JP5264168B2 - 基板を被覆するためのコーティング装置及び被覆方法 - Google Patents

Description

本発明は、各カテゴリの独立請求項の前提部に記載された基板を被覆するためのコーティング装置、被覆方法、さらに、被覆された基板に関するものである。

最も多様な基板へ層（ｌａｙｅｒ）を付着させるシステムに関しては、一連の様々な化学的、機械的、物理的な手法が先行技術によって周知となっており、それらの正当化理由、並びに対応する利点及び不利点は、それらへの要求事項及び利用分野によって異なっている。

比較的薄い層を付着させる場合には、電気アーク内でターゲットの表面を蒸気形態に変化させ、その蒸気を形成することにより次に基板上に被覆として析出させることのできる方法が特に知られている。ここでは、アノード及びカソード真空アーク蒸着法を紹介する。これらの方法の不利な点は、例えば、付着される層の均質性に関して最高の品質が求められる場合に、例えば、炭素又は金属を含むターゲットを蒸発させる際に、例えば、銅、大きな粒子、いわゆるドロップレットなどが発生して複雑な方法で取り除かなければならないことである。一般に、ドロップレットを取り除いても不十分となるだけであり、当然、結果として得られる層の品質に悪影響が現れる。

したがって、とりわけ超薄無欠陥層を実現する場合には、イオン化されたプロセス・ガス（特にアルゴンなど）によるカソード・スパッタリングという周知方法がよく用いられる。当業者であれば、「スパッタリング」という用語で括られる様々なスパッタリング方法は自明であろう。

ドロップレットの微粒子放出は、まさにその本質から、アーク蒸発中よりもスパッタリング中におけるほうが格段に小さい。これは、電場の作用の下で、プロセス・ガスの個々のイオン化された原子によって、ターゲット材料がより慎重にターゲットから取り除かれ、蒸気形態に転移するためである。すなわち、スパッタリング中には、ターゲット材料は、アーク蒸発の場合のようにターゲットの表面部分を溶融することによって気相に転移するものではない。

しかしながら、スパッタリング中（すなわち、イオン化プロセス・ガスによるターゲット表面のスパッタリング中）には、例えば、電気的条件が均一でないことによって多かれ少なかれ自然に放電が発生する結果として、いわゆる「微小アーク」が生成されることにより、寄生放電による微粒子放出の危険がある程度生ずる。これに関連して、微粒子放出の文脈において述べられた寄生放電の結果として、特に、約１０ｎｍ〜５００ｎｍの大きさのドロップレットが発生する可能性がある。このドロップレットの大きさは、場合によって著しく大きくなったり小さくなったりする可能性もある。

上記微粒子放出は、それらが、大きさ及び範囲に関してアーク蒸発時の放出よりも大幅に小さい場合であっても、許容されないことがしばしばある。とりわけ、超薄層の製造時や、（例えば、光学部品や電子部品（レンズやハード・ディスクなど）の表面のように）非常に滑らかな表面が必要な場合には許容されないことがある。

したがって、本発明の目的は、それを用いることによって、被覆された表面が最高度の品質要求を満たすように、基板（特に、光学部品、微小機械部品、及び電子部品）をほぼ無欠陥で被覆することのできるカソード・スパッタリングによるコーティング装置及び被覆方法を提案することである。

装置の観点及び技術的方法の観点からこれらの目的を満たす本発明の主題は、各カテゴリの独立クレームによって特徴付けられる。

従属クレームは、本発明の特に有利な具体例に関するものである。

本発明によるコーティング装置は、カソード・スパッタリングによる基板の被覆のために、ガス雰囲気を整え及び維持するための、プロセス・ガスの注入口及び排出口を有するプロセス・チャンバを有し、アノード及び、スパッタリングされるべきターゲット材料からできたターゲットを備えたカソードと、アノードとカソードとの間に電圧を発生させるための電気的エネルギー源とを含む。この電気的エネルギー源は電気的スパッタリング源
を含み、この電気的スパッタリング源により、カソードのターゲット材料をスパッタリングして蒸気形態に転移させることができる。さらに、イオン化電圧を発生させるためのイオン化手段が提供され、それによりスパッタリングされたターゲット材料が少なくとも部分的にイオン化できる。さらに、磁気案内要素を有するフィルタ装置も提供される。このフィルタ装置は、スパッタリングされイオン化されたターゲット材料が磁気案内要素を介して、被覆されるべき基板表面に供給されることができ、スパッタリングされたイオン化されていないターゲット材料が、基板表面に到達する前にフィルタ装置によって取り除かれることができるように、設計及び配置される。さらに、このコーティング装置は、ターゲットからたたき出されたイオン化されていないターゲット原子をイオン化するために、イオン化手段が、アノードとカソードとの間にパルス状のイオン化電圧を発生させるようになっている。

