JPH0598437A

JPH0598437A - 基板をコーテイングするための装置

Info

Publication number: JPH0598437A
Application number: JP4063494A
Authority: JP
Inventors: Rudolf Latz; ラツツルードルフ
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-04-20
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: JP3397801B2; DE4109018A1; DE59108911D1; KR920018237A; EP0504477B1; KR100245297B1; US5167789A; EP0504477A1; FI920733A; FI99030B; FI920733A0; DE4109018C2; FI99030C

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４，ＩＴ
Ｏ，ＴｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５を高いコーティングレートと
品質の製造に必要なアーク発生を回避する反応性スパッ
タ処理装置を提供する。【構成】ターゲット３が実質的に長手形の平らな卵形
の形状を有しており、さらに暗空間遮へい部材３４によ
り囲まれており、その暗空間遮へい部材の基板１の側の
周回する縁３５がわずかに陰極そう４の前面をおおって
おり、この場合、陰極そう４の中に設けられている、ヨ
ーク６の上に支持されている磁石装置が、ターゲット長
手方向へ延在する狭幅の中央磁石８，ヨーク６の周縁部
に設けられている狭幅エンドレスの磁石７，９の列、お
よび中央列の磁石８の列の各々の端部にそれぞれ設けら
れている２つの円形磁石から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば酸化アルミニウ
ムで基板をコーティングするための装置であって、該装
置は直流電流源および／または交流電流源を備えてお
り、該電流源は排気されたコーティング室の中に設けら
れている電極へ接続されており、該電極はスパッタリン
グされるターゲットと接続されており、該ターゲットの
スパッタリングされた粒子は基板、例えばプラスチック
部材の上に沈着されるようにし、この場合、コーティン
グ室の中に処理用気体が流入され、さらにこの場合、ト
ロイドの磁界がターゲットを貫通し、該磁界の磁力線は
磁極の領域においてターゲットの表面から現われる形式
の基板のコーティング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】公知の陰極スパッタリング装置（ドイツ
連邦共和国、特許出願公開広報第２７０７１４４号Ｓｌ
ｏａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐ．）は被スパ
ッタリング面を有する陰極を備え、さらにこの陰極の近
傍に、被スパッタリング面に対向する側に、磁力線発生
用の磁石装置を備えている。この場合これらの磁力線の
うちの少なくとも一部は、被スパッタリング面の中へ進
入しさらにこの面から、互いに間隔をおいて設けられて
いる次の交点において再び出てくる。

【０００３】即ちこれらの交点の間で、当該磁力線は連
続的に弧状のセグメントを、被スパッタリング面から間
隔をおいて形成する。この場合この被スパッタリング面
は−磁力線と共に−閉じられた領域に対する制限作用部
を形成し、これによりトンネル状領域が形成される。こ
のトンネル状領域はこれにより定められる経路にわた
り、被スパッタリング面上に存在する。この場合、帯電
された粒子はトンネル状の領域において留められてこの
領域に沿って運動する傾向がある。さらにこの公知の陰
極スパッタリング装置は陰極の近傍における陽極を備
え、さらに陰極と陽極を電位源へ接続する接続部を備
え、この場合、被スパッタリング面は少なくとも、排気
される容器内に少なくとも設けられている。

【０００４】この装置の場合、磁界と被スパッタリング
表面との間の相対運動を、それらの空間的な隣接位置関
係近傍性の維持の下に形成する目的で運動装置が設けら
れている。この場合、前述の経路は被スパッタリング面
をおおい、しかも休止状態の経路により占められる面領
域より大きい面領域でおおう。

【０００５】さらに誘電体を有する基板をコーティング
するための装置が公知である（ドイツ連邦共和国特許第
Ｐ３８２１２０７．２号；ＬｅｙｂｏｌｄＡＧ）。こ
の装置は、ターゲットと電気接続されている電極と接続
された直流電流源を有する。このターゲットはスパッタ
リングされ、そのスパッタリングされた粒子は導入され
た物質と共に化合物を形成する。この化合物は基板上に
沈着し、この場合トロイド状の磁界がターゲットを貫通
し、その磁力線は磁極の領域においてターゲットの表面
から出てゆく。この装置の場合、交流電源が設けられて
おり、その出力電圧が直流電流源の直流電圧に重畳され
ている。この場合、電極へ導びかれる交流電流の電力
は、直流電源から電極へ誘びかれる電力の５％〜２５％
に相応する。

