JPH0751752B2 - プラズマ付勢マグネトロンスパッター蒸着方法および装置 - Google Patents

プラズマ付勢マグネトロンスパッター蒸着方法および装置

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JPH0751752B2
JPH0751752B2 JP5202265A JP20226593A JPH0751752B2 JP H0751752 B2 JPH0751752 B2 JP H0751752B2 JP 5202265 A JP5202265 A JP 5202265A JP 20226593 A JP20226593 A JP 20226593A JP H0751752 B2 JPH0751752 B2 JP H0751752B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン−アシストスパ
ッター蒸着により広い表面の基板に堅いコーティングを
蒸着することに係わり、特に基板表面に高速イオン衝撃
を同時に伴ったマグネトロンスパッター蒸着についての
方法および装置に関する。さらに、本発明は、広い表面
で３次元の不規則な形状の基板に、基板を操作すること
なく堅い薄いフィルムを低温（≦４５０℃）でプラズマ
−イオン−アシスト蒸着することに関する。
【０００２】
【従来の技術】低い基板温度、すなわち４５０℃と等し
いか、または低い温度で堅いコーティングを形成するた
めの薄フィルム形成法は幾つかの要件を同時に満足させ
るものでなければならない。第１の要件はエネルギー付
勢（数ｅＶ）原子、例えばチタンが基板表面に均一に運
ばれなければならない。エネルギー付勢原子は基板上に
て原子の運動性を改良し低温で蒸着フィルムを核形成さ
せ成長させるのに役立つ。次の要件は基板表面が均一に
加熱さらなければならず、蒸着フィルムが同時に堅いコ
ーティングを形成するためフィルムのミクロ構造に影響
を及ぼすのに十分な程度のエネルギー付勢（＞５０ｅ
Ｖ）原子（例えばアルゴンイオン）の高密度流（＞１ｍ
Ａ／ｃｍ2 ）の衝撃にさらされるようにしなければなら
ない。
【０００３】イオン衝撃（＞１ｍＡ／ｃｍ2 、＞５０ｅ
Ｖ）を用いることにより、コーティングの堅さをイオン
衝撃なしのコーティングの堅さに較べて３倍以上増大さ
せることができる。窒化チタンについては、これはイオ
ン衝撃の存在によりビッカース硬度５００Ｋｇ／ｍｍ2
から１，５００Ｋｇ／ｍｍ2 への増大に相当する。
【０００４】スパッタリングは基板表面に薄いフィルム
を蒸着のため、エネルギー付勢（約５ｅＶ）チタン原子
を生成させるための公知の技術である。熱的に蒸発した
チタンは約０．１ないし０．２ｅＶのエネルギーを有す
るが、このエネルギーは一般に低温フィルム成長には十
分とは言えない。イオン化されたチタンは約５０ないし
１００ｅＶのエネルギーを有しスパッタリングの場合よ
り大きい。しかし、鋭い角部に薄いフィルムを均一に堆
積させる場合は、このイオン化された原子は不均一な電
界のため不均一な堆積を生じさせてしまう。これに対
し、エネルギー付勢された原子は電界に左右されない。
そのため、エネルギー付勢されたスパッター原子はエッ
ジ部、角部および平坦な表面に均一に薄い膜を低温で形
成させるのに適している。
【０００５】基板を加熱するための手段として、電子衝
撃またはイオン衝撃を薄膜蒸着の前に適用することは公
知である。薄膜蒸着の間に基板を衝撃するためイオン流
を与えるものとしてイオンビームまたはプラズマは公知
の手段であり、これらはフィルムのミクロ構造に影響を
与えるのに十分なものである。
【０００６】窒化チタンのような薄膜を堆積させるのに
種々の手段が用いられている。例えば、反応性蒸着、ア
ーク蒸着、スパッターＣＶＤ（化学蒸着）、反応性マグ
ネトロンスパッタリング、非バランス化マグネトロンス
パッタリング、中空カソードマグネトロンスパッタリン
グなどが知られている。
【０００７】反応性蒸着を用いた進んだ方法として、米
国特許Ｎｏ．４，１９７，１７５に開示されている（以
下、これをＲＥ法と呼ぶ）。この方法において、電子が
別のアーク電荷チャンバーから抽出され、プロセスチャ
ンバーに送られる。これらの電子はプロセスチャンバー
においてＡｒおよびＮ2 ガス原子をイオン化するととも
に、るつぼからチタン金属を蒸発させ、後に蒸発したチ
タン原子をイオン化するのに用いられる。これら基板サ
ンプルは最初にプラスにバイアス化され電子をアーク電
荷チャンバーから引き付け基板の加熱が行われる。これ
らサンプルはついでマイナスにバイアス化され、Ａｒ+
イオンを引き付け、これにより基板表面が最初にスパッ
ター浄化され、ついで堆積の間、フィルムを衝撃してフ
ィルムのミクロ構造に影響を与え、同時に堆積の間の基
板温度を維持させる。
【０００８】しかし、上記方法は多くの欠点を伴う。チ
タンの蒸発およびサンプルのイオン衝撃は独立して制御
することができない。なぜならば、電子ビームはＡｒ+
およびＮ2 + プラズマ生成の双方のため、およびるつぼ
からのチタン原子の蒸発および後のイオン化のために用
いられるからである。さらに、チタンは実質的に１点か
ら蒸発され、この方法の大スケールでの実施は制限を受
けることになる。さらに、複雑なサンプルの固定、ある
いはサンプルの回転を含む面倒な操作を必要とする。蒸
発器からチタンを高い割合でイオン化しても、基板の表
面に堆積されるチタンの多くは中性のチタン原子であ
る。これらの原子は熱的に蒸発された原子の典型的エネ
ルギー、すなわち０．１ないし０．２ｅＶを有する。こ
のような低いエネルギーのため、堅い窒化チタンフィル
ムを形成するには高い基板温度、すなわち約５００℃が
必要となる。
【０００９】要約すると、ＲＥ法はフィルムの成長はフ
ィルムの堆積と同時に基板表面へのアルゴンイオンの衝
撃によって行われ、これによりフィルムのミクロ構造に
影響を及ぼすことができる。しかし、堆積されたチタン
の高いパーセンテッジ（＞３０％）はエネルギー非付勢
（０．１〜０．２ｅＶ）チタン原子の形であり、堅い薄
膜成長のため高い基板温度が必要となる。さらに、アル
ゴン−イオンプラズマ−生成方法がチタン原子蒸発およ
びイオン化法に組合わされて用いられているが、これは
それぞれの方法を独立して制御することができない。さ
らに、チタン原子が点状蒸発源により供給されるので、
複雑なサンプル操作が必要となり、大きいサンプルの処
理は著しく制限される。
【００１０】米国特許４，９９２，１５３に記載されて
いるようなスパッターＣＶＤにおいては、磁界付勢（ア
