マグネトロンコーティングモジュール及びマグネトロンコーティング方法
本発明は、特に光学的応用のためのセラミック層のマグネトロンスパッタリングの新しい基礎技術に関する。この新しいコンセプトは、反応性ＤＣ，ＭＦ若しくはＲＦマグネトロンスパッタリング、又はセラミックターゲットのマグネトロンスパッタリングのような周知の方法と比べて、厳密に定められた速度、均質性及び極めて良好な再現性を有するセラミック層の析出において、極めて精度を向上させたマグネトロンスパッタソースの形成を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光学的応用を目的とした、セラミック層のマグネトロンスパッタリングのための新しい基礎技術に関する。この新しいコンセプトは、反応性ＤＣ、ＭＦ及びＲＦマグネトロンスパッタリング又はセラミックターゲットのマグネトロンスパッタリングのような周知の方法と比べて、厳密に定められた速度、均質性及び極めて良好な再現性を有し、セラミック層の蒸着において極めて高い精度を可能にするマグネトロンスパッタソースを形成することができる。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタソースは、工業規模で薄膜構造を生産するためには極めて効率の良いコーティングツールであることを、ここ数年間証明してきた。
【０００３】
ここで、例えば光学フィルターや建築用ガラスのコーティングなど、干渉の原理を利用する光学薄膜構造は、大きな基板へのコーティングと、そして長い生産期間に亘っての時間的な恒常性との両方について、特定の層特性を可能な限り正確に維持することを必要とする。
【０００４】
従って、工業生産のためには、特に、いわば特定の安定性で動作するようなコーティング工程は、例えば、セラミックターゲットのマグネトロンスパッタリングや、反応性マグネトロンスパッタリングの如く、複合物モードにおける反応性過剰と関連する。
【０００５】
更に、長い生産期間に亘って層特性の維持を可能にする制御回路が使用される。それによって、制御条件は、層構造の光学特性に求められる精密さ及び層構造における各層の数と共に著しく増加する。
【０００６】
層構造の光学特性に求められる精密さは、通常、層構造デザイン及び蒸着層構造の透過スペクトルと反射スペクトルとの間の許容偏差によって定められる。
【０００７】
精度要件の増加と共に、速度、層厚さ、またそれぞれの層の蒸着における一定の屈折率を確保する制御が、ますます重要性を持つ。一般に、長期間に亘るドリフトを補償するために、建築用ガラスコーティングの分野ではex-situ（装置外）制御で足りるが、高品質光学及び精密光学の分野においては、in-situ（装置内）制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第4,851,095号明細書
【特許文献２】国際公開第2004／050944号
【特許文献３】米国特許出願公開第2006／0151312号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第01592821号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第10347521号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開10359508号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Pflug, A.: “Simulation des reaktiven Magnetron-Sputterns（反応性マグネトロンスパッタリングのシミュレーション）”, 論文, Justus-Liebig University Giesen, 2006
【非特許文献２】Sullivan, B. T.; Clarke, G. A.; Akiyama, T.; Osborne, N.; Ranger, M.; Dobrowolski, J. A.; Howe, L.; Matsumoto, A.; Song, Y.; Kikuchi, K.; “High-rate automated deposition system for the manufacture of complex multilayer systems（複合的複層構造の製造のための高速自動蒸着システム）”, in: Applied Optics 39(2000), pp. 157-67
【非特許文献３】Scherer, M.; Pistner, J.; Lehnert, W.: “Innovative production of high-quality optical coatings for applications in optics and optoelectronics（光学及び光電子光学に適用する高品質な光学コーティングの画期的な生産方法）”, in: SVC Annual Technical Conference Proceedings 47 (2004), pp. 179-82
【非特許文献４】Zultske, W.; Schraner, E.; Stolze, M.; “Materialen fur die Brillenbeschichtung in Aufdampfanlagen（蒸着設備における眼鏡のコーティング材料）”, in Vakuum in Forschung und Praxis 19 (2007), pp 24-31
【非特許文献５】Evert, J.; “Ion-assisted reactive deposition process for optical coatings（光学用コーティングのためのイオンアシスト反応性蒸着プロセス）”, in: Surface and Coatings Technology 43／44 (1990), pp 950-62
【非特許文献６】Leybold Optics: Technical Features Syrus III, （Leybold Optics社ＷＥＢサイトにおける製品説明，2005）Http://www.sputtering.de/pdf/syrusiii-tf_en.pdf
【非特許文献７】Hagedorn, H.: “Solutions for high productivity high performance coating systems（高生産性、高性能のコーティングシステムへの解決策）”, in SPIE 5250 (2004), pp. 493-501
【非特許文献８】Sullivan, B.; M.; Dobrowolski, J. A.: “Deposition error compensation for optical multilayer coatings, II. Experimental results ―sputtering system（光学複層コーティングの蒸着誤差補正）”, in: Applied optics 32(1993), pp. 2351-60
【非特許文献９】Lehan, J. P.; Sargent, R.B.; Klinger, R. E.: “High-rate aluminum oxide deposition by MetaModeTM reactive sputtering（反応性スパッタリングであるメタモード（登録商標）によるアルミニウム酸化物高速蒸着）”, in: Journal of Vacuum Science and Technology A 10(1922), pp. 3401-6
【非特許文献１０】Clarke, G.; Adair, R.; Erz, R.; Hichwa, B.; Hung, H.; Le Febvre, P.; Ockenfuss, G.; Pond, B.; Seddon, I.; Stoessel, C.; Zhou, D.: “High precision deposition of oxide coatings（酸化物コーティングの高精度蒸着）”, in: SVC Annual Technical Conference Proceedings 43 (2000), pp. 244-9
【非特許文献１１】Gawlitza, P.; Braun, S.; Leson, A.; Lipfert, S.; Nestler, M.: “Herstellung von Prazisionsschichten mittels Ionenstrahlsputtern（イオンビームスパッタリングによる精密層の生産）”, Vakuum in Forschung und Praxis 19/2 (2007), pp. 37-43
