり、屡々黄色である。他方では、二酸化チタン
は、光学フィルタにおいて屡々用いられる清浄な被覆で
ある。金属チタンは、酸素と容易に反応するが、基本的
には窒素とは反応しない。従って、ＴｉＮ膜を得るに
は、窒素を励起してそれをより反応性とするための、プ
ラズマが必要とされ、また酸素は堆積系からできる限り
除くことが必要とされる。
【００４７】本発明に従ってＴｉＮの薄膜を堆積させる
には、チタンターゲットを使用し、最初にポンプで圧力
を下げた後、窒素を系内に導入する。ポンプで圧力を下
げる（ポンプダウンする）と、酸素が系から除かれる。
温度及び真空室の履歴は、所要の時間を定める上の重要
な変数である。一例として、真空室が前回の操作によっ
てその壁面上に熱い多孔性の被覆を有していた場合は、
水蒸気がその壁面から脱着されるのに長い時間が必要と
なりうる。そのため系中にはいつも多少の残留酸素が存
在し、この酸素は、スパッタされたＴｉ膜と反応するこ
とについて窒素と競合する。酸素は窒素よりも高反応性
であり、ごく少量でも有害となりうる。
には、チタンターゲットを使用し、最初にポンプで圧力
を下げた後、窒素を系内に導入する。ポンプで圧力を下
げる（ポンプダウンする）と、酸素が系から除かれる。
温度及び真空室の履歴は、所要の時間を定める上の重要
な変数である。一例として、真空室が前回の操作によっ
てその壁面上に熱い多孔性の被覆を有していた場合は、
水蒸気がその壁面から脱着されるのに長い時間が必要と
なりうる。そのため系中にはいつも多少の残留酸素が存
在し、この酸素は、スパッタされたＴｉ膜と反応するこ
とについて窒素と競合する。酸素は窒素よりも高反応性
であり、ごく少量でも有害となりうる。
【００４８】ＴｉＮを堆積させるために本発明を適用す
る場合、一例として３０ｒｐｍにおいて回転するドラム
上に基体を配置する。マイクロ波源が、図１に示すよう
に、マグネトロンスパッタターゲットの反時計方向側に
配置されていれば、Ｔｉ金属は、マグネトロンの付近に
のみスパッタリングされ、基体はその後にマイクロ波装
置によって管理される領域中に直接に移行する。ターゲ
ット部位において開始された反応は、マイクロ波装置の
部位において終了し、マイクロ波入力域を通過した後に
反応に利用可能な遊離Ｔｉは存在していないので、バッ
クグラウンド酸素への曝露は最小となる。
る場合、一例として３０ｒｐｍにおいて回転するドラム
上に基体を配置する。マイクロ波源が、図１に示すよう
に、マグネトロンスパッタターゲットの反時計方向側に
配置されていれば、Ｔｉ金属は、マグネトロンの付近に
のみスパッタリングされ、基体はその後にマイクロ波装
置によって管理される領域中に直接に移行する。ターゲ
ット部位において開始された反応は、マイクロ波装置の
部位において終了し、マイクロ波入力域を通過した後に
反応に利用可能な遊離Ｔｉは存在していないので、バッ
クグラウンド酸素への曝露は最小となる。
【００４９】ドラムが時計方向に回動すると、Ｔｉは、
スパッタターゲットの下方において部分的に反応し、こ
の部分的に反応した膜は、２秒より少し短い時間（これ
は基体がマイクロ波装置に到達するまでドラムを回動さ
せるのに必要な時間である）バックグラウンド酸素に曝
露される。これによって膜が潜在的に酸化される。
スパッタターゲットの下方において部分的に反応し、こ
の部分的に反応した膜は、２秒より少し短い時間（これ
は基体がマイクロ波装置に到達するまでドラムを回動さ
せるのに必要な時間である）バックグラウンド酸素に曝
露される。これによって膜が潜在的に酸化される。
【００５０】以上の説明からわかるように、スパッタタ
ーゲットとマイクロ波との反応域を物理的に離隔させ
た、米国特許第４８５１０９５号に示される方式に従っ
て操作を行う場合には、金属が酸素と比較的容易に反応
する非金属酸化物膜を堆積させる際に、残留酸素を系内
から除くことに多くの注意を払わねばならない。活性域
の間の自由な空間において消費される時間は、単一の連
続した活性化域がある本発明の装置によった場合のよう
には、従来の技術によっては最小にできない。その実際
的な結果として、本発明によれば、従来の技術によった
場合に比べて、ポンプダウン時間が短くなり、装置の清
浄さに注意を払う必要性が少くなるため、経済的に有利
となる。
ーゲットとマイクロ波との反応域を物理的に離隔させ
た、米国特許第４８５１０９５号に示される方式に従っ
て操作を行う場合には、金属が酸素と比較的容易に反応
する非金属酸化物膜を堆積させる際に、残留酸素を系内
から除くことに多くの注意を払わねばならない。活性域
の間の自由な空間において消費される時間は、単一の連
続した活性化域がある本発明の装置によった場合のよう
には、従来の技術によっては最小にできない。その実際
的な結果として、本発明によれば、従来の技術によった
場合に比べて、ポンプダウン時間が短くなり、装置の清
浄さに注意を払う必要性が少くなるため、経済的に有利
となる。
【００５１】本発明の他の利点は、図３について簡単に
述べたように、スパッタターゲットを不平衡モードに従
って構成した実施例によって得られる。周知のように、
薄膜の品質は、堆積の間に活性化原子による膜のボンバ
ードによって影響される。これらの原子のエネルギー
は、好ましくは、成長中の膜の周りに原子を移動させる
に足る程大きいが、膜の著しいスパッタリングを避ける
に足る程小さくする。換言すると、原子の再スパッタリ
ングを避けつつ、その可動度を高くすることが望まし
い。これは、ボンバード種のエネルギーが約１０〜１０
０電子Ｖであった場合に最も良く達せられる。図３の不
平衡マグネトロンは、この範囲のエネルギー値において
基体にイオンを供与する。ターゲットの上方の発散磁界
中のプラズマ部分中の自由電子がこの磁界により基体の
方に案内されることによって、そのようになる。これら
の電子は、より弱い磁界域に向って移動する間に、磁気