シスト）スパッター装置が用いられ、これによりスパッ
ターされた原子が発生し、これが基板上に堆積され、別
のプラズマ、例えばアルゴン、の存在下で堅いフィルム
が成長する。また、基板は回転され、スパッターターゲ
ットは固定した状態に維持される。このスパッタリング
は大スケールの堆積に対しては適しているが、幾つかの
制約を受ける。その内、最も主なものは基板が電気的に
浮いた状態、あるいはプラズマに対しプラスにバイアス
されるという事実である。
【００１１】基板が電気的に浮いた状態にあると、プラ
ズマからのイオン衝撃はフィルムのミクロ構造に影響を
及ぼすのに十分ではなくなり、発生するイオン衝撃はプ
ラズマ条件を変えることなしに制御することはできな
い。
【００１２】基板がプラズマに対しプラスにバイアスさ
れると、プラズマからの電子がイオンの代わりに基板を
衝撃する。したがって、この操作モードにおいて、イオ
ンはフィルムのミクロ構造に影響を与えない。これを達
成するのに、代わりに電子加熱が依存されることにな
る。
【００１３】スパッターＣＶＤの他の制約は、わずか１
つのスパッターターゲットが用いられ、これは大スケー
ルプロセスを著しく制限させる。大スケールで、しかも
３次元の不規則な形の基板を処理するには、面倒な基板
の操作が必要となる。
【００１４】要約すると、スパッターＣＶＤにおいて
は、フィルム成長はエネルギー付勢（数ｅＶ）スパッタ
ーチタン原子を介して行われる。しかし、これは同時に
低温で堅い薄いフィルムを成長させるのに重要なところ
のフィルムのミクロ構造に影響を及ぼすのに十分なイオ
ン衝撃を基板に与えることを伴わない。代わりに、これ
を達成するのに電子衝撃加熱が依存されることになる。
スパッターＣＶＤはさらに大スケールの３次元の対象物
に対し処理するのに制約を受ける。
【００１５】マグネトロンスパッタリングは薄いフィル
ムの大スケール堆積に開発された方法である。これはＨ
ａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： Ｐｒｉｎｃｉｐ
ｌｅｓ， Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｆｉｌｍ Ｍｏｄ
ｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ニ
ュージアジ（１９８９）の”イオン・アシステッド・ジ
エレクトリック・アンド・オプテカル・コーティング”
に記載されている。スパッターされた原子が通常、数ｅ
Ｖ（５＝ｅＶ）のエネルギーで基板表面に達し、これが
フィルムの堆積温度を５０ないし１００℃とする。これ
は前述の反応性蒸発法と比較して低い。しかし、薄膜の
低温成長（約４５０℃）においては、高密度流（＞１ｍ
Ａ／ｃｍ2 ）、エネルギー付勢（＞５０ｅＶ）イオン衝
撃が堅い耐摩耗性ＴｉＮフィルムのために必要であるこ
とが知られている。さらに、従来のマグネトロンスパッ
タリングシステムのいては、プラズマはスパッタリング
ターゲットに極めて近いところに限られていた。基板表
面のバイアスは、高品質で堅い薄膜を形成させるのに十
分なイオンをマグネトロンプラズマから集めることを可
能としない。
【００１６】このような制約を回避するため、２つの技
術が開発された。すなわち、非バランス化マグネトロン
［Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃ
ｅａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ， Ｖｏｌ．４，
Ｎｏ．３，ｐｐ．４５３−４５７ （５−６月、１９
８６）、”Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ＤＣ Ｍａｇｎｅｔ
ｒｏｎｓ ａｓ Ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｉ
ｏｎ Ｆｌｕｘｅｓ”］および中空カソードマグネトロ
ンターゲット［Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ，
Ｖｏｌ．４， Ｎｏ．３，ｐｐ．３９３−３９６
（５−６月、１９８６）、”Ｈｏｌｌｏｗ−Ｃａｔｈｏ
ｄｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕ
ｔｔｅｒｉｎｇ”］である。
【００１７】非バランス化マグネトロンにおいては、マ
グネトロンターゲットでの磁界は、磁力線が基板表面に
延びるように調整、制御される。これにより基板表面近
傍のプラズマ密度が増大し、この表面に衝撃を与えるイ
オンの流速が促進される。しかし、この方法の使用には
制約がある。
【００１８】第１に、プラズマの唯一の源がマグネトロ
ン自体からのものである。したがって、プラズマ密度に
影響を与えるため磁界を独立して変化させることができ
るが、アルゴンイオン衝撃がマグネトロンの操作に組合
わされる。さらに重要なことは、非バランス化マグネト
ロンの磁界形状が３次元形状のもの、あるいは磁性のも
のである大スケール基板の効率的、均一な処理を可能と
しないことである。例えば、鋳鉄（磁性材料）基板（寸
法、３フィート×３フィート）を処理するためには、マ
グネトロンからの大きい距離に亘って延び、被処理物の
大きい寸法のものを包むため、極めて強い磁界をマグネ
トロンで発生させなければならない。したがって、非バ
ランス化マグネトロンの操作は基板の寸法、形状に依存
し、各基板に対し異なって対処されなければならない。
さらに、鋳鉄が磁性材料であるため、これが、マグネト
ロンから延びる磁力線を不均一に終了させ、その結果、
不均一なプラズマとなり、これでプラズマ−イオン衝撃
による基板の処理がなされる。この場合、基板の寸法、
形状、型（磁性対非磁性）がマグネトロンの下流でプラ
ズマ生成に結びつけられる。最後に、基板表面のエレク
トロン加熱、およびアルゴンイオンスパッタークリーニ
ングは行うことができない。なぜならば、プラズマの唯
一の源がマグネトロン自体からのものであるからであ
り、このマグネトロンによりプラズマがいったん確立す
るとチタン原子が必然的に生成される。
【００１９】要約すると、非バランス化マグネトロンに
おいては、フィルム成長は、フィルムのミクロ構造に影
響を与えるプラズマからの高速付勢イオン衝撃を同時に
伴うところの付勢（数ｅＶ）されたスパッターチタン原
子を介して行われる。しかし、プラズマ生成はマグネト
ロンから延びる磁界に結合され、各パラメータの独立し
た制御はできない。さらに、この方法は大スケール、３
