JP3964951B2 - 基板を被覆する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を被覆する装置であって、交流電源が設けられていて、該交流電源が、磁石を取り囲む２個の陰極に接続されており、該陰極が電気的にターゲットと協働するようになっており、該ターゲットがスパッタされ、スパッタ除去された粒子が基板に沈積するようになっている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜を形成するスパッタ装置は既に公知である（ドイツ民主共和国特許第２５２２０５号明細書）。この装置の場合、磁石システムと、このシステム上に配置された少なくとも２個の、被スパッタ材料から成る電極とから成り、しかも、これらの電極が、交互にガス放電の陰極と陽極となるように構成されている。この目的のため、これらの電極は、有利には５０Ｈｚの正弦状の交流電圧に接続されている。
【０００３】
この公知スパッタ装置は、特に誘電層を反応性スパッタリングにより析出するのに好適という。約５０Ｈｚで装置を作動させることにより、陽極のところでのスパングル発生や、金属被覆の場合の、電気的な短絡（いわゆるアーク）発生が防止される。
【０００４】
薄膜をスパッタリングにより成膜する別の公知の装置の場合、異なる材料の複数の膜の付着速度を調整可能である（ドイツ特許第３９１２５７２号）。これにより、極端に薄い膜パッケージ（Schichtpaketen）を得ることができ、少なくとも２種類の異なる対応電極が陰極側に配置されている。
【０００５】
更に、合金をＨＦ陰極スパッタリングによって析出する装置（ドイツ特許第３５４１６２１号）が公知である。この装置の場合、２個のターゲットが交互に起動され、しかも、これらのターゲットが、析出される合金の金属成分を異なる割合で含有している。基板は、この目的のため、基板支持体上に配置され、この支持体が、駆動ユニットによりスパッタリング過程の間に回転せしめられる。
【０００６】
加えて、公刊印刷物（ドイツ特許第３８０２８５２号）により公知の装置の場合、２個の電極と、少なくとも１つの被スパッタ材料とにより基板が被覆され、被覆される基板が、双方の電極の間に空間的間隔をおいて配置され、かつ、交流電流半波が、事実上等しい振幅の低周波の半波として選択される。
【０００７】
更に、基板を、電気絶縁材料、例えば２酸化珪素（ＳｉＯ2）で反応被覆する装置と方法も公知である（ドイツ特許出願公開第４１０６７７０号）。この装置は、被覆チャンバ内に配置された、磁石を有する陰極と接続された交流電源から成り、これらの陰極がターゲットと協働し、交流電源の２個の非接地出力部が、ターゲットを保持するそれぞれ１個の陰極と接続されており、更に、被覆チャンバ内の双方の陰極が、プラズマ空間内に並置され、向かい合った基板から、それぞれほぼ等しい空間的間隔を有するようにされている。放電電圧の有効値は、その場合、導線を介して陰極に接続された電圧有効値検出器により測定され、直流として導体を介して調整器へ送られ、この調整器が、調整弁を介して、容器から分配管への反応ガス流を制御することにより、測定電圧が目標電圧と等化される。
【０００８】
最後に、特に不導体層を有する基板を、反応雰囲気内で導電性ターゲットにより被覆する装置（ドイツ特許第４２０４９９９号）が、公知である。この装置は、真空化可能な被覆チャンバ内に配置された、磁石を有する陰極と接続された電源から成り、これら陰極がターゲットと協働する。また、互いに電気に分離され、かつ被覆チャンバから隔離された２個の陽極が、陰極と基板との間の平面内に配置されている。更に、中周波発生器と接続された変圧器の２つの出力部が、それぞれ１個の陰極に給電線を介して接続されている。また、第１及び第２の給電線が、分岐線を介して互いに接続され、この分岐線には、振動回路、特に１個のコイルと１個のコンデンサとが配置されている。更に、双方の給電線のそれぞれが、直流電位を大地に対して調節する第１電気素子を介して、被覆チャンバと、また相応の第２電気素子を介して、被覆チャンバと、それぞれ接続されている。