【００１０】
蒸着法としての反応性マグネトロンスパッタリングの場合は、速度、従って、層厚さが蒸着過程の所定の持続時間のプロセス条件によって大きく異なることが知られている。特に、例えば基板の移動で生じる可能性のある全圧の変化（非特許文献１）及び反応性ガス分圧（非特許文献２）の変化は、コーティング速度及び屈折率の変化をもたらす。
【００１１】
セラミックターゲットのスパッタリングの場合は、条件はより簡単である。ここで、セラミックターゲットはすでにおおよそ正確な化学量を供給するが、化学量論的かつ高度に薄い層を得るためには、ここでスパッタリングガスに反応性ガスを添加することもまた必要となる。この、セラミックターゲットのスパッタリング中に反応性ガスを添加することは、ターゲットの状態の圧力変化及び長時間のドリフトにより、コーティング速度及び均質性が時間的に変化するという事実をもたらし、これらの工程の計量検出及び設備の調節可能な変数の再調整を必要とする。よって、工程の安定性という観点から、セラミックターゲットのスパッタリング中において反応性ガスを添加することは好ましくない。
【００１２】
精密光学分野において層構造の蒸着に最も広く使われる技術は、バッチプラントである（非特許文献３）。これらは通常、複層構造の蒸着のために更なるプラズマ活性化を伴う反応性電子ビーム蒸着技術を使用する。ここで一般的に使用される物質は、例えばSiO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, HfO2, Al2O3などである（非特許文献４）。
【００１３】
この技術は層成長において、プラズマ活性化の好影響に基づいた、高密度で滑らかな層を蒸着させることができる（非特許文献５）。
【００１４】
蒸着装置の棒状の特性及び、横方向に変化するプラズマ活性の強度のために、安定した基板の層厚さ及び光学定数において、横方向の不均質性が生じる。しかしながら、湾曲した半球体への基板の配置及び特定の基板の回転によって、これらの影響は大幅に減少する。
【００１５】
一般的な基板は、５〜８ｃｍの直径を有し、構成要素が２〜３百個にもなるその部品は、１回のコーティングで達成可能である（非特許文献６）。半球体への基板の取り付けは手で行われる。基板サイズの増加は、全体構造の拡大によってのみ可能である。
【００１６】
それぞれの層の層厚さは、通常は例えば透過率の測定などによるin-situ制御によって測定される。該ターゲットの層厚さに達すると、蒸着は停止される。得られる成長速度は毎秒０．５nmの範囲内である。達成可能な最大の層厚さ及び耐用年数は、蒸発るつぼの充填物により限定される。
【００１７】
層構造の生産のためのスパッタリング法は、同様に、精密光学の分野でも使用される。これらの方法は、同様に、純粋な蒸着と比べて増大した粒子エネルギーに基づき、高密度、滑らか、非吸収性かつ低欠陥な層を蒸着させる可能性をもたらす。
【００１８】
いくつかの種類のスパッタリング法が知られている。
【００１９】
反応性ＤＣスパッタリングは、強いアークの形成を伴い、アノードの消失という問題を有する（非特許文献７）。
【００２０】
高周波（ＲＦ）スパッタリングは、これまでに、酸化物をスパッタリングする標準的方法としての価値が証明されている。この方法は、セラミックターゲットの光学複層構造の明確な蒸着を、in-situ制御で可能にする（非特許文献８）。蒸着速度の良好な時間的安定性はこうして達成される。その工程は、ＤＣスパッタリング工程に比べて極めて低いコーティング速度（毎秒約０．１nm）及び、技術拡大における問題のために、実際の応用には適さない。
【００２１】
非特許文献２には、更なる可能性として、高屈折及び低屈折の指標酸化物蒸着のための反応性ＭＦスパッタリングが提示されている。関連する物質（低屈折性の指標層及び高屈折性の指標酸化物としてSiO2）の場合においては、最大毎秒０．６nmのコーティング速度がこうして達成される。蒸着の間、一定の望ましい光学特性を備えた層を有するためには、特に、スイッチオン‐プロセス及び基板の移動において、対応する制御により一定の酸素分圧を確実にすることが極めて重要である。この手段及びコーティングの光学的in-situ監視手段によって、複合光学層構造は達成できる。一般的な基板のサイズとして、１３×１３ｃｍ２の形式の基板が報告されている。横方向の層厚さの良好な均質性は、基板の回転とマスクの使用によって可能となる。
【００２２】
例えば非特許文献９，１０では、スパッタリング法の更なる改良形であるいわゆるＭＥＴＡＭＯＤＥ（登録商標）法が提案されている。これらの文献は、ＯＣＬＩ社（Optical Coating Laboratory, Inc.）の特許文献１に基づいている。そのコンセプトは、高速での金属のスパッタリングと、後続のプラズマソースのＯ２プラズマ中での金属層の酸化と、に基づいている。この転換は、高速回転する回転板部材を用いて行われる。このように、各スパッタ金属層はほんの原子数個の厚さであるので、光学的に高品質な酸化金属層を形成するようにこれらの層を酸化させることができる。
【００２３】
この配置では、プラズマソースはマグネトロンコーティング域に隣接して位置する。このように、高速、極めて良好な均質性、再現性及び長期間の安定性に関する金属ターゲットのスパッタリングの有利な性質は、誘電層の生産へと移転される。この方法は、最大毎秒１０．５nmという極めて高い蒸着速度によって識別される（非特許文献９）。
【００２４】
類似した方法が、特許文献２，３，４，５で開示されている。ここでは、遷移領域における反応性ＭＦスパッタリングは、特に層の光学的品質を改善するために、後続のプラズマ処理で補われている。ＭＦ工程はこうして、制御された酸素分圧で運転されるので、反応性ガスを用いない金属ターゲットのスパッタリング中の安定したコーティング速度の利点は利用されない。ここで更に、この工程は求めるターゲット層の厚さまで循環的に反復される。この手順で蒸着された光学的層構造の例は非特許文献３及び同７に開示されている。そのコーティング速度は毎秒０．４５〜０．７nmの範囲内であり、基板サイズは最大直径１５cmまでである。
【００２５】
建築用ガラスコーティングの分野では、マグネトロンスパッタリングの装置及び方法を示した文献（特許文献６）が知られている。この特許明細書の中では２つの工程が組み合わされている。第１のスパッタリング工程では、回転する円柱状ターゲットのスパッタリングによって層が基板の上に蒸着される。第２の工程では、まさにこの円柱状ターゲットが、追加的な材料成分、例えば、不活性雰囲気中における金属ターゲットのスパッタリングでコートされる。更に追加した構成要素を有する回転ターゲットのコーティング材をin-situＸ線蛍光測定する方法で、また、質量バランスを調整することによって、コーティング速度を正確に調整することができる。
【００２６】
例えばレーザーミラーやＸ線レンズ構造に使用するための、層品質のうち最も高度な必要条件に対して（非特許文献３，７）、イオンビームスパッタ蒸着（ISBD, ion beam sputter deposition）が使用される（非特許文献１１）。ターゲットはここで、ビーム強度が調整可能な希ガスイオンビーム（Ar, Kr, Xe）によってスパッタされる。典型的な処理圧力は１０〜５０mPaの範囲内であるから、従来のスパッタリング法より低い。その結果、スパッタされた元素は極めてまれに衝突を経験し、通常は有利であるそれらの運動エネルギーを、基板に作用するまで保持する。イオンビームを一定の強さのビームに制御することと、ターゲットをメタルモードで運転することにより、極めて長期間に亘る速度の安定性が得られる。しかしながら、物質の作用としては、速度は毎秒０．０２〜０．４nmにすぎない。
【００２７】
遮蔽手段（部分的に動かされる）と基板の移動により、横方向の非常に良好な均質性、特にカーブした表面における均質性もまた得られる。加えて、基板の適切な動きにより、固有の勾配を持つ層もまた蒸着され得る。該基板のサイズは２０×２０cm２の範囲内である。狭い長方形の基板は縁の長さ５０cmまでは均質にコートされ得る。
【００２８】
金属状態のままのターゲットに対するスパッタリング工程であっても、酸化物の蒸着は、基板の近くで酸素を添加することによって可能になる。
【００２９】