次元のもの、磁性材料のものの処理には適していない。
【００２０】中空カソードマグネトロン法においては、
これらの制約の幾つかは軽減される。この方法はトリオ
ード電荷の使用に基づくものであり、これにおいて電子
の補助源がマグネトロンカソードに結合される。この中
空カソードは前部カソード表面近くのプレーナーマグネ
トロンの縁部に挿入される。中空カソードが駆動され、
マグネトロンのプラズマ電位以下に十分にバイアスさ
れ、数アンペアの電子流がマグネトロンプラズマ中に発
せられる。これらの電子はマグネトロンプラズマのイオ
ン化をさらに促進させ、マグネトロンの操作圧力を１０
-5Ｔｏｒｒの高い範囲に低下させる。
【００２１】この圧力範囲において、マグネトロンは比
較的低い圧力で操作されることが要求されるカウフマン
型の別のブロードビームイオンガンの使用と両立する。
しかし、この型の中空カソードマグネトロン法の制約
は、３次元の不規則な形のものを処理できないことであ
る。その理由はイオンガンイオンビームのライン・オブ
・サイト方向性である。さらに、フィルムミクロ構造に
影響を及ぼすのに必要な数ｍＡ／ｃｍ2 を超えるイオン
流密度は空間電荷効果のため非中性化イオンビームを用
いることを制限する。最後に、中空カソードはマグネト
ロンの効率のみを高めるものであることを認識すること
が重要である。これはフィルム堆積の間、フィルムのイ
オン衝撃を助けるための基板近傍のプラズマ密度を高め
るものではない。
【００２２】要約すると、中空カソードマグネトロン法
においては、フィルム成長は、フィルムのミクロ構造に
影響を与える別のイオンビーム源からのアルゴンイオン
衝撃を同時に伴うところの付勢（数ｅＶ）されたスパッ
ターチタン原子を介して行われる。しかし、この方法は
イオンガンイオンビームのライン・オブ・サイト方向性
および大きい面積に亘って数ｍＡ／ｃｍ2 のイオン流密
度を得ることの困難性のため、大スケールの対象物の処
理には適していない。
【００２３】Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： Ｆｕ
ｎｄａｍｅｎｔａｌｓ， Ｅｔｃｈｉｎｇ， Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ， ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｉｎｔｅｒ
ａｃｔｉｏｎｓに記載されているアーク蒸発法は、カソ
ード電位で操作されるＴｉプレートを用いるものであ
る。Ｔｉ原子を生成するのに外部からのプラズマを必要
としない。その代わり、真空カソード性アークがＴｉプ
レートとアノード表面との間に生成し、カソード上にア
ークスポットを形成する。このアークスポットは強力な
Ｔｉプラズマを生成する。このアークスポットはＴｉプ
レートの周りを移動する。Ｔｉ原子、イオン、Ｔｉ原子
のミクロ粒子からなるＴｉクラスターはこのアークスポ
ットから蒸発する。基板表面上に堆積されたとき、この
Ｔｉクラスターはこの表面を粗雑にし、被覆面に弱いス
ポットを残す。このアーク蒸発法において、別の制約は
高堆積速度が制限されるということである。その理由
は、アーク蒸発力が増大したとき、チタンクラスター蒸
発速度が増大し、フィルムの品質を著しく劣化させる。
これはスパッタリング力の増大がチタンのスパッタリン
グ速度を連続的に増大させるチタンのスパッタリングと
対照的である。
【００２４】アーク蒸発法はＴｉの高いイオン化を伴
う。しかし、反応性蒸発法のように、アーク蒸発の間に
生ずる残留中性Ｔｉ原子がフィルムの品質を支配し、マ
グネトロンスパッタリングと比較して高い基板温度を必
要とする。高い堆積速度においては、低基板温度を維持
することは困難である。なぜならば、エネルギー付勢
（５０〜１００ｅＶ）チタンイオンが基板に堆積される
とき付加的基板加熱が発生するからである。
【００２５】アーク蒸発法において、電子加熱およびＡ
ｒ+ イオンスパッタリングクリーニングは不可能であ
る。その理由はＡｒ+ イオンプラズマが全く生成されな
いからである。さらに、フィルムの堆積の前に基板表面
をスパッタリングクリーニングすることは不可能であ
る。なぜならば、真空アークの生成はチタンの生成に結
合されるからである。いったんアークが当てられたと
き、チタンはアークから生成し、基板に堆積される。ア
ルゴンプラズマはこのアークプロセスから別に生成され
ることはない。
【００２６】要約すると、アーク蒸発法において、フィ
ルム成長はアーク蒸発プロセスからエネルギー付勢され
た（イオン化された）チタンイオンの生成にも拘らず非
エネルギー付勢（０．２ｅＶ）のチタン原子により占め
られる。フィルムのミクロ構造に影響を与える基板への
アルゴンイオン同時衝撃は存在しない。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、比較的低
温で、かつ高速で大スケールの３次元構造で不規則な形
状のものに、基板の操作なしで堅い薄いフィルムを堆積
させることができる装置および方法の開発が要望されて
いた。
【００２８】本発明は、金属窒化物、金属炭化物、金属
炭窒化物から選ばれる金属化合物を堆積させるための新
規な装置および方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明の装置および方法
は低温で大スケールの３次元構造で不規則な形状の基板
に堅い薄いフィルムを堆積させるのに特に有利である。
本発明のプラズマ付勢マグネトロンスパッター堆積（ま
たはＰＭＤと呼ぶ）は薄膜技術であり、３つの技術を１
つにしたものである。これらの技術とは、（１）基板上
に付勢チタン原子を均一に堆積させるためのマグネトロ
ンスパッター源の使用；（２）フィルムのミクロ構造に
影響を与えるのに必要なイオン衝撃を施すため別のプラ
ズマの使用であり、ここでスパッターターゲットは浸漬
される；（３）３次元構造で不規則な形状の基板を大ス
ケールで均一に処理するためのプラズマの使用である。
【００３０】本発明の装置は、 （ａ）壁面で囲まれ、排気するための手段と、内部にガ
スを導入するための手段と、該壁面で表面磁界を発生さ
せるための磁気手段とを備えたチャンバーと； （ｂ）該チャンバー内にて、合金が蒸着される基板を支
持し、該チャンバーの壁面から電気的に絶縁された支持
手段と； （ｃ）該金属化合物の金属成分からなり、該基板との関
係で操作可能に設けられている少なくとも１つのプレー
ナーマグネトロンスパッターターゲット源であって、該
