マグネトロン・スパッタリング・デバイスにおいて使用するための統合したアノードおよび活性化反応性ガス源
【課題】本発明は、マグネトロン・スパッタリング・デバイスで使用するための統合したアノードおよび活性化反応性ガス源、ならびにそれを組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスに関する。
【解決手段】統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、アノードを備える内部導電性表面を有する容器と、コーティング・チャンバーのチャンバー壁から隔てられている絶縁された外側本体部とを具備する。容器は、コーティング・チャンバーと連通する容器の周に比べて小さい周を持つ単一の開口部を有する。スパッタリング・ガスおよび反応性ガスは、投入口を通して容器内に、また単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に結合される。プラズマは、カソードからやってきて、アノードを通して電源に戻る高密度の電子によって点火される。比較的低いアノード電圧は、化学量論的誘電体コーティングを形成するために活性化反応性ガスのプラズマを十分維持できる電圧である。
【解決手段】統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、アノードを備える内部導電性表面を有する容器と、コーティング・チャンバーのチャンバー壁から隔てられている絶縁された外側本体部とを具備する。容器は、コーティング・チャンバーと連通する容器の周に比べて小さい周を持つ単一の開口部を有する。スパッタリング・ガスおよび反応性ガスは、投入口を通して容器内に、また単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に結合される。プラズマは、カソードからやってきて、アノードを通して電源に戻る高密度の電子によって点火される。比較的低いアノード電圧は、化学量論的誘電体コーティングを形成するために活性化反応性ガスのプラズマを十分維持できる電圧である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、材料を基板上に蒸着するためのマグネトロン・スパッタリング・デバイスに関するものである。より具体的には、本発明は、マグネトロン・スパッタリング・デバイスで使用するための統合したアノードおよび活性化反応性ガス源、ならびにそれを組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ・コーティングは、材料の薄膜を基板上に蒸着するための広く使用されている技術である。スパッタリング蒸着プロセスでは、通常、グロー放電においてガス原子と電子との衝突によってイオンが生成される。イオンは、ターゲット材の原子をターゲット表面から放出させる電界によってカソードのところのコーティング材料のターゲットへと加速される。基板は、放出される原子の一部をインターセプトするように好適な場所に置かれる。こうして、ターゲット材のコーティングが、基板の表面上に蒸着される。反応性スパッタリングでは、ガス状化学種も基板表面に存在し、ターゲット表面からの原子と反応し、いくつかの実施形態では結合し、所望のコーティング材料を形成する。
【０００３】
動作時に、スパッタ・ガス、例えば、アルゴンをコーティング・チャンバー内に入れると、カソードとアノードとの間に印加されるＤＣ電圧によって、このアルゴンがプラズマに電離し、プラスに帯電したアルゴン・イオンがマイナスに帯電したカソードに付着する。イオンは、実質的なエネルギーでカソードの前面のターゲットに当たり、ターゲット原子または原子クラスターをターゲットからスパッタリングさせる。ターゲット粒子の一部がコーティング対象のウェハまたは基板材料に当たって、堆積し、これにより薄膜を形成する。
【０００４】
堆積速度を高め、作動圧力を低くするために、磁気強化カソードが使用される。プレーナ・マグネトロンでは、カソードは、閉ループで配置され、コーティング材料の平坦なターゲット板に関して固定位置に取り付けられている永久磁石の配列を備える。したがって、磁界によって、電子が、ターゲット材料のスパッタリングまたは浸食が生じる経路または領域を画成する「レース・トラック」と一般に称される閉ループ内を移動する。マグネトロンのカソードでは、磁界がグロー放電プラズマを閉じ込め、電界の影響下で移動する電子の経路長を増大する。この結果、ガス原子−電子衝突確率が高まり、これにより、磁気閉じ込めを使用することなく得られる速度に比べてかなり高いスパッタリング速度が得られる。さらに、スパッタリング・プロセスは、かなり低いガス圧力で実行されうる。
【０００５】
典型的には，マグネトロン・スパッタリング・システムは、スパッタリング時に２＊１０＾−２Ｐａ〜１＊１０＾−１Ｐａまでの範囲の圧力で動作する。この圧力を確定するために、典型的には、チャンバーの圧力をポンプで＜１＊１０＾−４Ｐａに下げ、ガスの制御された流れ、典型的には（また、反応性スパッタリング・アルゴンおよび酸素または窒素の場合には）アルゴンをチャンバー内に供給し、所望の圧力を維持する。ダイオード・システムの場合、つまり、磁石が使用されない場合、プラズマを点火し、持続することができるためには＞２Ｐaの圧力が必要である。高圧には、平均自由行路が大幅に短縮され,広範なガス散乱を引き起こすという欠点がある。この結果、かすみがかったコーティングが生じる。
【０００６】
マグネトロン・スパッタリング・デバイスでは、アノードは、マイナスに帯電したカソードに電荷差を与える。これは、チャンバー壁に与えられる電荷と同じくらい単純に与えることができる。しかし、スパッタリングされた材料は、スパッタリングされた原子に暴露される表面上にも蒸着される。コーティングが、金属酸化物などの電気的絶縁材料である場合、スパッタリング装置の他の部分に材料が蓄積すると、問題が生じる可能性がある。特に、アノードに絶縁コーティングが蓄積すると、プラズマの荷電平衡を維持するために必要なアノードのプラズマから電子を取り除く能力が阻害される。このため、プラズマの安定性が損なわれ、蒸着の制御が妨げられる。コーティングの蓄積により、アノードの場所がシステム内の別の表面に移ることになる。このような不安定性は、コーティングの品質に影響を及ぼす。アノードがコーティング材料でコーティングされてしまうという問題を解決するために多数の従来技術によるアノードが提案されている。多くの従来技術によるアノードは、アーク放電を生じるという問題も大きくする非常に高い電圧で機能し、コーティングの品質を損なう。一貫したコーティング品質を確保するために安定したアノードの場所を提供することができる低電圧のアノードが望ましい。
【０００７】
アノード容器は、低電圧で安定したアノードの場所を形成することができる２００５年３月７日に出願した米国特許公開第２００６００４９０４１号において開示されている。アノードは、コーティング・チャンバーと連通する単一の開口部を有する容器の内面を備える。容器の内面は、電子のための好ましい帰路である。アノード容器は、アノード容器内の入口から単一の開口部を通りコーティング・チャンバー内に入る、スパッタ・ガスの供給源でもある。単一の開口部のサイズおよびその場所は、アノードの帯電した内面上にコーティング材料が蓄積するのを防ぐものである。
【０００８】
多くの光学コーティングは、酸化物または他の化合物の蒸着を必要とする。このような材料は、好ましくは、金属ターゲットがスパッタリングされ、酸素、窒素、他の反応性ガスがプロセスに加えられる反応性スパッタ・モードで生産される。スパッタリングされた材料および活性化酸素種は、基板に同時に到達する。最適な酸素分圧に対する、例えば酸素の、最適な流れを見つける必要がある。酸素流が低すぎる場合、薄膜は化学量論的でなく、高い吸収損失を有する。高すぎる場合、ターゲット表面は、可能な最高の堆積速度で必要な予防動作に比べて酸化の度合いが大きくなる。金属ターゲットに対するスパッタ速度は、完全酸化ターゲットのスパッタ速度より１０倍速いものとしてよい。酸化の有効性は、酸素が活性化され基板に向けられた場合に増大し、これにより、可能な体積速度が上がりうる。反応性スパッタ・プロセスは、酸化物に関して開示されている。すべての態様は、窒化物または他の反応性プロセスに同様に適用されうる。
【０００９】
光吸収プロファイルが低いか、またはまったくないマグネトロン・スパッタリング・デバイスで誘電体コーティングを生産するために、酸素または窒素を供給するための追加の活性化反応性ガス源を備えプラズマを形成することが必要になる。市販の活性化反応性ガス源の例として、ＪＤＳＵ社のＰＡＳ、ＰｒｏＶａｃ社のＴａｕｒｉｏｎ源、Ｋａｕｆｍａｎ ＆ Ｒｏｂｉｎｓｏｎ社のＫＲＩ源、Ｌｅｙｂｏｌｄ社のＡＰＳ源が挙げられる。現在の活性化反応性ガス源は複雑である。高価な電子機器を必要とするものもある。また寿命に限りのあるフィラメントを必要とするものもある。これらのデバイスは、非常に高価であり、頻繁なメンテナンスを必要とする場合がある。
【００１０】
アノード容器１９および独立した反応性ガス源３６の従来技術の構成は、図３Ａおよび３Ｂに例示されている。カソード１２は、中心回転軸Ｃのところの中心とともに位置決めされる。アルゴン・ガスのイオン化源をなすアノード容器１９は、カソード１２の一方の側に配置され、イオン化酸素の反応性ガス源３６は、カソード１２の反対側に配置される。基板１７は、反応性ガス源３６の上のカソード１２の周を回転する。標準のカソード１２を使用する反応性スパッタリングの場合、ターゲットの利用を制限するターゲット摩耗の大きな変動が観察されている。ターゲット１４は、反応性ガス（酸化）源３６に近い側の図３Ｂの断面内に示され、ターゲット摩耗は、ターゲット酸化（毒作用）の増大により、低いが、アノード１９に近い側では、ターゲット摩耗は、プラズマ密度の増大により、高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許公開第２００６００４９０４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マグネトロン・スパッタリング・デバイスにおけるより単純な、安価で、信頼性の高い、活性化反応性ガス源が、非常に望まれている。