ミラー効果によってエネルギーを獲得する。好ましい基
体ボンバードのためのエネルギーを与えることが望まれ
る種である正イオンは、重すぎて、発散磁界によっては
十分に案内できないため、両極性拡散によって、基体に
向って加速される。即ち、負イオンによって正イオンを
帯同する。
述べたように、スパッタターゲットを不平衡モードに従
って構成した実施例によって得られる。周知のように、
薄膜の品質は、堆積の間に活性化原子による膜のボンバ
ードによって影響される。これらの原子のエネルギー
は、好ましくは、成長中の膜の周りに原子を移動させる
に足る程大きいが、膜の著しいスパッタリングを避ける
に足る程小さくする。換言すると、原子の再スパッタリ
ングを避けつつ、その可動度を高くすることが望まし
い。これは、ボンバード種のエネルギーが約１０〜１０
０電子Ｖであった場合に最も良く達せられる。図３の不
平衡マグネトロンは、この範囲のエネルギー値において
基体にイオンを供与する。ターゲットの上方の発散磁界
中のプラズマ部分中の自由電子がこの磁界により基体の
方に案内されることによって、そのようになる。これら
の電子は、より弱い磁界域に向って移動する間に、磁気
ミラー効果によってエネルギーを獲得する。好ましい基
体ボンバードのためのエネルギーを与えることが望まれ
る種である正イオンは、重すぎて、発散磁界によっては
十分に案内できないため、両極性拡散によって、基体に
向って加速される。即ち、負イオンによって正イオンを
帯同する。
【００５２】本発明によれば、不平衡マグネトロンは、
スパッタターゲットとして使用でき、プラズマの増大及
び広がりは、一例として、好ましい実施例の一部分とし
て前述したマイクロ波装置によって供与する。また不平
衡マグネトロンは、それ自体平衡型でも不平衡型でも良
い別の連続したスパッタターゲットと共に、補助プラズ
マ発生器としても使用しうる。このモードでは、不平衡
の補助プラズマ発生装置は、被毒モードで作動して、強
力なプラズマを供与すると共に、高速でスパッタリング
を行い、スパッタターゲット自体は、無被毒モードで作
動して所望の金属原子を高速で供与する。２個のターゲ
ット（一方は被毒され、他は被毒されていない）のこの
複式の作動は、単に一方のスパッタターゲットは被毒し
ない程度の高い電力で作動させ、他方のスパッタターゲ
ットは、被毒するに足る低電力で作動させることによっ
て、反応性ガスの圧力が両方のターゲットについて同一
であったとしても、容易に達せられる。
スパッタターゲットとして使用でき、プラズマの増大及
び広がりは、一例として、好ましい実施例の一部分とし
て前述したマイクロ波装置によって供与する。また不平
衡マグネトロンは、それ自体平衡型でも不平衡型でも良
い別の連続したスパッタターゲットと共に、補助プラズ
マ発生器としても使用しうる。このモードでは、不平衡
の補助プラズマ発生装置は、被毒モードで作動して、強
力なプラズマを供与すると共に、高速でスパッタリング
を行い、スパッタターゲット自体は、無被毒モードで作
動して所望の金属原子を高速で供与する。２個のターゲ
ット（一方は被毒され、他は被毒されていない）のこの
複式の作動は、単に一方のスパッタターゲットは被毒し
ない程度の高い電力で作動させ、他方のスパッタターゲ
ットは、被毒するに足る低電力で作動させることによっ
て、反応性ガスの圧力が両方のターゲットについて同一
であったとしても、容易に達せられる。
【００５３】スパッタターゲット（平衡型又は不平衡
型）を、スパッタプラズマを広げ且つ増大させるための
補助装置として用いる場合、補助ターゲットの材質につ
いての問題が提起される。以上の説明では、補助ターゲ
ットが主ターゲットと同じ材質であり、従ってこれから
スパッタされた物質が単に成長中の膜に付加され、これ
を汚染させないものと想定していた。これは、プラズマ
を増大させる上に不都合であったり、非効率的であった
りする。後者の場合は、被毒された表面層を補助ターゲ
ットから取除いて清浄にすることなく、不十分な電力を
加えた場合である。別の屡々用いられるアプローチは、
スパッタ収量が少いか又は成長中の膜に少量組込まれて
も実用上不利な結果がもたらされない別の材料から補助
ターゲットを作成することである。例えば、Ａｌ2Ｏ3の
堆積にあたり、被毒Ｓｉターゲットを補助ターゲットと
して、また無被毒のＡｌターゲットを主ターゲットとし
て、それぞれ用いることができる。シリコンは、無被毒
の状態でも、アルミニウムの半分以下のスパッタ収量を
もつため、膜に組込まれるのは、ごく少量のＳｉであ
り、それも、ＳｉＯ2としてである。大部分の用途にと
って、Ａｌ2Ｏ3中のこのように少量のＳｉＯ2は有害で
はない。
型）を、スパッタプラズマを広げ且つ増大させるための
補助装置として用いる場合、補助ターゲットの材質につ
いての問題が提起される。以上の説明では、補助ターゲ
ットが主ターゲットと同じ材質であり、従ってこれから
スパッタされた物質が単に成長中の膜に付加され、これ
を汚染させないものと想定していた。これは、プラズマ
を増大させる上に不都合であったり、非効率的であった
りする。後者の場合は、被毒された表面層を補助ターゲ
ットから取除いて清浄にすることなく、不十分な電力を
加えた場合である。別の屡々用いられるアプローチは、
スパッタ収量が少いか又は成長中の膜に少量組込まれて
も実用上不利な結果がもたらされない別の材料から補助
ターゲットを作成することである。例えば、Ａｌ2Ｏ3の
堆積にあたり、被毒Ｓｉターゲットを補助ターゲットと
して、また無被毒のＡｌターゲットを主ターゲットとし
て、それぞれ用いることができる。シリコンは、無被毒
の状態でも、アルミニウムの半分以下のスパッタ収量を
もつため、膜に組込まれるのは、ごく少量のＳｉであ
り、それも、ＳｉＯ2としてである。大部分の用途にと
って、Ａｌ2Ｏ3中のこのように少量のＳｉＯ2は有害で
はない。
【００５４】本発明の好ましい実施例は、図１のプラズ
