JP3706157B2 - ガス導入装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の、特に物理的あるいは化学的なコーティング方法を用いて、あるいはエッチング方法を用いて、真空受器内で基板を処理する装置、請求項８の前提部分に記載のスパッタリングあるいは蒸発を行う装置、請求項９の前提部分に記載のマグネトロンとして駆動されるターゲットを有するカソードスパッタリング装置および請求項１５の前提部分に記載の基板を均一に処理する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に、例えば、高真空内でコーティングする場合などに基板を処理する場合に、処理ないしコーティングが全表面にわたって均一ないし均質に分配して行われることが最も重要であることが考えられる。特に、作業ガスあるいは反応ガスを用いて処理する場合には、ガス導入システムが上述の事実に関して敏感な要素であることが明らかにされている。
【０００３】
特に、例えば、受器内でカソードスパッタリングを行う場合など、いわゆるプラズマを使用するエッチングおよびコーティング技術においては、作業ガスないし反応ガスのガス分圧が均質でない場合には処理すべき基板上に層圧、屈折インデックス、減光係数、層応力、組成などの層特性に関して非均質の表面ないし層分布が発生する。
【０００４】
この問題を解決するために、様々な付加手段が知られている。まず、いわゆるゲッター面とマスクを用いて一方で異なる分圧を補償し、他方では基板において反応に必要なガスによるターゲットの、いわゆる「汚染」を防止することが提案されている。
【０００５】
すなわち、欧州特許第Ａ−０３４７５６７号にはターゲットと基板間に間隙を有するマスクを使用することが提案されており、その場合にガスはこの間隙に供給される。
【０００６】
マニーフ等（Ｓ．Ｍａｎｉｖ ｅｔ ａｌ．）の「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．」１８（２）、１９５、１９８１には、ターゲットと基板間に通過部を有するシールドを配置して、反応ガスを、通過開口部を包囲するパイプシステムを通して供給することが提案されており、その場合にこのパイプシステムの流出開口部は基板方向に向けられている。
【０００７】
シラー等（Ｓｃｈｉｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．）の「Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ」６４、４５５、１９７９にはターゲットの領域に、いわゆるゲッター表面（Getteroberflaechen) を設けて、それによって基板表面に接近して供給される反応ガスによるターゲット表面の「汚染」が防止される。このゲッター表面は、例えば、酸素などの反応ガスを吸収する。ターゲット表面近傍にはさらに不活性の作業ガスが供給され、それによって反応ガスがターゲットから隔絶される。
【０００８】
さらに、ガス導入装置に緩衝体積が設けられ、それに多数の流出開口部が設けられることが提案されており、その場合に緩衝体積はガス導入装置によってもたらされる移送体積脈動の振幅よりもずっと大きく形成されている。通常はこの種の緩衝体積は、縦方向に互いにほとんど等しい距離を有する流出開口部を備えた縦に延びる緩衝室である。この種の緩衝室、パイプガスシャワーとも称する、の問題点は、ガスの通過は緩衝室内の流れの種類に著しく関係するので、すべての流出開口部におけるガスの通過を制御することは殆んど不可能であるということである。たしかに、この種の緩衝室内にマスクあるいは他の流れ抵抗を配置することは可能であるが、この種の構造の計算はきわめて複雑である。
【０００９】
ドイツ連邦共和国特許第ＯＳ−３３３１７０７号にも特殊な方法が記載されており、この方法はターゲットないしは基板への反応ガスの作用を止めることを意図している。
【００１０】
最後に、アメリカ合衆国特許第Ａ−４９３１１５８号には基板近傍における第２の放電（補助プラズマ）が提案されている。ここでも作業ガスはターゲットの近傍で供給され、反応ガスは基板の近傍で供給される。格子を用いて２つのプラズマが互いに分離される。
【００１１】
これらすべての方法の欠点は、コーティング率が比較的低く、さらに相変わらず局地的に不均一なガス組成、あるいは、部分的に不均一なガス流の危険性があることであり、それによって、冒頭で要請された、例えば、コーティングの均質性は相変わらず保証されていない。また、異なるガス組成ないし異なるガス分圧によってターゲットにおいて小さいアーク放電が発生する場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、一方で基板のコーティングの際に所望通りの均質性を保証し、他方で処理プロセスのできる限り大きな経済性を得るために、ターゲットに沿って、あるいは基板に沿って再生産可能な均質なガス分布を保証することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば設定された課題は、特に請求項１の文言に記載の装置によって解決される。
【００１４】
受器内で、特に物理的あるいは化学的なコーティング方法によって、あるいはエッチング方法によって、スパッタリングすべきないしは蒸発すべき材料を有する面を備えた少なくとも１つのターゲットを用いて基板を処理するために、作業ガス、および／または、処理に反応的に関与するガスを受器内に導入するための多数のガス流出開口部を備えたガス導入装置が設け、前記開口部をパイプシステムを介して与えられたガス圧力を有する少なくとも１つのガス源と接続せしめることが提案されている。
その場合に重要なことは、与えられたガス圧を有するパイプシステム内の位置に関する流出開口部の抵抗係数が受器内への制御されたガス流が発生するように各流出開口部において定められることである。
【００１５】
パイプシステム内の各位置におけるガス流がこのように制御可能であることによって、受器内のガス分配に影響を与えて、これを要求通りに、できる限り均質に構成することが可能になる。
【００１６】
本発明により提案される解決方法によって、反応ガスを正確に配量し、かつ／または、分配してターゲットに導入し、特に直接ターゲットに導入することが可能になり、従来技術においては、これとは異なり、反応ガスをターゲットから離すことが教示されている。
【００１７】
まず、ガス導入装置の流出開口部が少なくとも１つのターゲット、ないしは、材料源、および／または、１つあるいは複数の基板に関してほぼ均一に分配して配置されていると効果的である。それによって、供給されるガスが局所的に高い濃度を発生することが防止される。