【０００６】最後に既に先行の特許出願（ドイツ連邦共
和国特許第Ｐ３９２９６９５．４）に、基板をコーティ
ングする装置が提案されている。この装置は直流電源お
よび／または交流電源を備えており、この電源は、排気
されるコーティング室の中に設けられている電極へ接続
されている。この電極はターゲットと電気的に接続され
ている。このターゲットはスパッタリングされそのスパ
ッタリングされた粒子は基板上に沈着される。この場
合、コーティング室の中へ処理気体が導入可能であり、
さらに磁界はターゲットを貫通し、その磁力線は磁極の
領域においてターゲットの表面から出てゆく。

【０００７】この装置の場合、ターゲットは２つの実質
的に長手形の平行六面体の部材を有する。この場合、こ
れらの両方の部材の端部は、それぞれ２つの円弧状のタ
ーゲット部材を用いて結合されておりそのため共にリン
グ状のまたは卵形のターゲットを形成する。

【０００８】この装置の場合、ターゲットは暗空間遮へ
い体により囲まれており、この遮へい体の、基板側を周
回する縁はまたは端面はターゲットの前面からわずかに
引っ込められている。この場合、陰極そうの中に設けら
れている、ヨーク上に支持されている磁石装置が、中央
の、ターゲット長手方向へ延在する長手形磁石の列か
ら、ヨークの縁部分に設けられている別のエンドレスの
長手形磁石の列からおよび２つの円形磁石から構成され
ている。この場合、これらの円形磁石のそれぞれ１つが
中央の磁石列の各々の端部に設けられている。

【０００９】

【発明が解決しょうとする課題】本発明の課題は、複雑
な反応性スパッタ処理を安定に作動させる装置を提供す
ることである。例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，
ＩＴＯ，ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅を高いコーティングレート
と品質で製造可能とし、この場合たとえばこの処理を著
しく損なうアーク発生を回避すべきである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明により
次のようにして解決されている。即ちターゲットが２つ
の互いに平行の、実質的に長手形の平行六面体の部材を
有しており、この場合、両方の該部材の端部が２つの円
弧状のターゲット部分を介して結合されており、前記タ
ーゲットはこれらの円弧状ターゲットと共にリング状の
ないし卵形のターゲットを構成するようにしさらにター
ゲットが暗空間遮へい部材により囲まれており、該遮へ
い部材の、基板と同じ側の周回縁が陰極そうをおおうよ
うに、この場合、該周回縁が、基板と同じ側の、陰極そ
うの端面の狭幅の領域をおおうようにし、ただしこの場
合、該周回縁が絶縁間隔の介在の下に陰極そうへ延在す
るようにし、さらに陰極そうの中に設けられている、ヨ
ークの上に支持された磁石装置が、中央の、ターゲット
長手方向へ延在する狭幅磁石の列および、別の、ヨーク
の周縁部に設けられているエンドレスの、狭幅の磁石の
列から構成されている。

【００１１】例えば磁石がヨーク上に支持されており、
該ヨークの幅と長さは、陰極そうにより区画されるそう
の空間よりも小さい寸法を有するようにし、この場合、
ヨークにおける切欠の中で動力で駆動される偏心体のま
たはカム駆動体の凸起が係合しており、さらにヨークが
タブ空間の内部に往復運動へ移されるように構成したの
である。

【００１２】

【実施例】本発明は種々の実施例を許容する；そのうち
の１つが所属の図面に示されている。図面は、卵形リン
グへ形成されている第１のターゲットに対して中央に設
けられている第２のターゲットを示す。