マ増大装置６として、マイクロ波発生装置を使用する。
図６の側面図に示した実施例は、真空室２５と、基体２
７を取付けた回動ドラム２６とを備えている。一例とし
て溶融石英から成る透明なマイクロ波の窓３０は、真空
室２５の壁部に取付けられている。導波管２８は、窓３
０を通ってマイクロ波を導き、プラズマ３１を増大させ
る。
マ増大装置６として、マイクロ波発生装置を使用する。
図６の側面図に示した実施例は、真空室２５と、基体２
７を取付けた回動ドラム２６とを備えている。一例とし
て溶融石英から成る透明なマイクロ波の窓３０は、真空
室２５の壁部に取付けられている。導波管２８は、窓３
０を通ってマイクロ波を導き、プラズマ３１を増大させ
る。
【００５５】マイクロ波周波数は、２．５４ＧＨｚであ
り、導波管２８及び窓３０は、この周波数に適合した大
きさを有する。導波管２８は、ＷＲ２８４型であり、こ
れは３．８cm〜７．６cm（１．５〜３インチ）の矩形の
形状を有する。窓３０は円形で、直径は約７．６cm（３
インチ）である。マイクロ波電源はマイクロ波３ｋＷを
発生させるもので、導波管２８中のスタブチユーナー２
９を用いてプラズマ３０に同調されている。
り、導波管２８及び窓３０は、この周波数に適合した大
きさを有する。導波管２８は、ＷＲ２８４型であり、こ
れは３．８cm〜７．６cm（１．５〜３インチ）の矩形の
形状を有する。窓３０は円形で、直径は約７．６cm（３
インチ）である。マイクロ波電源はマイクロ波３ｋＷを
発生させるもので、導波管２８中のスタブチユーナー２
９を用いてプラズマ３０に同調されている。
【００５６】一実施例によるスパッタターゲット（図６
には図示しない）は、１２．７×３８．１cm（５×１５
インチ）の大きさであり、マイクロ波の窓３０に近接し
て真空室２５の外周上に配置されている。ターゲットと
窓３０との距離は、典型的には、約２５．４cm（１０イ
ンチ）よりも小さく、プラズマ３１が窓３０の領域とタ
ーゲットの領域との間に容易に拡散することを許容する
ため、本発明の前述した利点が達せられる。操作後に真
空室を検査すると、マイクロ波の窓３０のところに虹様
被膜が認められる。これは、スパッタターゲットの金属
原子及び酸素から形成された金属酸化物の被膜であり、
ターゲット及びマイクロ波発生装置から生成したプラズ
マの結合と、連続プラズマの全領域において金属原子及
び酸素原子が際立って励起されたことを実証している。
には図示しない）は、１２．７×３８．１cm（５×１５
インチ）の大きさであり、マイクロ波の窓３０に近接し
て真空室２５の外周上に配置されている。ターゲットと
窓３０との距離は、典型的には、約２５．４cm（１０イ
ンチ）よりも小さく、プラズマ３１が窓３０の領域とタ
ーゲットの領域との間に容易に拡散することを許容する
ため、本発明の前述した利点が達せられる。操作後に真
空室を検査すると、マイクロ波の窓３０のところに虹様
被膜が認められる。これは、スパッタターゲットの金属
原子及び酸素から形成された金属酸化物の被膜であり、
ターゲット及びマイクロ波発生装置から生成したプラズ
マの結合と、連続プラズマの全領域において金属原子及
び酸素原子が際立って励起されたことを実証している。
【００５７】約０．５ミリTorrより低い圧力においての
作動が望まれる場合、導波管２８の周りに巻付けた電流
を運ぶコイル３３によってプラズマ３１中に磁界３２を
発生させる。このコイルのアンペア回数は、プラズマ３
１中にある面に亘って８７５Ｇの磁界強度を生ずるに足
る値であり、この面にＥＣＲ動作を生じさせる。７５巻
に亘る４００Ａの電流によってこの動作が十分に達せら
れることが見出されている。
作動が望まれる場合、導波管２８の周りに巻付けた電流
を運ぶコイル３３によってプラズマ３１中に磁界３２を
発生させる。このコイルのアンペア回数は、プラズマ３
１中にある面に亘って８７５Ｇの磁界強度を生ずるに足
る値であり、この面にＥＣＲ動作を生じさせる。７５巻
に亘る４００Ａの電流によってこの動作が十分に達せら
れることが見出されている。
【００５８】磁界３２は、ＥＣＲ動作を与えるだけでな
く、高温のプラズマ３１を窓３０から隔だてることによ
って、窓又は真空シールを損傷させずにより大きな電力
を許容する。実際に、磁気ミラー効果は、ＥＣＲ動作に
とって必要なものより低い磁界レベルに発生し、所望な
らば、そのように本発明を適用できる。
く、高温のプラズマ３１を窓３０から隔だてることによ
って、窓又は真空シールを損傷させずにより大きな電力
を許容する。実際に、磁気ミラー効果は、ＥＣＲ動作に
とって必要なものより低い磁界レベルに発生し、所望な
らば、そのように本発明を適用できる。
【００５９】図６に示したような単一のマイクロ波入力
の場合２０．３〜３０．５cm（８〜１２インチ）隔だて
られた基体２７上に形成された膜を反応させうる（正確
な幅はプラズマ電力に依存する）。これは、プラズマ３
１の活性種が７．６２cm（３インチ）のマイクロ波の窓
３０を超えた領域に容易に拡散するためである。より広
い領域に亘る活性化の達成が望まれる場合には、より大
きな負荷とマイクロ波入力の数（各々図６に示したもの
と同一とする）を用いてもよい。例えば、６３．５cm
（２５インチ）のターゲットについて用いる場合、３個
のそのようなソースで十分であり、３個のプラズマ域は
相互並びにターゲット２７の下方の領域に拡散される。
の場合２０．３〜３０．５cm（８〜１２インチ）隔だて
られた基体２７上に形成された膜を反応させうる（正確
な幅はプラズマ電力に依存する）。これは、プラズマ３
１の活性種が７．６２cm（３インチ）のマイクロ波の窓
３０を超えた領域に容易に拡散するためである。より広
い領域に亘る活性化の達成が望まれる場合には、より大
きな負荷とマイクロ波入力の数（各々図６に示したもの
と同一とする）を用いてもよい。例えば、６３．５cm
（２５インチ）のターゲットについて用いる場合、３個