【００１８】
さらに、パイプシステムがこのように構成されており、ないしは、個々の流出開口部の抵抗係数がほぼ等しいので、各流出開口部を通して単位時間当りほぼ同一量のガスが受器内に放出されると効果的である。この方法によっても、最終的に、受器内で、それがターゲットの近傍であろうと、あるいは、１つあるいは複数の基板の近傍であろうと、ほぼ均一なガス分配が保証される。
【００１９】
それぞれの流出開口部の個々の抵抗係数がほぼ等しくなるようにするために、他の実施例によれば、ガス源から流出開口部までの個々の道筋長さがほぼ同一の長さであって、かつ個々の流出開口部の横断面積がほぼ同一の大きさに形成されることが提案されている。この要求を満たすために、例えば、ガス源から各ガス流出開口部まで、ほぼ同一の直径と同一の道筋長さを有する別体の移送パイプを配置することが可能である。
【００２０】
しかし、また、ガス源の流出開口部への接続を、ガス源からないしはパイプシステム内の各分岐から等間隔で後段に接続された、ないしは、後続の２つの分岐に供給が行われ、その分岐自体が、場合によっては、それぞれ２つの後段に接続された分岐、ないしは、場合によっては流出開口部に供給を行うことによって、いわゆる多段二股分岐のシステムと同様に形成することも可能である。
【００２１】
本発明が基本的に教示することは、真空受器内へのガス流を、供給パイプを介して、あるいは流出開口部の断面を介して、あるいは２つの方法を用いて調節可能ないしは再現可能に調節できることである。
【００２２】
例えば、一方では、ターゲットの近傍で、そして、他方では、１つあるいは複数の基板の近傍で、多数のガスを受器内に導入する場合には、導入すべき作業ガスあるいは反応ガス毎にガス導入装置をターゲットおよび１つあるいは複数の基板に関して配置すると効果的であって、その場合には上述したように、それぞれのガス導入装置が本発明に従って形成される。
【００２３】
上述のように本発明によって定義された装置、ないしは、ガス導入装置は、特に、蒸発すべき、ないしは、スパッタリングすべき材料を有する面を備えた、少なくとも１つのターゲットを用いてスパッタリングあるいは蒸発を行う装置に適している。
【００２４】
例として形成された装置として、マグネトロンとして駆動されるターゲットと、ターゲット、ないしは、カソードの少なくとも一部を包囲、ないしは、包含するガス導入装置とを有するカソードスパッタリング装置を説明することとし、その場合に、好ましくは、流出開口部はマグネトロンに関して、ほぼ均一に配置されている。この種のカソードスパッタリング装置の好ましい実施例によれば、ガス導入装置はマグネトロンのカソードを包囲するアノードフレーム内に一体的に配置されており、それによって、それ自体がアノードの一部であることが提案されている。それによって目標の放電が流出開口部上に引き付けられ、それによって反応ガスの能率的な励起が得られる。
【００２５】
他の実施例によれば、ガス導入装置を電気的に絶縁して駆動し、あるいはまた、他の放電回路を形成するために、電圧ないしアースに接続させることが可能である。
【００２６】
本発明によるカソードスパッタリング装置の好ましい実施例によれば、マグネトロンはターゲット、アノードフレームおよびアノードフレーム内に一体的に配置されたガス流出開口部によって形成されており、そのアノードフレームは好ましくは水冷され、かつ場合によってはターゲット端縁を越えて引き込まれており、それによって流出開口部がターゲットの侵食孔上に向けられ、その場合に、好ましくは暗部間隔がどこでも同一に形成されている。
【００２７】
アノードフレーム内に一体的に配置されたガス導入装置に加えて、他のガス導入装置を設けて、例えば、反応ガスを、処理すべき、ないしは、コーティングすべき基板の領域に導入することももちろん可能である。しかし、その場合にはガス導入装置は必ずしもアノードフレーム内に一体的に配置する必要はなく、アノードフレームとは無関係にいずれかのフレーム内に一体的に配置することができる。
【００２８】
最後に、特に物理的、あるいは化学的なコーティング方法を用いて、例えば、スパッタリング方法、あるいはエッチング方法を用いて、受器内で基板を均一に処理する方法が提案されており、その場合に、多数の流出開口部を有するガス導入装置を介して、与えられたガス圧を有する、少なくとも１つのガス源から、少なくとも１つの作業ガス、および／または、処理に反応的に関与するガスが受器内に導入され、その場合に各流出開口部において流出するガス流は、与えられたガス圧を有するパイプシステム内の位置に関する個々の流出開口部の抵抗係数が要求されるガス流に相当するように定められることによって制御される。好ましくは各流出開口部において単位時間当り同一量のガスが受器内に導入される。
【００２９】
上述の本発明による装置並びに方法は、もちろん、例として記載されたマグネトロンを有するカソードスパッタリング装置に限定されるものではなく、基板の均一な処理、ないし、コーティングが必要とされる任意の処理、ないし、コーティング装置で使用することができる。その場合に、受器内で通常の作業圧で行われるか、あるいは、例えば、高真空あるいは超高真空の様な減圧下で作業が行われるかどうかは重要ではない。本発明により定義されたガス導入装置とそれに対応する方法は、何等かの作業ガスあるいは反応ガスを受器内に導入するのに適している。
【００３０】
【実施例】
次に、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１には、従来技術から知られているようなガス導入装置が図示されており、ガス導入装置内には、個々の流出開口部６の前段に接続されて、緩衝室１０が配置されている。この緩衝室１０に沿って個々の流出開口部が、長手方向に延び、かつ、好ましくは互いに同一の間隔で配置されている。緩衝室１０の横断面１１が大きく選択されるほど、個々の流出開口部の抵抗係数が等しくなること、ないしは、個々の流出開口部を同一量のガスが通過することがさらに保証される。もちろん、実際には、同一量のガスが流出するためには、この種の緩衝室、ないしは、ガス管シャワーの断面を比較的大きく選択しなければならないことが明らかにされている。さらに、この種のガス管シャワーが機能を発揮することは選択された全体のガス流量と流れの種類に大きく左右されるので、選択された流量においては均一な分布は得られるが、一方で、全体の流量が異なると分布は、もはや一様ではなくなる。緩衝室内にさらに偏向マスクあるいは抵抗部材を配置することは可能であるが、この種の構造の計算はきわめて複雑であって、その場合でも緩衝室全体において流れの種類が常に同様であることは保証されない。