したがって、本発明のコーティング装置を用いることにより、基本的に、スパッタリングされたターゲット材料のイオン化された部分だけを、被覆されるべき基板の表面に供給し、イオン化されていない成分を、被覆されるべき基板に到達する前に取り除くことができる。このようにして、スパッタリング・プロセス中にカソードのターゲットから分離した微粒子の液滴状の集合体（いわゆるドロップレット）が、基板の表面に到達することを防ぐことがとりわけ可能である。これに関連して、ほとんどが気相として存在するスパッタリングされた材料が、イオン化手段によるイオン化電圧の印加によってイオン化され、これによって、イオン化された微粒子の比率が最大５０％にでき、プロセスの実施方法によっては５０〜７０％にでき、特殊なケースでは７５％超にできるという点で、スパッタリングされイオン化された微粒子の数が大きく増加する。これは、例えば１０００Ｖの範囲の大きい、好ましくはパルスであるイオン化電圧が、例えば１０００Ａという非常に大きい電流と共にイオン化に用いられることにより達成可能である。これは、電力がメガワット級であること、イオン化電圧のパルス周波数が最大で数ｋＨｚであることに対応し、好ましくはパルス周波数が最大で１００Ｈｚであることに対応し、特に、例えば、５０Ｈｚのパルス周波数が用いられることに対応する。このカソード・スパッタリング手法は、「ポストイオン化（イオン化後）」という用語で特に周知なプロセスであるイオン化手段を用いて、スパッタリングされたカソードのターゲット材料をイオン化するものであるが、「高電力スパッタリング」と呼ばれることも多い。これは、それ自体周知のスパッタリング手法であり、例えば、国際公開第０２／１０３０７８号に詳細に記載されており、その記載によれば、スパッタリングされた材料は大部分が電気的に中性であることが多いが、それは高電力によってポストイオン化される。

例えば、イオン化手段は、例えばアノード及びカソードに電気的に接続された電圧源を単純に含むことができ、それにより、例えばアノードとカソードとの間に適切なパルス電圧を印加して、スパッタリングされたターゲット材料をイオン化することができる。これに関連して、スパッタリング源とイオン化手段とを１つの同じ電圧源により形成することができ、同じ電圧源によってターゲットのスパッタリングおよびスパッタリングされた材料のポストイオン化が、例えば交互又は同時に電圧源の適切な制御及び／又は調整により行われる。当然、２個以上の電圧源を用いることも可能であり、それらすべてを共通にアノードとカソードとの間に接続して、例えば、１つの電圧源を材料のスパッタリングのためにのみ用い、他の電圧源を、スパッタリングされたターゲット材料のポストイオン化のための適切なイオン化電圧として利用可能にすることができる。

さらに、イオン化手段は、当然、１つ又は複数の適切な電極を含むこともでき、それにより、イオン化電圧が全体的又は部分的に電気的スパッタリング源から隔離される。例えば、イオン化手段は、ポストイオン化のためにイオン化電圧を印加することのできる、アノード及びカソードから電気的に切り離された電極システムを含むことができる。

上記のイオン化手段の具体例は、当然ながら、例示としてのみと理解されるべきであり、すなわち、これらのイオン化手段の可能な具体例の列挙は、すべてではない。一方、本質的に重要なのは、適切な度合いにイオン化されたターゲット材料が、イオン化手段によって使用可能になり、それが、被覆のために、磁気案内要素によって基板に供給されることができることである。特殊なケースでは、ポストイオン化は、例えば、他のイオン化源（例えば、Ｘ線照射、レーザ照射、その他のイオン化照射など）によっても達成できる。

スパッタリングされたターゲット材料のイオン化の度合いが大幅に増大して、例えば、７０％イオン化されたターゲット材料の値になると、十分高い歩留まりのコーティング材料が得られ、それらを、本発明のフィルタ装置の磁気案内要素により、予め定めることの可能な経路を通って、基板表面の被覆のために供給できる。イオン化されていない微粒子及び、例えば、ドロップレットのような微粒子の動きは、本質的に、磁気案内要素の磁場の作用を受けることができず、したがって、被覆されるべき基板に向かってフィルタ装置を通り抜けることができない。

最も単純な場合では、フィルタ装置は、１つ又は複数の磁場発生源によって単純に形成され、この磁場発生源は、スパッタリングされイオン化された微粒子の案内のための磁場を形成する磁気案内要素であり、これらの磁気案内要素は、スパッタリングされイオン化された微粒子が、磁場発生源の磁場によって、予め決定可能な、適切に曲がった行路を通って、被覆されるべき基板の表面に案内されるように設計される。イオン化されていない微粒子（とりわけ、本質的にイオン化電圧によってイオン化されていないドロップレット）は、実際には、磁気案内要素の磁場の作用を受けず、したがって、それらの動きは磁場の曲がった行路に追従せず、そのため、イオン化されていない微粒子は、表面に到達せずに、プロセス・チャンバ内の例えば壁に付着するか、例えば適切に取り付けられた収集装置（例えば、金属薄板収集装置又は捕捉用ダイアフラム）に付着する。

特に好ましい具体例では、フィルタ手段は、少なくとも１部分が、長手方向軸線に沿って延びるホースの形態であり、この部分は、スパッタリングされたターゲット材料の入口開口部及び出口開口部を有する。これに関連して、ホースは、単一の部分からなることもでき、又は、互いに直接隣接するように配置されるか、互いに一定の間隔をおいて配置されることが可能な、組み合わせられた複数の部分からなることも可能である。

特殊なケースでは、このホースは、適切に曲がった単一の部分からなり、このホースは、ターゲット又はカソードに対して、且つ、基板に対して配置され、スパッタリングされた微粒子が入口開口部を通ってホースに入り、イオン化された微粒子は、出口開口部を抜けてホースを離れ、被覆されるべき基板に向かうように、ホース内の磁気案内要素によって案内される。それによって、ホース内のイオン化された微粒子が、被覆のために、磁気案内要素によって基板に案内されることが可能である。