【００１３】
反応性スパッタリングの堆積速度を高めるために蒸着された薄膜の酸化の効率を高めることも望まれている。
【００１４】
感温材料を加工することができるように、電力投入量が増えても低温プロセスを維持することも望まれている。
【００１５】
本発明では、アノード容器を反応性ガスの供給源と一体化することによって、活性化反応性化学種をマグネトロン・スパッタリング・デバイス内に供給し、より単純な、効率的で、費用効果の高いデバイスにおいて誘電体コーティングを施すことができることを発見した。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明は、コーティング材で物体をコーティングするためのマグネトロン・スパッタリング・デバイスであって、
動作時に排気がなされるように適合されたコーティング・チャンバーと、
コーティングを形成するための材料を備えたターゲットを含むカソードと、
コーティング領域内でコーティングされる物体を支持するための支持材を有する１つまたは複数のコーティング領域と、
容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源と
を備え、容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差をカソードに与えるためのアノードを備える容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された容器の絶縁外面と、
コーティング・チャンバーと連通する容器内部への単一の開口部と、スパッタリング・ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む。
【００１７】
容器の絶縁された外面がコーティング・チャンバーの外部に配置された本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００１８】
コーティングされる物体の表面の平面から容器の単一の開口部を含む平面までの距離が、コーティングされる物体の表面の平面からターゲットの表面の平面までの距離以上である本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００１９】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を補強するためにさらなる反応性ガス源を含む本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００２０】
本発明の一実施形態は、容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を備え、容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差をカソードに与えるためのアノードを備える容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された容器の絶縁外面と、
コーティング・チャンバーと連通する単一の開口部と、
スパッタリング・ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む。
【００２１】
スパッタリング・ガスおよび反応性ガスが単一の入口を通して容器内に供給される本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００２２】
スパッタリング・ガスおよび反応性ガスが別々の入口を通して容器内に供給される本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００２３】
次に本発明の例示的な実施形態について、図面に従って説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】外壁を一部取り外した本発明のコーティング・システムの等角図である。
【図２】マグネトロン・スパッタリング・デバイスで使用するためのアノード容器の断面図である。
【図３Ａ】従来技術の独立したアノード容器および活性化反応性ガス源の概略上面図である。
【図３Ｂ】従来技術の独立したアノード容器および活性化反応性ガス源の概略断面図である。
【図４Ａ】統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を含む本発明によるコーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【図５Ａ】コーティングされる基板がカソードを通り過ぎる、本発明による代替的コーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【図６Ａ】統合したアノードおよび活性化反応性ガス源がリンク形状のカソードの中心に配置されている本発明によるコーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図６Ｂ】図６Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【図７Ａ】２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源が組み込まれている本発明によるコーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
典型的な配置構成による２００５年３月７日に出願した米国特許公開第２００６００４９０４１号において開示されているアノード容器がプラズマを含むことに私たちは気づいた。プラズマは、カソード１２からやってきて、アノード２０を通して電源に戻る高密度の電子によって点火される。イオン生成および活性化学種の生成の効果は、エネルギーｅ- ＋Ａｒ＝＞２ｅ- ＋Ａｒ+ またはエネルギーｅ- ＋Ａｒ＝＞ｅ- ＋Ａｒ* というカソードで発生する反応と類似している。アルゴン原子のこのような活性化なしでは、アノードにプラズマは見られない。活性化およびイオン化された酸素を発生するかどうかを調べるために、アノードへの酸素追加を調べることに決めた。酸素供給をアノード容器２０に結合することによって、透明ＳｉＯ２単層を蒸着することができた。これは、アルゴンおよび酸素とともに動作するアノードが、アノードおよび活性化反応性ガス源として動作することを示す明確な指標である。それに加えて、アノードの内壁の酸化は観察されなかった。
【００２６】
マグネトロン・スパッタ・コーティング・デバイス１０のコーティング・チャンバー２の等角図が図１に示されている。圧力が大気圧より低い場合を意味すると理解される真空状態下で動作するようにポンプ８によりコーティング・チャンバー２の排気を行う。チャンバー壁３２を接地し、プラスに帯電したアノード２０およびマイナスに帯電したカソード１２から絶縁する。遊星歯車駆動装置１４は、中心回転軸Ｃを中心として回転可能なキャリア１６またはラックを備え、複数の、例えば７つまたは８つの、遊星歯車１７が中心回転軸Ｃを中心として半径方向に指示されている。リング形状のカソード１２、この実施形態では２つのカソード１２が図示されている。容器２０１は、コーティング・チャンバー２と連通している開口部を有する統合したアノードおよび活性化ガス源を構成する。参照番号２０１および２０２で、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０の異なる位置を区別する。追加の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０２は、カソード１２の中心に示されている。これらの位置は、リング・カソードまたは固体カソードが使用されるかどうかに応じて代替位置とすることができるか、または両方とも図示されているように使用することができる。リング・カソードがない場合であっても、２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、図７ＡおよびＢに示されているように、カソードの反対側に位置決めすることができ、これにより、堆積速度を高めることができる。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０（図２を参照）は、スパッタ・ガスおよび反応性ガスをコーティング・チャンバー２に供給するための１つまたは複数の入口２９を備える。マグネトロン・スパッタ・コーティング・デバイス１０は、コーティングのために、基板または他の物体２３のロードおよびアンロードを行うロード・ロック１を備える。これにより、蒸着チャンバー２はいつでも真空状態の下に留まることができる。
【００２７】
統合したアノードおよび活性化反応性源は、パルスＤＣマグネトロン・スパッタリング、ＤＣマグネトロン、ＡＣマグネトロン・スパッタリングおよびｒｆマグネトロン・スパッタリングで実現することができる。