【００３１】
この理由から本発明によれば、以下の図面で説明するような、より簡単な他の方法が提案される。
【００３２】
図２には作業ガスあるいは反応ガスを受器内に導入するガス導入装置が図示されている。ガス源１からパイプが第１の分岐２まで導かれている。この分岐から等距離隔てて、同一に寸法決めされた２つのパイプを介して第２の分岐３に供給が行われる。この分岐３から新たに同一長さおよび同一寸法のパイプを介してそれぞれ他の第３の分岐４に供給が行われる。最後に他の第４の分岐５からそれぞれ２つの流出開口部６に供給が行われる。このような構造のガス導入システムによって、各流出開口部６が同一の抵抗係数を有し、従って各流出開口部６を通して単位時間当り同一量のガスが受器内に放出されることが保証される。もちろん、分岐を他の平面に形成することも可能であって、その場合には分岐ないし流出開口部の数は、導入すべきガスが放出されるターゲットないし基板の大きさに基づいて選択される。
【００３３】
図２に示すガス導入装置によって、基板、あるいは、ターゲットにわたって分配して均質なガス分配を達成することが可能になり、それによって、例えば、均質な反応率が得られる。それによって、課題に従って要求された均質な層特性が、上述したように、処理すべき、ないしは、コーティングすべき基板全体にわたって得られる。
【００３４】
本発明による導入装置の他の変形例が図３に概略図示されている。ガス源１から同一長さおよび同一に寸法決めされた移送パイプ８を介して、それぞれ端部に固定配置されたガス流出開口部６に供給が行われる。その場合に、このガス流出開口部６は、ほとんど同一に寸法決めされている、すなわち流出開口部の断面は同一に寸法決めされている。ガス導入システムをこのように形成することによっても、個々のガス流出開口部の抵抗係数が同一であって、従って単位時間当り同一のガス量が受器内に放出されることが保証される。
【００３５】
図２と３に示す図においては、いずれの場合にも同一長さのパイプが明らかにされ、その場合に選択された流出開口部の直径が等しければ各流出開口部内のガス流も同一である。しかし、同一のパイプ断面を有する同一長さの供給パイプにおいて直径ないしは断面積を変化させることによって、各流出開口部内でガス流を再現可能に所望通りに制御することが可能である。同様にして、逆に、供給パイプの長さあるいは断面を変化させることによって、同一の大きさの流出開口部においてガス流を再現可能に制御することができる。このようにガス流を再現可能に所望通りに調節することは、例えば、図１に示すようなガス管シャワーでは不可能である。
【００３６】
図４には、カソードスパッタリング装置のターゲット、ないしは、マグネトロンに関して配置された、例えば、図２に示すようなガス導入装置が概略図示されている。ターゲット２２およびターゲットの全部の側を包囲する、例えば、水冷されるアノードフレーム２８を含むマグネトロンの長手方向の広がりの両側に、ガス流出開口部６がターゲット２２に向けて配置されている。このガス流出開口部６は、ガス源１から始まるパイプシステムによって供給され、ガス源は分岐２に供給を行い、分岐２は次に分岐３ないし４に供給を行う。その場合に図５から明らかなように、ガス源１ないしは分岐２、３および４によってそれぞれ他の分岐あるいはガス流出開口部６が供給を行われることによって、図１と同様のパイプシステムは多段二股分岐に従って形成されてており、ガス流出開口部はそれぞれ対応する分岐から同一の距離で配置されている。それによって、ガス源１から各流出開口部６までパイプシステム内で同じ距離をとらなければならないことが保証される。利点は、この配置においては導入される１つ、または複数のガスの有効性が流れの種類ないしは流れの領域とは関係なく常に等しいことである。
【００３７】
従って、パイプ断面がどこでも等しく、かつ各流出開口部６において開口部断面も等しい大きさであると仮定して、ここでも流出開口部６全体の抵抗係数は同一であって、それによって各流出開口部において単位時間当り流れの種類とは関係なく同一のガス量がターゲットに対して放出される。放出すべきガスは、不活性な希ガス、例えば、アルゴンなどの作業ガスでもよく、あるいは、例えば、窒素あるいは酸素などの反応ガスであっても、あるいは、例えば、不活性の希ガス（Ａｒ）と酸素（Ｏ2 ）からなる混合ガスであってもよい。反応ガスは蒸発ないしはスパッタリングすべき金属と反応し、その場合に基板上に窒化物または酸化物層を形成するために、それに応じた窒化物ないしは酸化物を形成することができる。その場合に窒化物ないし酸化物形成は、すでにターゲット表面上で行われ、あるいは金属の蒸発後に行われるようにしてもよい。好ましくは個々のガス流出開口部６は互いに等距離で配置され、それによってターゲットにわたって均一なガス分配が得られる。
【００３８】
もちろん図４に示すガス導入装置と同様に、システムを多段二股分岐として形成することによって、ガス導入装置を基板に対抗して配置することも可能である。
【００３９】
図５にはマグネトロンのターゲットおよびターゲットを包囲するアノードフレームの断面が、例えば、図４のＩ−Ｉ線に沿った断面で示されている。図５に示す装置を説明するために図６を参照し、図６には図５に示す装置に使用されているようなアノードフレームの一部の詳細が部分的に断面で示されている。その場合に、この部分はアノードフレームのガス管、ないしは、流出開口部６が配置されている箇所を示すものである。
【００４０】
マグネトロンのアノードフレーム２８はターゲット２２の側方に配置されており、ターゲット２２はターゲット冷却プレート２１上に接するように載置されており、それもまた、マグネットシステム２０を有する水冷装置上に接するように載置されている。従って図示の装置はいわゆるマグネトロンであって、例えば、カソードスパッタリング装置に使用される。ターゲット２２は最終的にいわゆるターゲットクリップリング２３によってターゲット冷却プレート２１上に側方から保持されている。その場合にターゲット２２、冷却プレート２１、マグネットシステム２０およびターゲットクリップリング２３が共に図示のマグネトロンのカソード２４を形成する。
【００４１】