更にまた、チョークコイルが、振動回路を第２の２次接続部と接続する第１給電線部分に配置されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これら公知の装置が目的としている点は、“アーキング”、つまり望ましくないアーク発生を防止し、絶縁膜の形成前のターゲット表面を保護することであるのに対し、本発明の目的は、スパッタ過程の安定性を高めることに加えて、膜厚の均等度を制御可能にすることである。更に別の目的は、特別な一実施形式による装置により、極限的に迅速な状態調節を可能にすることである。この目的のためには、チャンバ内面、組付け部材、ターゲットが、水利用を要しないようにされる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の第１の構成では、交流電源の双方の出力部を、それぞれ１つの陰極に、給電線を介して接続し、しかも、双方の陰極のそれぞれが、隣接配置された複数の分室のうちの１つを占有し、前記複数の分室が、通路を介して相互に接続され、共に単一の真空室を形成するようにし、更に、陰極が配置された２つの分室が、並置もしくは１つ以上の分室を挟んで互いに離れて配置されるようにした。
【００１１】
また、特別な一実施形式の場合には、交流電源の一方の極が一方の陰極に、他方の極が他方の陰極に、給電線を介して接続されるようにし、また、双方の陰極のそれぞれが、隣接配置された複数の分室のうちの１つを占有し、これら複数の分室が、通路を介して相互に接続され、共に単一の真空室を形成し、更に、交流電源と接続された陰極を有する双方の分室が、少なくとも部分的に各１個のスパッタ陰極を備えた１つ以上の分室によって、互いに隔離されて配置されるようにした。
【００１２】
本発明のこのほかの細部及び特徴は、特許請求の範囲に記載の通りである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明には、極めて種々の実施形式が可能である。以下では、そのうちの２例を添付図面につき説明する。
【００１４】
図１の装置は、多数の個別分室４〜８に分割された主真空室３から成っている。分室は、すべて、少なくとも一部が管又は穴２６、２７により形成された通路９；１０を介して互いに連通し、分室４〜８の最初と最後の分室には、それぞれ１個の陰極１１又は１２が配置されている。双方の陰極１１、１２は、給電線１３、１４を介して、交流電源１５、例えば中周波発生器と接続されている。第２、第３、第４の分室５、６、７は、それぞれ固有の真空ポンプ１６、１７、１８と接続されている。また、２つの分室４、５；７、８は、それぞれ隔壁２１；２２の開口１９；２０を介して連通している。分室４、６、８は、それぞれガス管２３、２３′；２４、２４′；２５、２５′に接続されている。これらのガス管を介して、各分室４〜８内へプロセスガスを供給できる。基板２は、被覆過程の間、通路９、１０もしくは管又は穴２６、２７を通って運ばれ、双方の陰極１１、１２の傍を通過する。更に、これら個別の分室４〜８により、双方の陰極に対するスパッタ条件を敏感に調節可能である。
【００１５】
陰極１１、１２は、双方とも交流電源から給電され、分室４、８に配置されている。分室４、８は、それぞれ開口１９、２０を介して隣接する分室５、７と連通しており、これらの開口を介して、陰極の分室４、８が真空化される。ガス管２３、２３′；２５、２５′は、陰極にプロセスガス、例えばアルゴンを供給する。また、ガス管２４、２４′は、陰極に反応ガスを供給する。
【００１６】
以上に説明した図１の装置は、特に次の利点を有している：すなわち、
１． 別個の仕切りもしくは分室４、８内に、高い出力の２個の標準陰極１１、１２を配置することによって、２マグネトロン陰極装置が簡単化される。
【００１７】
２． 各分室を互いに分離することによって、陰極１１、１２を、異なるスパッタ雰囲気内で動作させることができる。
【００１８】
３． 前項２によって、双方の陰極１１、１２の作用箇所を別個に調節、制御、調整することが可能となる。
【００１９】
４． 陰極１１、１２を金属モードで、つまり反応ガスを全く又は少量しか用いずに、動作させることができる。少量用いる場合には、反応ガスを陰極の間の分室へ導入する。この分室内で、析出材料が、プラズマの作用下で反応ガスと反応する。