非反応性蒸着の一例として、非特許文献１１に、６０Mo/Si多重層を有するEUVミラーが開示されている。反応性蒸着の例としては、IRレンズシステムのための誘電性SiO2/TiO2多分子層が示されている。
【００３０】
一方で、例えば基板移動やスイッチオン工程などに基づく順々の工程の変化次第で、コーティング速度が反応性ガス分圧から非常に影響を受けることは、従来知られている方法のほぼ全てに共通している。またもう一方で、スパッタターゲットの状態の長時間のドリフトが、プロセス制御中に考慮されるべきコーティング速度に、長期に亘る時間変動をもたらす。
【００３１】
メタモード法の場合はこの依存関係は生じないが、この方法はバッチコーティングプラントにのみ適し、インラインコーティングプラントには適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
従って、前述の厄介な依存関係を有さず、また、極めて良好な均質性と再現性とを備えた層を作ることができる、マグネトロンコーティングモジュール及び方法を提供することが本発明の目的である。
【００３３】
特に、その結果として、精密光学層構造の蒸着の分野では標準的に使用されているように、層特性の、特に各層の厚みのin-situ制御を省けるようにすることが本発明の目的である。
【００３４】
この目的は、マグネトロンコーティングモジュールに関しては特許請求項１の特徴によって、マグネトロンコーティング法に関しては特許請求項５の特徴によって達成される。それぞれの従属項は、これらに関する有利な発展を意味する。
【００３５】
本発明は、特に光学応用のための、誘電層のマグネトロンスパッタリングの新しい加工技術に関する。この新しいコンセプトは、広い表面積でも所定の速度で層の反応性蒸着を行うことを可能にする、マグネトロンコーティングモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
従って、本発明によれば、以下を備え、回転ターゲット（５）の少なくとも表面が、スパッタリングの間、基板に蒸着されない、又は基板の狭い範囲だけにしか蒸着されない材料から成る、マグネトロンコーティングモジュールが提供される。
ａ）第１コーティングソースと、
ｂ）第１コーティングソースと基板を受ける領域との間に補助基板として配置された回転ターゲットと、
ｃ）その中で回転ターゲットがマグネトロンのカソードを形成する、マグネトロンと、
ｄ）第１コーティングソースと基板のコーティング領域との間のガス分離室。
【００３７】
本発明によるマグネトロンコーティングモジュールを用いて、従来のコーティングモジュールと比べて著しく改善された、コーティング速度及び均質性の安定性が達成できる。同時に、蒸着されるべき所望の材料のみを基板に蒸着することを確実にする。従って、スパッタリングカソードにより生じる混入（例えば金属カソードに発生する混入）を防ぐことができる。
【００３８】
補助基板としての回転ターゲット（管状ターゲット）は、スパッタ率の低い材料から成ること、また、それがスパッタされたときに、蒸着層に導入されない、もしくは蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されないことが好ましい。ここで、この材料には、例えば、スパッタリング工程中には支配的な状態で、更なる工程ではターゲットに蒸着されない、気体状の複合物を形成する物質（例えば雰囲気に含まれる気体）が含まれる。１つの可能性は、管状ターゲットの材料として炭素を使用することである。スパッタされた材料は、蒸着層に導入されないか、もしくは蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されない、例えば炭素の補助ターゲットの場合は、ＣＯ２などの気体状の複合物を、反応性ガスと共に形成できることが望ましい。その後気体状の複合物は送り出されてもよい。
【００３９】
第１コーティングソースは、コーティングの均質性及びコーティング速度の恒常性に関して、極めて高度な精密さを備えたソースであることが望ましい。このソースは例えば、不活性雰囲気中で金属のターゲットをスパッタできる平面状のマグネトロンにより達成可能である。このようなソースに対しては、基板への粒子流を極めて正確に示すことができ、また、モデルと一致するように作ることができる。
【００４０】
本発明によれば、本発明のマグネトロンコーティングモジュールを用いた基板のコーティング方法も同様に提供される。その方法では、第１のステップで、第１コーティングソースを用いて回転ターゲットのコーティングが行われ、第２のステップで、マグネトロンを用いてコーティングを回転ターゲットから除去して基板に蒸着する。
【００４１】
従って、層の蒸着はプロセスの２つの段階で行われる。
【００４２】
初めに、補助基板のコーティングが第１コーティング装置によって行われる。このコーティングは補助基板からマグネトロンによって除去され、正しい化学量論をもって基板に蒸着される。
【発明の効果】
【００４３】
本発明による方法の手段によって一連の利点が生じる。
【００４４】
補助ターゲットの持続的なコーティングと、その後の完全な除去のために、反応的に運転されるマグネトロンに非常に安定した速度が生じる。特に、例えば基板の動きなどによる圧力の変化において、コーティング速度の安定性に影響を与えない。従って、高品質光学及び精密光学の分野及び、広範囲のコーティングの分野におけるこの技術の利用について新たな可能性が拡がる。単純かつ丈夫で効率的に時間制御された蒸着をするよう、速度の安定化のためのin-situ制御及び層厚さ制御は省いてもよい。まれに、長時間のドリフトの代わりに、場合によってはまだex-situ制御が求められる。しかしながらこれもまた、金属ターゲットのスパッタリングのための速度の時間依存性の適切な保管に置き換えられてもよい。
【００４５】
全体で、この新しい技術は、より大きな基板をより高い処理能力でコートするための、高品質光学及び精密光学用インラインコーティング処理への移行を可能にする。建築用ガラスコーティングの分野において目下技術的に確立されているのは、サイクル時間１分以下で3.21×6.00m２までの形式の基板へのコーティングである。
【００４６】
蒸着工程と比べて、スパッタリング法は、るつぼの最大容量及びサイズによって限定される蒸着法より通常高い耐用年数を持つことができるので、更なる利点として保全周期の間のプラント運転時間の増大が生じる。
【実施例１】
【００４７】
好ましい実施形態においては、回転ターゲットからのコーティングの移動は、マグネトロンの余剰出力に影響を受ける。すなわち、第１段階ですでに行われたコーティングを確実に完全移動させるために、マグネトロンの出力は極めて高く調整される。従って、基板をコートするスパッタ率の調整は、実際のスパッタリング工程（マグネトロンによってここで達成される）の変数を変えることによって直接達成されるわけではなく、回転ターゲットに対するコーティングソースの運転変数を調整することによって達成される。従って、正しい化学量論でコーティングが基板に蒸着されるように、同一の量が間断なく基板に蒸着されることが、マグネトロンの余剰出力手段によって確実になる。
【００４８】
高精度のための更なる条件は、第１のターゲットによって回転ターゲット（補助基板）へ付加される物質が、ここから第２スパッタリング工程へともう一度完全に移動させられることであることが望ましい。回転するマグネトロンはこの場合は余剰出力で運転されるはずである。
【００４９】
その結果として、補助ターゲットの侵食速度は基板のコーティング速度に等しくなることが確実になる。
【実施例２】
【００５０】
さらに好ましい実施態様においては、回転ターゲットのコーティングは、金属ターゲット、望ましくはSi, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Zn, Sn, Nb, V, W, Bi, Sb, Mo, Mg, Ca, Se, In, Ni, Cr, Mn, Te, Cd, 及び／又はこの合金を含むグループから、平面マグネトロン手段によってコーティングソースとして選択されたターゲットをスパッタリングすることによって達成される。
【００５１】
回転ターゲットのコーティングは、従って、当業者によく知られていて、スパッタリング工程に適した、間違いなく最も一般的なガスである、Ar, Kr, Xe, Ne, Arのような不活性ガスを用いた、不活性雰囲気中で達成されることが望ましい。
【００５２】