カソード２４に対して側方に配置されたアノードは、まずアノードフレームを有し、このアノードフレームを通して前面側にガス流出開口６を有するガス管２９が延びている。アノードフレーム２８を冷却するために水冷装置２７が設けられており、この冷却は反応ガスの能率的な励起をもたらすために、ガス開口部上に放電が引き付けられる場合には特に重要である。このことは特に、ガス管自体がアノードの一部であり、ないしは、ガスの流出がアノードに対して絶縁されていない場合に得られる。このようにアノード内にガス流出部を一体的に配置することによって、層質にもコーティング率にも積極的な作用がもたらされる。さらに、ガス流出開口部６が、図６ではターゲット２２の表面の凹部３２によって概略図示されているターゲットの侵食孔上に向けられていると効果的である。
【００４２】
アノードフレーム２８はアノード基礎プレート２６上に載置されており、アノード基礎プレートにはフレームのベースプレートが、例えば、ボルトを介して結合固定されており、それによってアノードフレームは容易に取り外すことができる。基礎プレート２６自体はアノードベースプレート２５上に配置されている。アノードベースプレート２５、基礎プレート２６およびアノードフレーム２８はもちろん一部品から形成することも可能である。
【００４３】
図６に示す詳細なスケッチにおいてはアノード基礎プレート２６はターゲットクリップリング２３を越えてターゲット端縁上まで引き込まれており、それによってターゲットの端縁領域に生じる放電(Uebersclaege)を効果的に抑圧することができる。もちろん、アノード基礎プレート２６をターゲットを越えてさらに引き込むことも可能である。その場合に重要なことは、暗部間隔３０がどこでも同一になることであって、それによってターゲットの上方に形成されるプラズマが有効にシールドされる。もちろん、このプラズマのシールドは多数の方法でもたらすことができるが、図６に例示する実施例が効果的であることが明かにされている。
【００４４】
図４から６に示す本発明のガス導入装置の使用例は、本発明を詳細に説明するための１実施例に過ぎない。すなわち、例えば、ガス導入パイプをアノードフレームとは関係なく配置すること、すなわちアノードフレームから絶縁して、ターゲットを包囲するどこかのフレーム内に配置することも可能である。さらにガス導入装置を接地し、あるいは別の電圧に接続することも可能である。
【００４５】
もちろん、種々に説明され、かつ請求されているガス導入装置の実施例を、受器内で基板の表面が処理される、可能なすべての処理装置ないしコーティング装置で使用することができる。その場合に、特に物理蒸着法（ＰＶＤ）および化学蒸着法（ＣＶＤ）プロセスを実施するために使用される装置のすべての可能な実施形態において使用することができる。
【００４６】
また、本発明により定義されたガス導入装置自体の実施態様は図２および３の例に限定されるものではなく、ガス導入が制御して行われ、ないしは所望通りのガス導入を用いて好ましい均一なガス分配をもたらすことのできる装置の全ガス導入システムを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】いわゆる緩衝室、ないしは、ガス管シャワーを有する、従来技術に基づくガス導入装置を示すものである。
【図２】いわゆる多段二股分岐として形成された本発明によるガス導入装置を示すものである。
【図３】ガス導入装置の他の実施例を示すものである。
【図４】マグネトロンと、例えば、図２に示すようなガス導入装置とを有するカソードスパッタリング装置を示すものである。
【図５】図４に概略図示するものと同様のカソードスパッタリング装置のアノードフレームとターゲットの横断面を示すものである。
【図６】例えば、図５に使用されるようなガス流出開口部を有するアノードフレームの好ましい実施例の一部を詳細に示すものである。
【符号の説明】
１…ガス源
２…分岐
３…分岐
４…分岐
５…分岐
６…流出開口部
８…移送パイプ
１０…緩衝室
１１…横断面
２０…マグネットシステム
２１…ターゲット冷却プレート
２２…ターゲット
２３…ターゲットクリップリング
２４…カソード
２５…アノードベースプレート
２６…アノード基礎プレート
２８…アノードフレーム
２９…ガス管
３０…暗部間隔
３２…凹部
【産業上の利用分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の、特に物理的あるいは化学的なコーティング方法を用いて、あるいはエッチング方法を用いて、真空受器内で基板を処理する装置、請求項８の前提部分に記載のスパッタリングあるいは蒸発を行う装置、請求項９の前提部分に記載のマグネトロンとして駆動されるターゲットを有するカソードスパッタリング装置および請求項１５の前提部分に記載の基板を均一に処理する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に、例えば、高真空内でコーティングする場合などに基板を処理する場合に、処理ないしコーティングが全表面にわたって均一ないし均質に分配して行われることが最も重要であることが考えられる。特に、作業ガスあるいは反応ガスを用いて処理する場合には、ガス導入システムが上述の事実に関して敏感な要素であることが明らかにされている。
【０００３】
特に、例えば、受器内でカソードスパッタリングを行う場合など、いわゆるプラズマを使用するエッチングおよびコーティング技術においては、作業ガスないし反応ガスのガス分圧が均質でない場合には処理すべき基板上に層圧、屈折インデックス、減光係数、層応力、組成などの層特性に関して非均質の表面ないし層分布が発生する。
【０００４】
この問題を解決するために、様々な付加手段が知られている。まず、いわゆるゲッター面とマスクを用いて一方で異なる分圧を補償し、他方では基板において反応に必要なガスによるターゲットの、いわゆる「汚染」を防止することが提案されている。
【０００５】
すなわち、欧州特許第Ａ−０３４７５６７号にはターゲットと基板間に間隙を有するマスクを使用することが提案されており、その場合にガスはこの間隙に供給される。
【０００６】
マニーフ等（Ｓ．Ｍａｎｉｖ ｅｔ ａｌ．）の「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．」１８（２）、１９５、１９８１には、ターゲットと基板間に通過部を有するシールドを配置して、反応ガスを、通過開口部を包囲するパイプシステムを通して供給することが提案されており、その場合にこのパイプシステムの流出開口部は基板方向に向けられている。
【０００７】
シラー等（Ｓｃｈｉｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．）の「Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ」６４、４５５、１９７９にはターゲットの領域に、いわゆるゲッター表面（Getteroberflaechen) を設けて、それによって基板表面に接近して供給される反応ガスによるターゲット表面の「汚染」が防止される。このゲッター表面は、例えば、酸素などの反応ガスを吸収する。ターゲット表面近傍にはさらに不活性の作業ガスが供給され、それによって反応ガスがターゲットから隔絶される。