イオン化されていない微粒子（例えば、ドロップレットなど）は、曲がった形状に追従せず、したがって、ホースの壁に付着して、被覆されるべき基板の表面に到達しない。この本発明のコーティング装置の変形形態は、とりわけ、プロセス・チャンバが本質的に、基板に付着したターゲット材料によって汚染されないか、汚染されてもわずかな程度であるという特別な利点を有する。このホースは、磁気案内要素を取り外さなくても交換できるようにプロセス・チャンバ内に配置されることが好ましい。

特殊な具体例では、ホースが本質的に、プロセス・チャンバの外部に設けられることができ、ホースの出口開口部がプロセス・チャンバの開口部と連係できるように、ホースとターゲット及びスパッタリング源が共に設計及び配置され、ホースからのイオン化されたターゲット材料が、プロセス・チャンバ内に配置された基板の被覆のためにチャンバ内部に案内されることができる。この変形形態は、コーティング・チャンバを比較的小さくすることが可能であり、ホースを特に容易に交換することができるという特別な利点を有する。

ホースが複数の個別の部分からなり、それらが、例えば、互いに間隔をおいて配置されている場合は、そのような個別部分は曲がったものである必要は必ずしもない。一方、特殊な具体例では、複数の部分の配置が、全体として、曲がった行路を形成し、磁気案内要素を適切に設計及び配置することにより、イオン化された微粒子が基板の方向に向かって、この曲がった行路を追従する。この点において、全体的な配置は、多かれ少なかれ曲がった行路を形成しても、個別部分のそれぞれを、又はそれらのうちのいくつかだけを、まっすぐにすることが可能である。このようにして、例えば保守を行う場合に、例えば個別部分だけを交換することができる。特に、複雑な湾曲形状であっても、部分的に組立てられて配置されることによって、容易な取り付けや取り外しが可能である。

好ましい具体例では、ホースは、少なくとも１つの曲げ部を有し、湾曲面内の長手方向軸線に対する曲げ角度が予め決定可能である。したがって、ホースは、例えば、任意の望ましい角度に曲げることができる。特別な曲げ角度は、４５°未満、３０°〜１８０°（好ましくは７０°〜１２０°）にあり、ホースは、特に約９０°の曲げを有することが可能である。

特に良好な除去結果は、ホースがより複雑な湾曲形状を有する場合に達成可能である。したがって、ホースは、１つの湾曲面に対して複数の曲げ部を有することができ、最終的には（必ず可能とは限らないが）これらの曲げを反対方向に向けることができる。ホースは、少なくとも２つの異なる湾曲面内に曲げ部を有することもできる。したがって、例えば、長手方向軸線に関して、予め決定可能な部分を螺旋状に湾曲させることが考えられる。しかしながら、このことに関し、ホースの湾曲については、基本的に任意の適切な形状が考えられ、このことによって、スパッタリングされイオン化された微粒子のうちの十分に高い割合を、被覆すべき基板に向かわせることができる。

ホース自体は、用途及び要求に応じて、任意の適切な材料からなることができ、任意の適切な様式で作ることができる。ホースは、適切なプラスチック又は複合材料により形成されることが好ましい（必須ではない）、磁性があってもなくてもよい金属又は金属編組（ｂｒａｉｄｓ）からなることができる。ホース自体が全体的又は部分的に磁性材料で構成されている場合は、ホース自体が磁気案内要素の一部であることができ、イオン化された微粒子の案内に寄与することが可能である。

案内磁場を発生させる磁気案内要素は、一般に、最大で数千ガウス、特に最大１０００ガウス、具体的には１０〜５００ガウスの強度の磁場を発生させ、例えば、電磁コイル（好ましくはヘルムホルツ・コイル）を含むことができる。実際面で重要な具体例では、磁気案内要素によって発生する磁場が、案内されるイオン化された微粒子と特に良好に適合するように、複数のコイルが設けられる。したがって、例えば、磁気案内要素によって発生する案内磁場の形状及び強度が、位置によっても時間によっても制御及び／又は調整可能であるように、調整手段を設けることができる。したがって、例えば、磁気案内要素の磁場を相応に制御することによって、（例えば、安定した条件下で）ターゲットのスパッタリングをさらに継続することを可能にしながら、基板に到達するように意図されたコーティング材料の量を時間単位ごとに計画的に制御及び／又は調整することができる。

これに関連して、特に、後で詳述するように、同一ターゲットを異なる条件下でスパッタリングすることによって、異なる基板を被覆することができる。しかし、代替として、２個以上の異なるターゲットをスパッタリングすることにより、１つ又は同じ基板をコーティング材料で被覆することが可能であり、とりわけ、異なるターゲットが、異なるターゲット材料からなることができ、独立したフィルタ装置が、各ターゲットから、被覆されるべき基板に導いていることが好ましい。したがって、異なる材料又は同じ材料で、同時に、又は順に基板を計画的に被覆することが可能であり、被着される層のパラメータ（例えば、層の厚さ、層の組成、物理的特性、化学的特性など）は、磁気案内要素を制御及び／又は調整することにより、特に簡単な方法で設定できる。

これに関連して、案内磁場を発生させる磁気案内要素は、当然、１つ又は複数の永久磁石を含むか、コイルと永久磁石との組合せを形成するか、電流の流れるワイヤ、又は他の任意の好適な磁場発生要素を含むことも可能であり、磁場案内要素は特に、当業者にはよく知られている磁極片磁石、又は上記磁気案内要素の任意の好適な組合せを含むこともできる。