のそのようなソースで十分であり、３個のプラズマ域は
相互並びにターゲット２７の下方の領域に拡散される。
【００６０】これらの別々の入力の代りに、本発明は、
図７に示したマイクロ波ホーンを使用しうる。この実施
例によれば、マイクロ波は、ＷＲ２８４型の導波管３５
を経て、マイクロ波ホーン３６に導入される。ドラムに
沿ったこのホーン３６の長さは、６３．５cm（２５イン
チ）のターゲットと共に用いる場合、約３８．１cm（１
５インチ）である。真空室の壁３８に取付けたマイクロ
波の窓３７は、３８．１cm×７．６cm（１５×３イン
チ）の矩形状である。この構成によれば、長いプラズマ
３９が形成され、それによって、基体４０上の膜の活性
化と、スパッタターゲット（図示しない）との連係動作
とが許容される。
図７に示したマイクロ波ホーンを使用しうる。この実施
例によれば、マイクロ波は、ＷＲ２８４型の導波管３５
を経て、マイクロ波ホーン３６に導入される。ドラムに
沿ったこのホーン３６の長さは、６３．５cm（２５イン
チ）のターゲットと共に用いる場合、約３８．１cm（１
５インチ）である。真空室の壁３８に取付けたマイクロ
波の窓３７は、３８．１cm×７．６cm（１５×３イン
チ）の矩形状である。この構成によれば、長いプラズマ
３９が形成され、それによって、基体４０上の膜の活性
化と、スパッタターゲット（図示しない）との連係動作
とが許容される。
【００６１】マイクロ波を真空室に導入する他の構成、
例えば、米国カルフォルニア州モデスト、ゲーリング・
ラボラトリーズにより市販されている、辺縁磁界アプリ
ケーターの使用も、当業者には明らかであろう。
例えば、米国カルフォルニア州モデスト、ゲーリング・
ラボラトリーズにより市販されている、辺縁磁界アプリ
ケーターの使用も、当業者には明らかであろう。
【００６２】
【実施例１】基体３上にＴｉＮ膜を形成するために、図
１に断面によって示した装置を、金属チタンターゲット
と共に構成し、表２に示した堆積条件を設定した。
１に断面によって示した装置を、金属チタンターゲット
と共に構成し、表２に示した堆積条件を設定した。
【００６３】
【表２】
【００６４】ドラム２を最初に反時計方向に回転させ
て、試料Ａを作成し、次に回転方向を時計方向に反転し
て、試料Ｂを作成した。試料Ａ，Ｂ（膜）ともに部分透
明であったが、試料Ｂは試料Ａより透明であった。試料
Ａの導電度は、１０オーム／平方、試料Ｂの導電度は、
２５オーム／平方であった。これらの測定により、試料
Ａが試料Ｂよりも窒化度が高いことが示された。換言す
ると、試料Ｂは、バックグラウンド酸素により長時間曝
露されたため、部分的に酸化されていた。
て、試料Ａを作成し、次に回転方向を時計方向に反転し
て、試料Ｂを作成した。試料Ａ，Ｂ（膜）ともに部分透
明であったが、試料Ｂは試料Ａより透明であった。試料
Ａの導電度は、１０オーム／平方、試料Ｂの導電度は、
２５オーム／平方であった。これらの測定により、試料
Ａが試料Ｂよりも窒化度が高いことが示された。換言す
ると、試料Ｂは、バックグラウンド酸素により長時間曝
露されたため、部分的に酸化されていた。
【００６５】
【実施例２】基体３上にＳｉＯ2膜を形成するために、
図１に示した装置を、表３に示した堆積条件の下に、シ
リコンターゲット及びマイクロ波発生装置と共に作成し
た。この条件の下に、１８０Å／秒以上のターゲット堆
積速度で、清浄な、十分に酸化されたＳｉＯ2膜が得ら
れた。これは、別々のスパッタ及び堆積域を用いた米国
特許第４８５１０９５号によって達せられる１００Å／
秒の値よりもすぐれていた。
図１に示した装置を、表３に示した堆積条件の下に、シ
リコンターゲット及びマイクロ波発生装置と共に作成し
た。この条件の下に、１８０Å／秒以上のターゲット堆
積速度で、清浄な、十分に酸化されたＳｉＯ2膜が得ら
れた。これは、別々のスパッタ及び堆積域を用いた米国
特許第４８５１０９５号によって達せられる１００Å／
秒の値よりもすぐれていた。
【００６６】
【表３】
【００６７】
【実施例３】五酸化タンタルを堆積させるために、図１
に示した装置を、金属タンタルのターゲット及び表４に
示した堆積条件と共に構成した。この条件の下にＴａ2
Ｏ5の明澄な膜が１２０Å／秒以上のターゲット速度の
下に堆積され、これは、堆積後に焼成を行わずに達せら
れた。これは米国特許第４８５１０５１号に教示された
薄膜の酸化の完成に普通に用いられる方法である。
に示した装置を、金属タンタルのターゲット及び表４に
示した堆積条件と共に構成した。この条件の下にＴａ2
Ｏ5の明澄な膜が１２０Å／秒以上のターゲット速度の
下に堆積され、これは、堆積後に焼成を行わずに達せら
れた。これは米国特許第４８５１０５１号に教示された
薄膜の酸化の完成に普通に用いられる方法である。
【００６８】
【表４】
【００６９】
【実施例４】膜の反応を完成させ、即ち、膜から残留吸
収を除去するために、堆積後焼成を使用しうる場合、Ｔ
ａ2Ｏ5又はＮｂ2Ｏ5などの多くの材料について堆積速度
を高くできる。これは本発明についても同じである。Ｔ
ａ2Ｏ5を堆積させるために、図１に示すように装置を構
成し、表５に示したように堆積条件を設定し、１μｍの
膜を２１０Å／秒の速度で堆積させた。膜は被覆室から
取出した時は吸収した（absorbing）が、６００℃で３
０分間焼成した後は清浄化された。これは米国特許第４
８５１０９５号において達せられた１５０Å／秒と対照
的である。
収を除去するために、堆積後焼成を使用しうる場合、Ｔ
ａ2Ｏ5又はＮｂ2Ｏ5などの多くの材料について堆積速度
を高くできる。これは本発明についても同じである。Ｔ
ａ2Ｏ5を堆積させるために、図１に示すように装置を構
成し、表５に示したように堆積条件を設定し、１μｍの
膜を２１０Å／秒の速度で堆積させた。膜は被覆室から
取出した時は吸収した（absorbing）が、６００℃で３