【０００８】
さらに、ガス導入装置に緩衝体積が設けられ、それに多数の流出開口部が設けられることが提案されており、その場合に緩衝体積はガス導入装置によってもたらされる移送体積脈動の振幅よりもずっと大きく形成されている。通常はこの種の緩衝体積は、縦方向に互いにほとんど等しい距離を有する流出開口部を備えた縦に延びる緩衝室である。この種の緩衝室、パイプガスシャワーとも称する、の問題点は、ガスの通過は緩衝室内の流れの種類に著しく関係するので、すべての流出開口部におけるガスの通過を制御することは殆んど不可能であるということである。たしかに、この種の緩衝室内にマスクあるいは他の流れ抵抗を配置することは可能であるが、この種の構造の計算はきわめて複雑である。
【０００９】
ドイツ連邦共和国特許第ＯＳ−３３３１７０７号にも特殊な方法が記載されており、この方法はターゲットないしは基板への反応ガスの作用を止めることを意図している。
【００１０】
最後に、アメリカ合衆国特許第Ａ−４９３１１５８号には基板近傍における第２の放電（補助プラズマ）が提案されている。ここでも作業ガスはターゲットの近傍で供給され、反応ガスは基板の近傍で供給される。格子を用いて２つのプラズマが互いに分離される。
【００１１】
これらすべての方法の欠点は、コーティング率が比較的低く、さらに相変わらず局地的に不均一なガス組成、あるいは、部分的に不均一なガス流の危険性があることであり、それによって、冒頭で要請された、例えば、コーティングの均質性は相変わらず保証されていない。また、異なるガス組成ないし異なるガス分圧によってターゲットにおいて小さいアーク放電が発生する場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、一方で基板のコーティングの際に所望通りの均質性を保証し、他方で処理プロセスのできる限り大きな経済性を得るために、ターゲットに沿って、あるいは基板に沿って再生産可能な均質なガス分布を保証することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば設定された課題は、特に請求項１の文言に記載の装置によって解決される。
【００１４】
受器内で、特に物理的あるいは化学的なコーティング方法によって、あるいはエッチング方法によって、スパッタリングすべきないしは蒸発すべき材料を有する面を備えた少なくとも１つのターゲットを用いて基板を処理するために、作業ガス、および／または、処理に反応的に関与するガスを受器内に導入するための多数のガス流出開口部を備えたガス導入装置が設け、前記開口部をパイプシステムを介して与えられたガス圧力を有する少なくとも１つのガス源と接続せしめることが提案されている。
その場合に重要なことは、与えられたガス圧を有するパイプシステム内の位置に関する流出開口部の抵抗係数が受器内への制御されたガス流が発生するように各流出開口部において定められることである。
【００１５】
パイプシステム内の各位置におけるガス流がこのように制御可能であることによって、受器内のガス分配に影響を与えて、これを要求通りに、できる限り均質に構成することが可能になる。
【００１６】
本発明により提案される解決方法によって、反応ガスを正確に配量し、かつ／または、分配してターゲットに導入し、特に直接ターゲットに導入することが可能になり、従来技術においては、これとは異なり、反応ガスをターゲットから離すことが教示されている。
【００１７】
まず、ガス導入装置の流出開口部が少なくとも１つのターゲット、ないしは、材料源、および／または、１つあるいは複数の基板に関してほぼ均一に分配して配置されていると効果的である。それによって、供給されるガスが局所的に高い濃度を発生することが防止される。
【００１８】
さらに、パイプシステムがこのように構成されており、ないしは、個々の流出開口部の抵抗係数がほぼ等しいので、各流出開口部を通して単位時間当りほぼ同一量のガスが受器内に放出されると効果的である。この方法によっても、最終的に、受器内で、それがターゲットの近傍であろうと、あるいは、１つあるいは複数の基板の近傍であろうと、ほぼ均一なガス分配が保証される。
【００１９】
それぞれの流出開口部の個々の抵抗係数がほぼ等しくなるようにするために、他の実施例によれば、ガス源から流出開口部までの個々の道筋長さがほぼ同一の長さであって、かつ個々の流出開口部の横断面積がほぼ同一の大きさに形成されることが提案されている。この要求を満たすために、例えば、ガス源から各ガス流出開口部まで、ほぼ同一の直径と同一の道筋長さを有する別体の移送パイプを配置することが可能である。
【００２０】
しかし、また、ガス源の流出開口部への接続を、ガス源からないしはパイプシステム内の各分岐から等間隔で後段に接続された、ないしは、後続の２つの分岐に供給が行われ、その分岐自体が、場合によっては、それぞれ２つの後段に接続された分岐、ないしは、場合によっては流出開口部に供給を行うことによって、いわゆる多段二股分岐のシステムと同様に形成することも可能である。
【００２１】
本発明が基本的に教示することは、真空受器内へのガス流を、供給パイプを介して、あるいは流出開口部の断面を介して、あるいは２つの方法を用いて調節可能ないしは再現可能に調節できることである。
【００２２】
例えば、一方では、ターゲットの近傍で、そして、他方では、１つあるいは複数の基板の近傍で、多数のガスを受器内に導入する場合には、導入すべき作業ガスあるいは反応ガス毎にガス導入装置をターゲットおよび１つあるいは複数の基板に関して配置すると効果的であって、その場合には上述したように、それぞれのガス導入装置が本発明に従って形成される。
【００２３】
上述のように本発明によって定義された装置、ないしは、ガス導入装置は、特に、蒸発すべき、ないしは、スパッタリングすべき材料を有する面を備えた、少なくとも１つのターゲットを用いてスパッタリングあるいは蒸発を行う装置に適している。
【００２４】
例として形成された装置として、マグネトロンとして駆動されるターゲットと、ターゲット、ないしは、カソードの少なくとも一部を包囲、ないしは、包含するガス導入装置とを有するカソードスパッタリング装置を説明することとし、その場合に、好ましくは、流出開口部はマグネトロンに関して、ほぼ均一に配置されている。この種のカソードスパッタリング装置の好ましい実施例によれば、ガス導入装置はマグネトロンのカソードを包囲するアノードフレーム内に一体的に配置されており、それによって、それ自体がアノードの一部であることが提案されている。それによって目標の放電が流出開口部上に引き付けられ、それによって反応ガスの能率的な励起が得られる。
