JPH04232264A

JPH04232264A - サブストレートのコーティング装置

Info

Publication number: JPH04232264A
Application number: JP20533391A
Authority: JP
Inventors: Karl Matl; カール　マトル
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1992-08-20
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JP3431174B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部にサブストレート
保持体とプラズマの霧を発生させる装置とが配置され、
プラズマの霧をサブストレート表面に導く磁石を有する
真空室内でサブストレートをコーティングする装置、そ
れも、プラズマの霧を発生させる装置が、管状の陽極を
後置された電子エミッタを有し、この陽極がプラズマに
点火するためのプロセスガス用入口を備え、更に、前記
管状陽極内でプラズマが直進するよう案内され、プロセ
ス室へ導かれる形式のものに関する。

【０００２】

【従来技術】イオンジェット発生器付きプラズマ発生器
は既に公知である（Ｄ．Ｍ．ケンベル、Ｇ．キャンベル
、Ｒ．Ｗ．コンの論文参照。“ジャーナル・オブ・ニュ
ークリァ・マテリアルズ”誌、１２１（１９８４）、２
７７〜２８２、ノース・ホランド・フィジクス・パブリ
ッシング・ディビジョン、アムステルダム）。このプラ
ズマ発生器は、真空室と接続された別個の室内に配置さ
れており、この別個のほぼ円筒形の室の壁部が陽極を形
成し、プロセスガス用の入口接続管を備えている。円筒
形の室は、環状の磁気コイルにより取囲まれ、室壁冷却
用の管を備えている。電子エミッタ自体は、円筒形の室
の一端を閉じている、真空室本体と反対の側の壁部に配
置されている。

【０００３】更に、陰極スパッタリング装置も公知であ
る（ＤＥ−ＯＳ３８３０４７８）。この装置では、真空
室が、プラズマジェット発生器と接続されており、かつ
また磁石と協働するターゲットを有している。真空室に
は、また、ターゲットの表面に当って粒子を分離する、
プラズマジェット内のイオンを加速する装置やサブスト
レート保持体が備えられている。この保持体は、サブス
トレートを真空室内で保持して、飛散する粒子をサブス
トレートに付着させるのに役立つ。更にまた、真空室に
は、プラズマジェットの少なくとも１つの線条又は部分
ジェットをターゲットからサブストレートへとそらせる
装置、たとえば磁石ユニットが備えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、外部発生させたプラズマを用いて金属又は誘電性
材料をコーティングする装置の場合に、コーティングの
均等度が特に高くなるようにし、かつまた、その構造が
簡単であるようにし、更に、プラズマ発生がコーティン
グ材料の発生と無関係に行なわれ、個々のパラメータが
相互に無関係に調節できるようにすることにある。加え
て、別の課題は、コーティング可能のサブストレート寸
法を出来るだけ自由に決定できるようにし、かつまたコ
ーティング厚が出来るだけ均等になるようにすることに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は、次のようにすることにより解決された。プロセス
室内に、サブストレート上にコーティングを生じさせる
ための材料の原子、分子、クラスタのいずれかを発生さ
せる装置、有利には電子ジェット蒸発器、熱蒸発器、ス
パッタリング陰極のいずれかを、プラズマ発生装置のす
ぐわきに、サブストレート保持体と向かい合って配置し
、その装置から蒸発又は飛散する材料を、直接にサブス
トレート上に導きうるようにしたのである。

【０００６】本発明の更に別の構成、細部、特徴は、請
求項２以下の各項に記載してある。

【０００７】

【実施例】本発明には極めて種々の実施例が可能である
。そのうちの１つを添付図面に略示してある。

【０００８】本発明は、絶縁材又は金属であることがで
きる薄層の層特性を加減する装置と方法に関するもので
ある。

【０００９】この種の薄層が、保持体３０の保持するサ
ブストレート３１，３１′…に、真空室２内で蒸着又は
スパッタリングにより被覆される。この方法自体は、プ
ラズマを用いるプロセスを含んでおり、このプロセスの
さい、造成されてゆく薄層の特性は、プラズマ縁部の層
３２からのイオンの衝撃により加減される。

【００１０】本発明の装置は、全体を符号２９で示した
プラズマ発生装置（ＡＰＳ源）を有している。このプラ
ズマ発生装置２９内で、必要なプラズマ２８が発生せし
められ、適宜の磁界及び電界の助けにより装置２９から
抽出される。

【００１１】抽出後、プラズマ２８は、適宜の磁界に助
けられて装置２９からサブストレート保持体３０へ案内
され、拡散されて、保持体３０の区域に出来るかぎり均
等に分配される。プラズマ２８のイオンは、導管２０，
２１を介してプラズマ発生装置２９内へ導入されるガス
のイオンにより形成されるか、ないしは、イオン化され
た蒸着材料３３ないしはスパッタ材料から分裂せしめら
れる。これらの材料は、プラズマを横切るさいにイオン
化される。

