(57)【要約】【課題】磁気促進大電力スパッタリング法において、イオン化度を高くし、同時にターゲットの表面から正の電荷を除去し、ターゲットの加熱を防止すると共に、ターゲット材料の利用率を高くすること。【解決手段】プロセスチャンバ内で、あるシーケンスの複合放電パルスを発生し、スパッタリングガスをイオン化する大電力パルス化マグネトロンスパッタリング法において、この複合放電パルスは、第１のパルス時間（τ１）の間印加される大電力スパッタリングパルス（１０）と第２のパルス時間（τ２）の間印加されるターゲット上の電荷を除去する小電力電荷除去パルス（１１）とを含み、前記第２パルス時間（τ２）に対する前記第１パルス時間（τ１）の比（τ１／τ２）は最大で０.５である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングガス（７）をイオン化するため、プロセスチャンバ（２）内で電気エネルギー源（３）によってアノード（５）とカソード（６）との間に電圧（Ｖ）を印加することにより、あるシーケンスの複合放電パルス（４）を発生し、この複合放電パルス（４）は複合パルス時間（τ）の間印加され、前記カソード（６）は基板（９）をコーティングするためにスパッタリングすべき材料を含むターゲット（８）を有し、前記複合放電パルス（４）は前記アノード（５）に対して負極性を有し、第１のパルス時間（τ１）の間印加される大電力スパッタリングパルス（１０）を含み、前記大電力スパッタリングパルス（１０）の後に前記アノード（５）に対して正極性を有する小電力電荷除去パルス（１１）が続き、この小電力電荷除去パルス（１１）は第２のパルス時間（τ２）の間印加される大電力パルス化マグネトロンスパッタリング方法において、
前記第２パルス時間（τ２）に対する前記第１パルス時間（τ１）の比（τ１／τ２）は最大で０.５であることを特徴とする、大電力パルス化マグネトロンスパッタリング方法。
【請求項２】
前記第２パルス時間（τ２）に対する前記第１パルス時間（τ１）の比（τ１／τ２）は、０.００５と０.５の間、特に０.０１と０.２５の間、好ましくは０.０５と０.１の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記小電力電荷除去パルス（１１）の後、別の大電力スパッタリングパルス（１０）が印加される前に、第３パルス時間（τ３）の間前記アノード（５）と前記カソード（６）との間の電圧（Ｖ）がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされる、請求項１または２のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記大電力スパッタリングパルス（１０）の後、前記小電力電荷除去パルス（１１）が印加される前に、第３パルス時間（τ３）の間前記アノード（５）と前記カソード（６）との間の電圧（Ｖ）がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされる、請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記小電力電荷除去パルス（１１）の後、別の大電力スパッタリングパルス（１０）が印加される前に、第３パルス時間（τ３）の間前記アノード（５）と前記カソード（６）との間の電圧（Ｖ）がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされ、前記大電力スパッタリングパルス（１０）の後、前記小電力電荷除去パルス（１１）が印加される前に、第３パルス時間（τ３）の間前記アノード（５）と前記カソード（６）との間の電圧（Ｖ）がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされる、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記アノード（５）と前記カソード（６）との間に一定の正の電圧（Ｖｐ）を永続的に印加し、更に前記永続的に印加される一定の正の電圧（Ｖｐ）と同じ振幅を有する負の電圧（Ｖｎ）を前記アノード（５）と前記カソード（６）との間に印加することにより、前記第３パルス時間（τ３）の間前記アノード（５）と前記カソード（６）との間の前記電圧（Ｖ）をゼロにセットする、請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記大電力スパッタリングパルス（１０）および／または前記小電力電荷除去パルス（１１）は、低周波数のＡＣ電圧、特に整流された低周波のＡＣ電圧であり、好ましくはＤＣ電圧パルスである、請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記大電力スパッタリングパルス（１０）および／または小電力電荷除去パルス（１１）の周波数は、０Ｈｚと１０ｋＨｚの間、特に１０Ｈｚと５ｋＨｚの間、好ましくは２５Ｈｚと２ｋＨｚの間である、請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記大電力スパッタリングパルス（１０）の電圧は、１００Ｖと３０００Ｖの間、好ましくは４００Ｖと２０００Ｖの間、および／または前記小電力電荷除去パルス（１１）の電圧は０Ｖと５００Ｖの間、好ましくは１Ｖと３００Ｖの間、特に１Ｖと１０Ｖの間または１Ｖと１００Ｖの間である、請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記大電力スパッタリングパルス（１０）の前記第１パルス時間（τ１）は、１μｓと５０００μｓの間、特に１００μｓと１０００μｓの間、好ましくは２５μｓと２０００μｓの間である、請求項１から９のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記小電力電荷除去パルス（１１）の前記第２パルス時間（τ２）は、２５μｓより長く、特に１ｍｓより長く、または２５ｍｓより長く、および／または前記複合パルス時間（τ）は、５０μｓと１０００ｍｓの間、特に５００μｓと５００ｍｓの間、好ましくは１ｍｓと１００ｍｓの間である、請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記大電力スパッタリングパルス（１０）のピーク電流密度は、０.０５Ａ／ｃｍ２と５Ａ／ｃｍ２の間、特に０.５Ａ／ｃｍ２と２Ａ／ｃｍ２の間、好ましくは０.１Ａ／ｃｍ２と３Ａ／ｃｍ２の間であり、および／または前記大電力スパッタリングパルス（１０）のピーク電力は、０.１ＭＷと３ＭＷの間、特に０.