【００２５】
他の実施例によれば、ガス導入装置を電気的に絶縁して駆動し、あるいはまた、他の放電回路を形成するために、電圧ないしアースに接続させることが可能である。
【００２６】
本発明によるカソードスパッタリング装置の好ましい実施例によれば、マグネトロンはターゲット、アノードフレームおよびアノードフレーム内に一体的に配置されたガス流出開口部によって形成されており、そのアノードフレームは好ましくは水冷され、かつ場合によってはターゲット端縁を越えて引き込まれており、それによって流出開口部がターゲットの侵食孔上に向けられ、その場合に、好ましくは暗部間隔がどこでも同一に形成されている。
【００２７】
アノードフレーム内に一体的に配置されたガス導入装置に加えて、他のガス導入装置を設けて、例えば、反応ガスを、処理すべき、ないしは、コーティングすべき基板の領域に導入することももちろん可能である。しかし、その場合にはガス導入装置は必ずしもアノードフレーム内に一体的に配置する必要はなく、アノードフレームとは無関係にいずれかのフレーム内に一体的に配置することができる。
【００２８】
最後に、特に物理的、あるいは化学的なコーティング方法を用いて、例えば、スパッタリング方法、あるいはエッチング方法を用いて、受器内で基板を均一に処理する方法が提案されており、その場合に、多数の流出開口部を有するガス導入装置を介して、与えられたガス圧を有する、少なくとも１つのガス源から、少なくとも１つの作業ガス、および／または、処理に反応的に関与するガスが受器内に導入され、その場合に各流出開口部において流出するガス流は、与えられたガス圧を有するパイプシステム内の位置に関する個々の流出開口部の抵抗係数が要求されるガス流に相当するように定められることによって制御される。好ましくは各流出開口部において単位時間当り同一量のガスが受器内に導入される。
【００２９】
上述の本発明による装置並びに方法は、もちろん、例として記載されたマグネトロンを有するカソードスパッタリング装置に限定されるものではなく、基板の均一な処理、ないし、コーティングが必要とされる任意の処理、ないし、コーティング装置で使用することができる。その場合に、受器内で通常の作業圧で行われるか、あるいは、例えば、高真空あるいは超高真空の様な減圧下で作業が行われるかどうかは重要ではない。本発明により定義されたガス導入装置とそれに対応する方法は、何等かの作業ガスあるいは反応ガスを受器内に導入するのに適している。
【００３０】
【実施例】
次に、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１には、従来技術から知られているようなガス導入装置が図示されており、ガス導入装置内には、個々の流出開口部６の前段に接続されて、緩衝室１０が配置されている。この緩衝室１０に沿って個々の流出開口部が、長手方向に延び、かつ、好ましくは互いに同一の間隔で配置されている。緩衝室１０の横断面１１が大きく選択されるほど、個々の流出開口部の抵抗係数が等しくなること、ないしは、個々の流出開口部を同一量のガスが通過することがさらに保証される。もちろん、実際には、同一量のガスが流出するためには、この種の緩衝室、ないしは、ガス管シャワーの断面を比較的大きく選択しなければならないことが明らかにされている。さらに、この種のガス管シャワーが機能を発揮することは選択された全体のガス流量と流れの種類に大きく左右されるので、選択された流量においては均一な分布は得られるが、一方で、全体の流量が異なると分布は、もはや一様ではなくなる。緩衝室内にさらに偏向マスクあるいは抵抗部材を配置することは可能であるが、この種の構造の計算はきわめて複雑であって、その場合でも緩衝室全体において流れの種類が常に同様であることは保証されない。
【００３１】
この理由から本発明によれば、以下の図面で説明するような、より簡単な他の方法が提案される。
【００３２】
図２には作業ガスあるいは反応ガスを受器内に導入するガス導入装置が図示されている。ガス源１からパイプが第１の分岐２まで導かれている。この分岐から等距離隔てて、同一に寸法決めされた２つのパイプを介して第２の分岐３に供給が行われる。この分岐３から新たに同一長さおよび同一寸法のパイプを介してそれぞれ他の第３の分岐４に供給が行われる。最後に他の第４の分岐５からそれぞれ２つの流出開口部６に供給が行われる。このような構造のガス導入システムによって、各流出開口部６が同一の抵抗係数を有し、従って各流出開口部６を通して単位時間当り同一量のガスが受器内に放出されることが保証される。もちろん、分岐を他の平面に形成することも可能であって、その場合には分岐ないし流出開口部の数は、導入すべきガスが放出されるターゲットないし基板の大きさに基づいて選択される。
【００３３】
図２に示すガス導入装置によって、基板、あるいは、ターゲットにわたって分配して均質なガス分配を達成することが可能になり、それによって、例えば、均質な反応率が得られる。それによって、課題に従って要求された均質な層特性が、上述したように、処理すべき、ないしは、コーティングすべき基板全体にわたって得られる。
【００３４】
本発明による導入装置の他の変形例が図３に概略図示されている。ガス源１から同一長さおよび同一に寸法決めされた移送パイプ８を介して、それぞれ端部に固定配置されたガス流出開口部６に供給が行われる。その場合に、このガス流出開口部６は、ほとんど同一に寸法決めされている、すなわち流出開口部の断面は同一に寸法決めされている。ガス導入システムをこのように形成することによっても、個々のガス流出開口部の抵抗係数が同一であって、従って単位時間当り同一のガス量が受器内に放出されることが保証される。
【００３５】
図２と３に示す図においては、いずれの場合にも同一長さのパイプが明らかにされ、その場合に選択された流出開口部の直径が等しければ各流出開口部内のガス流も同一である。しかし、同一のパイプ断面を有する同一長さの供給パイプにおいて直径ないしは断面積を変化させることによって、各流出開口部内でガス流を再現可能に所望通りに制御することが可能である。同様にして、逆に、供給パイプの長さあるいは断面を変化させることによって、同一の大きさの流出開口部においてガス流を再現可能に制御することができる。このようにガス流を再現可能に所望通りに調節することは、例えば、図１に示すようなガス管シャワーでは不可能である。
【００３６】