【００１２】サブストレート保持体３０は、真空室２に
対して絶縁しておくか、もしくはスイッチ５７を介して
ＤＣパワーパック３５，４２又は（及び）ＨＦパワーパ
ック３４に接続しておく。このサブストレート保持体３
０は、蒸着防止部材２５を有することができ、この部材
により、絶縁材料のコーティング時に保持体３０の面の
一部が、この絶縁材料で被覆されるのを防止し、電荷を
保持体３０を介して放電することができる。

【００１３】真空室には、更に、薄層を生ぜしめる材料
の原子ないし分子、又はクラスタを生ぜしめる装置が備
えられている。図示の実施例の場合、この装置は、電子
ジェット蒸発器３７である。しかし、この装置は熱蒸発
器、ＨＦ又はＤＣスパッタリング陰極、イオンジェット
・スパッタリング陰極のいずれかでもよい。

【００１４】真空室には、更に、反応ガス、たとえばＯ
２及びＮ２を取入れるガス入口１９が設けられ、プラズ
マ２８をプラズマ発生装置２９からサブストレート保持
体３０へ案内し、保持体３０の個所でプラズマ密度を適
宜に分配する電磁コイル４，７ないし２６，２７のシス
テムが設けられている。

【００１５】真空室は、更に、一組の蒸着防止部材２５
を有し、これにより絶縁材料のコーティング時に荷電の
粒子の放電が可能になる。

【００１６】コーティング装置には、全体として符号２
９で示されているプラズマ発生装置（ＡＰＳ源）、すな
わち、薄層の層特性を加減するためのプラズマの霧を発
生させる装置が含まれている。

【００１７】このプラズマ発生装置２９内で、プラズマ
２８を発生させるため、高熱のグロー放電が生ぜしめら
れる。プラズマ発生装置２９は、そのために真空室に対
して絶縁された陰極ないし電子エミッタ１１を有してい
る。陰極１１は、たとえば黒鉛製のヒータ１２を備えて
いる。ヒータ１２は陰極１１の熱放射を介して間接的に
加熱を行なう。陰極１１は、加熱状態で電子の放出を可
能にする材料、たとえば６硼化シラン（ＬａＢ６）から
成っている。陰極１１自体は、円筒形部分と、ふた状部
分とから成っているので、電子の放出は、プラズマ発生
装置の軸線に対し半径方向にも軸線方向にも、図示の例
では垂直方向にも、可能である。

【００１８】プラズマ発生装置２９には、加えて、真空
室と陰極１１とに対して絶縁された管状の陽極３８が備
えられている。この陽極は、たとえば、水の通る冷却蛇
管８を有している。電流は、同じく真空室に対して絶縁
された冷却管２２を介して流される。

【００１９】プロセスガス自体は、たとえばＡｒなどの
希ガス、又はＯ２などの反応ガス、あるいは又両者の混
合物を用いる。双方のガス供給管２０，２１は、真空室
自体と電気絶縁されている。

【００２０】更に、プラズマ発生装置２９には、２つの
水冷式大電流ブッシング３９，４０と、管状陽極３８の
上にはめ込まれているソレノイド磁石７とが備えられて
いる。この磁石７は、プラズマ発生装置２９の垂直軸線
と平行に軸方向磁界を生じさせる。

【００２１】この磁石７により、電子の可動性が、半径
方向では著しく低減せしめられ、垂直方向では著しく高
められる。長いソレノイド磁石７の上端には、短いソレ
ノイド４が付加されており、このソレノイド４が長いソ
レノイド磁石７の端部の磁界を強化する。こうすること
で、この磁界は一層均質になる。なぜなら、一方のソレ
ノイドの軸方向磁界は、その中心から端部に向って半減
するからである。プラズマ発生装置２９から真空室内へ
のプラズマ２８の抽出は、したがって、前述の配置によ
って改善される。

【００２２】プラズマ発生装置２９の、長尺のソレノイ
ド磁石７には、弱磁性材料製の円筒形被覆管５がかぶせ
られている。この被覆管５は、プラズマ２８が発生装置
２９内で、真空室内に発生しうる漂遊磁界（たとえば電
子ジェット蒸発器に起因する）に妨害されないようにす
るのに役立っている。プラズマ発生装置２９には、加え
て、暗部被覆３が設けられ、発生装置２９の外部に、望
ましくない副次プラズマが発生しないようにされている
。

