JP3442589B2 - 基板を被覆する装置 - Google Patents

基板を被覆する装置

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JP3442589B2 JP26452496A JP26452496A JP3442589B2 JP 3442589 B2 JP3442589 B2 JP 3442589B2 JP 26452496 A JP26452496 A JP 26452496A JP 26452496 A JP26452496 A JP 26452496A JP 3442589 B2 JP3442589 B2 JP 3442589B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板を被覆する装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜を形成するためのスパッタリング装
置はすでに公知である（ＤＤ２５２２０５）。このスパ
ッタリング装置は、磁石システムとこのシステムの上に
配置されスパッタさせるすべき物質から成る少なくとも
２つの電極とにより構成されており、その際、これらの
電極は交互にガス放電部のカソードとアノードとなるよ
う電気的に構成されている。このためそれらの電極は、
有利には５０Ｈｚの正弦波交流電圧源と接続されてい
る。
【０００３】この公知のスパッタリング装置は、反応性
スパッタリングによる誘電層の析出に殊に適している。
そして約５０Ｈｚで装置を作動させることにより、アノ
ードにむらが形成されて金属被覆の場合には電気的な短
絡（いわゆるアーク）に至ることが防止される。
【０００４】薄膜をスパッタリングするための別のすで
に公知の装置によれば、種々異なる物質の層の堆積速度
を制御可能である（ドイツ連邦共和国特許出願第３９１
２５７２号明細書）。極度に薄い層のパケットを得る目
的で、少なくとも２つの異なる形式の対向電極がカソー
ド側に設けられている。
【０００５】さらに、電気的に絶縁を行う材料たとえば
２酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いた基板の反応性被覆
のための方法および装置が知られており（ドイツ連邦共
和国特許出願公開第４１０６７７０号公報）、これは次
のように構成されている。すなわち、被覆槽内に配置さ
れ磁石を取り囲むカソードと接続された交流電流源が設
けられており、このカソードはターゲットと共働する。
その際、交流電流源におけるアースされていない２つの
出力側がターゲットを担持するそれぞれ１つのカソード
と接続されていて、両方のカソードは被覆槽内で互いに
隣り合ってプラズマ空間内に設けられており、それらは
対向する基板に対しそれぞれほぼ等しい空間距離を有し
ている。この場合、放電電圧の実効値が導線を介してカ
ソードと接続されている電圧実効値捕捉部により測定さ
れ、直流電圧として導線を介して調整器へ導かれ、この
調整器によって、測定された電圧が目標電圧と一致する
よう、容器から分配導管へ流れる反応性ガスが調整弁を
介して制御される。
【０００６】さらに、基板の反応性被覆のための次のよ
うな装置が知られている（ドイツ連邦共和国特許出願公
開第４１３６６６５．７号公報）。すなわち、真空槽か
ら電気的に分離されマグネトロンカソードとして構成さ
れたカソードが設けられており、これは電気的に互いに
分離された２つの部分から成る。この場合、一方の部分
としてヨークと磁石を備えたターゲット基体がキャパシ
タンスを介して直流電圧供給部のマイナス極と接続され
ており、他方の部分としてターゲットが線路およびチョ
ークならびにこれと並列に設けられた抵抗を介して電流
供給部と接続されている。その際、ターゲットは別のキ
ャパシタンスを介して電流供給部のプラス極およびアノ
ードと接続されていて、さらにアノード自体は抵抗を介
してアースに接続されている。さらにこの場合、インダ
クタンスの僅かなキャパシタンスに対し直列に、抵抗と
チョークへの分岐路中にインダクタンスが挿入接続され