０分間焼成した後は清浄化された。これは米国特許第４
８５１０９５号において達せられた１５０Å／秒と対照
的である。
【００７０】
【表５】
【００７１】
【実施例５】ＡｌＮ膜を形成するために、図１に示した
装置に、Ａｌターゲットを取付け、表６に示すように堆
積条件を設定した。この条件の下に、６０Å／秒以上の
ターゲット堆積速度で、３．９μｍの硬い清浄なＡｌＮ
膜を作成した。この膜は、透明な耐摩耗性の被膜として
好適であった。
装置に、Ａｌターゲットを取付け、表６に示すように堆
積条件を設定した。この条件の下に、６０Å／秒以上の
ターゲット堆積速度で、３．９μｍの硬い清浄なＡｌＮ
膜を作成した。この膜は、透明な耐摩耗性の被膜として
好適であった。
【００７２】
【表６】
【００７３】
【発明の効果】本発明は、多層干渉フィルタ、不透明な
耐摩耗性被膜、透明な耐摩耗性被膜、積層極薄コヒーレ
ント構造（ＬＵＣＳ）、導電性透明被膜、その他を含む
広い用途を有する。これらの用途のうちのいくつかにつ
いて以下に簡単に説明する。
耐摩耗性被膜、透明な耐摩耗性被膜、積層極薄コヒーレ
ント構造（ＬＵＣＳ）、導電性透明被膜、その他を含む
広い用途を有する。これらの用途のうちのいくつかにつ
いて以下に簡単に説明する。
【００７４】本発明は、薄いターゲットとマイクロ波に
よる補助プラズマとを用いて導電性酸化錫を堆積させる
ために使用した。得られた被膜は、導電度１０4Ω−cm
を有する清浄な皮膜であった。
よる補助プラズマとを用いて導電性酸化錫を堆積させる
ために使用した。得られた被膜は、導電度１０4Ω−cm
を有する清浄な皮膜であった。
【００７５】本発明は、フィルタをランプ上に堆積させ
るのにも好適である。一例として、可視域において透過
させ約２μｍまで赤外域において反射するフィルタを、
自然灯特にタングステンハロゲンランプのためのエネル
ギー装置として使用した。反射した赤外エネルギーは、
低い入力電力においてフィラメント温度を所定のレベル
に保つことによって、低コストで可視光を発生させる。
このようなランプ及びフィルタは周知であり、ＧＥ社に
よって量産され、また米国特許第４８５１０９５号に記
載されている。これらのランプ用ＩＲ反射フィルタは、
スパッタリング−活性化プラズマを通ってランプを移動
させると共に、適宜の補助装置によってランプを回転さ
せることにより、本発明に従って形成しうる。Ｎｂ2Ｏ5
／ＳｉＯ2及びＴｉＯ2／ＳｉＯ2は、フィルタを形成す
るための組合せ材料として用いられる。
るのにも好適である。一例として、可視域において透過
させ約２μｍまで赤外域において反射するフィルタを、
自然灯特にタングステンハロゲンランプのためのエネル
ギー装置として使用した。反射した赤外エネルギーは、
低い入力電力においてフィラメント温度を所定のレベル
に保つことによって、低コストで可視光を発生させる。
このようなランプ及びフィルタは周知であり、ＧＥ社に
よって量産され、また米国特許第４８５１０９５号に記
載されている。これらのランプ用ＩＲ反射フィルタは、
スパッタリング−活性化プラズマを通ってランプを移動
させると共に、適宜の補助装置によってランプを回転さ
せることにより、本発明に従って形成しうる。Ｎｂ2Ｏ5
／ＳｉＯ2及びＴｉＯ2／ＳｉＯ2は、フィルタを形成す
るための組合せ材料として用いられる。
【００７６】多くの製品は、可視光域に高反射を、赤外
域に透過をそれぞれ必要とするため、反射光は「冷」光
である。例として、歯科用ミラー及び焦点にランプを取
付けた小形の放物線形反射器が挙げられる。いわゆるＭ
Ｒ１６’型は後者の例である。これらは横断方向に１６
１／８インチ長の半放物線である。これは例えば、オ
ーバーヘッドプロジェクターに用いられる。本発明は、
これらのＭＲ１６’の被覆用に特に適している。即ち、
高堆積速度によって、非常に安全な酸化物をこの製品に
経済的に堆積させることができる。
域に透過をそれぞれ必要とするため、反射光は「冷」光
である。例として、歯科用ミラー及び焦点にランプを取
付けた小形の放物線形反射器が挙げられる。いわゆるＭ
Ｒ１６’型は後者の例である。これらは横断方向に１６
１／８インチ長の半放物線である。これは例えば、オ
ーバーヘッドプロジェクターに用いられる。本発明は、
これらのＭＲ１６’の被覆用に特に適している。即ち、
高堆積速度によって、非常に安全な酸化物をこの製品に
経済的に堆積させることができる。
【００７７】補助プラズマ発生器に結合した２以上のタ
ーゲットの使用によって、ドラムの回転速度及びスパッ
タ速度の制御により、異種材料の極薄層を交互に容易に
形成できる。一例として、ＳｉＯ2層（６Å）とＴｉＯ2
層（１０Å）とを交互に積層して１μｍの全膜厚とした
構造を、ドラムの回転速度１０ｒｐｍ並びにシリコンタ
ーゲット及びチタンターゲットの電力３ｋＷ及び５ｋＷ
において容易に作成できる。
ーゲットの使用によって、ドラムの回転速度及びスパッ
タ速度の制御により、異種材料の極薄層を交互に容易に
形成できる。一例として、ＳｉＯ2層（６Å）とＴｉＯ2
層（１０Å）とを交互に積層して１μｍの全膜厚とした
構造を、ドラムの回転速度１０ｒｐｍ並びにシリコンタ
ーゲット及びチタンターゲットの電力３ｋＷ及び５ｋＷ
において容易に作成できる。
【００７８】図１に示したドラムは、本発明を使用する
有利な形態であるが、本発明は、これのみに限定されな
い。米国特許第４８５１０９５号の構造にも本発明を有
利に適用することができる。
有利な形態であるが、本発明は、これのみに限定されな
い。米国特許第４８５１０９５号の構造にも本発明を有
利に適用することができる。
【００７９】例えば、図８は、基体を取付けた回転ドラ
ム２の内面のスパッタターゲット５に結合された補助プ
ラズマ発生装置６を示している。別の例として、図９
は、基体を取り付けたドラム２の内面及び外面に結合さ
せた補助装置６とスパッタターゲット５とを示してい
る。
ム２の内面のスパッタターゲット５に結合された補助プ