【００１３】図面に、薄い金属膜２を設けるべき基板１
が示されている。この基板１にスパッタリングされるべ
きターゲット３が対向している。ロッド状のターゲット
を囲むリング状ターゲット３が、横断面がＵ字形のエレ
メント４（いわゆる陰極そう）を介して、ヨークの上に
設けられている電極５と接続されている。ヨークは、そ
れ自体とエレメント４との間に３列の永久磁石７，８，
９を含む。ターゲット３の方向へ向けられた、永久磁石
７，８，９の磁極の極性は交番する。そのため、それぞ
れ外側列の永久磁石７，８，９のＳ極は、中央列の永久
磁石列８のＮ極と共に、ターゲット３の中に実質的に円
形の磁界を形成する。この磁界はターゲット３の手前の
プラズマの密度を増加して、磁界が最大値を有する個所
ではその最大の密度を有するようにする。プラズマ中の
イオンは、直流電圧にもとづいて形成される電界により
加速される。この直流電圧は直流電流源１０により供給
される。この直流電流源１０はその負の極が、２つのイ
ンダクタンス１１，１２と電気線路３９を介して、電極
５と接続されている。電界はターゲット３の表面に対し
て垂直であり、プラズマの正のイオンをこのターゲット
３の方向へ加速する。これによりある程度の原子または
粒子がターゲット３から叩き出される。しかも磁界の水
平成分がその最大値を有する、破線で示された領域１
３，１４（ないしスパッタ凹欠）から、叩き出される。
スパッタリングされた原子または粒子は基板１の方向へ
飛行し、ここでこれらは薄い膜２として沈積する。

【００１４】ターゲット３から叩き出された金属粒子
は、基板表面上の空間１５において所定の気体と反応す
る。この場合これらの気体は気体タンク１６，１７から
弁１８，１９，３１，５９と入口スリーブ２０，２０ａ
−この２０ａにはノズル５５を有するノング管２１が接
続されている−を介して、気体案内管５６を用いて室１
５ａの中に導びかれる。この室１５ａは２つの収容室２
４，２５により構成される。一方の収容室２５は基板１
を含み、他方の収容室２５は基板１の手前で終っていて
絞り２６を形成する。両方の収容室２５，２５は、した
がって収容室２５の底部の上に置かれている基板１も、
アースへ電気接続されている。アースには直流電流源１
０の第２の端子２７も接続されている。直流電流源の第
１端子２８はさらにインダクタンス１１，１２へのほか
に、さらにコンデンサ２９，５１へも接続されている。
これらのコンデンサはアースへ接続されている。

【００１５】気体は好適には、陰極５を囲む気体配分装
置すなわちノズル５５を有するリング管２１を介して、
第２の収容室２４へ導びかれ、さらに、ここを通って第
１のおよび第２の収容室２４，２５の間の中間室１５ｂ
の中へも達する。

【００１６】図示されている装置を制御する目的で、測
定データを処理して制御命令を送出するプロセス計算器
３０を設けることができる。このプロセス計算器３０の
中に例えば、処理室２５の中で測定された分圧の値が入
力できるこれらのおよび別のデータにもとづいてプロセ
ス計算器は、例えば気体流をピエゾ弁３１を介して調整
し、さらに陰極５における電圧を設定調整する。プロセ
ス計算器３０は、全部の他の変数を例えば陰極電流およ
び磁界の強さを調整することもできる。この種のプロセ
ス計算器は公知であるためその構造の説明は省略する。

【００１７】図面が示すように、Ｕ字形のエレメントな
いし陰極そう４も、中央ターゲット３３を有するリング
状ターゲット３も、暗領域遮へい部材３４により囲まれ
ている。この遮へい部材の、基板側の周回縁３５は、値
ｂだけ陰極そう４の周縁領域を越えて突出している。さ
らに中央ターゲット３２と、ターゲット３の半径方向の
内側面との間にリングスリット３６（Ｃ＝１ｍｍ）が設
けられている。同様にリングスリット３７（ｆ＝２ｍ
ｍ）がターゲット３の半径方向の外側面と暗領域遮へい
部材３４の縁との間に設けられている。例えばターゲッ
トそう４の半径方向の縁をおおう、暗領域遮へい部材３
４の部分により、不所望の“アーク放電”（即ちアーク
放電の不所望の自己形成）が回避される。

【００１８】最後に付言すべきことはスタブ状の中央タ
ーゲット３２の基板側の端面５２も、ターゲット３の円
形リング状端面１３，１４から、わずかな値（ｇ＝１ｍ
ｍ）だけ引っ込められている。

【００１９】ＤＣ電流源１０のほかにさらにＨＦ電流源
３８が、電流供給線路３９ないし６０−その間に中間接
続されたコンデンサ４０，４１およびインダクタンス４
２を有する−へ設けられている。これは電極５への交流
電流の供給も可能にする。