同様に、回転ターゲットの移動工程が反応性ガス雰囲気中で行われる場合は、その反応性ガス雰囲気は、O2, N2, H2S, N2O, NO2, CO2，又はこの混合物を含む、又はこれらから成ることが望ましい。
【００５３】
同様に、スパッタリング工程の間に使用される空気は反応性ガス及び不活性ガスの両方を含む（例えばAr＋O2）ことが望ましい。同様に、第一段階での気圧が0.2〜20Pa、望ましくは0.5〜10Pa、特に望ましくは1.0〜5、及び／又は第二段階で0.05〜5Pa、望ましくは0.1〜3Pa、特に望ましくは0.2〜2であることが有利である。
【００５４】
回転ターゲットの回転速度は、従って1〜100回転／分、望ましくは2〜50回転／分、特に望ましくは5〜25回転／分であることが有利である。
【００５５】
第１コーティングソースは、従って、回転ターゲットが0.1〜200nm*m/min、望ましくは0.5〜100 nm*m/min 、特に望ましくは1〜50 nm*m/minの速度でコートされるような寸法に作られ、又は配置されている。
【００５６】
回転ターゲットの表面の物質は、スパッタリング中に反応性ガスと共にガス状の複合物を形成し、その複合物は蒸着層に導入されない、又は蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されないことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】マグネトロンコーティングモジュールの構成を表す図である。
【００５８】
本発明は、添付の図面を用いてさらに詳細に亘って説明されるが、図示されたパラメータに限定されるものではない。
【００５９】
マグネトロンコーティングモジュール１００は次の構成要素から成る。
・ 第１コーティングソース（２，３）と、
・ 第１コーティングソースと、コートされる基板１を受けるように備えられた領域との間に、補助基板５として配置された回転ターゲットと、
・ 補助基板５がそのカソードを形成し、また今回の実施態様の場合は炭素で形成される、マグネトロン（５，６）と、
・ 第１コーティング装置２，３と、基板のコーティング部分６との間のガス分離室４。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図には、基板１の連続的なコーティング工程が示され、基板はマグネトロンの下を通って速度Vで導かれている。しかしながら、同様に、マグネトロンコーティングモジュール１００のバッチ運転も可能である。図は、その中央部において、長軸の周りを回転する円筒形の補助基板５を示している。円筒形の補助基板の下で、コートされる基板１が処理される。この基板は例えば建築用ガラスに関する。基板１はコーティングプラントの下を通って動かされる。補助基板５にかけられた電圧のため、補助基板５と基板１との間の領域６においてプラズマが発生する。従って、補助基板はスパッタされた物質から棒状のカソードを形成し、その物質はアノードとして接続された基板１をコートする。領域６においては、不活性ガスと反応性ガスの混合物が存在し、多成分の層を蒸着させる。補助基板５の反対側には、平面状のマグネトロン２，３が遮蔽物４の中に存在する。この場合、補助基板５は、プラズマ領域において平面状のスパッタリングカソード２の物質で被覆されたアノードとして接続される。領域３のガス相が極めて不活性なガスを含むことで、既知のスパッタ率及び電気的パラメータから、領域３における蒸着速度を確定することができる。基板１へのコーティング速度は、補助基板５における質量バランスから生じる。領域３における既知のコーティング速度に加えて、スパッタリング工程後に領域６においてコートする物質もまた、このために必要である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光学的応用を目的とした、セラミック層のマグネトロンスパッタリングのための新しい基礎技術に関する。この新しいコンセプトは、反応性ＤＣ、ＭＦ及びＲＦマグネトロンスパッタリング又はセラミックターゲットのマグネトロンスパッタリングのような周知の方法と比べて、厳密に定められた速度、均質性及び極めて良好な再現性を有し、セラミック層の蒸着において極めて高い精度を可能にするマグネトロンスパッタソースを形成することができる。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタソースは、工業規模で薄膜構造を生産するためには極めて効率の良いコーティングツールであることを、ここ数年間証明してきた。
【０００３】
ここで、例えば光学フィルターや建築用ガラスのコーティングなど、干渉の原理を利用する光学薄膜構造は、大きな基板へのコーティングと、そして長い生産期間に亘っての時間的な恒常性との両方について、特定の層特性を可能な限り正確に維持することを必要とする。
【０００４】
従って、工業生産のためには、特に、いわば特定の安定性で動作するようなコーティング工程は、例えば、セラミックターゲットのマグネトロンスパッタリングや、反応性マグネトロンスパッタリングの如く、複合物モードにおける反応性過剰と関連する。
【０００５】
更に、長い生産期間に亘って層特性の維持を可能にする制御回路が使用される。それによって、制御条件は、層構造の光学特性に求められる精密さ及び層構造における各層の数と共に著しく増加する。
【０００６】
層構造の光学特性に求められる精密さは、通常、層構造デザイン及び蒸着層構造の透過スペクトルと反射スペクトルとの間の許容偏差によって定められる。
【０００７】
精度要件の増加と共に、速度、層厚さ、またそれぞれの層の蒸着における一定の屈折率を確保する制御が、ますます重要性を持つ。一般に、長期間に亘るドリフトを補償するために、建築用ガラスコーティングの分野ではex-situ（装置外）制御で足りるが、高品質光学及び精密光学の分野においては、in-situ（装置内）制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第4,851,095号明細書
【特許文献２】国際公開第2004／050944号
【特許文献３】米国特許出願公開第2006／0151312号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第01592821号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第10347521号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開10359508号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Pflug, A.: “Simulation des reaktiven Magnetron-Sputterns（反応性マグネトロンスパッタリングのシミュレーション）”, 論文, Justus-Liebig University Giesen, 2006
【非特許文献２】Sullivan, B. T.; Clarke, G. A.; Akiyama, T.; Osborne, N.; Ranger, M.; Dobrowolski, J. A.; Howe, L.; Matsumoto, A.; Song, Y.; Kikuchi, K.; “High-rate automated deposition system for the manufacture of complex multilayer systems（複合的複層構造の製造のための高速自動蒸着システム）”, in: Applied Optics 39(2000), pp. 157-67
【非特許文献３】Scherer, M.; Pistner, J.; Lehnert, W.: “Innovative production of high-quality optical coatings for applications in optics and optoelectronics（光学及び光電子光学に適用する高品質な光学コーティングの画期的な生産方法）”, in: SVC Annual Technical Conference Proceedings 47 (2004), pp. 179-82
【非特許文献４】Zultske, W.; Schraner, E.; Stolze, M.; “Materialen fur die Brillenbeschichtung in Aufdampfanlagen（蒸着設備における眼鏡のコーティング材料）”, in Vakuum in Forschung und Praxis 19 (2007), pp 24-31