ラズマ発生装置６を示している。別の例として、図９
は、基体を取り付けたドラム２の内面及び外面に結合さ
せた補助装置６とスパッタターゲット５とを示してい
る。
【００８０】図１０は、真空室１が円筒状の内側及び外
側の真空壁１を有し、結合された補助装置６とスパッタ
ターゲット５とが壁１に取付けられている、新しい「ド
ーナツ形」の形態を示している。明らかなように、この
形態により、ドラムの内側と外側とに指向した基体を被
覆できるため、負荷サイズが有効に２倍にされる。
側の真空壁１を有し、結合された補助装置６とスパッタ
ターゲット５とが壁１に取付けられている、新しい「ド
ーナツ形」の形態を示している。明らかなように、この
形態により、ドラムの内側と外側とに指向した基体を被
覆できるため、負荷サイズが有効に２倍にされる。
【図１】本発明によるドラム真空被覆装置を示す概略的
な断面図である。
な断面図である。
【図２】中心部及び縁部の磁石を平衡させた従来の平衡
型マグネトロンスパッタ装置の概略的な断面図である。
型マグネトロンスパッタ装置の概略的な断面図である。
【図３】中心部及び縁部の磁石の平衡の欠如及びそれに
よって形成されるターゲットの上方の発散磁界を示すた
めの、不平衡マグネトロンスパッタ装置の概略的な断面
図である。
よって形成されるターゲットの上方の発散磁界を示すた
めの、不平衡マグネトロンスパッタ装置の概略的な断面
図である。
【図４】プラズマ及び関連された発生装置を通る電流経
路を示すための、本発明によって発生させた増大した広
いプラズマを示す概念図である。
路を示すための、本発明によって発生させた増大した広
いプラズマを示す概念図である。
【図５】隣接した補助のプラズマのないマグネトロンス
パッタ装置の電流電圧特性及び本発明の一実施例による
マグネトロンスパッタ装置の電流電圧特性を示す線図で
ある。
パッタ装置の電流電圧特性及び本発明の一実施例による
マグネトロンスパッタ装置の電流電圧特性を示す線図で
ある。
【図６】本発明の一実施例を示す概略図であり、マイク
ロ波導入装置及び電子サイクロトロン共鳴磁界コイルの
詳細を示す図である。
ロ波導入装置及び電子サイクロトロン共鳴磁界コイルの
詳細を示す図である。
【図７】本発明の別の実施例を示す概略断面図であり、
線形ターゲットプラズマにより良く適合するように補助
プラズマを広げるようにしたマイクロ波形式を示す図で
ある。
線形ターゲットプラズマにより良く適合するように補助
プラズマを広げるようにしたマイクロ波形式を示す図で
ある。
【図８】基体支持ドラム中に配されたマグネトロンスパ
ッタ装置とこれに隣接して結合されたプラズマ発生装置
とを示す概略断面図である。
ッタ装置とこれに隣接して結合されたプラズマ発生装置
とを示す概略断面図である。
【図９】基体支持ドラムの内側及び外側のマグネトロン
スパッタ装置並びにこれに関連された隣接結合プラズマ
発生装置を示す概略断面図である。
スパッタ装置並びにこれに関連された隣接結合プラズマ
発生装置を示す概略断面図である。
【図１０】マグネトロンスパッタ装置及びこれに組合さ
れ結合され基体支持回転ドラムの両面を被覆するための
補助プラズマ装置を共に収納する円筒状の内側壁及び外
側壁を有する真空室の概略断面図である。
れ結合され基体支持回転ドラムの両面を被覆するための
補助プラズマ装置を共に収納する円筒状の内側壁及び外
側壁を有する真空室の概略断面図である。
２ 回転ドラム（取付け−移動手段）
３ 基体
５ スパッタターゲット
６ 補助プラズマ発生装置（第２の装置）
１１ プラズマ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 トマス・リード
アメリカ合衆国カリフォルニア州95403,
サンタ・ローザ，フルトン・ロード・
1435
(72)発明者 クレイグ・シェヴリン
アメリカ合衆国カリフォルニア州94928,
ローナート・パーク，ブリヂット・ドラ
イブ・7400
(56)参考文献 特開 平２−4967（ＪＰ，Ａ)
国際公開91／007519（ＷＯ，Ａ１)
米国特許4026787（ＵＳ，Ａ)
麻蒔 立男，薄膜作成の基礎，日本,
日刊工業新聞社，1977年 １月30日，初
版，ｐ．95
堂山 昌男 外１名編，材料テクノロ
ジー９材料のプロセス技術［Ｉ］，日
本，東京大学出版会，初版，ｐ．136−
138，145
Ｂ．Ｗｉｎｄｏｗ，Ｃｈａｒｇｅｄ
ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｌｕｘｅｓ ｆｒ
ｏｍ ｐｌａｎａｒ ｍａｇｎｅｔｒｏ
ｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｓｏｕｒｃ
ｅｓ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ
ｏｌ．，日本，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｖａ
ｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ａ４
（２），ｐ．196−202，1986年
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 14/00 - 14/58
Claims (34)
- 【請求項１】 少くとも１の選定された物質を基体上に
スパッタ堆積させるためのマグネトロンスパッタリング
装置であって、真空室と、基体を取付けてそれらの基体
を関連された選定された作業部所を通って回転移動させ
るために前記真空室中に配された取付け−移動手段とを
有し、基体ホルダ及び前記真空室は、比較的狭い長目の
反応空間をその間に画定し、更に、前記基体ホルダに隣
接して第１の作業部所に配置された少くとも１つのマグ
ネトロンスパッタ装置を有し、この少くとも１つのマグ