本発明のコーティング装置の好ましい具体例では、少なくとも１つの捕捉用ダイアフラムが、スパッタリングされたイオン化されていないターゲット材料を取り除くための粒子トラップとして設けられる。この粒子トラップは、例えば、基板の近傍の、フィルタ装置のホースの出口開口部に設けることができる。粒子トラップは、当然、ホース内部の任意の望ましい場所に配置されることも、例えば、捕捉用ダイアフラムとして、ホースの入口開口部に配置されることも可能であることが有利である。特に、１つのホースに複数の粒子トラップを設けることができる。特殊な具体例では、ホースの内側がリブ状構造を有し、このリブ状構造は、イオン化されていないターゲット材料及び／又はさらにイオン化された又はイオン化されていないプロセス・ガスを取り除くことができるように粒子トラップとして作用するよう設計されている。

特殊な一具体例では、ホースが全く無く、フィルタ装置は、１つ又は複数の粒子トラップが磁気案内要素と共に適切に配置されたシステムのみで形成される。

上記の粒子トラップの変形形態はすべて、適切に組合せて有利に用いられることができ、可能な粒子トラップは、すべては列挙されていないことは理解されよう。

イオン化されたプロセス・ガス（例えば、アルゴン、別の貴ガス、又はさらに他の任意の好適なプロセス・ガス（例えば、窒素や酸素など）であることが可能）の濃度の制御及び／又は調整に関しては、プロセス・ガスの中和（とりわけアルゴンの中和）のために電子を注入する電子源を設けることができ、それにより、プロセス・ガスのイオン及び／又はスパッタリングされた材料のイオンを中和することができる。スパッタリングされた材料の中和は、ホースの端部、又は磁気案内要素の端部で行われることが好ましい。

イオン化された微粒子による基板のコーティング・プロセスを最適化するために、特殊な具体例において、基板及び／又は基板用基板ホルダを、予め決定可能な正又は負の電位に設定することができる。

特殊な用途の場合、プロセス・チャンバは、カソードがその中に配置されるスパッタリング・チャンバと、基板がその中に配置されるコーティング・チャンバとを含む。この配置では、スパッタリング・チャンバとコーティング・チャンバとは、フィルタ装置によって互いに接続されている。しかしながら、スパッタリング・チャンバとコーティング・チャンバとの間にはさらなる接続が存在することも可能である。この配置では、スパッタリング・チャンバ内とプロセス・チャンバ内とは同じガス雰囲気にできるが、プロセス・チャンバ内のガス雰囲気とスパッタリング・チャンバ内のガス雰囲気とが、要求に応じて互いに大きく又は少し異なるようにすることも可能であり、最終的にそれぞれのチャンバのガス雰囲気を個別に又は一緒に制御及び／又は調整するために、相応の手段を設けることができる。

この配置では、複数のカソード及び／又は複数のアノードを同一のプロセス・チャンバ及び／又は同一のスパッタリング・チャンバに設けて、同じ又は異なるターゲット材料の異なるカソードを、例えば、同時に又は順にスパッタリングすることが可能になり、それにより、例えば、異なる材料を用いて、１つの基板を同時に被覆するか、予め決定可能な順序で被覆することができる。

当然、１個の同じコーティング・チャンバ内でも、別々のコーティング・チャンバ内でも、少なくとも２個の異なる基板を被覆できるようにコーティング装置を設計することもできる。

この目的のために、本発明によるコーティング装置は、複数のスパッタリング・チャンバ及び／又は複数のコーティング・チャンバを含むことができる。

基板の被覆のためのターゲット材料として、基本的には、あらゆる好適なターゲット材料を検討することが可能であるが、ターゲットは、炭素又は炭素化合物を含むか、或いはまた、金属又は合金、とりわけ銅を含むことが好ましい。

本発明のコーティング装置のスパッタリング特性を高めるために、（しかしながら、必須ではないが、）カソード並びに対応する冷却及び保持手段を含む磁気システムを設けることが好ましい。磁気システムは、マグネトロン（平衡（バランスド）マグネトロンでも非平衡（アンバランスド）マグネトロンでもよい）として形成されることが好ましい。あらゆるタイプのマグネトロンの組み込み及び使用については、多くの場合「スパッタリング」と呼ばれる本発明に記載の被覆手法の文脈では当業者に周知であるため、詳しくは説明しない。

基板を被覆するための、本発明のコーティング装置は、特定のスパッタリング手法に（すなわち、スパッタリング手法に）限定されないことが理解されよう。一方、スパッタリングされイオン化されたターゲット材料の濃度だけが、イオン化手段によって、十分な予め決定可能な濃度まで増大されることが可能な場合でも、スパッタリングのあらゆる変形形態が本発明によるコーティング装置に有利に用いられることができる。特に、本発明のコーティング装置の上記の好ましい具体例は例示に過ぎず、上記の列挙がすべてであると理解されてはならない。それどころか、特定の用途のために記載された具体例のあらゆる可能な、賢明な組合せが同様に可能であり、基板の被覆に有利に用いられることができる。