【００２０】
５． 陰極１１、１２を離れた位置に配置することによって、双方の陰極の間に、極めて大きい広がりのプラズマ区域を設けることができる。陰極の幅を有し、数メートル長さを有するプラズマ帯が、付加的補助手段なしで得られる。このプラズマ帯内で、基板２が処理される（表面エッチング、窒化、活性化等）。
【００２１】
６． 陰極１１、１２の間隔を大きくすることによって、直接のフラッシオーバーが発生しにくくなる。このため、処理の安定性が高まる。
【００２２】
７． 一方の陰極１１から他方の陰極１２までの間に、圧力段５、６、７が設けられており、これら圧力段により、双方の陰極の分室４、８内のスパッタガス圧に加えて、陰極１１、１２の間の中間の分室６内のスパッタガス圧をも、それぞれ異なるように調節可能である。
【００２３】
８． 前項７の圧力段によって、また、陰極１１、１２を異なる種類のガス又は異なる混合ガスによって操作することが可能となる。
【００２４】
９． 管又は穴２６、２７もしくは通路９、１０によって、基板２の搬送が可能である。この基板搬送は、ギャップエアロック（Spaltschleuse）によりプラズマとは別個に行うこともできる。
【００２５】
１０． この装置は、大きい面積のＰＥＣＶＤを行うのに適している。大きい面積のプラズマ処理の場合、つまり、スルースに入れられた基板のエッチング及びガス抜きの場合にも、この装置は効果的である。最後に、この装置により標準ガラス装置のガス抜きすることも考えられる。すなわち、全装置の最初と最後のＤＣ陰極の間で、又は有利にはＴｉ−ターゲットを有する付加陰極の間で、ポンピング中に、中周波プラズマを発生させるのである。
【００２６】
図２に示した装置は、多数の個別の分室３１〜４１、３２′〜４０′に分割された主真空室３１から成っている。しかも、これらの分室はすべて、少なくとも部分的に管又は穴５４、５５．．．により形成された通路６０を介して、相互連通しており、最初の分室３２と最後から２番目の分室４０には、それぞれ１個の陰極５８；５９が配置されている。また、双方の陰極５８、５９は、給電線４１、４２を介して、交流電源、例えば中周波発生器の極と接続されている。第２、第４、第６等の分室３３〜３９、４０′は、それぞれ固有の真空ポンプ４４〜４６；６７〜７１に接続されており、しかも、分室３２′〜４０′は、それぞれの隔壁４９、５０．．．の開口４７、４８．．．を介して相互連通している。分室３２′、３３′〜３８′、４０は、ガス管５１、５１′、５２、５２′、５３、５３′に接続されている。これらのガス管を介して、プロセスガスを個別の分室３２′、３３′〜３８′、４０内へ供給できる。基板３０（例えば平板ガラス）は、被覆過程の間、通路６０に沿って管又は穴５４、５５．．．内を搬送され、双方の陰極５８、５９のところを通過する。そのさい、個別の分室では、双方の陰極５８、５９のスパッタ条件を敏感に調節可能である。
【００２７】
陰極５８、５９は、共に１つの交流電源４３から給電されており、分室３２′、４０に配置されている。これらの分室は、それぞれ開口４７、４８、７２を介して隣接分室３３、３９、４０′と連通している。これら隣接分室を介して陰極の分室３１′、４０は真空化される。ガス管５１、５１′；５３、５３′は、陰極５８、５９にプロセスガス、例えばアルゴンを供給する。
【００２８】
分室３３′、３４′〜３８′内に配置された陰極６１〜６６は、図面に詳細には示されていない電源と接続されており、直流でも、交流、例えば中周波でも動作するスパッタ陰極でよい。
【００２９】
図示の例は、平板ガラス被覆装置を略示したものだが、この装置の場合、ガラス板３０が、左から矢印Ａ方向へ、すべてのステーションもしくは分室を通過し、通路６０の右端から、矢印Ａ方向へ送出される。その場合、もっぱらガラス板の被覆に携わるのは陰極６１〜６６であり、他方、交流で動作する陰極５８、５９は、被覆装置の状態調節を受持ち、本来の被覆工程時にはオフ状態にされる。
【００３０】
平板ガラス被覆装置は、一般に、状態調節に約８〜１０時間を必要とする。この時間には、したがって、生産はできない。脱着を強化するための標準グロー装置も、効果を発揮しなかった。なぜなら、稼動中に著しい汚れが発生する空間内で、付加的な電極を必要とするからである。付加電極を用いると、スパングルやその他の剥離が生じる。