ており、抵抗の値は典型的には２ｋΩ〜１０ｋΩの間に
ある。この従来の装置はすでに、被覆プロセス中に生じ
るアークの大部分を抑圧しアークのエネルギーを低減し
て、アーク後のプラズマの再点弧を改善するように構成
されている。
【０００７】あるスパッタリングプロセスを使えるか否
かはプロセスの安定度によって決まる。つまり、装置は
長期間（３００時間）にわたって安定していなければな
らず、アークが生じることなく電気的データ（カソード
電流、電力）および層の光学的データ（屈折率、層厚、
層厚分布）が保証されなければならない。
【０００８】カソードの長さが長くなればなるほど所要
電力が大きくなり、安定性の要求を満たすのが困難にな
る。これには物理的な背景があって、電圧は圧力、ガス
の種類およびターゲット表面の性状により定まるのに対
し、電流は長さに比例して上昇するからである。ターゲ
ット表面の性状における小さな変化により小さな電圧変
化が引き起こされるが、この電圧変化が長いカソード長
の結果として生じる大きな電流と乗算されると大きな電
力変化が引き起こされ、このことはターゲットが局部的
に溶融するまで生じる可能性がある。
【０００９】殊に問題となるのは、大きな電力において
析出される層の酸化度を保持することである。この問題
点は、造形用ないし建築用ガラスの大きな面積の被覆に
対し殊に酸化物を析出させることで生じ、これは所定の
酸化物変性を得るため金属のターゲットにより酸素−ア
ルゴン混合物を用いてスパッタリングすることで行われ
るものである。このような酸化物変性はたとえば、層系
のカラーまたは耐食性を生じさせるために必要である。
【００１０】電力が一定のときに酸素成分が増加する
と、”カソードは酸化モードに転移する”。酸素成分
が”転移点”をわずかに超えて増加したとき、電力を高
めることでカソードを再び金属モードに戻すことができ
る。
【００１１】この場合、カソードの２つの基本的な特性
状態が知られている： タイプ１：カソードの抵抗値は反応性ガス成分が増大す
るにつれて低下する。
【００１２】タイプ２：カソードの抵抗値は反応性ガス
成分が増大するにつれて上昇する。
【００１３】いずれのタイプであるかは、物質と反応性
ガスの種類とに依存する。
【００１４】たいていの適用事例では”動作点”とし
て、”転移点”の近くにある酸素成分と電力との比が用
いられる。その理由は、この領域で最大の酸化被覆率が
得られるからである。装置の制御にとってはこの動作点
は著しく不利なものであり、それというのは電力、酸素
またはカソード周囲の環境における僅かな変動によって
もモードが急変し、そのことで粗悪物の生成されるおそ
れがあるからである。
【００１５】カソードが大きくなると電力変動が著しく
増えるという上述の関連から、カソードの安定動作のた
めのゆとりがいっそう小さくなり、その結果、付加的な
手段を設けなければＳｉ／ＳｉＯ２のような要求の高い
物質において大きなカソードを作動させるのは技術的に
全く不可能である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、最大電力でも自己安定化によって信頼性のある動
作を保証できるようにすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、プロセスガス導入手段を有する真空排気可能な被覆
槽が設けられており、該被覆槽はその内部で２つのカソ
ードと被覆すべき基板を支持しており、所定の周波数を
もつ交流電流を供給する交流電源と、該交流電源と接続
されそこから交流電流を受け取る回路が設けられてお
り、該回路はカソードへ、交流電流から得られるカソー
ド電力を供給し、該回路は１つまたは複数の固有周波数
をもっており、該回路のすべての固有周波数は交流電流
源の交流電流周波数とは異なっており、前記カソードは
ターゲットと電気的に共働し、該ターゲットのスパッタ
粒子は、プロセスガスが被覆槽へ供給されている間、基
板に堆積し、前記のプロセスガスとカソード電力によ
り、各カソードの間にカソード抵抗が発生し、堆積中、