カソード・スパッタリングを用いて基板を被覆する本発明の方法は、プロセス・チャンバを有するコーティング装置において実施され、コーティング装置は、プロセス・ガス用注入口及び排出口を有する、ガス雰囲気がその中で調整されるスパッタリング・チャンバを含む。さらに、コーティング装置は、基板の被覆のためにスパッタリングされるターゲット又はターゲット材料を有するアノード及びカソードと、アノードとカソードとの間に電圧を発生させることが可能な電気エネルギー源とを含む。電気エネルギー源は、それを用いることによってカソードのターゲット材料をスパッタリングして蒸気形態に転移させることが可能な電気的スパッタリング源を有し、スパッタリングされたターゲット材料を少なくとも部分的にイオン化するイオン化電圧を発生させるために、イオン化手段が設けられる。これに関連して、磁気案内要素を有するフィルタ装置が設けられ、前記フィルタ装置は、スパッタリングされイオン化されたターゲット材料の少なくとも一部が、磁気案内要素によって、被覆されるべき基板の表面に供給され、予め決定可能な割合のスパッタリングされたイオン化されていないターゲット材料が、基板の表面に到達する前にフィルタ装置によって取り除かれるように、設計及び配置される。

本発明によれば、基板（とりわけ光学部品又は電子部品（特にコンピュータのハード・ディスク）が、本発明のコーティング装置によって、且つ／又は本発明の方法に従って被覆される。これに関連して、本発明の方法及び本発明のコーティング装置が、上記の特殊な具体例とは別に、他のあらゆる基板（被覆された表面に最高度の品質が求められる機械部品や工芸部品など）にも、或いは、例えば、あらゆる種類の宝石又は装飾品向けの美的用途の分野においても、有利に用いられることは自明である。

これに関連して、本発明のコーティング装置及び本発明の方法は、例えば、医療技術における、且つ／又はナノセンサ用やナノモータ用の要素の被覆のためのマイクロメカニクス及びマイクロエレクトロニクスの分野で特に有利に用いることができる。

以下では、概略図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明によるコーティング装置（以下、符号１とする）を備えた単純な実施例を概略的に表した図である。基板Ｓ（例えば、コンピュータのハード・ディスクＳの表面、又は高感度光学部品Ｓ）の被覆を行うコーティング装置１は、ガス雰囲気を調整及び維持するプロセス・チャンバ２を含み、前記プロセス・チャンバ２は、プロセス・ガス（ここではアルゴン）用の注入口（インレット）３及び排出口（アウトレット）４を有する。コーティング装置１内にはアノード５及びカソード６が配置され、これらは、電気的スパッタリング源８を有する電気エネルギー源７に接続され、それを用いることによりカソードのターゲット材料６２をスパッタリングして蒸気形態に転移させることの可能なスパッタリング装置を形成する。

スパッタリングとして周知のこの処理では、プロセス・ガス（ここではすなわちアルゴン）のイオンが、アノード５とカソード６との間の電場で加速され、正に帯電したプロセス・ガスのイオンが、負に帯電したカソード６に当たり、これによって、ターゲット材料６２の正に帯電した小数のターゲット・イオン６２２と、非常に多数の個々の中性原子６２３（すなわち、ターゲット６１からのターゲット材料６２の非イオン化された原子６２３）と、例えば微小なアークによる本質的に帯電していないターゲット材料の小さな液滴６２４（いわゆるドロップレット６２４）とが発生する。

さらに、イオン化手段９によって発生されるパルス状のイオン化電圧９１が、アノード５及びカソード６の電極対に印加される。イオン化電圧６１は、一般に、最大で約１０００Ｖ以上に達し、最大で１０００Ａ以上の電流を起こすことが可能であり、イオン化電圧９１の一般的なパルス周波数は、例えば５０Ｈｚの範囲にある。ターゲット６１からたたき出されたイオン化されていないターゲット原子６２３のかなりの割合が、印加されたイオン化電圧９１によってイオン化され、これによって、非帯電ターゲット原子６２３から正に帯電したターゲット・イオン６２２が発生する。このようにして達成された蒸気形態で存在するターゲット材料のイオン化の程度は、相応のプロセス制御によって７０％以上に達することができる。

さらに、被覆されるべき基板Ｓは、プロセス・チャンバ２内の基板ホルダ１００に配置される。基板ホルダ１００は、電気的に絶縁されるか、特殊な場合には、プロセス・チャンバ２の壁、又は電気エネルギー源に導電接続されることもできる（図示せず）。

本発明によれば、（ここでは磁気案内装置１１だけを重要要素として含む）フィルタ装置１０が設けられる。磁気案内装置１１は、２対のヘルムホルツ・コイルを含む。これらは、ターゲットから速度Ｖで出たイオン化されたターゲット・イオン６２２が、ヘルムホルツ・コイルによって発生した磁気案内装置１１の案内磁場に入り、磁気案内要素１１によって基板Ｓの表面に供給されるように設計及び配置される。非帯電微粒子、及びとりわけ本質的に帯電していないドロップレット６２４は、それらの経路において、磁気案内要素１１の案内磁場の作用を受けることができず、したがって、磁気案内要素１１によって（すなわち、ここでは、ヘルムホルツ・コイルによって発生する案内磁場によって）被覆されるべき基板Ｓの表面に誘導されない。それどころか、非帯電ドロップレット６２４は、最初の方向に従って、ヘルムホルツ・コイルの一方に衝突するか、例えば、プロセス・チャンバの壁に付着する。これにより、ドロップレット６２４は取り除かれる。