チャンバーの壁面から電気的に絶縁され、該基板との関
係で配向し得るものと； （ｄ）該チャンバーの壁面から電気的に絶縁され、該タ
ーゲット源をオン／オフに切り替える活性化手段と； （ｅ）不活性ガスと、窒素または炭素の少なくとも１つ
を含む少なくとも１種のガスからなる少なくとも２つの
ガスからプラズマを発生させるための手段であって、こ
こで上記プラズマが該ガスからの（＋）イオンと電子を
含み、拡散により該チャンバー内を充填するとともに方
向的にランダムであり、これにより３次元不規則な形状
の基板の処理を可能とし、該プラズマを生じさせる該手
段が上記の少なくとも１つのプレーナーマグネトロンス
パッターターゲット源を該プラズマ中に浸漬するように
配置され、該プラズマを生じさせる該手段が該チャンバ
ーの壁面から電気的に絶縁され、該表面磁界が該チャン
バー内において該プラズマの損失を抑制しているもの
と； （ｆ）該チャンバーの壁面から電気的に絶縁され、該プ
ラズマとの関連で基板に（＋）または（−）のバイアス
を付与するための手段と；を具備してなるプラズマ付勢
マグネトロンスパッター装置である。
【００３１】さらに、本発明の方法は、基板物質の表面
に該金属化合物の堅いコーティングを堆積させる方法で
あって、 （ａ）該基板を選択された温度に加熱する工程と； （ｂ）該プラズマの存在下でマグネトロンスパッタータ
ーゲット源から金属をスパッタリングすることにより該
基板物質の表面に該金属化合物のコーティングを堆積さ
せる工程と； （ｃ）この堆積と同時に該プラズマからの不活性ガスイ
オンで該基板を衝撃させ該基板の温度を維持させ、該コ
ーティングのミクロ構造を制御する工程と；を具備して
なる方法である。
【００３２】ＰＭＤにおいて、エネルギー付勢（数ｅ
Ｖ）金属原子を生成させるため、少なくとも１つのマグ
ネトロンスパッターターゲットが用いられる。小さな基
板に対して金属化合物を堆積させる場合、１個のこのよ
うなターゲットを用いることもできるが、多重マグネト
ロンスパッターターゲットを用いることにより大きい基
板に金属化合物を堆積させることができる。基板に対し
スパッターターゲットを配向できるということは、３次
元構造で不規則な形状の基板に金属化合物を均一に堆積
させるのに役立つ。さらに、スパッターターゲットは密
なプラズマ中に浸漬され、不規則な形状の基板に実質的
に均一なイオン衝撃を与え、同時に実質的に均一な堆積
を可能とする。このプラズマは不活性ガスと反応性ガ
ス、例えば窒素または炭素イオンを生成できるものから
なる。プラズマ生成プロセスはスパッターされた原子生
成プロセスとは独立している。そのため、プラズマは幾
つかの機能を同時に果たすことができる。プラズマ電子
はマグネトロンターゲットの効率を高めるのに役立つ。
これらはさらに、スパッターされた金属原子をイオン化
するのに役立つ。プラズマはさらにチタン堆積プロセス
と同時に、堆積されたフィルムを衝撃するためのイオン
の高密度流（＞＞１ｍＡ／ｃｍ2 ）を与える。このこと
により、基板を操作させることなく、３次元構造で不規
則な形状の基板に薄膜を低温で堆積させることが可能と
なる。本発明のＰＭＤ法においては、マグネトロンスパ
ッターターゲットおよびプラズマが互いに分離され（独
立し結合されていない）、これにより薄膜の成長を独立
して制御し、または影響させる。
【００３３】本発明のＰＭＤ法におけるプラズマは部分
的にイオン化（中性部分に対し＞１０％）、方向がラン
ダムである。いったんプラズマが発生すると、これがプ
ロセスチャンバーを拡散により満し、その結果、ランダ
ムなイオン流が生じ、３次元構造で不規則な形状の基板
を包み、プラズマが基板の表面の全ての部分に適合する
ようになる。チャンバーの壁面に沿って永久磁石をリン
グ状に配列することにより、プラズマをプロセスチャン
バー内に留めることができる。また、磁石リング数の周
期性を高くすることにより、磁界をチャンバーの壁面に
接近させて留めることができる。したがって、チャンバ
ー内部には磁界が欠損し、基板の非均一な処理を回避す
ることができる。
【００３４】
【作用】本発明の方法および装置により、以下の利点を
得ることができる。
【００３５】１．堆積された金属の高い運動エネルギー
（数ｅＶ）により低温の基板温度が可能となる。すなわ
ち、４５０℃以下の温度で堅い金属化合物フィルムを堆
積させることができる。
【００３６】２．サンプルの操作なしに大スケールのプ
ロセスが可能となる。
【００３７】３．フィルムの高速堆積が可能となる。す
なわち、少なくとも８μｍ／ｈｒ程度の高速堆積が可能
となる。これに対し、従来のアーク蒸着、ＲＥ、スパッ
ターＣＶＤでは、２〜３μｍ／ｈｒ程度である。なお、
本発明では最大３０μｍ／ｈｒ程度の高速堆積が可能で
ある。唯一の制限は金属ターゲット源およびプラズマに
対する電力であると思われる。
【００３８】別に同時に発生されるスパッター源ととも
に強力なプラズマを用いることにより、以下のさらなる
利点が得られる。
【００３９】４．基板表面のスパッタークリーニングお
よび最初の堆積の間の高密度イオン衝撃により接着が向
上する。
【００４０】５．堆積の間の高密度イオン衝撃によりフ
ィルムの品質が向上する。
【００４１】６．強力で均一なプラズマにより大面積に
亘って均一な高イオン速度が得られる。
【００４２】７．基板表面の電子加熱が可能である。
【００４３】本発明のＰＭＤ法は耐摩耗コーティングの
堆積に適している。しかし、フィルムミクロ構造に影響
を与える高密度イオン流衝撃を同時に伴う薄膜の堆積が
関与するいかなる薄膜形成法にも適用することができ
る。具体例としては、光学的コーティング、電気的、熱
的伝導性コーティングである。
【００４４】
【実施例】本発明のプラズマ付勢マグネトロンスパッタ
ー蒸着法（ＰＭＤ）は、反応性蒸着、アーク蒸着、非バ
ランス化マグネトロン、中空カソードマグネトロン蒸着
法の制約を解消し得る薄膜堆積法である。ＰＭＤは３次
元構造で不規則な形状の基板に薄膜を低温で大スケール
で堆積させることが可能となる。さらに、サンプルの操
作も必要としない。
【００４５】図１は本発明に係わるＰＭＤ装置１０を示
し、壁面１４で規制されるチャンバー１２からなり、プ
ラズマ１６内で発生した、さらに金属源ターゲット１８
のスパッターからもたらされる様々の種が示されてい
る。
【００４６】図１に示すようにエネルギー付勢（数ｅ
Ｖ）金属原子、ここではチタン原子を生成させるための
多重プレーナーマグネトロンスパッターターゲット１８
が用いられている。スパッターターゲット１８はコーテ