【００２８】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、マイナスに帯電したカソードに電荷差を与える。次に、図２を参照すると、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０が、アノードを備える銅またはステンレス鋼２２の内側導電性表面を有し、直接的な結合先となる真空チャンバー２と連通するように第１の端部のところに単一の開口部２１を有するコンテナまたは容器の形で示されている。開口部２１は、容器の側部または端部に配置することができる。都合のよいように、開口部２１は、容器それ自体がチャンバー２の外側にあるチャンバー壁３２内に位置決めされうる。これにより、チャンバー内の空間効率が達成され、サービスアクセスがしやすくなる。開口部２１は、カソード１２に隣接して位置決めされ、これにより、ターゲットからのスパッタリングされた材料のプルームおよび活性化されイオン化された酸素のプルームを、できる限り近い位置で重なり合いコーティングされる基板に同時に到達するように近似的に位置決めする。容器２０の外面２６は、電気的に絶縁される。断面図では、動作中のアノードの温度を維持するために水冷パイプ２８がアノードの周りに実質的に配置されているように示されている。スパッタ・ガスおよび反応性ガス、酸素または窒素を容器２０内に入れるための導管を形成するようにガス入口２９が示されている。これらのガスを入口２９の前で混合するか、あるいは２つの別々の入口２９を容器２０内に結合することができる。反応性ガスの流れは、コーティング・デバイス１０が誘電体コーティングを形成しない場合に遮断されうるため、スパッタ・ガスのみが容器２０を貫流する。開口部２１のサイズは、比較的小さく、ガスの流れは、容器２０を局所的に加圧するように選択することができる。周が容器の周より著しく小さい、比較的小さな開口部２１、およびターゲットへの視線方向を外れた開口部２１の配置によって、コーティング材料がアノードの内側導電性表面２２に入り、コーティングすることが防止される。動作時に、容器２０は、コーティング・チャンバー２内のプラズマの形成を一緒になって促進するアルゴン・ガスおよび反応性ガスによってチャンバー圧力より高い圧力に加圧される。プラズマは、カソードからやってきて、アノードを通して電源に戻る高密度の電子によって点火され、その後維持電圧によって維持される。アルゴン・プラズマは、反応性ガスを同時に点火するのに十分であることが実証されている。真空コーティング・チャンバー２の残り部分より高い、容器２０内の圧力により、アノード電圧が低くなり、より安定したスパッタリング状態が促進されうる。プラス電源リード２５は、電源をアノードの内側導電性表面２２に接続する。図２に示されている統合したアノードおよび活性化反応性ガス源デバイス２０は、低いアノード電圧で、またアーク放電がほとんど、または全く発生することなく、機能するように設計された。プロセス変動を低減するために、約＋１５から＋８０ボルトの低いアノード電圧が好ましい。アノードの内側導電性表面２２は、絶縁体３３によって接地チャンバー壁３２から電気的に絶縁される。
【００２９】
好ましい一実施形態では、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、少なくともｄ＝１０ｃｍの直径および少なくともｈ＝２０ｃｍの長さを有する円筒形の容器を備え、真空チャンバー（２）への開口部（２１）は図２に示されているように一方の端部にあり、他方の端部では閉じている。低スパッタリング・プロセスでは、チャンバー圧力は、０．２６７Ｐａ（２ｍＴｏｒｒ）未満である。アノードにおけるより高い圧力は、アノード２０のより小さな開口部２１、および入口２９を介して容器２０内に入るプロセス・ガスおよび反応性ガスの制御された流れによって達成される。最適な開口部は、約２０ｃｍ２の面積を有し、好ましくは丸形である。動作時に、容器２０は、０．４００Ｐａ（３ｍＴｏｒｒ）を超える圧力に加圧されうる。
【００３０】
図４Ａおよび４Ｂに示されている、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスの一構成では、カソード１２は、その中心を中心軸Ｃに置いて配置される。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、カソード１２に隣接して配置される。コーティング領域に取り付けられた少なくとも１つの基板１７は、中心軸Ｃから統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０までの距離に実質的に等しい半径方向距離で中心軸Ｃの軌道の周りを回転し、これにより少なくとも１つの基板１７は統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の開口部２１を通り過ぎる。図３Ａ、Ｂのものと比べてこの構成ではターゲットの摩耗勾配は低いと予想されるが、それは、より高いプラズマ密度（高いＡｒイオン濃度）およびターゲットの毒作用が同じ場所にあるからである。
【００３１】
図５Ａおよび５Ｂに示されている、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスの別の構成では、カソード１２は、中心軸Ｃから一定の半径方向距離だけ平行移動される。１つまたは複数の基板１７が、カソード１２が平行移動される半径方向距離に等しい半径を有する軌道で回転する。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０も、カソード１２に隣接する中心から同じ半径方向距離のところに配置され、これにより、１つまたは複数の基板１７がカソード１２ならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０を立て続けに通り過ぎる。
【００３２】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、図１および図６に示されているように、マグネトロン・スパッタリング・デバイス内のリング・カソードの中心にある開口部２１とともに配置されうるが、それは、開口部２１が強磁界から比較的遠く離れているからである。これにより、システムの対称性が改善され、これによりターゲットの一様な摩耗パターンが生じると予想され、ターゲットの利用が改善する。
【００３３】
図６Ａおよび６Ｂに示されている好ましい一実施形態では、カソード１２の中心の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０として一緒に酸素源をアノード容器内に備えることによって、非常に対称的なシステムが構成され、ターゲットの摩耗は一様になると予想される。カソード１２から一定距離のところ（例えば、図１に示されているように２０１）に配置されている補助活性化反応性源は、より高い堆積速度を達成できるように追加して備えることができる。ターゲットからのスパッタリングされた材料のプルームおよび活性化されイオン化された酸素のプルームが重なり合いコーティングされる基板に同時に到達するときに、吸収率の低い金属酸化物のより高い堆積速度が達成されうることが、実験によって示されている。したがって、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０をターゲットの中心に置くことは、ほとんど理想的な解決策である。源からの放出物は、イオン化されるか、または他の何らかの方法で活性化された酸素種（例えば、原子状酸素、オゾン）としてよい。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０の開口部２１は、ちょうどカソード１２の中心のターゲットの表面の平面４４のところに位置決めされる。基板１７は、同心上のカソード１２ならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０の上で回転するように支持される。コーティングされる物体の表面の平面４６から容器２０の単一の開口部２１を含む平面までの距離は、コーティングされる物体の表面の平面からターゲットの表面の平面までの距離以上である。
【００３４】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスのさらなる例示的な構成が、図７Ａおよび７Ｂに示されており、そこでは、２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源容器２０がカソード１２の対向する側部に配置され、それぞれの容器２０およびカソードは中心回転軸Ｃから同じ半径方向距離のところに配置されている。コーティングされる１つまたは複数の基板に対する支持材は、カソードならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源より上に基板を通すために同じ半径方向距離のところで中心回転軸Ｃの周りの回転において基板を支持するように適合される。２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、両方とも連続的に使用することができるか、またはそれら２つの間で１Ｈｚ以上のサイクルにより交互することができる。
【００３５】
インラインにしたり、長方形または円筒形のカソードを使うなどの、異なるマグネトロン・プラットホームで使用する多数の他の構成も実現可能である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｃ 中心回転軸
１ ロード・ロック
２ コーティング・チャンバー
８ ポンプ
１０ マグネトロン・スパッタ・コーティング・デバイス
１２ カソード
１４ ターゲット
１４ 遊星歯車駆動装置
１６ キャリア
１７ 遊星歯車
１７ 基板
１９ アノード容器
２０ アノード容器、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源
２１ 開口部
２２ 銅またはステンレス鋼
２３ 物体
２５ プラス電源リード
２６ 外面
２８ 水冷パイプ
２９ 入口
３２ チャンバー壁
３３ 絶縁体
３６ 反応性ガス源
４４ ターゲットの表面の平面