【００２３】プラズマ発生装置２９とサブストレート保
持体３０とは、それぞれパワーパック３４，３５，４２
に接続可能である。発生装置２９の機能形式やプラズマ
２８の特性は、このパワーパックにより決定可能である
。加えて、陰極１１のヒータ１２用の特別の加熱器４１
が備えられている。

【００２４】更に、発生装置２９は、放電電流用の給電
源ないしパワーパック３５を有している。この放電電流
により陰極１１と陽極３８との間、ないしは真空室２と
サブストレート保持体３０との間の電位差が確定される
。

【００２５】発生装置２９には、最後に、電圧供給源な
いしパワーパック４２が備えられている。この供給源４
２により、たとえば発生装置２９と真空室２又は保持体
３０との間に“バイアス”電位差を生ぜしめることがで
きる。それによって、サブストレート３１，３１′…に
衝突するイオンのエネルギーとプラズマ電位とに影響を
与えることができる。

【００２６】サブストレート保持体３０には、高周波電
圧供給源ないしパワーパック３４が備えられ、この供給
源により、絶縁サブストレート３１，３１′…にもプラ
ズマ２８に対する付加的なＤＣバイアス電圧をかけるこ
とでサブストレート３１，３１′…に衝突するイオンの
エネルギー及び電流強度を高めることができる。

【００２７】図示の回路設定の場合、プラズマ発生装置
は、“反射アーク”源として働いている。管状陽極３８
は、放電給電源３５のプラス極と直接に接続されている
。このため、放電電流は、陽極３８を介してのみ流れる
ことができる。プラズマ発生装置２９は、真空室の他の
部分に対して絶縁配置されている。陰極１１から放出さ
れる電子は、ソレノイド磁石７の軸方向磁界により、直
接に陽極３８に達するのが阻止され、磁界線に沿って発
生装置２９から出て、プラズマ２８を生じさせる。発生
装置２９全体は、この目的のために、真空室の他の部分
に対してプラスの電位となるように調節される。この結
果、電界が形成され、この電界により発生装置２９の外
で電子が反射され、電界線に沿って陽極３８へ戻される
。

【００２８】この動作形式の場合、サブストレート保持
体２０は、たとえばイオンめっき法の場合のようにマイ
ナスのバイアス電位になるようには調節しない。サブス
トレート保持体３０は、＋２Ｖから＋５Ｖの範囲に調節
するのが通例である。その場合、イオンのエネルギーは
、陽極３８と保持体３０との間の電位差を介して得られ
る。

【００２９】この場合の代表的な数値：Ｐａｒ＝２・１
０−４ｍｂａｒプラズマ発生装置内Ｐｏ２＝４・１０−
４ｍｂａｒ真空室内Ｕ陰極−陽極＝６０ＶＵ陽極−真空室＝＋７５ＶＩ放電＝４５Ａ図から分かるように、管状陽極３８も中空円筒形の磁界
被覆５も、セラミック製の絶縁板６の上に配置されてい
る。絶縁板６は、銅製の接触板１６に支えられている。

【００３０】ヒータ１２は、クランプリング１３を介し
て帽子状の電子エミッタ、すなわち陰極１１と固定結合
されている。その場合、２個の接触ボルト１４，１５が
備えられており、これらの接触ボルトを介して、ヒータ
１２が、一方では接触板１６に、他方では接触ピン４７
に支えられている。

【００３１】接触板１６は、ピン１７を介して大電流ブ
ッシング３９と接続されている。ブッシング３９は、絶
縁体５３を介して真空室２の壁部に保持され、加えて、
水の通る冷却管２３を有している。接触板１６は、大電
流ブッシング４０に対しセラミック製リング１８により
電気絶縁されている。このブッシング１８も冷却管２４
を有し、ピン４７を介して接触ボルト１４に導電接触し
ている。大電流ブッシング４８は、絶縁体５５を介して
真空室の底部に保持され、水の通る冷却管２２を取囲ん
でいる。冷却管２２はＤＣエリミネータ３５と接続され
ている。管２０，２１は、入口接続管９ないし１０と接
続され、双方が、電気絶縁チューブ中間片５０ないし５
１を有している。

【００３２】真空室２の底部のプラズマ発生装置２９の
横に配置された蒸発器３７は、架構４６と、蒸発するコ
ーティング材料を入れた、架構上側に保持されている坩
堝４５と、材料を融解し蒸発させる電子銃４４と、電子
ジェットの方向を整えるフィルタ５６とを有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコーティング装置の構成を略示した図
。