【００２０】前述の装置により保証されていることは、
アルゴン反応体雰囲気における反応性気体放電が、ター
ゲット３を有するマグネトロン陰極５の手前で安定に活
性化されることである。この場合、直流電圧放電、高周
波放電または両者の重畳が用いられる。

【００２１】（このことは図面には示されていないが）
ターゲット３は長手形ターゲット（方形ターゲット）と
して構成されており、それの端部はに円弧状部材により
丸くされている；即ちこの長手形ターゲットは平面図が
卵形の形状を有する（互いに平行に設けられた長手の平
行六面体の側面部材）。

【００２２】この構造は例えばＤＣ放電だけに対してす
すめられる。このように形成されたターゲットは長方形
の標準陰極そうへまたは特別に円弧状に製造された陰極
そう４へ被着される。

【００２３】特別の実施例の場合は磁界は、ターゲット
上のスパッタリング領域は出来るだけ大きくなるよう
に、形成される。円弧状ターゲットを有する長手形陰極
に対しては、中央の磁石列の、直径方向で互いに対向す
る端部に設けられている２つの円形磁石により補強され
る磁界が特別にすすめられる。

【００２４】有利な実施例の磁石装置は次の独特の構成
により特徴づけられる：ａ）選定された磁石７，８，９は間隔が著しく幅がせま
く（例えばＣ＝５ｍｍ）さらに高い磁界強度を有する
（Ｖａｃｖｄｙｍ磁石）。

【００２５】ｂ）中央磁石列８の両方の端部に、独特の
大きさを有すると強さの２つの円形磁石が設けられてい
る。そのためターゲット材料は、通常の放電電圧の下で
縁部までスパッタリングされる。

【００２６】この装置の別の実施例においては、ターゲ
ットは、Ｕ字形のヨークないし陰極そうと共に、電極５
の上に設けられる。他方、永久磁石ないし磁石列はそれ
らのヨークと共に、クランク駆動体の凸起と結合されて
いる（図示されていない）。このクランク駆動体は一方
では軸により駆動されて、この駆動体を介して、ヨーク
を振動運動させる。この場合この運動は陰極そう４の内
壁により境界が定められる。この場合、ヨークの寸法
は、振動運動のために陰極そうの中に十分なスペースが
確保されるように選定される。

【００２７】そのため長手形陰極の場合は次のことが可
能になる。即ち端部が丸められたターゲットを用いる場
合および相応の磁石装置を用いる場合、磁界を少なくと
も次のように２通りの形式でに運動できる、即ち反応性
スパッタリングの場合でさえもターゲット表面における
被覆が回避される、即ちａ）陰極そう４における磁石ヨーク全体の側面方向の往
復運動による運動、およびｂ）陰極そう４において磁石ヨークをその長手軸方向へ
同時に運動させることにより、そのため磁石装置が側面
方向へも長手方向へも往復運動されることによる運動。

【００２８】上述の装置は、反応性スパッタリングの場
合にターゲット表面における絶縁性の被膜−これにより
放電の不安定性が生じ得る−が形成されることも阻止す
る。

【００２９】この種の不安定性の回避は反応性のスパッ
タリングの場合、無条件に必要であるが、しかし経験に
よればほとんど生産条件の下に達せられない。

【００３０】このことは例えばいくつかの臨界的な反応
性スパッタリング過程（例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄，ＩＴＯ，ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅）の場合に、例え
ば高いスパッタリングレートの時にあてはまる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のブロック図である。