ィングされる基板２０の寸法、形状に依存して独立して
配向させることができる。小さい基板２０に堆積させる
場合、１つのスパッターターゲット１８を用いることも
できる。しかし、大きい基板に均一にコーティングする
には多重ターゲット１８を用いることが好ましい。さら
に、イオンビーム源でなく、プラズマ１６が用いられ、
３次元構造で不規則な形状の被処理物２０を大スケール
でその形状に適応させて処理することができる。
【００４７】以下に、基板２０の表面２０ａに窒化チタ
ンの薄膜を堆積させる場合について説明する。もちろん
本発明はこれに限らず、他の窒化物、炭化物、炭窒化
物、例えば、炭窒化チタン、窒化チタン−アルミニウ
ム、窒化珪素、窒化クロム、窒化ハフニウム、炭化珪
素、炭化チタン、炭化タングステンなどにも適用でき
る。
【００４８】窒化チタンの薄膜を堆積するため、マグネ
トロンスパッターターゲット１８はＡｒ+ およびＮ2 +
イオンおよび電子からなるプラズマ１６に浸漬される。
このスパッターターゲット１８の操作はこのプラズマ１
６から独立しており、チタン原子生成、基板２０への堆
積、アルゴンイオン生成および基板への衝撃、基板への
電子衝撃を独立して制御することが可能となっている。
スパッターターゲット１８は図示しない手段により制御
されるバイアス手段２２によりエネルギー付勢される。
さらに、スパッターターゲット１８は以下に詳述するよ
うに、基板２０に対しターゲットの配向を許容するため
の図示しない手段により可動となっている。
【００４９】スパッタリングの間に、チタンターゲット
１８は約４００Ｖ、２．５Ａないし１．５ＫＶ、０．５
Ａの範囲、一般に直径２インチのチタンターゲットにつ
いて約６００Ｖ、１．５Ａの電力レベルでバイアスされ
る。他の金属はより大きい電力を必要とするかも知れな
いが、適当な電力レベルの決定は技術文献を参照して行
うことができるであろう。
【００５０】基板２０は、壁面から基板を絶縁するため
の絶縁供給部２６により壁面１４から分離された基板支
持体２４上に設けられている。この基板２０は、これら
の３つのプロセスとは独立してバイアス手段２８により
任意の極、電圧にプラズマに対しバイアスされる。本発
明のＰＭＤ法において、スパッターされた原子生成プロ
セスは、フィルムミクロ構造に影響を及ぼすのに用いら
れる基板２０のプラズマイオン衝撃とは独立して高Ｔｉ
流速を与えるため制御され最適化される。
【００５１】上述のように、スパッターターゲット１８
は調整することができる。これは基板２０の表面２０ａ
にチタンの薄膜を均一に堆積させるためである。これは
スパッターターゲットが位置的に固定され、基板が操作
される従来のスパッターＣＶＤ法とは対照的である。鋳
造用具、パターンのようなだいスケール（３フィート×
３フィート×０．５フィート）重質対象物（３，０００
ポンド）に堆積するには、基板２０よりスパッターター
ゲット１８を操作する方が遥かに容易である。スパッタ
ーターゲット１８をプラズマ１６に浸漬することによ
り、スパッターされたチタンは基板表面２０ａに達する
前にプラズマによりイオン化される。これは基板表面２
０ａに堆積されるスパッターされたチタン原子およびイ
オン化されたチタンイオンの可なりの部分に影響させる
のに用いられる。さらに、これは基板２０へのチタンの
堆積エネルギーに影響を与え、堆積されたチタンの均一
性を向上させる。プラズマ１６へのスパッターターゲッ
ト１８の浸漬は、従来の中空カソードマグネトロン法の
制約を排除させる。すなわち、基板を衝撃するためのイ
オンの高密度流（＞＞１ｍＡ／ｃｍ2 ）は空間電荷中性
化プラズマから可能であり、中空カソードマグネトロン
との関連で用いられる非中性化純粋イオンビームとは対
比される。さらに、プラズマ１６が３次元の不規則な形
状の対象物２０を均一に包むため、イオンビームのライ
ン・オブ・サイト制限は排除される。これらの利点と同
時に、プラズマ１６の存在は中空カソードマグネトロン
法の機能をも達成する。すなわち、マグネトロンターゲ
ット１８が操作される圧力を下げる。最後に、プラズマ
１６はスパッタリングのためアルゴンをイオン化するた
めの電子をさらに与えることによりスパッターターゲッ
ト１８の効率を向上させ、さらにターゲットをスパッタ
リングするためのアルゴンイオンをさらに与える。さら
に、中空カソードマグネトロン法においては、電子がマ
グネトロンプラズマに正しく注入されるようにするた
め、マグネトロンから発生する磁力線に対する中空カソ
ードの位置が制限を受ける。このような要件は本発明の
ＰＭＤ法では回避される。なぜならば、中性化されたプ
ラズマ（電子でなく）はマグネトロンの磁力線を横切っ
て拡散し、効率を向上させるからである。
【００５２】ＰＭＤ法は他の全ての技術と比較して、薄
膜が堆積される態様においてフレキシブルであり、かつ
有利である。ＰＭＤ法においては、スパッターターゲッ
ト１８が浸漬されるプラズマ１６は常に、すなわち基板
加熱、薄膜堆積、さらに基板の冷却の間でＯＮである。
基板２０のバイアスはＤＣ（連続的、均一フィルム堆積
について）、またはパルス（仕切られた薄膜堆積につい
て）が用いられる。パルスの使用は非導電性基板上への
薄膜堆積においては有利である。
【００５３】本発明のプラズマ付勢マグネトロンスパッ
ター蒸着装置１０は密閉システムであり、プラズマ１６
を囲む壁面１４により規制されるチャンバー１２と、ス
パッターターゲット１８と、基板２０とからなる。入り
口手段３０はプラズマ１６の１成分を形成する不活性ガ
スを導入するために設けられている。さらに入り口手段
３２が設けられ、堆積されるフィルムの生成に用いられ
るガスを導入するために設けられている。出口手段３４
はチャンバー１２を排気させるために用いられる。
【００５４】プラズマ１６に用いられる不活性ガスは特
に制限はなく、アルゴン、ネオン、キセノンなどを用い
ることができる。この内、本発明においてはアルゴンの
使用が好ましい。
【００５５】プラズマ１６に用いられる反応性ガスは堆
積される金属合金に依存する。金属窒化物については窒
素が反応性ガスとして用いられる。しかし、他の窒素含
有ガス、例えばＮ2 Ｏ、アンモニアなどを用いることも
できる。金属炭化物については炭素含有ガス、例えばメ
タン、エタン、ベンゼン、二酸化炭素などを用いること
ができる。金属炭窒化物については窒素含有ガスと炭素
素含有ガスの混合ガスを用いる。
【００５６】不活性ガス、例えばアルゴンの蒸気圧は約
５×１０-4ないし５×１０-3Ｔｏｒｒ、一般には約２×
１０-3Ｔｏｒｒが用いられる。反応性ガス、例えば窒素
