JP6441329B2 - ターゲット作製 - Google Patents

Description

本発明は、基板をコーティングする方法に関する。
特に本発明は、真空下でガス相から析出物を作製する方法に関し、ターゲットが材料源として用いられ、その表面からの粒子が基板に飛んで、該基板上に析出する。反応性ガスがしばしば用いられ、その原子及び／又は分子が粒子と反応して、対応する化合物が基板上に析出する。そして、これは、反応性のコーティングプロセスと称せられる。

様々なそのようなコーティングプロセスが周知である。一例としてマグネトロンスパッタリング（magnetron sputtering）やスパーク蒸着が挙げられる。夫々のターゲットの表面は異なる環境の影響／作用にさらされる。例えば、多くの場合においてチャンバーのドアはコーティングチャンバー内に装填・取り出しするために開放されなければならず、その結果、ターゲットの表面は通常の室内大気圧にさらされることとなる。ターゲット位置決めが反応性ガスのために行われた場合、時にはターゲットの表面がサンドブラストのような特殊なメカニカルな処理も受けなければならない。これはそもそも、異なる環境作用のためにターゲット表面がコーティング経過毎に異なることになる状況である。仮にそのようなターゲット表面がコーティングに直ちに用いられたならば、再現不可能な結果が帰結となろう。特に、コーティングの始めは再現可能でなく、このことはとりわけ層付着に関して本質的な影響を有する。しかしながら、特に摩耗保護の分野において、付着や他の層特性におけるそのような計り知れない違いは耐え難いものである。

これに対抗するために、コーティングチャンバーを閉じて減圧した後に、シールドによってコーティング材料が或る時間の間、基板に当たって基板上に析出することがないように、コーティングがまず開始される。そのようなプロセスをターゲットコンディショニングという。

ターゲットコンディショニングは、時に３０分以上かけることが可能である。図１は、このコンディショニング中のクロム含有ターゲット前のプラズマ燃焼の光学信号を示す。ＯＥＳ信号が単純に約３０分後に安定することが全くはっきり認めることができ、このことがコンディショニングが終わって更なる本質的な変化がターゲット表面上に起こらないサインである。したがって、そのために必要な時間によって、コーティングプラントの装填から冷却後の取り出しまでのコーティング期間が延びることになる。

良好な層付着が多くの適用にとって必要であることは既に述べた。良好な層付着を達成するために、例えば基板はクリーンな表面を有さなければならない。コーティングされる基板のクリーニングは常にコーティングチャンバーの外側で実行されなければならない。しかしながら、基板表面の幾つかの前処理ステップはコーティングチャンバー内で、該コーティングチャンバーが閉じられた後に真空下で単純に実行される。コーティング直前にエッチングプロセスを基板表面に施すことが特に有利であり、プラズマを用いて、即ち、プラズマエッチングプロセスを施すことがとりわけ好ましい。ここで、表面から１μｍほど除去することが全く一般的である。このようにして、最後の汚れ粒子が除去され、或る基板材料では表面近傍の集中度合い（concentration depletion）があり、それゆえに引き続いてのコーティングプロセスにおいて適用される層材料の付着が相当に強められる。少なからぬ場合において、基板の表面が前処理によって、とりわけプラズマエッチングによって活性化され、これによって一層良好な付着がもたらされる。しかしながら、このプロセスステップがかなりの時間をくい、その結果、コーティングチャンバーが閉じられて減圧を開始した後に、実際のコーティングが開始可能となるまで、時には１時間かかることが欠点である。長い待機時間は、方法の時間全体に、それゆえ、そのような層の製造コスト直接的に影響する。

それゆえ、製品品質の低下なく、とりわけ基板上への層の付着の悪化なく、実質的に時間のかからない方法とすることが望まれる。
本発明の目的は、この必要性に基づいている。