図２は、図１のさらなる実施例を示しており、そのフィルタ装置１０は、磁気案内要素１１に加え、長手方向軸線Ｌに沿って延びるホース１２を含んでいる。ターゲット６１からスパッタリングされたイオン化されたターゲット材料６２２、およびドロップレット６２４も、入口開口部１２１からホース１２に入る。ターゲット材料のイオン化された微粒子６２２は、図１の実施例と同様に、磁気案内要素１１によって、被覆のために基板Ｓの表面に誘導される。本質的に帯電していないドロップレット６２４は、それらの飛行経路において、磁気案内要素１１の作用をほとんど受けず、ホース１２の内壁に付着する。ホース１２を用いることによって、ドロップレット６２４をさらに良好に取り除くことができる。

これに関連して、フィルタ装置１０によるフィルタ動作は、ホース１２の形状をより複雑なデザインにすることによって、さらに改良できる。図２に示したホース１２は、これに関連して、約９０°の湾曲αを有する。当然、湾曲の角度αは、要件に応じて９０°より大きな値でも小さな値でも可能である。

図２ａは、ホース１２がプロセス・チャンバ２の外部に配置された、本発明によるコーティング装置１の実施例を示している。ターゲット６及びスパッタリング源８を有するホース１２は、ここでは、以下のとおり設計及び配置される。すなわち、ホース１２自体が本質的にプロセス・チャンバ２の完全に外部に設けられ、ホース１２の出口開口部１２１がプロセス・チャンバ２の開口部と連係して、ホース１２からのイオン化されたターゲット材料６２２が、プロセス・チャンバ２内に配置された基板Ｓの被覆のためにプロセス・チャンバ２の内部に誘導される。この変形形態には、コーティング・チャンバ２を比較的小さくすることが可能であり、ホース１２を特に容易に交換することが可能であるという特別な利点がある。

複雑な形状のホース１２（例えば、図３に示す、複数の曲げのあるホース１２など）は、とりわけ品質の高い、最も均質な層の製造を可能にする。これは、（例えば、ホース１２内の適当な場所で一度反射した）依然として基板Ｓの表面に到達する可能性のあるドロップレットが、図３のホース１２のより複雑な形状によって、同様に取り除かれることができるためである。さらに、案内装置１０は、１つ又は複数の捕捉用ダイアフラム１３を粒子トラップとして追加して含むことができる。これに関連して、捕捉用ダイアフラム１３は、例えば図３に示す実施例のようにホース１２内に配置できる。さらに、ホースの直径又は形状を長手方向軸線に沿って変化させることによって、不要な微粒子を取り除く粒子トラップを同様に実現することが可能であり、又、ホース１２の内側をリブ構造にして、イオン化されていない微粒子用の粒子トラップとして作用させることもできる。

しかしながら、例えば、図１のコーティング装置１のように、ホース１２の設けられない本発明のコーティング装置１の実施例であっても、イオン化されたターゲット材料６２２の経路に沿って、適切な捕捉用ダイアフラム１３を、ドロップレット用粒子トラップとして設けることができる。

図４は、スパッタリング・チャンバ２１と２個のコーティング・チャンバ２２、２２’とを別々に有するコーティング装置１を例として示している。スパッタリング・チャンバ２１内にはアノード５及びカソード６が配置され、ターゲット材料６２がスパッタリング・チャンバ２１内でスパッタリングされ、続いて、既に詳細に説明したようにイオン化される。簡単のために、図４にはイオン化手段９を示していない。被覆される２個の基板Ｓ及びＳ’は、異なる２個のコーティング・チャンバ２２及び２２’内に配置される。スパッタリング・チャンバ２１は、コーティング・チャンバ２２及び２２’と共に全体として、コーティング装置１のプロセス・チャンバ２を形成する。各チャンバは、専用のプロセス・ガス用注入口３及び排出口４を有することができるが、ここでは図示していない。これに関連して、要求に応じて、異なるチャンバに異なるガス雰囲気を発生させることができる。とりわけ、異なる２個のフィルタ装置１０及び１０’の２個の磁気案内要素１１及び１１’を個別に適切に制御及び／又は調整を行うことにより、２個の基板の被覆を、互いに独立に、且つ、スパッタリング・チャンバ２１内のターゲット６１のスパッタリングとは独立に制御でき、これによって、例えば、基板Ｓ’に付着させた被覆とは異なる被覆（例えば、特性の異なる被覆又は組成の異なる被覆）を基板Ｓに付着させることが可能である。したがって、特に、案内磁場を適切に設定することによって、ホース１３、１３’内で微粒子の流れを部分的に偏らせて、基板Ｓ、Ｓ’の表面に到達する前に粒子トラップ（図４に示さず）の場所で止めることが可能なので（しかしながら、ホース１３、１３’の壁で止めることも可能である）、それによって、被覆に用いることのできるイオン化された微粒子の割合を減らすことが可能である。

また、特殊な制御可能且つ／又は調整可能な電子源を、例えば、ホース内又は別の適切な場所に設けて、ホース内のターゲット材料イオン６２２の濃度を設定可能にし、これによって、被覆手順の進め方を設定可能にすることも考えられる。

これに関連して、例えば、３個以上のコーティング・チャンバを設けることも可能であること、又は、アノード、カソード、及びイオン化手段からなるスパッタリング装置を最終的に収容することもできる共通プロセス・チャンバ内においても異なるフィルタ装置１０及び１０’を介して異なる基板Ｓ、Ｓ’を被覆できることは自明である。