ネトロンスパッタ装置は、少くとも１の選定された物質
を該基体上にスパッタ堆積させるための第１のプラズマ
を前記反応空間に亘り発生させるようにした、該選定さ
れた物質のターゲットを含み、更に、前記マグネトロン
スパッタ装置及び基体ホルダに隣接して前記第１の作業
部所の位置に配置された少くとも１つの第２のプラズマ
装置を有し、該第２のプラズマ装置は、反応ガスの比較
的低い周囲分圧において該反応ガスのイオンとスパッタ
堆積された物質との反応を行わせるように前記スパッタ
装置のプラズマを増強するようにしたマグネトロンスパ
ッタリング装置。 - 【請求項２】 前記マグネトロンスパッタ装置と第２の
プラズマ装置とから成る増強されたプラズマ装置は、酸
化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物又は炭素含有合金
もしくは化合物から成る群中より選定された少くとも１
の員に前記選定された物質を少くとも部分的に転化させ
るように選定された反応性雰囲気を供与するようにされ
た請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項３】 前記第２の装置が前記第１の装置と共同
して、酸化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物又は炭素
含有合金もしくは化合物から成る群中より選択された少
くとも１の員への前記選択された物質の転化を完全にす
るように選定された反応性雰囲気を供与するようにされ
た請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項４】 スパッタ領域と活性化領域とが雰囲気的
にも物理的にも互に隣接している請求項１記載のマグネ
トロンスパッタリング装置。 - 【請求項５】 第２のプラズマ装置が基体をそのまま清
浄にするようにされている請求項１記載のマグネトロン
スパッタリング装置。 - 【請求項６】 第２のプラズマ装置が堆積の間活性化原
子によって選定された物質をボンバードするようにされ
た請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項７】 第２のプラズマ装置がマイクロ波発生装
置である請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項８】 第２のプラズマ装置が電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）モードで作動するマイクロ波発生装置
である請求項７記載のマグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項９】 第２のプラズマ装置が基体への加熱を与
える請求項７記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項１０】 第２のプラズマ装置がイオンガン装置
である請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項１１】 前記第２のプラズマ装置が平衡磁気モ
ードにおいて作動する線形マグネトロン装置である請求
項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項１２】 前記第２のプラズマ装置が不平衡磁気
モードにおいて作動する線形マグネトロン装置である請
求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項１３】 前記線形マグネトロン装置が、前記選
定された物質と同一の物質から成るターゲット材であ
り、被毒モードにおいて作動する請求項１１記載のマグ
ネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項１４】 前記線形マグネトロン装置が、選定さ
れた物質よりも低スパッタ収率の物質であるターゲット
材から成る請求項１１又は１２記載のマグネトロンスパ
ッタリング装置。 - 【請求項１５】 前記マグネトロンスパッタ装置が円筒
状マグネトロン装置である請求項１記載のマグネトロン
スパッタリング装置。 - 【請求項１６】 前記マグネトロンスパッタ装置が平面
状でマグネトロン装置である請求項１記載のマグネトロ
ンスパッタリング装置。 - 【請求項１７】 前記平面状マグネトロン装置が不平衡
磁気モードで作動する請求項１６記載のマグネトロンス
パッタリング装置。 - 【請求項１８】 前記第１の装置が前記第２の装置と共
同して、１０ -3 Torrより低い圧力において、選定された
物質をスパッタ被覆する請求項１７記載のマグネトロン
スパッタリング装置。 - 【請求項１９】 前記第１の装置が前記第２の装置と共
同して、前記選定された物質を、酸化物、窒化物、水和
物、オキシ窒化物及び炭素含有合金もしくは化合物から
成る群中より選択された１の員に、１０ -3 Torrより低い
圧力において転化させるようになっている請求項１７記
載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項２０】 前記基体ホルダがドラムである請求項
１記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項２１】 増強されたプラズマ装置がドラムの外
側に配置されている請求項２０記載のマグネトロンスパ
ッタリング装置。 - 【請求項２２】 増強されたプラズマ装置がドラムの内
側に配置されている請求項２０記載のマグネトロンスパ
ッタリング装置。 - 【請求項２３】 少くとも１の増強されたプラズマ装置
がドラムの内側に、また少くとも１の増強されたプラズ
マ装置がドラムの外側に、それぞれ配置される請求項２
０記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項２４】 選定された基体又はこの表面区画を作