【００３１】
本発明による構成の利点は、脱着を強化する必要のある空間内に、付加的な組付け部材が不要な点である。その上、プラズマが、主として、搬送装置と被覆装置底部との間の区域で発生するので、通常の清浄サイクルから外れる区域も包含される。
【００３２】
集中的なマグネトロンプラズマにより、被覆装置のあらゆる内面に著しい脱着が生ぜしめられる。マグネトロンプラズマは、公知の直流グロー装置より、電荷キャリア密度が１０倍高い。直流に特徴的なプラズマの収縮が、中周波の場合には発生しない。このため、プラズマは、主真空室３１全体にくまなく充満する。この装置内に直流マグネトロン放電を発生させることは、別の補助手段なしには技術的に不可能である。中周波放電は、これに対し、問題なしに発生させることができる。
【００３３】
直流放電の場合、更に別の問題が存在する。すなわち、陰極が、陽極を必要とするので、付加的な電極を組付けるか、又は、ゲッタースパッタ区間を被覆装置の片側にだけ配置するようにしなければならない。
【００３４】
図には、それぞれ別個の分室内に配置された複数の陰極を有する平板ガラス被覆装置の通常の構成が示されている。各陰極には、ガス送入・分配装置が配属されている。陰極の分室は、それぞれ隣接のポンプ分室３３〜３９、４０′を介して真空化される。図２には、その変化形が示されている。この変化形の場合、装置の最初と最後の陰極５８、５９が、プラズマ発生用の陰極であり、中周波発生器に接続されている。加えて、これらの陰極５８、５９は、所属の直流電源（図示せず）から分離されている。いま、中周波電圧が陰極５８、５９に印加されると、装置全体にプラズマ帯が形成される。中周波を供給される双方の陰極の間に配置された陰極の分室のガス管を介して、各分室内のプラズマ強度を変化させることができる。状態調節のためには、陰極５８、５９が主真空室３１の底部にスパッタされるが、その場合、底部の不必要な被覆を防止するため、２つの陰極の下方には基板を配置しておき、状態調節完了後、基板を除去するのがよい。陰極５８、５９のターゲットとしては、チタンのターゲットが勧められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】前後に配置された複数分室を有する被覆装置の略示図である。図示の分室の最初と最後の分室に配置された陰極は、交流電源に接続されている。
【図２】図１の実施例の変化形を示した略示図である。交流電源に接続された２個の陰極の分室の間に配置された分室には、部分的に、固有のスパッタ陰極が備えられている。
【符号の説明】
２、３０ 基板
３、３１ 主真空室
４〜８ 分室
９、１０ 通路
１１、１２ スパッタ陰極
１３、１４、４１、４２ 給電線
１５、４３ 交流電源
１６〜１８、４４〜４６、６７〜７１ 真空ポンプ
１９、２０、４７、４８、７２ 開口
２１、２２、４９、５０ 隔壁
２３〜２５、２３′〜２５′、５１〜５３、５１′〜５３′ ガス供給管
２６、２７、５４、５５ 管又は穴
２８、２９、５６、５７ 隔壁
３２〜４０、３２′〜４０′ 分室
５８、５９ 状態調節用陰極
６１〜６６ スパッタ陰極

Claims (9)

1. 反応性（酸化性）雰囲気中で導電性のターゲットの構成要素を用いて非導電性の層を基板に被覆する装置であって、交流電源（１５）が設けられていて、該交流電源が、夫々磁石を備える２個の陰極（１１、１２）に接続されており、該陰極が電気的にターゲットと協働するようになっており、該ターゲットがスパッタされ、スパッタ除去された粒子が基板（２）に沈積するようになっており、交流電源（１５）の一方の極が、一方の陰極（１１）に、他方の極が、他方の陰極（１２）に、それぞれ給電線（１３、１４）を介して接続されており、両陰極（１１、１２）がそれぞれ、互いに隣接して配置されかつ一緒になって真空室（３）を形成する、貫通孔（９）を介して互いに接続された多数の分室（４〜８）の固有の分室（４，８）に設けられており、陰極（１１，１２）を有する前記両分室（４，８）が、直接に相並んで配置されているか、または１つまたは複数の別の分室（５，６，７）によって互いに分離されて配置されていることを特徴とする、基板を被覆する装置。