の蒸気圧は約２×１０-4〜２×１０-3Ｔｏｒｒ、一般に
は約８×１０-4Ｔｏｒｒが用いられる。
【００５７】発生するプラズマ１６はイオン運動におい
てランダムで方向性がないことが重要である。これによ
り３次元の物体２０を均一に処理し、コーティングする
ことが可能となる。これはマグネット３６により表面−
磁界形状を用い、プロセスチャンバー１２内にプラズマ
１６を規制するのに用いられる磁界を制限することによ
り達成される。これによりプラズマの容積が磁界から解
放され、イオンのランダムな運動が可能となり、プラズ
マ１６が方向性の運動でなく、拡散によりチャンバー１
２内に満されることになる。したがって、従来の非バラ
ンス化マグネトロン法のように基板２０まで延びて存在
することはない。そのため、非バランス化マグネトロン
法と異なり、本発明のＰＭＤ法は鋳鉄などの磁性材料を
も処理することができる。嵩磁界がないので、ＰＭＤは
磁性材料を処理するときのプラズマ非均一性の問題が起
こらない。
【００５８】フィラメント４０はプラズマ１６を生じさ
せる電子を与える。電荷供給部４２はプラズマ１６を発
生、維持させるのに用いられ、フィラメント電力供給部
４３はフィラメント４０を加熱、エネルギー付勢させる
のに用いられる。プラズマ１６は堆積チャンバー１２内
のフィラメント４０により、あるいは図２に示すフィラ
メント以外のイオン化手段を伴った遠隔プラズマ源によ
り生じさせることができる。遠隔プラズマ源の使用は本
願出願人による米国特許出願Ｎｏ．０７／７５８，４０
５およびＮｏ．０７／７４９，０１３に記載されてい
る。
【００５９】フィラメント４０は約１０ないし４０Ｖの
電圧、１５ないし５０Ａの電流、一般には約２０Ｖの電
圧、３０Ａの電流で操作される。これによりプラズマ１
６の電荷状態が約５０ないし２００Ｖの電圧、５ないし
４０Ａの電流、一般には約１００Ｖの電圧、３０Ａの電
流となる。
【００６０】スパッターターゲット１８の配向および位
置は装置１０内で制御させることができる。例えば図１
に示すように、スパッターターゲット１８を基板２０が
見えるように配向させ、これに直接堆積させてもよい。
この配向において、スパッターされたチタン原子および
主プラズマ１６により生じたイオン化チタン原子は基板
２０に投射される。この形態において、基板２０はチタ
ン（または金属）原子およびイオンの混合物がその上に
堆積されたことになる。この型の混合物の制御は重要で
ある。プラズマ１６の密度を独立して制御することによ
り、より多くのイオンが生成し、基板２０に堆積される
チタンイオンおよび原子の相対区分を制御させることが
できる。これは鋭いエッジ部、角部、平坦部に堆積させ
る際に、フィルムの厚みおよびミクロ構造を制御する上
で重要となる。
【００６１】図３において、スパッターターゲット１８
は基板２０が見えないように配向されている。このター
ゲット１８は上を向き、チタン原子が基板２０に直接堆
積することはできない。この操作モードにおいて、スパ
ッターされたチタン原子は真空チャンバー壁面１４に到
達する前にプラズマ１６内でイオン化される。チタンが
いったんイオン化されると、これはプラズマ１６の電界
により影響を受け、基板２０方向にランダムに揺れ戻さ
れる。このようにして、基板２０に中性原子を伴わない
純粋チタンイオン流が与えられる。そしてスパッタータ
ーゲット１８はイオン化のみのためチタン原子を提供す
る。この純粋チタンイオン流を与える機能はチタンエネ
ルギーのより大きい制御を必要とする場合に重要とな
る。なぜならば、プラズマ１６との関連で基板２０に対
し付加されるバイアスはチタンイオンの堆積エネルギー
に影響を与えるからである。
【００６２】基板２０、金属ターゲット１８、プラズマ
１６は全て互いに、およびチャンバーの壁面１４から電
気的に分離しており、各成分の独立した電気的制御が可
能となっている。基板２０はプラズマ１６から隔離さ
れ、さらに基板を支持する絶縁された供給部（ｆｅｅｄ
ｔｈｒｏｕｇｈ）２６を介して壁面１４から分離されて
いる。プラズマ１６は真空チャンバー壁面１４から図１
に示すようにアノードライナー４４により分離されてい
る。これによりプラズマ１６が全体として他の部材との
関連でプラスまたはマイナスにバイアスされることが可
能となる。
【００６３】ＰＭＤ蒸着は、一般に以下の工程で行われ
る。
【００６４】第１に、基板２０が加熱され、蒸着の前に
清浄化される。ＰＭＤにおいて、加熱は基板２０をプラ
スまたはマイナスにバイアスすることにより行うことが
できる。これはバイアス手段２４を用いプラスイオンま
たはプラズマからの電子で基板表面２０ａに衝撃を与え
ることにより行われる。この間においてスパッターター
ゲット１８はＯＦＦに切り替えられる。イオンまたは電
子衝撃のいづれかを選択できることは鋳鉄などのスパッ
ター感応性の材料を加熱する場合に有利である。イオン
はスパッター感応性の材料を加熱するに用いることがで
きない。しかし電子はこれが可能である。基板２０がス
パッター感応性の材料でない場合は、高エネルギーのイ
オン衝撃が用いられ基板表面２０ａをスパッター清浄化
し、同時に加熱も行う。
【００６５】基板２０は電子衝撃の間に約２０ないし１
００Ｖの電圧、５ないし６０Ａの電流、一般には約４０
Ｖの電圧、２０Ａの電流にバイアスさせるようにしても
よい。イオン衝撃においては、基板２０は約４０ないし
１，０００Ｖの電圧、１ないし１０Ａの電流、一般には
約１００Ｖの電圧、１Ａの電流にバイアスさせる。
【００６６】基板２０は約３００ないし５００℃の温
度、一般に４３０℃の温度に加熱される。
【００６７】加熱時間は、電子衝撃を用いた場合、約１
０ないし３０分、一般には約２０分である。イオン衝撃
を用いた場合、約３０ないし６０分、一般には約４０分
である。これらの時間は衝撃力密度１ないし４Ｗ／ｃｍ
2 を用いた範囲で基板の寸法により左右される。
【００６８】基板２０のクリーニングは上述のように物
理的スパッタリングまたは化学的反応、例えば僅かなス
パッタリングを伴った別の水素イオン衝撃を用いて行わ
れる。これは炭素質物質、例えばグラファイトを高炭素
含有鉄から除去したり、表面酸化物を除去するのに役立
つ。
【００６９】この加熱およびクリーニングが完了したと
き、チタン堆積が開始される。マグネトロンスパッター
ターゲット１８が手段２２によりＯＮに切り替えられ、
基板２０がマイナスにバイアスされ、Ａｒ+ イオン衝撃
エネルギーが制御される。これはマグネトロンスパッタ
ーターゲット１８の操作とは独立して行なわれるが、そ
れらと同時に行なわれる。このようにして、ＰＭＤ法で