図４には、カソードスパッタリング装置のターゲット、ないしは、マグネトロンに関して配置された、例えば、図２に示すようなガス導入装置が概略図示されている。ターゲット２２およびターゲットの全部の側を包囲する、例えば、水冷されるアノードフレーム２８を含むマグネトロンの長手方向の広がりの両側に、ガス流出開口部６がターゲット２２に向けて配置されている。このガス流出開口部６は、ガス源１から始まるパイプシステムによって供給され、ガス源は分岐２に供給を行い、分岐２は次に分岐３ないし４に供給を行う。その場合に図５から明らかなように、ガス源１ないしは分岐２、３および４によってそれぞれ他の分岐あるいはガス流出開口部６が供給を行われることによって、図１と同様のパイプシステムは多段二股分岐に従って形成されてており、ガス流出開口部はそれぞれ対応する分岐から同一の距離で配置されている。それによって、ガス源１から各流出開口部６までパイプシステム内で同じ距離をとらなければならないことが保証される。利点は、この配置においては導入される１つ、または複数のガスの有効性が流れの種類ないしは流れの領域とは関係なく常に等しいことである。
【００３７】
従って、パイプ断面がどこでも等しく、かつ各流出開口部６において開口部断面も等しい大きさであると仮定して、ここでも流出開口部６全体の抵抗係数は同一であって、それによって各流出開口部において単位時間当り流れの種類とは関係なく同一のガス量がターゲットに対して放出される。放出すべきガスは、不活性な希ガス、例えば、アルゴンなどの作業ガスでもよく、あるいは、例えば、窒素あるいは酸素などの反応ガスであっても、あるいは、例えば、不活性の希ガス（Ａｒ）と酸素（Ｏ2 ）からなる混合ガスであってもよい。反応ガスは蒸発ないしはスパッタリングすべき金属と反応し、その場合に基板上に窒化物または酸化物層を形成するために、それに応じた窒化物ないしは酸化物を形成することができる。その場合に窒化物ないし酸化物形成は、すでにターゲット表面上で行われ、あるいは金属の蒸発後に行われるようにしてもよい。好ましくは個々のガス流出開口部６は互いに等距離で配置され、それによってターゲットにわたって均一なガス分配が得られる。
【００３８】
もちろん図４に示すガス導入装置と同様に、システムを多段二股分岐として形成することによって、ガス導入装置を基板に対抗して配置することも可能である。
【００３９】
図５にはマグネトロンのターゲットおよびターゲットを包囲するアノードフレームの断面が、例えば、図４のＩ−Ｉ線に沿った断面で示されている。図５に示す装置を説明するために図６を参照し、図６には図５に示す装置に使用されているようなアノードフレームの一部の詳細が部分的に断面で示されている。その場合に、この部分はアノードフレームのガス管、ないしは、流出開口部６が配置されている箇所を示すものである。
【００４０】
マグネトロンのアノードフレーム２８はターゲット２２の側方に配置されており、ターゲット２２はターゲット冷却プレート２１上に接するように載置されており、それもまた、マグネットシステム２０を有する水冷装置上に接するように載置されている。従って図示の装置はいわゆるマグネトロンであって、例えば、カソードスパッタリング装置に使用される。ターゲット２２は最終的にいわゆるターゲットクリップリング２３によってターゲット冷却プレート２１上に側方から保持されている。その場合にターゲット２２、冷却プレート２１、マグネットシステム２０およびターゲットクリップリング２３が共に図示のマグネトロンのカソード２４を形成する。
【００４１】
カソード２４に対して側方に配置されたアノードは、まずアノードフレームを有し、このアノードフレームを通して前面側にガス流出開口６を有するガス管２９が延びている。アノードフレーム２８を冷却するために水冷装置２７が設けられており、この冷却は反応ガスの能率的な励起をもたらすために、ガス開口部上に放電が引き付けられる場合には特に重要である。このことは特に、ガス管自体がアノードの一部であり、ないしは、ガスの流出がアノードに対して絶縁されていない場合に得られる。このようにアノード内にガス流出部を一体的に配置することによって、層質にもコーティング率にも積極的な作用がもたらされる。さらに、ガス流出開口部６が、図６ではターゲット２２の表面の凹部３２によって概略図示されているターゲットの侵食孔上に向けられていると効果的である。
【００４２】
アノードフレーム２８はアノード基礎プレート２６上に載置されており、アノード基礎プレートにはフレームのベースプレートが、例えば、ボルトを介して結合固定されており、それによってアノードフレームは容易に取り外すことができる。基礎プレート２６自体はアノードベースプレート２５上に配置されている。アノードベースプレート２５、基礎プレート２６およびアノードフレーム２８はもちろん一部品から形成することも可能である。
【００４３】
図６に示す詳細なスケッチにおいてはアノード基礎プレート２６はターゲットクリップリング２３を越えてターゲット端縁上まで引き込まれており、それによってターゲットの端縁領域に生じる放電(Uebersclaege)を効果的に抑圧することができる。もちろん、アノード基礎プレート２６をターゲットを越えてさらに引き込むことも可能である。その場合に重要なことは、暗部間隔３０がどこでも同一になることであって、それによってターゲットの上方に形成されるプラズマが有効にシールドされる。もちろん、このプラズマのシールドは多数の方法でもたらすことができるが、図６に例示する実施例が効果的であることが明かにされている。
【００４４】
図４から６に示す本発明のガス導入装置の使用例は、本発明を詳細に説明するための１実施例に過ぎない。すなわち、例えば、ガス導入パイプをアノードフレームとは関係なく配置すること、すなわちアノードフレームから絶縁して、ターゲットを包囲するどこかのフレーム内に配置することも可能である。さらにガス導入装置を接地し、あるいは別の電圧に接続することも可能である。
【００４５】
もちろん、種々に説明され、かつ請求されているガス導入装置の実施例を、受器内で基板の表面が処理される、可能なすべての処理装置ないしコーティング装置で使用することができる。その場合に、特に物理蒸着法（ＰＶＤ）および化学蒸着法（ＣＶＤ）プロセスを実施するために使用される装置のすべての可能な実施形態において使用することができる。
【００４６】
また、本発明により定義されたガス導入装置自体の実施態様は図２および３の例に限定されるものではなく、ガス導入が制御して行われ、ないしは所望通りのガス導入を用いて好ましい均一なガス分配をもたらすことのできる装置の全ガス導入システムを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】いわゆる緩衝室、ないしは、ガス管シャワーを有する、従来技術に基づくガス導入装置を示すものである。