４６ 表面の平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、材料を基板上に蒸着するためのマグネトロン・スパッタリング・デバイスに関するものである。より具体的には、本発明は、マグネトロン・スパッタリング・デバイスで使用するための統合したアノードおよび活性化反応性ガス源、ならびにそれを組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ・コーティングは、材料の薄膜を基板上に蒸着するための広く使用されている技術である。スパッタリング蒸着プロセスでは、通常、グロー放電においてガス原子と電子との衝突によってイオンが生成される。イオンは、ターゲット材の原子をターゲット表面から放出させる電界によってカソードのところのコーティング材料のターゲットへと加速される。基板は、放出される原子の一部をインターセプトするように好適な場所に置かれる。こうして、ターゲット材のコーティングが、基板の表面上に蒸着される。反応性スパッタリングでは、ガス状化学種も基板表面に存在し、ターゲット表面からの原子と反応し、いくつかの実施形態では結合し、所望のコーティング材料を形成する。
【０００３】
動作時に、スパッタ・ガス、例えば、アルゴンをコーティング・チャンバー内に入れると、カソードとアノードとの間に印加されるＤＣ電圧によって、このアルゴンがプラズマに電離し、プラスに帯電したアルゴン・イオンがマイナスに帯電したカソードに付着する。イオンは、実質的なエネルギーでカソードの前面のターゲットに当たり、ターゲット原子または原子クラスターをターゲットからスパッタリングさせる。ターゲット粒子の一部がコーティング対象のウェハまたは基板材料に当たって、堆積し、これにより薄膜を形成する。
【０００４】
堆積速度を高め、作動圧力を低くするために、磁気強化カソードが使用される。プレーナ・マグネトロンでは、カソードは、閉ループで配置され、コーティング材料の平坦なターゲット板に関して固定位置に取り付けられている永久磁石の配列を備える。したがって、磁界によって、電子が、ターゲット材料のスパッタリングまたは浸食が生じる経路または領域を画成する「レース・トラック」と一般に称される閉ループ内を移動する。マグネトロンのカソードでは、磁界がグロー放電プラズマを閉じ込め、電界の影響下で移動する電子の経路長を増大する。この結果、ガス原子−電子衝突確率が高まり、これにより、磁気閉じ込めを使用することなく得られる速度に比べてかなり高いスパッタリング速度が得られる。さらに、スパッタリング・プロセスは、かなり低いガス圧力で実行されうる。
【０００５】
典型的には，マグネトロン・スパッタリング・システムは、スパッタリング時に２＊１０＾−２Ｐａ〜１＊１０＾−１Ｐａまでの範囲の圧力で動作する。この圧力を確定するために、典型的には、チャンバーの圧力をポンプで＜１＊１０＾−４Ｐａに下げ、ガスの制御された流れ、典型的には（また、反応性スパッタリング・アルゴンおよび酸素または窒素の場合には）アルゴンをチャンバー内に供給し、所望の圧力を維持する。ダイオード・システムの場合、つまり、磁石が使用されない場合、プラズマを点火し、持続することができるためには＞２Ｐaの圧力が必要である。高圧には、平均自由行路が大幅に短縮され,広範なガス散乱を引き起こすという欠点がある。この結果、かすみがかったコーティングが生じる。
【０００６】
マグネトロン・スパッタリング・デバイスでは、アノードは、マイナスに帯電したカソードに電荷差を与える。これは、チャンバー壁に与えられる電荷と同じくらい単純に与えることができる。しかし、スパッタリングされた材料は、スパッタリングされた原子に暴露される表面上にも蒸着される。コーティングが、金属酸化物などの電気的絶縁材料である場合、スパッタリング装置の他の部分に材料が蓄積すると、問題が生じる可能性がある。特に、アノードに絶縁コーティングが蓄積すると、プラズマの荷電平衡を維持するために必要なアノードのプラズマから電子を取り除く能力が阻害される。このため、プラズマの安定性が損なわれ、蒸着の制御が妨げられる。コーティングの蓄積により、アノードの場所がシステム内の別の表面に移ることになる。このような不安定性は、コーティングの品質に影響を及ぼす。アノードがコーティング材料でコーティングされてしまうという問題を解決するために多数の従来技術によるアノードが提案されている。多くの従来技術によるアノードは、アーク放電を生じるという問題も大きくする非常に高い電圧で機能し、コーティングの品質を損なう。一貫したコーティング品質を確保するために安定したアノードの場所を提供することができる低電圧のアノードが望ましい。
【０００７】
アノード容器は、低電圧で安定したアノードの場所を形成することができる２００５年３月７日に出願した米国特許公開第２００６００４９０４１号において開示されている。アノードは、コーティング・チャンバーと連通する単一の開口部を有する容器の内面を備える。容器の内面は、電子のための好ましい帰路である。アノード容器は、アノード容器内の入口から単一の開口部を通りコーティング・チャンバー内に入る、スパッタ・ガスの供給源でもある。単一の開口部のサイズおよびその場所は、アノードの帯電した内面上にコーティング材料が蓄積するのを防ぐものである。
【０００８】
多くの光学コーティングは、酸化物または他の化合物の蒸着を必要とする。このような材料は、好ましくは、金属ターゲットがスパッタリングされ、酸素、窒素、他の反応性ガスがプロセスに加えられる反応性スパッタ・モードで生産される。スパッタリングされた材料および活性化酸素種は、基板に同時に到達する。最適な酸素分圧に対する、例えば酸素の、最適な流れを見つける必要がある。酸素流が低すぎる場合、薄膜は化学量論的でなく、高い吸収損失を有する。高すぎる場合、ターゲット表面は、可能な最高の堆積速度で必要な予防動作に比べて酸化の度合いが大きくなる。金属ターゲットに対するスパッタ速度は、完全酸化ターゲットのスパッタ速度より１０倍速いものとしてよい。酸化の有効性は、酸素が活性化され基板に向けられた場合に増大し、これにより、可能な体積速度が上がりうる。反応性スパッタ・プロセスは、酸化物に関して開示されている。すべての態様は、窒化物または他の反応性プロセスに同様に適用されうる。
【０００９】
光吸収プロファイルが低いか、またはまったくないマグネトロン・スパッタリング・デバイスで誘電体コーティングを生産するために、酸素または窒素を供給するための追加の活性化反応性ガス源を備えプラズマを形成することが必要になる。市販の活性化反応性ガス源の例として、ＪＤＳＵ社のＰＡＳ、ＰｒｏＶａｃ社のＴａｕｒｉｏｎ源、Ｋａｕｆｍａｎ ＆ Ｒｏｂｉｎｓｏｎ社のＫＲＩ源、Ｌｅｙｂｏｌｄ社のＡＰＳ源が挙げられる。現在の活性化反応性ガス源は複雑である。高価な電子機器を必要とするものもある。また寿命に限りのあるフィラメントを必要とするものもある。これらのデバイスは、非常に高価であり、頻繁なメンテナンスを必要とする場合がある。
【００１０】
アノード容器１９および独立した反応性ガス源３６の従来技術の構成は、図３Ａおよび３Ｂに例示されている。カソード１２は、中心回転軸Ｃのところの中心とともに位置決めされる。アルゴン・ガスのイオン化源をなすアノード容器１９は、カソード１２の一方の側に配置され、イオン化酸素の反応性ガス源３６は、カソード１２の反対側に配置される。基板１７は、反応性ガス源３６の上のカソード１２の周を回転する。標準のカソード１２を使用する反応性スパッタリングの場合、ターゲットの利用を制限するターゲット摩耗の大きな変動が観察されている。ターゲット１４は、反応性ガス（酸化）源３６に近い側の図３Ｂの断面内に示され、ターゲット摩耗は、ターゲット酸化（毒作用）の増大により、低いが、アノード１９に近い側では、ターゲット摩耗は、プラズマ密度の増大により、高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許公開第２００６００４９０４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マグネトロン・スパッタリング・デバイスにおけるより単純な、安価で、信頼性の高い、活性化反応性ガス源が、非常に望まれている。
【００１３】
反応性スパッタリングの堆積速度を高めるために蒸着された薄膜の酸化の効率を高めることも望まれている。
【００１４】
感温材料を加工することができるように、電力投入量が増えても低温プロセスを維持することも望まれている。
【００１５】
本発明では、アノード容器を反応性ガスの供給源と一体化することによって、活性化反応性化学種をマグネトロン・スパッタリング・デバイス内に供給し、より単純な、効率的で、費用効果の高いデバイスにおいて誘電体コーティングを施すことができることを発見した。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明は、コーティング材で物体をコーティングするためのマグネトロン・スパッタリング・デバイスであって、
動作時に排気がなされるように適合されたコーティング・チャンバーと、
コーティングを形成するための材料を備えたターゲットを含むカソードと、
コーティング領域内でコーティングされる物体を支持するための支持材を有する１つまたは複数のコーティング領域と、
容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源と
を備え、容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差をカソードに与えるためのアノードを備える容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された容器の絶縁外面と、
コーティング・チャンバーと連通する容器内部への単一の開口部と、スパッタリング・ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む。