前記カソードは供給可能な最大電力レベルを有してお
り、該最大電力レベルにおいて各カソード間に相応の抵
抗が生じ、前記回路は装置動作点電力レベルでは、その
ときのカソード抵抗が最大電力レベルにおけるカソード
抵抗とは異なるように選択されたカソード電力を供給
し、前記回路は、カソード電力が該動作点電力レベルか
ら変化するのを妨げるインピーダンスを有することによ
り解決される。
【００１８】従属請求項には別の特徴ならびに詳細な構
成が示されている。本発明によれば種々の実施形態が可
能であり、次に図面を参照しながらそのうちの１つにつ
いて詳細に説明する。
【００１９】
【発明の実施の形態】中間周波数発生器２からその振動
回路におけるエネルギーが取り出される。この振動回路
は構造形態ゆえに電源と電気的に接続されているので、
分離トランス３を回路１中に組み込む必要がある。回路
１のどの位置にトランス３を組み込むかは、以下の考察
では重要ではない。
【００２０】この実施例の場合、コンデンサ４とコイル
５がトランスの振動回路側に配置されており、その他の
素子はカソード６，７の側に配置されている。その際、
トランス３を振動回路２とダイレクトに接続し、コンデ
ンサとコイルすべてをカソード側に配置した回路でもう
まく動作することが試された。
【００２１】コンデンサ８は、これによっても回路の周
波数特性にほとんど影響が及ぼされないような大きさに
選定されている。このコンデンサはトランス３を直流電
流から保護する役割を果たす。この直流電流は２つのカ
ソード６，７の特性曲線における差異に起因して流れ、
トランス３の機能を損なうおそれがある。
【００２２】トランスを振動回路とダイレクトに接続し
た場合には、コンデンサ４にコンデンサ８の機能を受け
持たせることができる。
【００２３】コンデンサ９と１０はノイズ防止のために
用いられ、これらのコンデンサによって著しく高い周波
数の電流がアースへ流される。このような著しく高い周
波数の電流は、プラズマのスイッチングプロセスによっ
て生じる可能性がある。
【００２４】安定化を可能にする本来の特徴は、コンデ
ンサ４，１１ならびにコイル５，１２，１３により行わ
れる。外形的に１２，１３を１つのコイルにまとめるこ
とができる。この場合、装置全体でできるかぎり対称な
構造を得るために、同じ大きさの２つのコイル１２およ
び１３への分割が行われる。
【００２５】１．計算のための基準値はスパッタリング
区間ｘ１における等価抵抗であり、以下ではｒと称す
る。この抵抗値は、目下の電力におけるカソード６，７
間の電圧実効値とその時点でのカソード電流実効値の商
ｒ＝Ｕｋａｔ／Ｉｋａｔとして得られる。
【００２６】２．抵抗値ｒが低下したときにカソード
６，７における電力が上昇する場合、タイプ１による特
性をもつカソードにおいて自己安定化が行われる。製造
プロセスにおいて安定化のために十分なゆとりが得られ
るようにしておくため、最大値つまりは自己安定化の目
的が達成される抵抗値を Ｒｍａｘ＝０．５．．．０．
７５ ｘ 所望の定格出力でのｒ に選定する。これにつ
いては図２のＲｋａｔにおける動作点を参照のこと。
【００２７】３．動作周波数において、カソード側から
みた回路１の入力インピーダンスを誘導性でなければな
らない。
【００２８】４．回路１の入力インピーダンスＲｅは周
波数が小さいときにはＲｍａｘよりも大きく、周波数が
動作周波数よりも小さければ最小値（第１のゼロ位置）
まで低下する。
【００２９】５．動作周波数において入力インピーダン
スＲｅの値は１．４１４ ｘ Ｒｍａｘとなり、つまり入
力インピーダンスＲｅの虚数部と実数部はＲｍａｘと等
しくなる。
【００３０】６．周波数がさらに上昇すると入力インピ
ーダンスＲｅは最大値まで高まり、その後、第２の最小
値（第２のゼロ位置）まで下がる。この第２のゼロ位置
における周波数は動作周波数のほぼ３倍である。
【００３１】各構成素子に関する実際の値は以下のとお
りである： 動作周波数：４０ｋＨｚ Ｃ１＝０．６μＦ Ｃ２＝１８μＦ Ｃ３＝１０８ｎＦ Ｃ４＝８ｎＦ Ｃ５＝８ｎＦ Ｌ１＝１６μＨ Ｌ２＝Ｌ３＝２３μＨ トランスの変圧比１：２ １２５ｋＷの定格電力におけるスパッタリング区間の等