【図２】いわゆる多段二股分岐として形成された本発明によるガス導入装置を示すものである。
【図３】ガス導入装置の他の実施例を示すものである。
【図４】マグネトロンと、例えば、図２に示すようなガス導入装置とを有するカソードスパッタリング装置を示すものである。
【図５】図４に概略図示するものと同様のカソードスパッタリング装置のアノードフレームとターゲットの横断面を示すものである。
【図６】例えば、図５に使用されるようなガス流出開口部を有するアノードフレームの好ましい実施例の一部を詳細に示すものである。
【符号の説明】
１…ガス源
２…分岐
３…分岐
４…分岐
５…分岐
６…流出開口部
８…移送パイプ
１０…緩衝室
１１…横断面
２０…マグネットシステム
２１…ターゲット冷却プレート
２２…ターゲット
２３…ターゲットクリップリング
２４…カソード
２５…アノードベースプレート
２６…アノード基礎プレート
２８…アノードフレーム
２９…ガス管
３０…暗部間隔
３２…凹部
Claims (14)
- スパッタリング、ないし、蒸発すべき材料を有する面を備えた、少なくとも１つのターゲットを有し、物理的または化学的な処理方法を用いて、あるいはエッチング方法を用いて真空受器内で基板を処理する装置であって、
作業ガス、および／または、処理に反応的に関与するガスあるいは混合ガスを受器内に導入する多数のガス流出開口部（６）を備えた、少なくとも１つのガス導入装置を有し、
前記受器はパイプシステムを介して与えられたガス圧を有する、少なくとも１つのガス源（１）と接続されていて、
ガス源（１）から流出開口部（６）までの個々の道筋長さをほぼ等しくした、
ことを特徴とする真空受器内で基板を処理する装置。 - 流出開口部（６）が、少なくとも１つのターゲット（２２）ないしは材料源、および／または、１つあるいは多数の基板に関して、ほぼ設定された分配プロフィールに従って形成され、例えば、均一に分配して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- ガス導入装置が、それぞれ、個々の流出開口部の抵抗係数が、少なくともほぼ設定された値を有し、例えば、ほぼ等しいように形成されているので、流れ領域ないしは流れの種類に関係なく各流出開口部を通して単位時間当り、少なくともほぼ設定された量、例えば、同一量のガスが受器内に流出することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
- ガス源から各ガス流出開口部まで、ほぼ同一の直径と同一の道筋長さを有する別体の移送パイプ（８）が配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
- ガス源（１）のガス流出開口部（６）への接続が、ガス源 （１）から、ないしは、パイプシステム内の各分岐（２、３、４）から等距離隔てた２つの後段に接続された、ないしは、後続の分岐（３、４、５）に供給が行われ、これらの分岐自体必要に応じて、それぞれ２つの後段に接続された分岐（４、５）、ないしは、場合によっては流出開口部（６）に供給を行うことによって、いわゆる多段二股分岐 (binaeren Baumes) のシステムと同様に形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
- ターゲット、ないしは、材料源、および／または、１つまたは複数の基板に関して、少なくともそれぞれ１つのガス導入装置が設けられていることを特徴とする請求項２から５までのいずれか１項に記載の装置。
- 装置がマグネトロンとして駆動されるターゲットとマグネトロン、ないし、カソードを、少なくとも部分的に包囲し、ないしは、包含するガス導入装置を有するカソードスパッタリング装置であって、その場合に、好ましくは、各流出開口部からのガス流は設定された値を有し、かつ、例えば、ほぼ均一にマグネトロンに作用することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
- ガス導入装置がマグネトロンのカソードを包囲するアノードフレーム内に統合して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
- ガス導入装置が、放電が、例えば、ガス導入装置に電圧を印加することによって、流出開口部上に所望通りに引き付けられるように形成され、開口部が放電区間の電極の一部を形成することを特徴とする請求項７あるいは８に記載の装置。
- ガス導入装置が、第２の放電回路を形成するために電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項７から９項までのいずれか１項に記載の装置。
- マグネトロンがターゲット、アノードフレームおよびアノードフレーム内に統合して配置された流出開口部によって形成され、
前記アノードフレームが、好ましくは、水冷されており、かつ、ターゲットの端縁ゾーンの放電 (Ueberschlaege) を抑圧するために、ターゲット端縁を越えて引き込まれて形成されており、
かつ、ガス流出開口部が、好ましくは、ターゲットの侵食孔上に向けられていることを 特徴とする請求項７から１０までのいずれか１項に記載の装置。 - 少なくとも１つの基板に関して、少なくとも１つの他のガス導入装置が配置されていることを特徴とする請求項７から１１までのいずれか１項に記載の装置。
- スパッタリングないしは蒸発すべき材料を有する面を備えた、少なくとも１つのターゲットを有する真空受器内で、物理的あるいは化学的なコーティング方法、またはエッチング方法によって基板を均一に処理する方法であって、
前記受器内に、与えられたガス圧を有する、少なくとも１つのガス源から多数の流出開口部を有するガス導入装置を介して、少なくとも１つの作業ガス、および／または、処理に反応的に関与するガスが導入され、
ガス源（１）から流出開口部（６）までの個々の道筋長さをほぼ等しくされている、
ことを特徴とする真空受器内で物理的あるいは化学的なコーティング方法、またはエッチング方法によって基板を均一に処理する方法。 - 各流出開口部において単位時間当り少なくともほぼ同一量のガスが受器内に導入されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
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