【００１７】
容器の絶縁された外面がコーティング・チャンバーの外部に配置された本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００１８】
コーティングされる物体の表面の平面から容器の単一の開口部を含む平面までの距離が、コーティングされる物体の表面の平面からターゲットの表面の平面までの距離以上である本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００１９】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を補強するためにさらなる反応性ガス源を含む本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００２０】
本発明の一実施形態は、容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を備え、容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差をカソードに与えるためのアノードを備える容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された容器の絶縁外面と、
コーティング・チャンバーと連通する単一の開口部と、
スパッタリング・ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを単一の開口部を通してコーティング・チャンバー内に送り込むための容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む。
【００２１】
スパッタリング・ガスおよび反応性ガスが単一の入口を通して容器内に供給される本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００２２】
スパッタリング・ガスおよび反応性ガスが別々の入口を通して容器内に供給される本発明の一実施形態がさらに画定される。
【００２３】
次に本発明の例示的な実施形態について、図面に従って説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】外壁を一部取り外した本発明のコーティング・システムの等角図である。
【図２】マグネトロン・スパッタリング・デバイスで使用するためのアノード容器の断面図である。
【図３Ａ】従来技術の独立したアノード容器および活性化反応性ガス源の概略上面図である。
【図３Ｂ】従来技術の独立したアノード容器および活性化反応性ガス源の概略断面図である。
【図４Ａ】統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を含む本発明によるコーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【図５Ａ】コーティングされる基板がカソードを通り過ぎる、本発明による代替的コーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【図６Ａ】統合したアノードおよび活性化反応性ガス源がリンク形状のカソードの中心に配置されている本発明によるコーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図６Ｂ】図６Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【図７Ａ】２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源が組み込まれている本発明によるコーティング幾何学的形状の概略上面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのコーティング幾何学的形状の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
典型的な配置構成による２００５年３月７日に出願した米国特許公開第２００６００４９０４１号において開示されているアノード容器がプラズマを含むことに私たちは気づいた。プラズマは、カソード１２からやってきて、アノード２０を通して電源に戻る高密度の電子によって点火される。イオン生成および活性化学種の生成の効果は、エネルギーｅ- ＋Ａｒ＝＞２ｅ- ＋Ａｒ+ またはエネルギーｅ- ＋Ａｒ＝＞ｅ- ＋Ａｒ* というカソードで発生する反応と類似している。アルゴン原子のこのような活性化なしでは、アノードにプラズマは見られない。活性化およびイオン化された酸素を発生するかどうかを調べるために、アノードへの酸素追加を調べることに決めた。酸素供給をアノード容器２０に結合することによって、透明ＳｉＯ２単層を蒸着することができた。これは、アルゴンおよび酸素とともに動作するアノードが、アノードおよび活性化反応性ガス源として動作することを示す明確な指標である。それに加えて、アノードの内壁の酸化は観察されなかった。
【００２６】
マグネトロン・スパッタ・コーティング・デバイス１０のコーティング・チャンバー２の等角図が図１に示されている。圧力が大気圧より低い場合を意味すると理解される真空状態下で動作するようにポンプ８によりコーティング・チャンバー２の排気を行う。チャンバー壁３２を接地し、プラスに帯電したアノード２０およびマイナスに帯電したカソード１２から絶縁する。遊星歯車駆動装置１４は、中心回転軸Ｃを中心として回転可能なキャリア１６またはラックを備え、複数の、例えば７つまたは８つの、遊星歯車１７が中心回転軸Ｃを中心として半径方向に指示されている。リング形状のカソード１２、この実施形態では２つのカソード１２が図示されている。容器２０１は、コーティング・チャンバー２と連通している開口部を有する統合したアノードおよび活性化ガス源を構成する。参照番号２０１および２０２で、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０の異なる位置を区別する。追加の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０２は、カソード１２の中心に示されている。これらの位置は、リング・カソードまたは固体カソードが使用されるかどうかに応じて代替位置とすることができるか、または両方とも図示されているように使用することができる。リング・カソードがない場合であっても、２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、図７ＡおよびＢに示されているように、カソードの反対側に位置決めすることができ、これにより、堆積速度を高めることができる。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０（図２を参照）は、スパッタ・ガスおよび反応性ガスをコーティング・チャンバー２に供給するための１つまたは複数の入口２９を備える。マグネトロン・スパッタ・コーティング・デバイス１０は、コーティングのために、基板または他の物体２３のロードおよびアンロードを行うロード・ロック１を備える。これにより、蒸着チャンバー２はいつでも真空状態の下に留まることができる。
【００２７】
統合したアノードおよび活性化反応性源は、パルスＤＣマグネトロン・スパッタリング、ＤＣマグネトロン、ＡＣマグネトロン・スパッタリングおよびｒｆマグネトロン・スパッタリングで実現することができる。
【００２８】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、マイナスに帯電したカソードに電荷差を与える。次に、図２を参照すると、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０が、アノードを備える銅またはステンレス鋼２２の内側導電性表面を有し、直接的な結合先となる真空チャンバー２と連通するように第１の端部のところに単一の開口部２１を有するコンテナまたは容器の形で示されている。開口部２１は、容器の側部または端部に配置することができる。都合のよいように、開口部２１は、容器それ自体がチャンバー２の外側にあるチャンバー壁３２内に位置決めされうる。これにより、チャンバー内の空間効率が達成され、サービスアクセスがしやすくなる。開口部２１は、カソード１２に隣接して位置決めされ、これにより、ターゲットからのスパッタリングされた材料のプルームおよび活性化されイオン化された酸素のプルームを、できる限り近い位置で重なり合いコーティングされる基板に同時に到達するように近似的に位置決めする。容器２０の外面２６は、電気的に絶縁される。断面図では、動作中のアノードの温度を維持するために水冷パイプ２８がアノードの周りに実質的に配置されているように示されている。スパッタ・ガスおよび反応性ガス、酸素または窒素を容器２０内に入れるための導管を形成するようにガス入口２９が示されている。これらのガスを入口２９の前で混合するか、あるいは２つの別々の入口２９を容器２０内に結合することができる。反応性ガスの流れは、コーティング・デバイス１０が誘電体コーティングを形成しない場合に遮断されうるため、スパッタ・ガスのみが容器２０を貫流する。開口部２１のサイズは、比較的小さく、ガスの流れは、容器２０を局所的に加圧するように選択することができる。周が容器の周より著しく小さい、比較的小さな開口部２１、およびターゲットへの視線方向を外れた開口部２１の配置によって、コーティング材料がアノードの内側導電性表面２２に入り、コーティングすることが防止される。動作時に、容器２０は、コーティング・チャンバー２内のプラズマの形成を一緒になって促進するアルゴン・ガスおよび反応性ガスによってチャンバー圧力より高い圧力に加圧される。プラズマは、カソードからやってきて、アノードを通して電源に戻る高密度の電子によって点火され、その後維持電圧によって維持される。アルゴン・プラズマは、反応性ガスを同時に点火するのに十分であることが実証されている。真空コーティング・チャンバー２の残り部分より高い、容器２０内の圧力により、アノード電圧が低くなり、より安定したスパッタリング状態が促進されうる。プラス電源リード２５は、電源をアノードの内側導電性表面２２に接続する。図２に示されている統合したアノードおよび活性化反応性ガス源デバイス２０は、低いアノード電圧で、またアーク放電がほとんど、または全く発生することなく、機能するように設計された。プロセス変動を低減するために、約＋１５から＋８０ボルトの低いアノード電圧が好ましい。アノードの内側導電性表面２２は、絶縁体３３によって接地チャンバー壁３２から電気的に絶縁される。