【非特許文献５】Evert, J.; “Ion-assisted reactive deposition process for optical coatings（光学用コーティングのためのイオンアシスト反応性蒸着プロセス）”, in: Surface and Coatings Technology 43／44 (1990), pp 950-62
【非特許文献６】Leybold Optics: Technical Features Syrus III, （Leybold Optics社ＷＥＢサイトにおける製品説明，2005）Http://www.sputtering.de/pdf/syrusiii-tf_en.pdf
【非特許文献７】Hagedorn, H.: “Solutions for high productivity high performance coating systems（高生産性、高性能のコーティングシステムへの解決策）”, in SPIE 5250 (2004), pp. 493-501
【非特許文献８】Sullivan, B.; M.; Dobrowolski, J. A.: “Deposition error compensation for optical multilayer coatings, II. Experimental results ―sputtering system（光学複層コーティングの蒸着誤差補正）”, in: Applied optics 32(1993), pp. 2351-60
【非特許文献９】Lehan, J. P.; Sargent, R.B.; Klinger, R. E.: “High-rate aluminum oxide deposition by MetaModeTM reactive sputtering（反応性スパッタリングであるメタモード（登録商標）によるアルミニウム酸化物高速蒸着）”, in: Journal of Vacuum Science and Technology A 10(1922), pp. 3401-6
【非特許文献１０】Clarke, G.; Adair, R.; Erz, R.; Hichwa, B.; Hung, H.; Le Febvre, P.; Ockenfuss, G.; Pond, B.; Seddon, I.; Stoessel, C.; Zhou, D.: “High precision deposition of oxide coatings（酸化物コーティングの高精度蒸着）”, in: SVC Annual Technical Conference Proceedings 43 (2000), pp. 244-9
【非特許文献１１】Gawlitza, P.; Braun, S.; Leson, A.; Lipfert, S.; Nestler, M.: “Herstellung von Prazisionsschichten mittels Ionenstrahlsputtern（イオンビームスパッタリングによる精密層の生産）”, Vakuum in Forschung und Praxis 19/2 (2007), pp. 37-43
【００１０】
蒸着法としての反応性マグネトロンスパッタリングの場合は、速度、従って、層厚さが蒸着過程の所定の持続時間のプロセス条件によって大きく異なることが知られている。特に、例えば基板の移動で生じる可能性のある全圧の変化（非特許文献１）及び反応性ガス分圧（非特許文献２）の変化は、コーティング速度及び屈折率の変化をもたらす。
【００１１】
セラミックターゲットのスパッタリングの場合は、条件はより簡単である。ここで、セラミックターゲットはすでにおおよそ正確な化学量を供給するが、化学量論的かつ高度に薄い層を得るためには、ここでスパッタリングガスに反応性ガスを添加することもまた必要となる。この、セラミックターゲットのスパッタリング中に反応性ガスを添加することは、ターゲットの状態の圧力変化及び長時間のドリフトにより、コーティング速度及び均質性が時間的に変化するという事実をもたらし、これらの工程の計量検出及び設備の調節可能な変数の再調整を必要とする。よって、工程の安定性という観点から、セラミックターゲットのスパッタリング中において反応性ガスを添加することは好ましくない。
【００１２】
精密光学分野において層構造の蒸着に最も広く使われる技術は、バッチプラントである（非特許文献３）。これらは通常、複層構造の蒸着のために更なるプラズマ活性化を伴う反応性電子ビーム蒸着技術を使用する。ここで一般的に使用される物質は、例えばSiO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, HfO2, Al2O3などである（非特許文献４）。
【００１３】
この技術は層成長において、プラズマ活性化の好影響に基づいた、高密度で滑らかな層を蒸着させることができる（非特許文献５）。
【００１４】
蒸着装置の棒状の特性及び、横方向に変化するプラズマ活性の強度のために、安定した基板の層厚さ及び光学定数において、横方向の不均質性が生じる。しかしながら、湾曲した半球体への基板の配置及び特定の基板の回転によって、これらの影響は大幅に減少する。
【００１５】
一般的な基板は、５〜８ｃｍの直径を有し、構成要素が２〜３百個にもなるその部品は、１回のコーティングで達成可能である（非特許文献６）。半球体への基板の取り付けは手で行われる。基板サイズの増加は、全体構造の拡大によってのみ可能である。
【００１６】
それぞれの層の層厚さは、通常は例えば透過率の測定などによるin-situ制御によって測定される。該ターゲットの層厚さに達すると、蒸着は停止される。得られる成長速度は毎秒０．５nmの範囲内である。達成可能な最大の層厚さ及び耐用年数は、蒸発るつぼの充填物により限定される。
【００１７】
層構造の生産のためのスパッタリング法は、同様に、精密光学の分野でも使用される。これらの方法は、同様に、純粋な蒸着と比べて増大した粒子エネルギーに基づき、高密度、滑らか、非吸収性かつ低欠陥な層を蒸着させる可能性をもたらす。
【００１８】
いくつかの種類のスパッタリング法が知られている。
【００１９】
反応性ＤＣスパッタリングは、強いアークの形成を伴い、アノードの消失という問題を有する（非特許文献７）。
【００２０】
高周波（ＲＦ）スパッタリングは、これまでに、酸化物をスパッタリングする標準的方法としての価値が証明されている。この方法は、セラミックターゲットの光学複層構造の明確な蒸着を、in-situ制御で可能にする（非特許文献８）。蒸着速度の良好な時間的安定性はこうして達成される。その工程は、ＤＣスパッタリング工程に比べて極めて低いコーティング速度（毎秒約０．１nm）及び、技術拡大における問題のために、実際の応用には適さない。
【００２１】
非特許文献２には、更なる可能性として、高屈折及び低屈折の指標酸化物蒸着のための反応性ＭＦスパッタリングが提示されている。関連する物質（低屈折性の指標層及び高屈折性の指標酸化物としてSiO2）の場合においては、最大毎秒０．６nmのコーティング速度がこうして達成される。蒸着の間、一定の望ましい光学特性を備えた層を有するためには、特に、スイッチオン‐プロセス及び基板の移動において、対応する制御により一定の酸素分圧を確実にすることが極めて重要である。この手段及びコーティングの光学的in-situ監視手段によって、複合光学層構造は達成できる。一般的な基板のサイズとして、１３×１３ｃｍ２の形式の基板が報告されている。横方向の層厚さの良好な均質性は、基板の回転とマスクの使用によって可能となる。
【００２２】
例えば非特許文献９，１０では、スパッタリング法の更なる改良形であるいわゆるＭＥＴＡＭＯＤＥ（登録商標）法が提案されている。これらの文献は、ＯＣＬＩ社（Optical Coating Laboratory, Inc.）の特許文献１に基づいている。そのコンセプトは、高速での金属のスパッタリングと、後続のプラズマソースのＯ２プラズマ中での金属層の酸化と、に基づいている。この転換は、高速回転する回転板部材を用いて行われる。このように、各スパッタ金属層はほんの原子数個の厚さであるので、光学的に高品質な酸化金属層を形成するようにこれらの層を酸化させることができる。
【００２３】
この配置では、プラズマソースはマグネトロンコーティング域に隣接して位置する。このように、高速、極めて良好な均質性、再現性及び長期間の安定性に関する金属ターゲットのスパッタリングの有利な性質は、誘電層の生産へと移転される。この方法は、最大毎秒１０．５nmという極めて高い蒸着速度によって識別される（非特許文献９）。