業部所に回動可能に露呈するようにドラムの円周に隣接
して回動可能に取付けられた基体支持手段を更に有する
請求項２０記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項２５】 ドラムの回動に伴って回動可能な遊星
歯車装置を有する請求項２４記載のマグネトロンスパッ
タリング装置。 - 【請求項２６】 前記基体ホルダに隣接して第２の作業
部所又は１群の作業部所において、少くとも１の第２の
物質を基体上に堆積させるための少くとも１の第２のマ
グネトロンスパッタ装置又は１群のマグネトロンスパッ
タ装置を更に有する請求項１記載のマグネトロンスパッ
タリング装置。 - 【請求項２７】 前記第２のマグネトロンスパッタ装置
又は１群のマグネトロンスパッタ装置に隣接して配置さ
れ、該第２のマグネトロンスパッタ装置又は１群のマグ
ネトロンスパッタ装置によって形成されたプラズマを増
強するプラズマを発生させるようにした、少くとも１の
第２のプラズマ装置又は１群の第２のプラズマ装置を更
に有する請求項２６記載のマグネトロンスパッタリング
装置。 - 【請求項２８】 第１の装置、そして第１及び第２の装
置を選択的に順次作動させて、少くとも複数の層から成
る複合被覆を形成し、各々の該層の組成は、第１の金
属、第２の金属、第１の金属の酸化物、第２の金属の酸
化物、第１及び第２の金属の混合物、第１及び第２の金
属の混合物の酸化物、から成る群中より選択された少く
とも１の員から選択する請求項２７記載のマグネトロン
スパッタリング装置。 - 【請求項２９】 複数のスパッタカソード装置のうち選
定されたものを順次作動させて選定された物質を前記基
体上にスパッタ堆積させ、選定された反応ガス又は選定
された反応ガスの組合せを供給すると共に、第２の装置
のうち選定されたものを選択的に順次作動させて、次の
順次の層のスパッタ堆積の前に少くとも選定された層と
の選定された反応を行わせることを含む請求項２８記載
のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項３０】 選定された反応が、酸化物、窒化物、
水和物、硫化物、オキシ窒化物又は炭素含有化合物もし
くは混合物から成る群から選択された少くとも１の員
に、選定された層を転化させることを含む請求項２８又
は２９記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項３１】 選択された反応が酸化である請求項２
８又は２９記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項３２】 高低の有効屈折率及びほぼ等しい光学
的厚みを有する複合材料の交互の層を与える材料混合物
を堆積させ、前記交互の層は１回以上反復されることに
よって、多層の被覆を形成し、この被覆は、多層の積層
体の有効１／４波の光学的厚みと層のピークの反射率帯
の外側のより長い波長及びより短い波長において広い高
速過帯とを与える請求項２８又は２９記載のマグネトロ
ンスパッタリング装置。 - 【請求項３３】 各々の被覆層が、選定された物質又は
反応した選定された物質の連続的に変化する混合物であ
り、混合物中の高屈折率の物質のものから低屈折率の物
質のものへと連続的に変化する屈折率を与え、各々の連
続する層について該屈折率を反転させるようにした請求
項３２記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項３４】 多層の被覆中のより高次の反射帯を抑
制するように被覆層を形成する請求項３３記載のマグネ
トロンスパッタリング装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US70903591A | 1991-05-31 | 1991-05-31 | |
| US07/709035 | 1991-05-31 |
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|---|---|
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ID=24848218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13928292A Expired - Lifetime JP3420594B2 (ja) | 1991-05-31 | 1992-05-29 | スパッタ被覆装置 |
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| JP (1) | JP3420594B2 (ja) |
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-
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| 堂山 昌男 外１名編，材料テクノロジー９材料のプロセス技術［Ｉ］，日本，東京大学出版会，初版，ｐ．１３６−１３８，１４５ |
| 麻蒔 立男，薄膜作成の基礎，日本，日刊工業新聞社，１９７７年 １月３０日，初版，ｐ．９５ |
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| EP0516436B1 (en) | 1997-01-15 |
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| DE69216685D1 (de) | 1997-02-27 |
| EP0516436A3 (en) | 1993-03-31 |
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