JP3995062B2 - 導電性ターゲットによって基板をコーティングする装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を具備し、交流電源を２つのマグネトロン陰極に接続し、マグネトロン陰極は電気的にターゲットと共働して、導電性ターゲットから基板をコーティングする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トライオード装置と称される公知のスパッタ装置（Ｔ．Ｃ．Ｔｉｓｏｎｅ及びＪ．Ｂ．Ｂｉｎｄｅｌｌ著”制限されているプラズマによる低圧トライオードスパッタリング”（Ｊ．ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ誌，第１１巻，１９７４年，５１９〜５２７頁）ではプラズマは、スパッタするターゲットの前で、電子源としての熱陰極による付加的な低圧ガス放電の使用により増強される。この場合、電子は、主放電プラズマを横切って流れ、これにより荷電担体密度が高められ、ガスイオン化が増強される。この公知の装置の欠点は、可能な電流密度が制限され、とりわけ長時間安定性が劣悪である点である。
【０００３】
東独特許第２５２２０５号明細書から公知の薄膜製造用スパッタ装置は磁石装置とこの磁石装置の上に配置されておりスパッタ材料から成る少なくとも２つの電極とから成り、これらの電極は電気的に、これらの電極が交互にガス放電の陰極及び陽極になるように形成されている。これを実現するためにこれらの電極は、有利には５０Ｈｚの正弦波交流電圧に接続されている。
【０００４】
この公知のスパッタ装置はとりわけ、反応スパッタリングによる誘電性層の析出に適する。例えば５０Ｈｚでこの装置を作動することにより、陽極にフリッタが形成されることが防止され、金属コーティングの場合には電気的短絡（いわゆるアーク）が防止される。
【０００５】
薄膜をスパッタする別の公知の１つの装置では、異なる材料の沈着速度が制御可能であり（ドイツ特許第３９１２５７２号明細書）、これにより非常に薄い成層体が得られ、この装置では少なくとも２つの異なる種類の、陰極側に設けられている対向電極が配置されている。
【０００６】
更に高周波陰極スパッタリングを用いて合金を析出する公知の装置（ドイツ特許第３５４１６２１号明細書）では交互に２つのターゲットが制御可能であり、これらのターゲットは、析出する合金の金属成分を異なる割合で含有する。これを実現するために基板は基板担体に載置され、この基板担体は駆動装置によりスパッタリング動作中に回転される。
【０００７】
更に、以前に公開された文献（ドイツ特許第３８０２８５２号明細書）により、２つの電極と少なくとも１つのスパッタする材料とにより基板をコーティングする装置において、コーティングする基板をこれら２つの電極の間に互いに空間的間隔を置いて配置し、交流半波を、ほぼ同一の振幅を有する低周波半波として選択することが公知である。
【０００８】
更にドイツ特許出願公開第４１０６７７０号公報から、電気絶縁性材料例えば二酸化ケイ素により基板を反応コーティングする方法及び装置が公知であり、この装置は交流電源から成り、この交流電源は、コーティング室の中に設けられている磁石を収容する陰極に接続され、この陰極はターゲットと共働し、交流電源の２つのアースされていない出力側は、ターゲットを担持するそれぞれ１つの陰極に接続され、これら２つの陰極はコーティング室の中に互いに隣接して位置してプラズマ空間の中に設けられ、対向して位置する基板にそれぞれほぼ同一の空間的間隔を有する。放電電圧の実効値は、導線を介して陰極に接続されている電圧実効値検出装置により測定され、直流電圧として制御回路に供給され、この制御回路は調整弁を介して容器から配分器導管の中への反応ガス流を、測定電圧が電圧目標値に一致するように制御する。
【０００９】
最後に、ドイツ特許第４２０４９９９号明細書から、反応性雰囲気の中で導電性ターゲットから例えば非導電性層により基板をコーティングする装置が公知であり、この装置は電流源から成り、この電流源は、排気されたコーティング室の中に設けられ磁石を収容する陰極に接続され、これらの陰極は電気的にターゲットと共働し、２つの電気的に互いに分離されかつスパッタ空間から分離されている陽極が設けられ、これらの陽極は陰極と基板との間の平面の中に設けられ、中間の周波発生器に接続されている変圧器の二次卷線の双方の出力側は、それぞれ１つの陰極に給電線を介して接続され、第１の給電線及び第２の給電線は分岐線を介して互いに接続され、この分岐線には、有利にはコイルとコンデンサから成る振動回路が挿入接続され、これら２つの給電線のそれぞれは、コーティング室を有し大地に対して直流電圧電位を設定する第１の電気素子を介しても、それぞれの陽極を有する対応する第２の電気素子と、コンデンサが挿入接続されているそれぞれ１つの分岐線とを介しても、コーティング空間に接続され、チョークコイルが、第１の給電線の、振動回路を第２の二次端子に接続する部分区間の中に挿入接続されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