2. １列に並置された複数の分室(４〜８)のうちの第１の分室（４）と最後の分室（８）に、それぞれ陰極（１１；１２）が配置されていて、しかも、両分室（４、８）に付加的にガス管路が開口しており、該ガス管路を介してプロセスガスが両分室（４、８）へ導入可能である、請求項１記載の装置。
3. 陰極を有する分室（４、８）を貫いて基板（２）を搬送するための貫通孔（９；１０）の一部が、互いに整合して配置された管又は通路（２６、２７）により形成されており、該管又は通路が、各分室を互いに分離する個々の隔壁（２１、２８；２２、２９）を密に貫いて案内されており、前記管又は通路（２６、２７）が貫通している分室（５；７）が、前記隔壁（２１；２２）に設けられた貫通孔または開口（１９；２０）を介して、陰極（１１、１２）を有する分室（４、８）と連通している、請求項１記載の装置。
4. 陰極（１１、１２）を有する分室（１１、１２）へ、ガス管路（２３、２３′；２５、２５′）が開口しており、該ガス管路を介して、アルゴンが前記分室（４，８）に導入可能であり、陰極を有する両分室（４、８）の間に配置された第３の分室（６）に、別のガス管路（２４、２４′）が開口しており、該ガス管路を介して反応ガスが導入可能である、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 陰極（１１、１２）を有する両分室（４、８）の間に配置された分室（５、６、７）が、それぞれ真空ポンプ（１６、１７、１８）に接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 基板（３０）を被覆する装置であって、交流電源（４３）が設けられていて、該交流電源が、夫々磁石を備える２個の陰極（５８，５９）に接続されており、該陰極が電気的にターゲットと協働するようになっており、交流電源（４３）の一方の極が一方の陰極（５８）に、他方の極が他方の陰極（５９）に、それぞれ給電線（４１；４２）を介して接続されており、両陰極（５８、５９）がそれぞれ、互いに隣接して配置されかつ一緒になって真空室（３）を形成する、貫通孔（６０）を介して互いに接続された多数の分室（３２〜４０′）の固有の分室（３２′，４０）に設けられており、交流電源（４３）に接続された、両陰極（５８，５９）を有する前記両分室（３２′，４０）が、少なくとも部分的に各１つのスパッタ陰極（６１〜６６）を備えた１つまたは複数の別の分室（３３〜３９，３３′〜３８′）によって互いに分離されて配置されていることを特徴とする、基板を被覆する装置。
7. １列に並置された複数の分室（３２′〜４０′）のうちの第１の分室（３２′）と最後の分室（４０）とに、それぞれ陰極（５８；５９）が配置されており、前記両分室（３２′、４０）に付加的にガス管路（５１，５１′；５３，５３′）が開口しており、該ガス管路を介してプロセスガスが前記両分室（３２′、４０）へ導入可能である、請求項６記載の装置。
8. 交流電源（４３）に接続された陰極を有する分室（３２′、４０）を貫いて基板（３０）を搬送するための貫通孔（６０）の一部が、互いに整合して配置された管又は通路（５４，５５）により形成されており、該管又は通路が、各分室を互いに分離する個々の隔壁（４９，５０；５０，５７）を密に貫いて案内されており、前記管又は通路が貫通している分室（３３；４０）が、前記隔壁に設けられた貫通孔または開口（４７，４８）を介して、陰極（５８，５９）を有する分室(３２′，４０)と連通している、請求項６記載の装置。
9. 交流電源（４３）に接続された両陰極（５８、５９）の分室（３２′、４０）のほかに、スパッタ陰極（６１〜６６）が配置された別の分室（３３′〜３８′）が設けられており、前記スパッタ陰極が第２の電源に接続されており、スパッタ陰極を有する分室（３３′〜３８′）が、基板（３０）のための貫通孔（６０）に向かって開いており、基板（３０）が、前記貫通孔（６０）を貫いて搬送されるさい、これらすべての陰極（６１〜６６）の作用域に突入するようになっている、請求項６から８のいずれか１項に記載の装置。

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