【００２９】
好ましい一実施形態では、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、少なくともｄ＝１０ｃｍの直径および少なくともｈ＝２０ｃｍの長さを有する円筒形の容器を備え、真空チャンバー（２）への開口部（２１）は図２に示されているように一方の端部にあり、他方の端部では閉じている。低スパッタリング・プロセスでは、チャンバー圧力は、０．２６７Ｐａ（２ｍＴｏｒｒ）未満である。アノードにおけるより高い圧力は、アノード２０のより小さな開口部２１、および入口２９を介して容器２０内に入るプロセス・ガスおよび反応性ガスの制御された流れによって達成される。最適な開口部は、約２０ｃｍ２の面積を有し、好ましくは丸形である。動作時に、容器２０は、０．４００Ｐａ（３ｍＴｏｒｒ）を超える圧力に加圧されうる。
【００３０】
図４Ａおよび４Ｂに示されている、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスの一構成では、カソード１２は、その中心を中心軸Ｃに置いて配置される。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、カソード１２に隣接して配置される。コーティング領域に取り付けられた少なくとも１つの基板１７は、中心軸Ｃから統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０までの距離に実質的に等しい半径方向距離で中心軸Ｃの軌道の周りを回転し、これにより少なくとも１つの基板１７は統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の開口部２１を通り過ぎる。図３Ａ、Ｂのものと比べてこの構成ではターゲットの摩耗勾配は低いと予想されるが、それは、より高いプラズマ密度（高いＡｒイオン濃度）およびターゲットの毒作用が同じ場所にあるからである。
【００３１】
図５Ａおよび５Ｂに示されている、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスの別の構成では、カソード１２は、中心軸Ｃから一定の半径方向距離だけ平行移動される。１つまたは複数の基板１７が、カソード１２が平行移動される半径方向距離に等しい半径を有する軌道で回転する。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０も、カソード１２に隣接する中心から同じ半径方向距離のところに配置され、これにより、１つまたは複数の基板１７がカソード１２ならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０を立て続けに通り過ぎる。
【００３２】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、図１および図６に示されているように、マグネトロン・スパッタリング・デバイス内のリング・カソードの中心にある開口部２１とともに配置されうるが、それは、開口部２１が強磁界から比較的遠く離れているからである。これにより、システムの対称性が改善され、これによりターゲットの一様な摩耗パターンが生じると予想され、ターゲットの利用が改善する。
【００３３】
図６Ａおよび６Ｂに示されている好ましい一実施形態では、カソード１２の中心の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０として一緒に酸素源をアノード容器内に備えることによって、非常に対称的なシステムが構成され、ターゲットの摩耗は一様になると予想される。カソード１２から一定距離のところ（例えば、図１に示されているように２０１）に配置されている補助活性化反応性源は、より高い堆積速度を達成できるように追加して備えることができる。ターゲットからのスパッタリングされた材料のプルームおよび活性化されイオン化された酸素のプルームが重なり合いコーティングされる基板に同時に到達するときに、吸収率の低い金属酸化物のより高い堆積速度が達成されうることが、実験によって示されている。したがって、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０をターゲットの中心に置くことは、ほとんど理想的な解決策である。源からの放出物は、イオン化されるか、または他の何らかの方法で活性化された酸素種（例えば、原子状酸素、オゾン）としてよい。統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０の開口部２１は、ちょうどカソード１２の中心のターゲットの表面の平面４４のところに位置決めされる。基板１７は、同心上のカソード１２ならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０の上で回転するように支持される。コーティングされる物体の表面の平面４６から容器２０の単一の開口部２１を含む平面までの距離は、コーティングされる物体の表面の平面からターゲットの表面の平面までの距離以上である。
【００３４】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を組み込んだマグネトロン・スパッタリング・デバイスのさらなる例示的な構成が、図７Ａおよび７Ｂに示されており、そこでは、２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源容器２０がカソード１２の対向する側部に配置され、それぞれの容器２０およびカソードは中心回転軸Ｃから同じ半径方向距離のところに配置されている。コーティングされる１つまたは複数の基板に対する支持材は、カソードならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源より上に基板を通すために同じ半径方向距離のところで中心回転軸Ｃの周りの回転において基板を支持するように適合される。２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源２０は、両方とも連続的に使用することができるか、またはそれら２つの間で１Ｈｚ以上のサイクルにより交互することができる。
【００３５】
インラインにしたり、長方形または円筒形のカソードを使うなどの、異なるマグネトロン・プラットホームで使用する多数の他の構成も実現可能である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｃ 中心回転軸
１ ロード・ロック
２ コーティング・チャンバー
８ ポンプ
１０ マグネトロン・スパッタ・コーティング・デバイス
１２ カソード
１４ ターゲット
１４ 遊星歯車駆動装置
１６ キャリア
１７ 遊星歯車
１７ 基板
１９ アノード容器
２０ アノード容器、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源
２１ 開口部
２２ 銅またはステンレス鋼
２３ 物体
２５ プラス電源リード
２６ 外面
２８ 水冷パイプ
２９ 入口
３２ チャンバー壁
３３ 絶縁体
３６ 反応性ガス源
４４ ターゲットの表面の平面
４６ 表面の平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティング材で物体をコーティングするためのマグネトロン・スパッタリング・デバイスであって、
動作時に排気がなされるように適合されたコーティング・チャンバーと、
コーティングを形成するための材料を備えたターゲットを含むカソードと、
コーティング領域内でコーティングされる物体を支持するための支持材を有する１つまたは複数のコーティング領域と、
容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源と
を備え、前記容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、前記アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差を前記カソードに与えるための前記アノードを備える前記容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された前記容器の絶縁外面と、
前記コーティング・チャンバーと連通する前記容器内部への単一の開口部と、
スパッタリング・ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む、マグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項２】
前記単一の開口部は、前記内部導電性表面をほとんどのスパッタリングされた材料から遮蔽して保護するために、前記容器の周より小さい請求項１に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項３】