【符号の説明】

１基板２膜３ターゲット４Ｕ形エレメント，陰極そう５電極６ヨーク７，８，９永久磁石１０直流電流源１１，１２インダクタンス１３ターゲット面１４スパッタリング凹欠（領域）１５，１５ａ，１５ｂ室間、コーティング室１６，１７気体タンク１８，１９弁２０，２０ａ入口スリーブ２１ノズルを有するリング管２２，２３気体案内管２４室２５室，処理室２６絞り２７電気接続部材（アース線）２８電気接続部材２９コンデンサ３０プロセス計算器３１弁、ピエゾ弁３２第２ターゲット３３暗領域遮へい部材３５，３６リングスリット３７ＨＦ電流源３８電流供給線路４０，４１コンデンサ４２インダクタンス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（１）をコーティングするための装
置であって、該装置は直流電流源および／または交流電
流源（１０ないし３８）を備えており、該電流源は排気
されたコーティング室（１５，１５ａ，１５ｂ）の中に
設けられている電極へ接続されており、該電極はスパッ
タリングされるターゲット（３，３２）と電気接続され
ており、該ターゲットのスパッタリングされた粒子は基
板（１）の上に沈着されるようにし、この場合、コーテ
ィング室（１５，１５ａ，１５ｂ）の中に処理用気体が
流入され、さらにこの場合、トロイド状の磁界がターゲ
ット（３，３２）を貫通し、該磁界の磁力線は磁極
（７，８，９）の領域においてターゲットの表面から現
われる形式の基板（１）のコーティング装置において、ａ）ターゲット（３）が２つの互いに平行の、実質的に
長い手形の平行六面体の部材を有しており、この場合、
両方の該部材の端部が２つの円弧状のターゲット部分を
介して結合されており、これらの円弧状ターゲット部材
と共にリング状のないし卵形のターゲットを構成するよ
うにしｂ）ターゲット（３）が暗空間遮へい部材（３４）によ
り囲まれており、該遮へい部材の基板（１）と同じ側の
周回縁（３５）が陰極そう（４）をおおうようにし、こ
の場合、該周回縁（３５）が、基板（１）と同じ側の、
陰極そう（４）の端面の狭幅の領域（ｂ）をおおうよう
にし、ただしこの場合、該周回縁（３５）が絶縁間隔
（ａ）の介在の下に陰極そう（４）へ延在するように
し、ｃ）陰極そう（４）の中に設けられている、ヨーク
（６）に支持された磁石装置が、中央の、ターゲット長
手方向へ延在する狭幅磁石（８）の列および、別の、ヨ
ーク（６）の周縁部に設けられているエンドレスの、狭
幅の磁石（７，９）の列から構成されていることを特徴
とする基板（１）のコーティング装置。
【請求項２】アースされた暗空間遮へい部材（３４）
の周回縁はその、基板（１）と同じ側の端面が、わずか
な値（ｄ）だけ、基板（１）と同じ側のターゲット面
（１３）の後方へ引っ込められている請求項１記載の装
置。
【請求項３】リング状の、例えば卵形の構造を有する
ターゲット（３）が第２のターゲット（３２）を囲むよ
うにし、後者のターゲットが、実質的にロッド状に構成
されており、この場合、両方のターゲット（３，３２）
の間に周回スリット（３６）が設けられており、さらに
この場合このロッド状のターゲット（３２）が、卵形の
ターゲット（３）よりも安価な材料から例えばアルミニ
ウムから構成されている請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】ロッド状の第２のターゲット（３２）が
陰極そう（４）にねじ止めされているかまたはリベット
で止められており、さらに第２ターゲット（３２）を囲
むリング状にまたは卵形に形成されたターゲット（３）
よりも、例えば所定値（ｇ）だけうすく寸法の選定され
た厚さを有している請求項１から３までのいずれか１項
記載の装置。
【請求項５】磁石がヨーク上に支持されており、該ヨ
ークの幅（Ｂ）と長さ（Ｌ）は、陰極そう（４）により
区画されるそう空間よりも小さい寸法を有するように
し、この場合、ヨークにおける切欠の中に、動力で駆動
される偏心体のまたはカム駆動体の凸起が係合してお
り、さらにヨークがそう空間の内部に往復運動へ移され
るようにした請求項１から４までのいずれか１項記載の
装置。
【請求項６】ヨークを駆動するカム駆動体がヨーク
を、このヨーク上に固定的に設けられている磁石と共
に、陰極そうの長手方向へもこれを横切る方向へも運動
させるようにした請求項１又は２記載の装置。
【請求項７】調整器（３０）が設けられており、該調
整器は反応性気体たとえばＯ₂の流入案内を、放電電圧
が一定に維持されるように、調整する請求項１から３ま
でのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】反応性気体調整器（３０，３１）におけ
る陰極充電電圧の目標値を、基板（１）の膜特性が一定
に維持されるように追従制御する請求項１から７までの
いずれか１項記載の装置。