価抵抗ｒは実施例（図２）では２Ω、最大電力における
抵抗Ｒｍａｘは１Ω
【図面の簡単な説明】
【図１】一対のカソードのための電流給電の電流回路図
である。
【図２】電力と抵抗値ｒの関係を示すダイアグラムであ
る。
【符号の説明】
２ 振動回路 ６，７ カソード １４ 基板 １５ 被覆槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲッツ テシュナー ドイツ連邦共和国 ゲルンハウゼン ア ム フェルゼンケラー ２ (56)参考文献 特開 昭58−171567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−100980（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を被覆する装置において、 プロセスガス導入手段を有する真空排気可能な被覆槽
    （１５）が設けられており、該被覆槽（１５）はその内
    部で２つのカソード（６，７）と被覆すべき基板（１
    ４）を支持しており、 所定の周波数をもつ交流電流を供給する交流電源（２）
    と、該交流電源（２）と接続されそこから交流電流を受
    け取る回路（１）が設けられており、該回路（１）はト
    ランスとコイルとコンデンサから成り、該回路（１）は
    カソード（６，７）へ、交流電流から得られるカソード
    電力を供給し、該回路（１）は１つまたは複数の固有周
    波数をもっており、該回路（１）のすべての固有周波数
    は交流電流源の交流電流周波数とは異なっており、 前記カソード（６，７）はターゲットと電気的に共働
    し、該ターゲットのスパッタ粒子は、プロセスガスが被
    覆槽（１５）へ供給されている間、基板（１４）に堆積
    し、 前記のプロセスガスとカソード電力により、各カソード
    （６，７）の間にカソード抵抗（ｒ）が発生し、 堆積中、前記カソード（６，７）は供給可能な最大電力
    レベルを有しており、該最大電力レベルにおいて各カソ
    ード（６，７）間に相応の抵抗（Ｒｍａｘ）が生じ、 前記回路（１）は装置動作点電力レベルでは、そのとき
    のカソード抵抗（ｒ）が最大電力レベルにおけるカソー
    ド抵抗（Ｒｍａｘ）とは異なるように選択されたカソー
    ド電力を供給し、 前記回路（１）は、カソード電力が該動作点電力レベル
    から変化するのを妨げるインピーダンスを有することを
    特徴とする、 基板を被覆する装置。
  2. 【請求項２】 カソード電力とカソード抵抗（ｒ）の関
    係は式 Ｐ＝ｒ／（ｂ０ ＋ ｂ２ ｒ２ ） により記述され、ここでｂ０ および ｂ２ は一定であ
    る、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 動作点レベルでのカソード抵抗（ｒ）は
    最大電力レベルにおけるカソード抵抗（Ｒｍａｘ）の２
    倍の大きさである、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 カソード側から測定された回路（１）の
    インピーダンスは誘導性リアクタンスから成る、請求項
    １記載の装置。
  5. 【請求項５】 カソード（６，７）におけるすべてのプ
    ロセス状態でのカソード抵抗（ｒ）は最大電力レベルに
    おける抵抗（Ｒｍａｘ）よりも大きい、請求項１記載の
    装置。
  6. 【請求項６】 装置動作点電力レベルでのカソード抵抗
    （ｒ）が最大電力レベルにおけるカソード抵抗（Ｒｍａ
    ｘ）よりも大きく、かつ前記回路（１）のインピーダン
    スによってカソード電力が前記動作点電力レベルよりも
    大きくなるのが妨げられるよう、動作点電力レベルが選
    定されている、請求項１記載の装置。
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