公知の装置が、アークすなわち望ましくないアーク形成を防止し、ターゲットの表面を、絶縁層の形成から守ることを課題としているのに対して、本発明の課題は、スパッタプロセスの長時間安定性及び成膜速度を高めるだけでなく、高いターゲット利用度及び均一性を保証することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明の請求項１の特徴部分に記載した特徴により、導電性ターゲットによって基板をコーティングする装置において、この装置には、２つのマグネトロン陰極に接続されている交流電源が含まれており、上記マグネトロン陰極は、電気的にターゲットと共働し、上記交流電源の一方の極は給電線を介して一方の前記陰極に接続され、他方の極は給電線を介して他方の前記陰極に接続されており、上記の２つのマグネトロン陰極のそれぞれは、真空室の中のそれぞれ１つの固有の仕切空間の中に配置されており、上記の２つの仕切空間は、それぞれの仕切空間の分離壁のスリット又は開口を介して第３仕切空間に接続されているか又は第３仕切空間の直前で領域に接続されており、上記のマグネトロン陰極を配向して、このマグネトロン陰極のターゲットの平面が、基板に対向する、上記の仕切空間の底部に平行に延在するか、又はこれらの仕切空間を外側に対して区切る側壁に平行に延在するようにし、第３仕切空間の中には、スパッタターゲットを有するダイオード陰極が設けられており、このダイオード陰極は、導線を介して１つの固有の直流給電装置に接続されており、上記ダイオード陰極と、このダイオード陰極に対向して位置する基板との間の空間の中にガス導管からガスが流出するように開口されており、ガス導管を介してプロセスガスが、前記空間の中のダイオード陰極のターゲットと前記基板との間に流入可能にしたことによって解決される。
【００１２】
その他の詳細及び特徴は、その他の請求項に詳細に説明されている。
【００１３】
本発明は異なる実施の形態が可能であり、それらのうち３つの実施の形態が、添付図面に略示されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１に示されている装置は真空室２から成り、真空室２の中には基板３が長手方向に移動可能に保持及び案内されており、基板３の上方には絞り開口５を有する絞り４が設けられ、絞り４は、陰極７のターゲット６からスパッタされた材料が、矢印方向Ａに移動する基板３の表面にスパッタするのを可能にする。陰極７は導線９を介して直流電源８に接続され、壷状ハウジング１０を用いて仕切空間１１及び１２から分離され、仕切空間１１及び１２の中にはそれぞれ陰極１３，１４が配置され、陰極１３，１４のターゲット１５，１６はそれぞれ仕切空間１１，１２の底部壁１７又は１８に向けられている。陰極１３，１４はそれぞれ交流電源１９の極２０又は２１にそれぞれ１本の導線２２，２３を介して接続されている。仕切空間１１，１２の底部壁１７，１８の下方にはガス供給管２４，２５が設けられ、ガス供給管２４，２５はノズル２６，２７を有し、ノズル２６，２７を介してプロセスガスは中間空間２８に流入し、中間空間２８は一方ではターゲット６により制限され、他方では基板３により制限されている。
【００１６】
点火補助手段として導線２２，２３がそれぞれ１つの抵抗及びダイオード２９，３０を介して真空室２に接続され、更に真空室２は真空ポンプ３１，３２に接続され、ダイオード陰極７のターゲット６の平面に対して仕切空間１１，１２のスリット又は開口３３又は３４が設けられ、スリット又は開口３３又は３４は仕切空間１１，１２を空間４３にターゲット３５の直接前で接続し、従ってマグネトロン陰極１３，１４から発生されるプラズマは均一に（磁石装置無しの陰極の）ダイオード陰極７のターゲット６の前で空間４３の中で燃焼する。仕切空間１１，１２の外壁の中の開口３５，３６は、これらの仕切空間１１，１２の迅速な排気を可能にする。
【００１７】
図２の実施の形態が図１の実施の形態と異なる点は、マグネトロン陰極１３，１４が、マグネトロン陰極１３，１４の陰極１５，１６が仕切空間１１，１２の外壁３７，３８に互いに対向して位置するように配向されている点である。
【００１８】
図３の実施の形態が図１の実施の形態と本質的に異なる点は、仕切空間１１，１２が壁４１，４２の中の互いに面している後方の開口又はチャネル３９，４０を介して接続されている点である。
【００１９】
本発明の装置が公知の装置に比して有する１つの利点は、互いに近づけて配置されているマグネトロン陰極を付加的なプラズマ源（電子及びイオン）として使用することによりプラズマ密度が前述のダイオード陰極の直接前で公知の装置に比して大幅に高くなる点である。これにより次のことが達成される。
【００２０】
１． 高い成膜速度