前記単一の開口部は、前記容器内の局所的な圧力が前記コーティング・チャンバー内の圧力より高くなるようにスパッタ・ガスおよび反応性ガスの流れが選択されうるように寸法が決められる請求項２に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項４】
前記容器の前記内部導電性表面を含む前記アノードに印加される電圧は、１５から８０ボルトである請求項３に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項５】
前記スパッタリング・ガスは、アルゴンであり、前記反応性ガスは、酸素または窒素である請求項４に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項６】
前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を構成する前記容器の前記単一の開口部は、前記カソードと同じ、また隣接する壁において前記コーティング・チャンバーの壁に結合される請求項５に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項７】
前記容器の前記絶縁外面は、前記コーティング・チャンバーの外部に配置される請求項６に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項８】
コーティングされる前記物体の表面の平面から前記容器の前記単一の開口部を含む平面までの距離は、コーティングされる前記物体の前記表面の平面から前記ターゲットの表面の平面までの距離以上である請求項７に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項９】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を構成する２つまたはそれ以上の容器は、前記カソードに隣接する実質的に反対側の位置に配置される請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１０】
前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を補強するためにさらなる反応性ガス源を含む請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１１】
前記カソードは、リング形状のターゲットを有するリング形状であり、前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を構成する前記容器は、前記リング形状のカソードの中心に配置される請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１２】
前記リング形状のカソードは、中心回転軸から一定の半径方向距離のところに配置され、前記１つまたは複数のコーティング領域は、動作時に前記コーティング領域が前記カソードの中心において前記リング・カソードならびに前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の真上を通るように同じ半径方向距離のところで前記中心回転軸の周りを回転するように適合される請求項１１に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のコーティング領域は、前記カソードの中心点と一致する中心回転軸の周りを回転するように適合され、前記コーティング領域および前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、前記中心回転軸から同じ半径方向距離のところに配置され、これにより動作時に前記コーティング領域は前記容器の前記単一の開口部の真上を通る請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１４】
前記カソードならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、中心回転軸から一定の半径方向距離のところに互いに隣接するように配置され、前記コーティング領域は、前記中心回転軸から同じ半径方向距離のところで回転するように適合され、これにより動作時に前記コーティング領域は前記カソードならびに前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の真上を通る請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１５】
前記カソードは、中心回転軸から一定の半径方向距離のところに配置され、２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、前記カソードのいずれかの側の前記中心回転軸から同じ半径方向距離のところに配置され、前記コーティング領域は、前記カソードならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源と同じ半径方向距離のところで前記中心回転軸の周りを回転するように適合され、これにより動作時に前記コーティング領域は前記カソードならびに前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の真上を通る請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１６】
前記２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、動作時に連続運転する請求項１５に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１７】
前記２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、間欠的に動作し、１Ｈｚ以上のサイクルによりこれら２つの間で交互動作する請求項１５に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１８】
容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源であって、
前記容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、前記アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差をカソードに与えるための前記アノードを備える前記容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された前記容器の絶縁外面と、
コーティング・チャンバーと連通する単一の開口部と、
スパッタリング・ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項１９】
前記単一の開口部は、前記内部導電性表面をほとんどのスパッタリングされた材料から遮蔽して保護するために、前記容器の周より小さい請求項１８に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２０】
前記単一の開口部は、前記容器内の局所的な圧力が前記コーティング・チャンバー内の圧力より高くなるようにスパッタ・ガスおよび反応性ガスの流れが選択されうるように寸法が決められる請求項１９に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２１】
前記容器の前記内部導電性表面を含む前記アノードに印加される電圧は、１５から８０ボルトである請求項２０に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２２】
前記スパッタリング・ガスおよび反応性ガスは、単一の入口を通して前記容器内に供給される請求項２１に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２３】
前記スパッタリング・ガスおよび反応性ガスは、別々の入口を通して前記容器内に供給される請求項２１に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項１】
コーティング材で物体をコーティングするためのマグネトロン・スパッタリング・デバイスであって、
動作時に排気がなされるように適合されたコーティング・チャンバーと、
コーティングを形成するための材料を備えたターゲットを含むカソードと、
コーティング領域内でコーティングされる物体を支持するための支持材を有する１つまたは複数のコーティング領域と、
容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源と
を備え、前記容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、前記アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差を前記カソードに与えるための前記アノードを備える前記容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された前記容器の絶縁外面と、
前記コーティング・チャンバーと連通する前記容器内部への単一の開口部と、
スパッタリング・ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む、マグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項２】
前記単一の開口部は、前記内部導電性表面をほとんどのスパッタリングされた材料から遮蔽して保護するために、前記容器の周より小さい請求項１に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項３】