その展開作業において、発明者らは、非常に驚くことに、コーティングチャンバー内でターゲットのコンディショニングと基板の前処理に関する方法ステップの幾つかが並行して実行できることを認めた。より正確には、コーティングチャンバーが必要程度に減圧された後に、発明者らはターゲットコンディショニングを開始して、同時に基板の前処理を開始することができた。両方のプロセスが通常はチャンバー内でプラズマ燃焼を必要とするけれども、これら二つのプロセスは互いにマイナスに影響を及ぼさない。もっと驚くことに、これは一つの基板位置にのみ当てはまるだけでなく、コーティングチャンバー内での回転式コンベア上に基板が通常配置される高さ全体に当てはまる。それゆえ、図２は、同時にターゲットをコンディショニングしない場合とターゲットコンディショニングを同時にする場合において、基板位置に応じて基板前処理の間に除去された層の厚みを示す。測定された値は基板除去と回転式コンベアである。図２から得られるように、プラズマエッチングの効率と均質性は、ターゲットが同時にコンディショニングされるか否かによって非常に僅かに影響されるだけである。

したがって、工作物である基板をコーティングする本発明に係る方法は次のステップ：即ち、
−コーティングされる基板をコーティングチャンバーに入れること；
−該コーティングチャンバーを閉じて所定のプロセス圧力に減圧すること；
−材料源としてターゲットを有するコーティング源を始動して、ターゲットの表面から基板の方向に粒子を加速すること；
を備えて構成される方法において、ターゲットがコンディショニングされるまで、ターゲット表面と基板の間にシールドを設けて、その間にコーティングされる基板が少なくとも部分的に前処理されることによって特徴づけられる。

ターゲットコンディショニング中のクロム含有ターゲット前のプラズマ燃焼の光学信号を示す。 同時にターゲットをコンディショニングしない場合とターゲットコンディショニングを同時にする場合において、基板位置に応じて基板前処理の間に除去された層の厚みを示す。

基板の前処理はエッチングプロセスを含むことができる。
更なる実施形態によれば、前処理は方法ステップとして基板表面の窒化処理を含むことができる。例えば窒素、アルゴン及び水素の混合ガスを、この目的のために、チャンバーに導入可能である。

ターゲットのコンディショニングは、例えば粒子によって発せられた光学信号が本質的に変わらないままである場合に、終えることが可能である。光学信号はＯＥＳ計測によって測定可能である。

本方法はとりわけ、マグネトロンスパッタリング源であるコーティング源に適合される。
コーティングチャンバーは、ハイパワー出力を有するＤＣ発電機に、重複する時間間隔で連続的、周期的に接続された多数のマグネトロンスパッタリング源を含むことができ、その結果、０．２Ａ／ｃｍ^２より大きな断続する電流密度がターゲット表面上に周期的に生じる。

しかしながら、電気アーク蒸着源はまた、本発明に係る方法におけるコーティング源として使用することが可能である。

Claims (7)

1. ― コーティングされる工作物である基板をコーティングチャンバーに入れること、
   ― 該コーティングチャンバーを閉じて所定のプロセス圧力に減圧すること、
   ― 材料源としてターゲットを有するコーティング源を始動して、前記ターゲットの表面から前記基板の方向に粒子を加速すること、
   ― 前記ターゲットがコンディショニングされるまで、前記ターゲットの表面と前記基板の間にシールドを設けて、その間にコーティングされる前記基板が少なくとも部分的に前処理されること、
   の各ステップを有する、工作物をコーティングするための方法であって、
   前記前処理が、基板を窒化する方法ステップを含み、窒化のために、窒素、アルゴン及び水素の元素を含む混合ガスを、前記チャンバーに導入することを特徴とする方法。
2. 基板の前処理がエッチングプロセスを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 粒子によって発せられた光学信号が本質的に変わらないままである場合に、ターゲットのコンディショニングを終了することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 光学信号がＯＥＳ計測によって測定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. コーティング源がマグネトロンスパッタリング源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. コーティングチャンバーが、ハイパワー出力を有するＤＣ発電機に重複する時間間隔で連続的、周期的に接続された複数のマグネトロンスパッタリング源を含んで、０．２Ａ／ｃｍ^２より大きな断続する電流密度がターゲット表面上に周期的に生じることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. コーティング源が電気アーク蒸着源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

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