図５は、カソード６、６’及びアノード５、５’を備えた２個のスパッタリング装置を有するコーティング装置１を示している。簡単のために、プロセス・チャンバ２は、それがあることを示すのみにとどめた。カソード６、６’及びアノード５、５’を有する２個のスパッタリング装置は、この文脈では、それぞれが、別々のスパッタリング・チャンバ２１（図５に示さず）に収容されることが可能であり、基板Ｓは、対応した独立したコーティング・チャンバ２２（これも図５には示さず）に配置されることができる。２個のスパッタリング・ユニットを共通のスパッタリング・チャンバ２１に配置することも可能であること、及び基板をそれぞれの専用のコーティング・チャンバ２２に配置することが可能であることは理解されよう。特殊なケースでは、図５に示した装置全体が同一のプロセス・チャンバ２に収容されることもでき、又は、例えば、スパッタリング・ユニットを基板Ｓと共にプロセス・チャンバ内に取り付け、第２のスパッタリング・ユニットを別のスパッタリング・チャンバ内に設けることもできる。

図５による本発明コーティング装置の実施例では、異なる２個のターゲットからの同様な２つの材料、又は異なる２つの材料を用いて基板を同時に又は順に被覆することができる。この文脈では、要求に応じて、且つ、異なるチャンバに同じガス雰囲気または異なるガス雰囲気を発生させるために基板又はスパッタリング・ユニットが異なるチャンバに配置されている場合に、これは可能である。

とりわけ、異なる２個のフィルタ装置１０及び１０’及び／又は２個のスパッタリング装置の２個の磁気案内要素１１及び１１’を個別に制御及び／又は調整を適切に行うことにより、基板の被覆を、互いに独立に、且つ、他の各ターゲット６１、６１’のスパッタリングとは独立に制御することができ、これによって、基板に被覆される層及びそれらの特性に関して高い柔軟性が得られる。したがって、例えば、案内磁場を適切に設定することによって、微粒子の流速を部分的に偏らせて、基板Ｓの表面に到達する前に粒子トラップ（図５に示さず）の場所で止めることが可能なので（しかしながら、ホース１３、１３’の壁で止めることも可能である）、或いは上記のように電子源をホース内に設けることが可能なので、それによって、２個のスパッタリング・ユニットの一方からの、被覆に用いることのできるイオン化された微粒子の割合を減らすことができる。

これに関連して、例えば、異なる基板Ｓ及びＳ’を被覆するために、例えば、図４の実施例に、図５の実施例の構成を組み合わせることもできることは自明である。３個以上のスパッタリング装置で基板Ｓを同時に、又は順に被覆することも可能である。

カソード・スパッタリングを用いて基板を被覆するための本発明コーティング装置を用いることにより、最も多様な基板に、最高度の品質要件を満たす層を提供できる装置が利用可能になる。とりわけ、例えば、エレクトロニクス、光学、マイクロメカニクス、マイクロエレクトロニクスにおいて、或いはナノセンサの分野やナノモータの技術において、さらには、美的用途や他の用途において求められるような超薄層は、それ自体知られている大電力スパッタリング技術を用いることにより、最初はドロップレットを発生させずに生成することが可能であるが、（例えば、スパッタリング中の微小アーク放電によって）ドロップレットの発生を完全に防ぐことは不可能である。本発明のフィルタ装置を用いると、このようなドロップレットを、特に確実に取り除くことができる。基本的には、コーティング材料のうちの帯電したイオンだけが、磁気案内要素の案内磁場を通って、被覆される基板表面に到達できるので、被覆される表面の活性化及び清浄化を追加で実施することができ、そのため、本発明のコーティング装置および本発明の方法を用いて、厚さが数オングストロームから数ナノメートルの範囲の極めて薄い実施例であっても、実際に完全に無欠陥である最高度品質の表面を生成することができ、また、自然に主として生成できる層の最大厚さを著しく大きくすることも可能である。

本発明によるコーティング装置の単純な実施例を示す図。 ホースを有する、図１に基いた第２の実施例を示す図。 プロセス・チャンバの外部に配置されたホースを示す図。 複数の曲げを有するホースを有するフィルタ装置を示す図。 スパッタリング・チャンバとコーティング・チャンバとを別々に有するコーティング装置を示す図。 ２個のスパッタリング・ユニットを有するコーティング装置を示す図。

Claims (19)