前記単一の開口部は、前記容器内の局所的な圧力が前記コーティング・チャンバー内の圧力より高くなるようにスパッタ・ガスおよび反応性ガスの流れが選択されうるように寸法が決められる請求項２に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項４】
前記容器の前記内部導電性表面を含む前記アノードに印加される電圧は、１５から８０ボルトである請求項３に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項５】
前記スパッタリング・ガスは、アルゴンであり、前記反応性ガスは、酸素または窒素である請求項４に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項６】
前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を構成する前記容器の前記単一の開口部は、前記カソードと同じ、また隣接する壁において前記コーティング・チャンバーの壁に結合される請求項５に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項７】
前記容器の前記絶縁外面は、前記コーティング・チャンバーの外部に配置される請求項６に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項８】
コーティングされる前記物体の表面の平面から前記容器の前記単一の開口部を含む平面までの距離は、コーティングされる前記物体の前記表面の平面から前記ターゲットの表面の平面までの距離以上である請求項７に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項９】
統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を構成する２つまたはそれ以上の容器は、前記カソードに隣接する実質的に反対側の位置に配置される請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１０】
前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を補強するためにさらなる反応性ガス源を含む請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１１】
前記カソードは、リング形状のターゲットを有するリング形状であり、前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源を構成する前記容器は、前記リング形状のカソードの中心に配置される請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１２】
前記リング形状のカソードは、中心回転軸から一定の半径方向距離のところに配置され、前記１つまたは複数のコーティング領域は、動作時に前記コーティング領域が前記カソードの中心において前記リング・カソードならびに前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の真上を通るように同じ半径方向距離のところで前記中心回転軸の周りを回転するように適合される請求項１１に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のコーティング領域は、前記カソードの中心点と一致する中心回転軸の周りを回転するように適合され、前記コーティング領域および前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、前記中心回転軸から同じ半径方向距離のところに配置され、これにより動作時に前記コーティング領域は前記容器の前記単一の開口部の真上を通る請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１４】
前記カソードならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、中心回転軸から一定の半径方向距離のところに互いに隣接するように配置され、前記コーティング領域は、前記中心回転軸から同じ半径方向距離のところで回転するように適合され、これにより動作時に前記コーティング領域は前記カソードならびに前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の真上を通る請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１５】
前記カソードは、中心回転軸から一定の半径方向距離のところに配置され、２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、前記カソードのいずれかの側の前記中心回転軸から同じ半径方向距離のところに配置され、前記コーティング領域は、前記カソードならびに統合したアノードおよび活性化反応性ガス源と同じ半径方向距離のところで前記中心回転軸の周りを回転するように適合され、これにより動作時に前記コーティング領域は前記カソードならびに前記統合したアノードおよび活性化反応性ガス源の真上を通る請求項８に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１６】
前記２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、動作時に連続運転する請求項１５に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１７】
前記２つの統合したアノードおよび活性化反応性ガス源は、間欠的に動作し、１Ｈｚ以上のサイクルによりこれら２つの間で交互動作する請求項１５に記載のマグネトロン・スパッタリング・デバイス。
【請求項１８】
容器を備える統合したアノードおよび活性化反応性ガス源であって、
前記容器は、
電源のプラス出力に電気的に結合され、前記アノードが電子の好ましい帰路となるように電圧差をカソードに与えるための前記アノードを備える前記容器の内部導電性表面と、
チャンバー壁から電気的に絶縁された前記容器の絶縁外面と、
コーティング・チャンバーと連通する単一の開口部と、
スパッタリング・ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されているスパッタリング・ガスの供給源と、
反応性ガスを前記単一の開口部を通して前記コーティング・チャンバー内に送り込むための前記容器に結合されている反応性ガスの供給源と
を含む、統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項１９】
前記単一の開口部は、前記内部導電性表面をほとんどのスパッタリングされた材料から遮蔽して保護するために、前記容器の周より小さい請求項１８に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２０】
前記単一の開口部は、前記容器内の局所的な圧力が前記コーティング・チャンバー内の圧力より高くなるようにスパッタ・ガスおよび反応性ガスの流れが選択されうるように寸法が決められる請求項１９に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２１】
前記容器の前記内部導電性表面を含む前記アノードに印加される電圧は、１５から８０ボルトである請求項２０に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２２】
前記スパッタリング・ガスおよび反応性ガスは、単一の入口を通して前記容器内に供給される請求項２１に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【請求項２３】
前記スパッタリング・ガスおよび反応性ガスは、別々の入口を通して前記容器内に供給される請求項２１に記載の統合したアノードおよび活性化反応性ガス源。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−２１９３７４（Ｐ２０１２−２１９３７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２１８９４０（Ｐ２０１１−２１８９４０）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（５０２１５１８２０）ジェイディーエス ユニフェイズ コーポレーション (90)
【氏名又は名称原語表記】ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【住所又は居所原語表記】４３０ Ｎ． ＭｃＣａｒｔｈｙ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ９５０３５， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８９４０（Ｐ２０１１−２１８９４０）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（５０２１５１８２０）ジェイディーエス ユニフェイズ コーポレーション (90)
【氏名又は名称原語表記】ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【住所又は居所原語表記】４３０ Ｎ． ＭｃＣａｒｔｈｙ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ９５０３５， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]