はマグネトロンプラズマ生成を基板イオン衝撃から切り
離して行なわれ、これは従来の非バランス化マグネトロ
ン法での制限と異なる。
【００７０】本発明のＰＭＤ法では、チタン流の多くは
スパッターされたチタン原子の形で（９０％）、イオン
化されたチタン原子流は約１０％である。しかし、この
割合をプラズマ密度（プラズマにおける電子とイオンの
数密度）およびスパッターターゲット１８の操作の駆動
力を調整することにより変えることができる。従来のＲ
Ｅ法でも原子とイオンとの比を調整することができる
が、ＲＥ法では非エネルギー付勢（０．１〜０．２ｅ
Ｖ）熱的チタン原子を生成するものに限られ、エネルギ
ー付勢（数ｅＶ）スパッター原子を生成するものではな
い。
【００７１】ＰＭＤ堆積速度は少なくとも１μｍ／ｈｒ
で、約８μｍ／ｈｒの速度も通常、可能である。スパッ
ターターゲット１８の寸法を増大することにより、約３
０μｍ／ｈｒの堆積速度も可能である。これらの堆積速
度において、堆積時間はフィルムの厚みに依存する。一
般に堆積時間は０．５ないし５時間、一般には１時間で
ある。
【００７２】本発明のＰＭＤ法は、堅い、耐摩耗性のＴ
ｉＮコーティングを３次元の不規則な形状の物体、例え
ば鋳造分野で用いられるブロックと呼ばれるものに用い
ることができる。このブロックは鋳鉄、ステンレス３０
４、Ｄ−２鋼など種々のものからなる。今日までの鋳造
摩耗テストによると、サンド摩耗においてＰＭＤ法で堆
積されたＴｉＮコーティングは、従来の反応性蒸着、ア
ーク蒸着によるものと比較して優れていることが実証さ
れている。
【００７３】（実施例１）本発明の方法は鋳造プラント
における製造環境でサンド摩耗にさらした場合、鋳鉄ブ
ロックの摩耗を減少させるのに有効であった。５個の未
処理ブロックとの比較で種々の方法で処理した５個の鋳
鉄ブロックを作成した。このブロックの１つは本発明に
従って処理し４個の未処理ブロックと比較した。本発明
の処理においては、以下の工程が用いられた。
【００７４】（ａ）鋳鉄基板の表面を、水素プラズマ中
における水素イオンを用い、１０10水素イオン／ｃｍ3
の密度で１時間かけてクリーニングした。この水素イオ
ンのエネルギーは１００ボルトであった。その結果、表
面グラファイトがこの水素により除去された。
【００７５】（ｂ）基板をついで約４００℃に加熱し
た。この加熱は基板にプラズマとの関連でプラスにバイ
アスすることによりアルゴンイオンプラズマから発生し
た電子により行なわれた。
【００７６】（ｃ）窒化チタンフィルムをアルゴンイオ
ンプラズマの存在下で１時間に亘り堆積した。このアル
ゴンイオンのエネルギーは１００ボルトであった。
【００７７】サンド摩耗実験を行うため、これらブロッ
クをクランクシャフトパターン上に載置した。比較のた
め同様のクランクシャフトパターンが４つの未処理鋳鉄
ブロックについても用いられた。
【００７８】鋳造プラントにより合計４，０００回のサ
イクルが繰り返され、窒化チタン処理鋳鉄ブロックの摩
耗抵抗が予備評価された。この４，０００回のサイクル
ののち、各ブロック（処理および未処理）の摩耗度が各
ブロックの種々の位置で測定され判定された。座標測定
器（ＣＭＭ）が各点における摩耗量を測定するのに用い
られ、これは±１ミル（±０．００２５ｃｍ）の正確度
を有していた。従って、各ブロックの摩耗測定は１ミル
以上の摩耗が存在するか否かで行なわれた。
【００７９】図４は測定可能な摩耗（１ミル以上の摩
耗）を示す位置の合計数を比較して示している。未処理
のブロックについては１０ないし３０個の摩耗が認めら
れたが、本発明による処理ブロックでは測定可能な摩耗
は認められなかった。
【００８０】（実施例２）本発明により窒化チタンを被
覆した鋳鉄ブロックと、米国特許４，１９７，１７５の
方法（ＲＥ法）で被覆された鋳鉄ブロックとを比較し
た。ＲＥ法で被覆された鋳鉄ブロックについては測定可
能な摩耗が摩耗テストののち２か所認められたが、本発
明の方法により処理したブロックでは測定可能な摩耗は
認められなかった。
【００８１】寸法的変化による判定に加え、いろの変化
も１つの指標となる。もし、グレー色のベース金属が見
えたときは、金色の窒化チタンコーティングが摩耗され
たことを示すことになる。このような視覚により摩耗を
モニターする摩耗テストも行なわれた。
【００８２】図５は本発明により窒化チタンを被覆した
鋳鉄ブロックとＲＥ法で被覆された鋳鉄ブロックとをコ
ーティングの色の視覚により比較した結果を示してい
る。このグラフの頂部は摩耗テストが行なわれる前の当
初のコーティングを表し、下部はコーティングが完全に
除去されたことを表している。
【００８３】この図５のデータによると、本発明の方法
により処理したブロックはＲＥ法で被覆された鋳鉄ブロ
ックより約２倍の摩耗抵抗を示している。
【００８４】（実施例３）本発明の方法並びにアーク蒸
着法により６μｍのＴｉＮコーティングをそれぞれ３０
４ステンレス鋼に堆積させた。後者の場合、６，４９０
回のサイクルののち１００％のコーティング摩耗が認め
られたが、前者の場合、１１，２２９回のサイクルのの
ち１００％のコーティング摩耗が認められ、本発明によ
り窒化チタンを被覆した鋳鉄ブロックは約２倍長持ちす
ることが認められた。
【００８５】（実施例４）Ｄ２スチールブロックに６μ
ｍのＴｉＮコーティングを施した。１５，０００回の摩
耗評価サイクルののちでも、摩耗が実質的に認められな
かった。
【００８６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
３次元の不規則な形状の基板に対しも極めて堅い金属合
金のコーティングを施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる装置を模式的に示す断面図。
【図２】本発明に係わる装置の他の例を模式的に示す断
面図。
【図３】本発明に係わる装置の他の例を模式的に示す断
面図。
【図４】本発明に従って窒化チタンを施した鋳造鉄ブロ
ックと、未処理の鋳造鉄ブロックとを、摩耗処理して１
ミル以上の摩滅が生じた数を比較して示す図。
【図５】本発明に従って窒化チタンを施した鋳造鉄ブロ
ックと、従来の方法で処理した鋳造鉄ブロックとを、窒
化チタンの摩耗の程度を摩擦サイクル数を関数として示
す線図。
【符号の説明】
１０…ＰＭＤ装置、１２…チャンバー、１４…壁面、１
６…プラズマ、１８…スパッターターゲット、２０…基
板、２０ａ…基板表面、２６…絶縁供給部（ｆｅｅｄｔ
ｈｒｏｕｇｈ）、２８…バイアス手段、３０…入り口手