【符号の説明】

２　　　　真空室３　　　　暗部被覆４　　　　ソレノイド５　　　　磁界被覆６　　　　セラミック製絶縁板７　　　　ソレノイド磁石８　　　　冷却蛇管９　　　　入口接続管（酵素）１０　　　　入口接続管（アルゴン）１１　　　　陰極（６硼化ランタン）ないし電子エミッ
タ１２　　　　黒鉛製ヒータ１３　　　　接触ボルト１４，１５　　　　接触ピン１６　　　　接触板１７　　　　接触ピン１８　　　　セラミック製リング１９　　　　管（酸素及び（又は）窒素）２０　　　　
管（酸素及び（又は）窒素）２１　　　　管（アルゴン
）２２，２３，２４　　　　水の通る冷却管２５　　　　
かさ状の多孔板２６，２７　　　　環状の磁気コイル２８　　　　プラズマの霧２９　　　　プラズマ発生装置３０　　　　サブストレート保持体ないし陽極３１，３
１′…　　　　サブストレート３２　　　　蒸着材料（
スパッタ材料）３４　　　　ＨＦパワーパック、ないし
ＨＦ発生器３５　　　　ＤＣパワーパック、ないしプラ
ズマ供給源３６　　　　蒸着防止部材、ないしかさ状薄
板ブランク３７　　　　電子ジェット蒸発器３８　　　　管状の陽極３９，４０　　　　大電流ブッシング４１　　　　供給源４２　　　　電圧供給源（バイアス電圧）４３　　　　
プロセス室４４　　　　電子銃４５　　　　坩堝４６　　　　蒸発器架構４７　　　　接触ピン４８　　　　大電流ブッシング４９　　　　軸５０，５１　　　　絶縁中間チューブ片５２，５２′…
　　　　孔５３，５４，５５　　　　絶縁体５６　　　　フィルタ５７　　　　スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　内部にサブストレート保持体（３０）
とプラズマの霧（２８）を発生させる装置（２９）が配
置され、プラズマの霧（２８）をサブストレート（３１
，３１′，…）の表面へ導く磁石（２６，２７）を有す
る真空室（２）内でサブストレート（３１，３１′…）
をコーティングする装置であって、プラズマの霧（２８
）を発生させる装置（２９）が、管形の陽極（３８）を
後置した電子エミッタ（１１）を有し、この陽極（３８
）がプラズマの点火するプロセスガスの入口（１０）と
、プロセスが陽極（３８）内で直進するように案内し、
プロセス室（４３）へ導く磁石（４，７）とを備えてい
る形式のものにおいて、プロセス室（４３）内に、サブ
ストレート（３１，３１′…）上にコーティングを生じ
させる材料の原子、分子、クラスタのいずれかを造出す
る装置、有利には電子ビーム蒸発器（３７）、熱蒸発器
、スパッタリング陰極のいずれかが、プラズマ発生装置
（２９）のすぐ横にサブストレート保持体（３０）と向
い合った位置に配置され、この装置（２９）から蒸発又
は放散される材料（３３）を直接にサブストレート（３
１，３１′…）に付着させうることを特徴とする、サブ
ストレートのコーティング装置。
【請求項２】　　プロセス室壁（２）に対して電気絶縁
されて配置されたサブストレート保持体（３０）が、選
択的に高周波発生器（３４）又はＤＣパワーパック（３
５）に接続可能であることを特徴とする、請求項１記載
のコーティング装置。
【請求項３】　　プラズマ発生装置（２９）と蒸発器（
３０）とが、かさ状に形成されたサブストレート保持体
（３０）に向かい合って、プロセス室壁（２）の同じ側
に備えられていることを特徴とする、請求項１又は２記
載のコーティング装置。
【請求項４】　　サブストレート保持体（３０）が、主
として、かさ状に形成された、複数の孔（５２，５２′
…）を有する薄板ブランク（２５）から形成されおり、
その上に間隔をおいて第２の、同じくかさ状の薄板ブラ
ンク（３６）ががぶせられ、双方のブランク（２５，３
６）がモータ駆動軸（４９）と固定結合されていること
を特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載
のコーティング装置。
【請求項５】　　プラズマ発生装置（２９）の管状陽極
（３８）が、少なくとも１つの磁石（４，７）により環
状に取囲まれており、しかも、磁石のうちの１つ（７）
が環状の磁性被覆板（５）により取囲まれ、この被覆板
（５）には、また間隔をおいて管状又は箱状の暗部被覆
（３）がかぶせら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項記載のコーティング装置。
【請求項６】　　　　サブストレート保持体（３０）の
、プラズマ発生装置（２９）と反対の側に、磁石（２６
，２７）が、有利には環状磁石が配置されていることを
特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の
コーティング装置。
【請求項７】　　プロセス室（４３）の内壁が、間隔を
おいて多孔板（２５）により被覆されていることを特徴
とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のコー
ティング装置。