1. カソード・スパッタリングにより基板（１）を被覆するためのコーティング装置であって、
   プロセス・ガスの注入口（３）及び排出口（４）を有する、ガス雰囲気を調整及び維持するためのプロセス・チャンバ（２）と、
   アノード（５）、及びスパッタリングされるべきターゲット材料（６２）でできたターゲット（６１）を有するカソード（６）と、
   前記アノード（５）と前記カソード（６）との間に電圧を発生させるための電気エネルギー源（７）とを含み、
   前記電気エネルギー源（７）が電気的スパッタリング源（８）を含み、該電気的スパッタリング源（８）が、前記カソード（６）の前記ターゲット材料（６２）をスパッタリングして蒸気形態に転移させることができるようになっており、
   イオン化電圧（９１）を発生させて、スパッタリングされた前記ターゲット材料（６２）を少なくとも部分的にイオン化させることができるようになっているイオン化手段（９）が設けられ、
   磁気案内要素（１１）を有するフィルタ装置（１０）が設けられ、スパッタリングされイオン化された前記ターゲット材料（６２２）が、前記磁気案内要素（１１）を通って、被覆されるべき前記基板（１）の表面に供給されることができ、スパッタリングされたイオン化されていない前記ターゲット材料（６２３、６２４）が、前記基板（Ｓ）の表面に到達する前に前記フィルタ装置（１０）によって取り除かれることができるように、前記フィルタ装置（１０）が設計及び配置されており、
   前記ターゲット（６１）からたたき出されたイオン化されていないターゲット原子（６２３）をイオン化するために、前記イオン化手段（９）が、前記アノード（５）と前記カソード（６）との間にパルス状のイオン化電圧（９１）を発生させるようになっているコーティング装置において、
   前記フィルタ装置（１０）の少なくとも１部分が、長手方向軸線（Ｌ）に沿って延びるホース（１２）の形態をしており、前記ホースが、スパッタリングされた前記ターゲット材料（６２）のための入口開口部（１２１）及び出口開口部（１２２）を有しており、
   複数のカソード（６）及び／又は複数のアノード（５）が設けられて、各カソード（６）及びアノード（５）と前記基板（１）との間に前記フィルタ装置（１０）が設けられていることを特徴とするコーティング装置。
2. 前記ホース（１２）が、湾曲面内で、前記長手方向軸線（Ｌ）に対して、所定の曲げ角度（α）の曲げ部を少なくとも１つ有している、請求項１に記載されたコーティング装置。
3. 前記ホース（１２）が、湾曲面内において反対方向に曲げられた複数の曲げ部を有している、請求項１又は請求項２に記載されたコーティング装置。
4. 前記ホース（１２）が、少なくとも２つの異なる湾曲面内に曲げ部を有する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
5. 前記ホース（１２）が、前記長手方向軸線（Ｌ）の所定の領域で螺旋形状を有している、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
6. 前記磁気案内要素（１１）が、案内磁場を発生させるために電磁コイルを含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
7. 前記磁気案内要素（１１）が、案内磁場を発生させるために永久磁石を含む、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
8. 少なくとも１つの捕捉用ダイアフラム（１３）が、スパッタリングされたイオン化されていないターゲット材料（６２３、６２４）を取り除くための粒子トラップとして設けられている、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
9. 前記プロセス・ガス及び／又はスパッタリングされた前記材料を中和するために、前記プロセス・ガスのイオンを中和することの可能な電子を注入する電子源が設けられている、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
10. 前記基板（１）及び／又は基板ホルダ（１００）が、予め決定可能な正又は負の電位に設定できるようになっている、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
11. 前記プロセス・チャンバ（２）が、前記カソード（６）の配置されるスパッタリング・チャンバ（２１）と、前記基板（Ｓ）の配置されるコーティング・チャンバ（２２）とを含む、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
    
12. 前記コーティング装置が、少なくとも２個の異なる基板（Ｓ）を被覆できるように設計されている、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
13. 複数のスパッタリング・チャンバ（２１）及び／又は複数のコーティング・チャンバ（２２）が設けられている、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
14. 前記ターゲット（６１）が炭素又は炭素化合物を含む、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
15. 前記ターゲット（６１）が金属又は合金を含む、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
16. マグネトロン（６００）が、前記カソード（６）に設けられている、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
17. バランスド・マグネトロン（６０１）が、前記カソード（６）に設けられている、請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
18. アンバランスド・マグネトロン（６０２）が、前記カソード（６）に設けられている、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載されたコーティング装置。
19. カソード・スパッタリングにより基板（Ｓ）を被覆する方法であって、
    プロセス・ガスの注入口（３）及び排出口（４）を有する、ガス雰囲気を調整するためのプロセス・チャンバ（２）と、
    アノード（５）及び、基板（Ｓ）の被覆のためにスパッタリングされるべきターゲット材料（６２）でできたターゲット（６１）を有するカソード（６）と、
    前記アノード（５）と前記カソード（６）との間に電位を発生させることができるようになっている電気エネルギー源（７）とを含み、
    前記電気エネルギー源（７）が電気的スパッタリング源（８）を有し、前記電気的スパッタリング源（８）が、前記カソードの前記ターゲット材料（６２）をスパッタリングして蒸気形態に転移させることができるようになっており、
    イオン化電圧（９１）を発生させて、スパッタリングされた前記ターゲット材料（６２）を少なくとも部分的にイオン化させることができるようになっているイオン化手段（９）が設けられている、コーティング装置（１）により基板（Ｓ）を被覆する方法において、
    磁気案内要素（１１）を有するフィルタ装置（１０）を設け、前記フィルタ装置（１０）の少なくとも１部分が、長手方向軸線（Ｌ）に沿って延びるホース（１２）の形態をしており、前記ホースが、スパッタリングされた前記ターゲット材料（６２）のための入口開口部（１２１）及び出口開口部（１２２）を有し、複数のカソード（６）及び／又は複数のアノード（５）を設けて、前記フィルタ装置（１０）は各カソード（６）及びアノード（５）と前記基板（１）との間に設けられ、前記スパッタリングされイオン化されたターゲット材料（６２２）の少なくとも一部が、前記磁気案内要素（１１）によって、被覆するべき前記基板（Ｓ）の表面に供給され、前記スパッタリングされたイオン化されていないターゲット材料（６２３、６２４）のうちの所定の割合が、前記基板（Ｓ）の表面に到達する前に前記フィルタ装置（１０）によって取り除かれるように、前記フィルタ装置（１０）を設計及び配置すること、および
    前記ターゲット（６１）からたたき出されたイオン化されていないターゲット原子（６２３）をイオン化するために、前記イオン化手段（９）が、前記アノード（５）と前記カソード（６）との間にパルス状のイオン化電圧（９１）を発生させることを特徴とする基板を被覆する方法。

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