【００２４】
類似した方法が、特許文献２，３，４，５で開示されている。ここでは、遷移領域における反応性ＭＦスパッタリングは、特に層の光学的品質を改善するために、後続のプラズマ処理で補われている。ＭＦ工程はこうして、制御された酸素分圧で運転されるので、反応性ガスを用いない金属ターゲットのスパッタリング中の安定したコーティング速度の利点は利用されない。ここで更に、この工程は求めるターゲット層の厚さまで循環的に反復される。この手順で蒸着された光学的層構造の例は非特許文献３及び同７に開示されている。そのコーティング速度は毎秒０．４５〜０．７nmの範囲内であり、基板サイズは最大直径１５cmまでである。
【００２５】
建築用ガラスコーティングの分野では、マグネトロンスパッタリングの装置及び方法を示した文献（特許文献６）が知られている。この特許明細書の中では２つの工程が組み合わされている。第１のスパッタリング工程では、回転する円柱状ターゲットのスパッタリングによって層が基板の上に蒸着される。第２の工程では、まさにこの円柱状ターゲットが、追加的な材料成分、例えば、不活性雰囲気中における金属ターゲットのスパッタリングでコートされる。更に追加した構成要素を有する回転ターゲットのコーティング材をin-situＸ線蛍光測定する方法で、また、質量バランスを調整することによって、コーティング速度を正確に調整することができる。
【００２６】
例えばレーザーミラーやＸ線レンズ構造に使用するための、層品質のうち最も高度な必要条件に対して（非特許文献３，７）、イオンビームスパッタ蒸着（ISBD, ion beam sputter deposition）が使用される（非特許文献１１）。ターゲットはここで、ビーム強度が調整可能な希ガスイオンビーム（Ar, Kr, Xe）によってスパッタされる。典型的な処理圧力は１０〜５０mPaの範囲内であるから、従来のスパッタリング法より低い。その結果、スパッタされた元素は極めてまれに衝突を経験し、通常は有利であるそれらの運動エネルギーを、基板に作用するまで保持する。イオンビームを一定の強さのビームに制御することと、ターゲットをメタルモードで運転することにより、極めて長期間に亘る速度の安定性が得られる。しかしながら、物質の作用としては、速度は毎秒０．０２〜０．４nmにすぎない。
【００２７】
遮蔽手段（部分的に動かされる）と基板の移動により、横方向の非常に良好な均質性、特にカーブした表面における均質性もまた得られる。加えて、基板の適切な動きにより、固有の勾配を持つ層もまた蒸着され得る。該基板のサイズは２０×２０cm２の範囲内である。狭い長方形の基板は縁の長さ５０cmまでは均質にコートされ得る。
【００２８】
金属状態のままのターゲットに対するスパッタリング工程であっても、酸化物の蒸着は、基板の近くで酸素を添加することによって可能になる。
【００２９】
非反応性蒸着の一例として、非特許文献１１に、６０Mo/Si多重層を有するEUVミラーが開示されている。反応性蒸着の例としては、IRレンズシステムのための誘電性SiO2/TiO2多分子層が示されている。
【００３０】
一方で、例えば基板移動やスイッチオン工程などに基づく順々の工程の変化次第で、コーティング速度が反応性ガス分圧から非常に影響を受けることは、従来知られている方法のほぼ全てに共通している。またもう一方で、スパッタターゲットの状態の長時間のドリフトが、プロセス制御中に考慮されるべきコーティング速度に、長期に亘る時間変動をもたらす。
【００３１】
メタモード法の場合はこの依存関係は生じないが、この方法はバッチコーティングプラントにのみ適し、インラインコーティングプラントには適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
従って、前述の厄介な依存関係を有さず、また、極めて良好な均質性と再現性とを備えた層を作ることができる、マグネトロンコーティングモジュール及び方法を提供することが本発明の目的である。
【００３３】
特に、その結果として、精密光学層構造の蒸着の分野では標準的に使用されているように、層特性の、特に各層の厚みのin-situ制御を省けるようにすることが本発明の目的である。
【００３４】
この目的は、マグネトロンコーティングモジュールに関しては特許請求項１の特徴によって、マグネトロンコーティング法に関しては特許請求項５の特徴によって達成される。それぞれの従属項は、これらに関する有利な発展を意味する。
【００３５】
本発明は、特に光学応用のための、誘電層のマグネトロンスパッタリングの新しい加工技術に関する。この新しいコンセプトは、広い表面積でも所定の速度で層の反応性蒸着を行うことを可能にする、マグネトロンコーティングモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
従って、本発明によれば、以下を備え、回転ターゲット（５）の少なくとも表面が、スパッタリングの間、基板に蒸着されない、又は基板の狭い範囲だけにしか蒸着されない材料から成る、マグネトロンコーティングモジュールが提供される。
ａ）第１コーティングソースと、
ｂ）第１コーティングソースと基板を受ける領域との間に補助基板として配置された回転ターゲットと、
ｃ）その中で回転ターゲットがマグネトロンのカソードを形成する、マグネトロンと、
ｄ）第１コーティングソースと基板のコーティング領域との間のガス分離室。
【００３７】
本発明によるマグネトロンコーティングモジュールを用いて、従来のコーティングモジュールと比べて著しく改善された、コーティング速度及び均質性の安定性が達成できる。同時に、蒸着されるべき所望の材料のみを基板に蒸着することを確実にする。従って、スパッタリングカソードにより生じる混入（例えば金属カソードに発生する混入）を防ぐことができる。
【００３８】
補助基板としての回転ターゲット（管状ターゲット）は、スパッタ率の低い材料から成ること、また、それがスパッタされたときに、蒸着層に導入されない、もしくは蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されないことが好ましい。ここで、この材料には、例えば、スパッタリング工程中には支配的な状態で、更なる工程ではターゲットに蒸着されない、気体状の複合物を形成する物質（例えば雰囲気に含まれる気体）が含まれる。１つの可能性は、管状ターゲットの材料として炭素を使用することである。スパッタされた材料は、蒸着層に導入されないか、もしくは蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されない、例えば炭素の補助ターゲットの場合は、ＣＯ２などの気体状の複合物を、反応性ガスと共に形成できることが望ましい。その後気体状の複合物は送り出されてもよい。
【００３９】
第１コーティングソースは、コーティングの均質性及びコーティング速度の恒常性に関して、極めて高度な精密さを備えたソースであることが望ましい。このソースは例えば、不活性雰囲気中で金属のターゲットをスパッタできる平面状のマグネトロンにより達成可能である。このようなソースに対しては、基板への粒子流を極めて正確に示すことができ、また、モデルと一致するように作ることができる。
【００４０】
本発明によれば、本発明のマグネトロンコーティングモジュールを用いた基板のコーティング方法も同様に提供される。その方法では、第１のステップで、第１コーティングソースを用いて回転ターゲットのコーティングが行われ、第２のステップで、マグネトロンを用いてコーティングを回転ターゲットから除去して基板に蒸着する。
【００４１】
従って、層の蒸着はプロセスの２つの段階で行われる。
【００４２】
初めに、補助基板のコーティングが第１コーティング装置によって行われる。このコーティングは補助基板からマグネトロンによって除去され、正しい化学量論をもって基板に蒸着される。
【発明の効果】
【００４３】
本発明による方法の手段によって一連の利点が生じる。
【００４４】
補助ターゲットの持続的なコーティングと、その後の完全な除去のために、反応的に運転されるマグネトロンに非常に安定した速度が生じる。特に、例えば基板の動きなどによる圧力の変化において、コーティング速度の安定性に影響を与えない。従って、高品質光学及び精密光学の分野及び、広範囲のコーティングの分野におけるこの技術の利用について新たな可能性が拡がる。単純かつ丈夫で効率的に時間制御された蒸着をするよう、速度の安定化のためのin-situ制御及び層厚さ制御は省いてもよい。まれに、長時間のドリフトの代わりに、場合によってはまだex-situ制御が求められる。しかしながらこれもまた、金属ターゲットのスパッタリングのための速度の時間依存性の適切な保管に置き換えられてもよい。