段、３２…入り口手段、３４…出口手段、３６…マグネ
ット、４０…フィラメント、４２…電荷供給部、４４…
アノードライナー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェシー・エヌ・マトッシアン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91301、カノガ・パーク、チェイス・スト リート 20439 (72)発明者 フランス・ジー・クラジェンブリンク アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91320、ニューベリー、メドウクレスト・ ストリート 1021

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板（２０）に金属窒化物および金属炭
    化物から選ばれる金属化合物を蒸着するための装置であ
    って、 （ａ）壁面（１４）で囲まれ、排気するための手段（３
    ４）と、内部にガスを導入するための手段（３２）と、
    該壁面（１４）で表面磁界を発生させるための磁気手段
    （３６）とを備えたチャンバー（１２）と； （ｂ）該チャンバー（１２）内にて、合金が蒸着される
    基板（２０）を支持し、該チャンバー（１２）の壁面
    （１４）から電気的に絶縁された支持手段（２４、２
    ６）と； （ｃ）該金属化合物の金属成分からなり、該基板（２
    ０）との関係で操作可能に設けられている少なくとも１
    つのプレーナーマグネトロンスパッターターゲット源
    （１８）であって、該チャンバー（１２）の壁面（１
    ４）から電気的に絶縁され、該基板（２０）との関係で
    配向し得るものと； （ｄ）該チャンバー（１２）の壁面（１４）から電気的
    に絶縁され、該ターゲット源（１８）をオン／オフに切
    り替える活性化手段（２２）と； （ｅ）不活性ガスと、窒素または炭素の少なくとも１つ
    を含む少なくとも１種のガスからなる少なくとも２つの
    ガスからプラズマ（１６）を発生させるための手段（４
    ０、４２、４３）であって、ここで上記プラズマ（１
    ６）が該ガスからの（＋）イオンと電子を含み、拡散に
    より該チャンバー（１２）内を充填するとともに方向的
    にランダムであり、これにより３次元不規則な形状の基
    板（２０）の処理を可能とし、該プラズマを生じさせる
    該手段（４０）が上記の少なくとも１つのプレーナーマ
    グネトロンスパッターターゲット源（１８）を該プラズ
    マ（１６）中に浸漬するように配置され、該プラズマを
    生じさせる該手段（４０、４２、４３）が該チャンバー
    （１２）の壁面（１４）から電気的に絶縁され、該表面
    磁界が該チャンバー（１２）内において該プラズマ（１
    ６）の損失を抑制しているものと； （ｆ）該チャンバー（１２）の壁面（１４）から電気的
    に絶縁され、該プラズマ（１６）との関連で基板（２
    ０）に（＋）または（−）のバイアスを付与するための
    手段と；を具備してなるプラズマ付勢マグネトロンスパ
    ッター装置。
  2. 【請求項２】 基板（２０）にバイアスを付与するため
    の手段がそれぞれ独立してＤＣ連続のものか、またはパ
    ルスからなるものである請求項１記載のプラズマ付勢マ
    グネトロンスパッター装置。
  3. 【請求項３】 基板（２０）との関連で該ターゲット源
    （１８）を（＋）または（−）のバイアスを付与する手
    段（２２）をさらに含み、この手段（２２）がそれぞれ
    独立してＤＣ連続のものか、またはパルスからなるもの
    である請求項１記載のプラズマ付勢マグネトロンスパッ
    ター装置。
  4. 【請求項４】 基板（２０）との関連で該プラズマ（１
    ６）を（＋）または（−）のバイアスを付与する手段
    （４３）をさらに含み、この手段（４３）がそれぞれ独
    立してＤＣ連続のものか、またはパルスからなるもので
    ある請求項１記載のプラズマ付勢マグネトロンスパッタ
    ー装置。
  5. 【請求項５】 該チャンバー（１２）の壁面（１４）か
    ら該プラズマ（１６）を電気的に絶縁する手段（４４）
    をさらに含む請求項１記載のプラズマ付勢マグネトロン
    スパッター装置。
  6. 【請求項６】 不活性ガスがアルゴン、ネオン、キセノ
    ンから選ばれるものである請求項１記載のプラズマ付勢
    マグネトロンスパッター装置。
  7. 【請求項７】 該チャンバー（１２）の壁面（１４）に
    沿って周期的に配列された永久磁石リング（３６）によ
    り該プラズマ（１６）が該チャンバー（１２）内に閉じ
    込められている請求項１記載のプラズマ付勢マグネトロ
    ンスパッター装置。
  8. 【請求項８】 請求項１の装置において基板物質（２
    ０）の表面（２０ａ）に該金属化合物の堅いコーティン
    グを堆積させる方法であって、 （ａ）該基板（２０）を選択された温度に加熱する工程
    と； （ｂ）該プラズマ（１６）の存在下でマグネトロンスパ
    ッターターゲット源（１８）から金属をスパッタリング
    することにより該基板物質（２０）の表面（２０ａ）に
    該金属化合物のコーティングを堆積させる工程と； （ｃ）この堆積と同時に該プラズマ（１６）からの不活
    性ガスイオンで該基板（２０）を衝撃させ該基板（２
    ０）の温度を維持させ、該コーティングのミクロ構造を
    制御する工程と；を具備してなる方法。
  9. 【請求項９】 該金属化合物が金属窒化物、金属炭化
    物、金属炭窒化物から選ばれるものである請求項８記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 金属窒化物が窒化チタン、窒化チタン
    −アルミニウム、窒化クロム、窒化ハフニウムから選ば
    れるもので、少なくとも１つの反応性ガスが窒素、Ｎ2
    Ｏ、アンモニアから選ばれるもので、該金属炭化物が炭
    化チタン、炭化珪素、炭化タングステンから選ばれるも
    ので、少なくとも１つの反応性ガスがメタン、エタン、
    ベンゼン、二酸化炭素から選ばれるもので、該金属炭窒
    化物が炭窒化チタンである請求項９記載の方法。
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