２． 良好な均一性
３． 高いターゲット利用度
４． 高い長時間安定性
５． 良好な均一性を有し広い面積にわたり静的なスパッタ
ツインマグネトロン陰極１３，１４（２つのマグネトロン陰極の装置）は、炭素から成るターゲット１５，１６を備え、これによりスパッタ率はできるだけ小さく維持される、何故ならばこの装置ではマグネトロン放電のスパッタ効果は望ましくないからである。ダイオード陰極７はターゲット６を備え、ターゲット６は、スパッタする材料を含む。３つすべての陰極はそれぞれ１つの暗空間シールドを有する。ツインマグネトロン陰極の暗空間シールドは浮動しており、ダイオード陰極の暗空間シールドはアースされている。ダイオード陰極７は直流電圧源８に接続され、直流電圧源の正極は真空室に接続されている、すなわちアースされている。交流電圧（配電交流電圧又は中周波又はそれらの中間の周波）が双方のツインマグネトロン陰極１３，１４に印加される。交流電圧によりこれら２つのツインマグネトロン陰極１３，１４の間にプラズマ帯が形成される。プラズマ帯の伝播は本装置のシールドにより制限され、従ってプラズマ帯はダイオード陰極のターゲット上にわたって延在している。ガス入口は前述のシールドの下方に位置し、従ってターゲットにガスビームが直接に当たることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の側面断面略図である。
【図２】本発明の別の１つの実施の形態の側面断面略図である。
【図３】本発明の別の１つの実施の形態の側面断面略図である。
【符号の説明】
１ 仕切空間
２ 真空室
３ 基板
４ 絞り
５ 絞り開口
６ ターゲット
７ 陰極
８ 直流電源
９ 導線
１０ 壷状ハウジング
１１，１２ 仕切空間
１３，１４ 陰極
１５，１６ ターゲット
１７，１８ 底部壁
１９ 交流電源
２０，２１ 極；端子
２２，２３ 電線
２４，２５ ガス供給管
２６，２７ ノズル
２８ 中間空間
２９，３０ ダイオード
３１，３２ 真空ポンプ
３３，３４ 間隙；スリット；開口
３５，３６ 開口；貫通孔
３７，３８ 外壁
３９，４０ チャネル
４１，４２ 壁部分
４３ 空間

Claims (2)

1. 導電性ターゲットによって基板（３）をコーティングする装置において、
   該装置には、２つのマグネトロン陰極（１３，１４）に接続されている交流電源（１９）が含まれており、
   前記マグネトロン陰極は、電気的にターゲット（１５，１６）と共働し、
   前記交流電源（１９）の一方の極（２０）は給電線（２２）を介して一方の前記陰極（１３）に接続され、他方の極（２１）は給電線（２３）を介して他方の前記陰極（１４）に接続されており、
   前記の２つのマグネトロン陰極（１３，１４）のそれぞれは、真空室（２）の中のそれぞれ１つの固有の仕切空間（１１，１２）の中に配置されており、
   前記の２つの仕切空間（１１，１２）は、それぞれの仕切空間（１１，１２）の分離壁のスリット又は開口（３３，３４）を介して第３仕切空間（１）に接続されているか又は第３仕切空間（１）の直前で領域（３５）に接続されており、
   前記のマグネトロン陰極（１３，１４）を配向して、該マグネトロン陰極（１３，１４）のターゲット（１４，１５）の平面が、基板（３）に対向する、前記仕切空間（１１，１２）の底部（１７，１８）に平行に延在するか、又は当該仕切空間（１１，１２）を外側に対して区切る側壁（３７，３８）に平行に延在するようにし、
   第３仕切空間（１）の中には、スパッタターゲット（６）を有するダイオード陰極（７）が設けられており、
   該ダイオード陰極（７）は、導線（９）を介して１つの固有の直流給電装置（８）に接続されており、
   前記ダイオード陰極（７）と、該ダイオード陰極（７）に対向して位置する前記基板（３）との間の空間（２８）の中にガス導管（２４，２５）からガスが流出するように開口されており、
   前記ガス導管（２４，２５）を介してプロセスガスが、前記空間（２８）の中の前記ダイオード陰極（７）のターゲット（６）と前記基板（３）との間に流入可能にしたことを特徴とする、
   導電性ターゲットによって基板をコーティングする装置。
2. マグネトロン陰極（１３，１４）を収容する２つの仕切空間（１１，１２）を真空室（２）により取囲み、
   前記仕切空間（１１，１２）の底部（１７，１８）を、ダイオード陰極（７）のターゲット（６）の平面と基板平面（３）とに平行に走行する平面の中に延在させ、
   プラズマ流が流出する２つのスリット又は開口（３３，３４）を、前記ダイオード陰極（７）の前記ターゲット（６）の平面の下方の平面内にかつ直径上で互いに対向するように仕切空間（１１，１２）の側壁（４１，４２）に配置することを特徴とする、
   請求項１に記載の、導電性ターゲットによって基板をコーティングする装置。

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