【００４５】
全体で、この新しい技術は、より大きな基板をより高い処理能力でコートするための、高品質光学及び精密光学用インラインコーティング処理への移行を可能にする。建築用ガラスコーティングの分野において目下技術的に確立されているのは、サイクル時間１分以下で3.21×6.00m２までの形式の基板へのコーティングである。
【００４６】
蒸着工程と比べて、スパッタリング法は、るつぼの最大容量及びサイズによって限定される蒸着法より通常高い耐用年数を持つことができるので、更なる利点として保全周期の間のプラント運転時間の増大が生じる。
【実施例１】
【００４７】
好ましい実施形態においては、回転ターゲットからのコーティングの移動は、マグネトロンの余剰出力に影響を受ける。すなわち、第１段階ですでに行われたコーティングを確実に完全移動させるために、マグネトロンの出力は極めて高く調整される。従って、基板をコートするスパッタ率の調整は、実際のスパッタリング工程（マグネトロンによってここで達成される）の変数を変えることによって直接達成されるわけではなく、回転ターゲットに対するコーティングソースの運転変数を調整することによって達成される。従って、正しい化学量論でコーティングが基板に蒸着されるように、同一の量が間断なく基板に蒸着されることが、マグネトロンの余剰出力手段によって確実になる。
【００４８】
高精度のための更なる条件は、第１のターゲットによって回転ターゲット（補助基板）へ付加される物質が、ここから第２スパッタリング工程へともう一度完全に移動させられることであることが望ましい。回転するマグネトロンはこの場合は余剰出力で運転されるはずである。
【００４９】
その結果として、補助ターゲットの侵食速度は基板のコーティング速度に等しくなることが確実になる。
【実施例２】
【００５０】
さらに好ましい実施態様においては、回転ターゲットのコーティングは、金属ターゲット、望ましくはSi, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Zn, Sn, Nb, V, W, Bi, Sb, Mo, Mg, Ca, Se, In, Ni, Cr, Mn, Te, Cd, 及び／又はこの合金を含むグループから、平面マグネトロン手段によってコーティングソースとして選択されたターゲットをスパッタリングすることによって達成される。
【００５１】
回転ターゲットのコーティングは、従って、当業者によく知られていて、スパッタリング工程に適した、間違いなく最も一般的なガスである、Ar, Kr, Xe, Ne, Arのような不活性ガスを用いた、不活性雰囲気中で達成されることが望ましい。
【００５２】
同様に、回転ターゲットの移動工程が反応性ガス雰囲気中で行われる場合は、その反応性ガス雰囲気は、O2, N2, H2S, N2O, NO2, CO2，又はこの混合物を含む、又はこれらから成ることが望ましい。
【００５３】
同様に、スパッタリング工程の間に使用される空気は反応性ガス及び不活性ガスの両方を含む（例えばAr＋O2）ことが望ましい。同様に、第一段階での気圧が0.2〜20Pa、望ましくは0.5〜10Pa、特に望ましくは1.0〜5、及び／又は第二段階で0.05〜5Pa、望ましくは0.1〜3Pa、特に望ましくは0.2〜2であることが有利である。
【００５４】
回転ターゲットの回転速度は、従って1〜100回転／分、望ましくは2〜50回転／分、特に望ましくは5〜25回転／分であることが有利である。
【００５５】
第１コーティングソースは、従って、回転ターゲットが0.1〜200nm*m/min、望ましくは0.5〜100 nm*m/min 、特に望ましくは1〜50 nm*m/minの速度でコートされるような寸法に作られ、又は配置されている。
【００５６】
回転ターゲットの表面の物質は、スパッタリング中に反応性ガスと共にガス状の複合物を形成し、その複合物は蒸着層に導入されない、又は蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されないことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】マグネトロンコーティングモジュールの構成を表す図である。
【００５８】
本発明は、添付の図面を用いてさらに詳細に亘って説明されるが、図示されたパラメータに限定されるものではない。
【００５９】
マグネトロンコーティングモジュール１００は次の構成要素から成る。
・ 第１コーティングソース（２，３）と、
・ 第１コーティングソースと、コートされる基板１を受けるように備えられた領域との間に、補助基板５として配置された回転ターゲットと、
・ 補助基板５がそのカソードを形成し、また今回の実施態様の場合は炭素で形成される、マグネトロン（５，６）と、
・ 第１コーティング装置２，３と、基板のコーティング部分６との間のガス分離室４。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図には、基板１の連続的なコーティング工程が示され、基板はマグネトロンの下を通って速度Vで導かれている。しかしながら、同様に、マグネトロンコーティングモジュール１００のバッチ運転も可能である。図は、その中央部において、長軸の周りを回転する円筒形の補助基板５を示している。円筒形の補助基板の下で、コートされる基板１が処理される。この基板は例えば建築用ガラスに関する。基板１はコーティングプラントの下を通って動かされる。補助基板５にかけられた電圧のため、補助基板５と基板１との間の領域６においてプラズマが発生する。従って、補助基板はスパッタされた物質から棒状のカソードを形成し、その物質はアノードとして接続された基板１をコートする。領域６においては、不活性ガスと反応性ガスの混合物が存在し、多成分の層を蒸着させる。補助基板５の反対側には、平面状のマグネトロン２，３が遮蔽物４の中に存在する。この場合、補助基板５は、プラズマ領域において平面状のスパッタリングカソード２の物質で被覆されたアノードとして接続される。領域３のガス相が極めて不活性なガスを含むことで、既知のスパッタ率及び電気的パラメータから、領域３における蒸着速度を確定することができる。基板１へのコーティング速度は、補助基板５における質量バランスから生じる。領域３における既知のコーティング速度に加えて、スパッタリング工程後に領域６においてコートする物質もまた、このために必要である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１コーティングソース（２）と、
ｂ）第１コーティングソース（２）と基板（１）を受ける領域との間に、補助基板として配置された回転ターゲット（５）と、
ｃ）回転ターゲット（５）がマグネトロン（５，６）のカソードを形成するマグネトロン（５，６）と、
ｄ）第１コーティングソース（２）と、基板のコーティング領域（６）との間のガス分離室（４）とを備え、
少なくとも回転ターゲット（５）の表面が、スパッタリング中、基板に蒸着されないか、又は基板の狭い範囲だけに蒸着される材料から成ることを特徴とする、マグネトロンコーティングモジュール（１００）。
【請求項２】
回転ターゲット（５）の、少なくとも表面が炭素を含み、望ましくは炭素又は炭素を含む物質から成ることを特徴とする、請求項１に記載されたマグネトロンコーティングモジュール（１００）。
【請求項３】
第１コーティングソース（２）が平面状マグネトロンであることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載されたマグネトロンコーティングモジュール（１００）。
【請求項４】
第１段階で、第１コーティングソース（２）を用いて回転ターゲット（５）のコーティングを行い、第２段階で、マグネトロン（５，６）を用いて、コーティングを回転ターゲット（５）から除去して基板（１）に蒸着することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載されたマグネトロンコーティングモジュール（１００）を用いて基板（１）をコーティングする方法。
【請求項５】
回転ターゲット（５）からコーティングを完全に除去することを、マグネトロン（５，６）の余剰出力によって行うことを特徴とする、請求項４に記載された方法。
【請求項６】
回転ターゲット（５）のコーティングを、コーティングソース（２）としての平面状マグネトロンを用いて、金属ターゲット、望ましくはSi, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Zn, Sn, Nb, V, W, Bi, Sb, Mo, Mg, Ca, Se, In, Ni, Cr, Mn, Te, Cd, 及び／又はこの合金から成るグループから選択されたターゲットのスパッタリングによって行うことを特徴とする、請求項４又は５のいずれかに記載された方法。
【請求項７】
回転ターゲット（５）のコーティング工程が不活性雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載された方法。
【請求項８】
回転ターゲット（５）の除去工程が、不活性ガス若しくは反応性ガス雰囲気中で、又は反応性ガスと不活性ガスとを含む雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項４〜７のいずれかに記載された方法。
【請求項９】
前記反応性ガス雰囲気が、O2, N2, H2S, N2O, NO2, CO2又はこの混合物から成るグループから選択されたガスを含むことを特徴とする、請求項４〜８のいずれかに記載された方法。
【請求項１０】
雰囲気の圧力が、第１段階においては0.2〜20Pa、望ましくは0.5〜10Pa、特に望ましくは1.0〜5Paであり、及び／又は、第２段階においては0.05〜5Pa、望ましくは0.1〜3Pa、特に望ましくは0.2〜2Paであることを特徴とする、請求項４〜９のいずれかに記載された方法。
【請求項１１】
回転ターゲット（５）の回転速度が、1〜100 回転／分、望ましくは2〜50 回転／分、特に望ましくは5〜25 回転／分であることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれかに記載された方法。
【請求項１２】
回転ターゲット（５）が、0.1〜200nm*m／min、望ましくは0.5〜100 nm*m／min、特に望ましくは1〜50 nm*m／minの速度でコートされることを特徴とする、請求項４〜１１のいずれかに記載された方法。
【請求項１３】
スパッタリング時に、回転ターゲット（５）の表面の物質が反応性ガスと共にガス状の複合物を形成し、該複合物は蒸着層に導入されない、又は蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されないことを特徴とする、請求項４〜１２のいずれかに記載された方法。
【請求項１】
ａ）第１コーティングソース（２）と、
ｂ）第１コーティングソース（２）と基板（１）を受ける領域との間に、補助基板として配置された回転ターゲット（５）と、
ｃ）回転ターゲット（５）がマグネトロン（５，６）のカソードを形成するマグネトロン（５，６）と、
ｄ）第１コーティングソース（２）と、基板のコーティング領域（６）との間のガス分離室（４）とを備え、
少なくとも回転ターゲット（５）の表面が、スパッタリング中、基板に蒸着されないか、又は基板の狭い範囲だけに蒸着される材料から成ることを特徴とする、マグネトロンコーティングモジュール（１００）。
【請求項２】
回転ターゲット（５）の、少なくとも表面が炭素を含み、望ましくは炭素又は炭素を含む物質から成ることを特徴とする、請求項１に記載されたマグネトロンコーティングモジュール（１００）。
【請求項３】
第１コーティングソース（２）が平面状マグネトロンであることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載されたマグネトロンコーティングモジュール（１００）。
【請求項４】
第１段階で、第１コーティングソース（２）を用いて回転ターゲット（５）のコーティングを行い、第２段階で、マグネトロン（５，６）を用いて、コーティングを回転ターゲット（５）から除去して基板（１）に蒸着することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載されたマグネトロンコーティングモジュール（１００）を用いて基板（１）をコーティングする方法。
【請求項５】
回転ターゲット（５）からコーティングを完全に除去することを、マグネトロン（５，６）の余剰出力によって行うことを特徴とする、請求項４に記載された方法。
【請求項６】
回転ターゲット（５）のコーティングを、コーティングソース（２）としての平面状マグネトロンを用いて、金属ターゲット、望ましくはSi, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Zn, Sn, Nb, V, W, Bi, Sb, Mo, Mg, Ca, Se, In, Ni, Cr, Mn, Te, Cd, 及び／又はこの合金から成るグループから選択されたターゲットのスパッタリングによって行うことを特徴とする、請求項４又は５のいずれかに記載された方法。
【請求項７】
回転ターゲット（５）のコーティング工程が不活性雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載された方法。
【請求項８】
回転ターゲット（５）の除去工程が、不活性ガス若しくは反応性ガス雰囲気中で、又は反応性ガスと不活性ガスとを含む雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項４〜７のいずれかに記載された方法。
【請求項９】
前記反応性ガス雰囲気が、O2, N2, H2S, N2O, NO2, CO2又はこの混合物から成るグループから選択されたガスを含むことを特徴とする、請求項４〜８のいずれかに記載された方法。
【請求項１０】
雰囲気の圧力が、第１段階においては0.2〜20Pa、望ましくは0.5〜10Pa、特に望ましくは1.0〜5Paであり、及び／又は、第２段階においては0.05〜5Pa、望ましくは0.1〜3Pa、特に望ましくは0.2〜2Paであることを特徴とする、請求項４〜９のいずれかに記載された方法。
【請求項１１】
回転ターゲット（５）の回転速度が、1〜100 回転／分、望ましくは2〜50 回転／分、特に望ましくは5〜25 回転／分であることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれかに記載された方法。
【請求項１２】
回転ターゲット（５）が、0.1〜200nm*m／min、望ましくは0.5〜100 nm*m／min、特に望ましくは1〜50 nm*m／minの速度でコートされることを特徴とする、請求項４〜１１のいずれかに記載された方法。
【請求項１３】
スパッタリング時に、回転ターゲット（５）の表面の物質が反応性ガスと共にガス状の複合物を形成し、該複合物は蒸着層に導入されない、又は蒸着層の狭い範囲だけにしか導入されないことを特徴とする、請求項４〜１２のいずれかに記載された方法。
【公表番号】特表２０１２−５２２１３３（Ｐ２０１２−５２２１３３Ａ）
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０２４９７（Ｐ２０１２−５０２４９７）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００１８７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１２１７０
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（５０４１７４９１７）フラウンホッファー−ゲゼルシャフト・ツァー・フォデラング・デル・アンゲワンテン・フォーシュング・エー．ファウ． (26)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００１８７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１２１７０
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（５０４１７４９１７）フラウンホッファー−ゲゼルシャフト・ツァー・フォデラング・デル・アンゲワンテン・フォーシュング・エー．ファウ． (26)
【Ｆターム（参考）】
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