５ＭＷと２ＭＷの間、好ましくは約１ＭＷである、請求項１から１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記スパッタリングガス（７）のイオン化度は、３％と１００％の間、特に６％と９０％の間、または３０％と４０％の間、好ましくは約９０％である、請求項１から１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板（９）をコーティングするための前記スパッタリング法は、反応性スパッタリング法または非反応性スパッタリング法であり、および／または前記基板（９）にはセラミック材料、特に窒化物および／または酸化物および／または炭化物がコーティングされる、請求項１から１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するための複合放電パルス（４）を発生するための大電力電気エネルギー源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれのカテゴリーの独立請求項の前文に記載の、大電力パルス化マグネトロンスパッタリング方法および大電力電気エネルギー源に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングコーティング法では、ある種の蒸気を発生し、この蒸気の原子または分子をコーティングすべき基板に衝突させる。スパッタリングガスと称されるガスから発生されたイオンをターゲットに衝突させることによって蒸気を発生するようになっている。このスパッタリングガスは、例えばアルゴンのような不活性ガスとすることができる。放電を生じさせ、それによってガスをイオン化する電子を発生することにより、イオンを生じさせる。磁気促進スパッタリング、すなわちマグネトロンスパッタリングでは、放電内で生じた電子をトラップし、濃縮し、電子のクラウドを形成するよう磁界を発生させる。磁界の形状を適当にするために、ターゲットの表面に位置し、電子密度が高くなっているこの電子クラウドは、ターゲット表面に近い領域におけるスパッタリングガスのイオン化を生じさせる。ターゲットの電気的なポテンシャルは、電子クラウドが形成される領域のポテンシャルよりも低く、ターゲットは正イオンを引き寄せ、正イオンは高速度でターゲットに向かって移動する。これらイオンのターゲットへの衝撃は、ターゲット材料から原子を剥ぎ取る。こうして剥ぎ取られた原子は、ターゲット表面の外側の領域に向かって移動し、更に放電が生じ、ターゲットがある全空間内に進入する。これらの原子は、前記空間の壁に完全に堆積され、よって基板の表面にも堆積される。
【０００３】
磁気閉じ込め法を使用するこの方法のイオン化効率は、他のスパッタリング法と比較して比較的高いので、比較的低い電力レベルを使用することができ、かつ同時に高いスパッタリングレートを得ることができる。磁界強度線に垂直な方向の電子の損失は、磁界の幾何学的形状を適当に設計することによって抑制されるので、基板への衝突が最小となり、特に基板上での膜成長時における基板の加熱は他のスパッタリング法の場合よりも大幅に少ない。磁界強度線の方向への電子損失は、磁界の幾何学的形状と電界の幾何学的形状との組み合わせにより決定され、この組み合わせは、いわゆる電子のミラー閉じ込め部を形成するように設計できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２９６，７４２Ｂ１号
【特許文献２】米国特許第５，０１５，４９３Ａ１号
【特許文献３】国際特許出願第ＷＯ２００６／０４９５６６Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マグネトロンスパッタリング法には、他のスパッタリング法と比較してある欠点がある。最も重要な欠点の１つは、ターゲットの利用率が低く、それに付随する効果として、堆積される層の厚さが不均一となることである。このことは、基本的には電子温度が低いためスパッタリングガスの利用が局部的になることから生じるものである。低い電子温度および磁界と電界の幾何学的形状から生じる閉じ込め効果により、イオン化を生じさせる電子は、ターゲットの表面より上の領域またはターゲットの表面から短距離にある狭い領域に集中する。これら狭い領域は、磁界を生じさせるために使用される磁石の極の間にも存在する。これら局部的な狭い領域では、スパッタリングガスのほとんどがイオン化される。イオン化後イオンが移動し、実質的にターゲットの表面に垂直な経路を通ってターゲットの表面に向かってイオンが移動し加速される。したがって、イオン領域の位置はターゲット表面にマッピングされ、ターゲットの不均一な侵食（エロージョン）または摩耗となる。このことはまた、完全に侵食されるまでターゲットの限定された部分しか利用できない状況を生じさせる。
【０００６】
印加される電圧を高くすることにより、イオン化されたガスの量を増加することができるが、アークが生じる確率も極めて高くなり得る。
【０００７】
磁気促進スパッタリングは、例えば物体を種々の材料でコーティングするために科学技術で広く使用されている。磁気促進スパッタリングを使用する最も重要な分野では、加工品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装置を一般に使用する。更に、極めて低い気圧を生じさせるスパッタリングイオンポンプでも、ある対象物のコーティングが主な目的でない磁気促進スパッタリング法が使用されるが、このプロセスでは、チャンバの壁表面にスパッタリングされた新しい原子が堆積されるとき、この表面はイオン化ガスの分子または原子を吸着し、イオン化ガスの圧力を低下させる。
【０００８】
スパッタリングイオンポンプは、今日、高い真空が必要とされかつ使用される、科学技術の多数の異なる分野で使用されている。科学では、例えば原子物理学、粒子加速器における核物理学、固体物理学、熱核融合の研究のためのプラズマ物理学、電子工学およびマイクロ電子工学における異なる研究、および光学的デバイスや機器などのための層を堆積するプロセスの開発では、スパッタリングイオンポンプが使用されている。技術の分野では、エレクトロニクスおよびマイクロエレクトロニクスの回路を製造するための処理、レンズおよび鏡板のような光学的デバイスのためのコーティングを作製する工業用粒子加速器、研削および研磨工具の製造、更に他の多くの分野においても、スパッタリングイオンポンプが使用されている。
【０００９】
しかしながら、従来のスパッタリングイオンポンプだけでなく、今日使用されている他のスパッタリングデバイスにはある欠点がある。
【００１０】
最も重要な欠点は、スパッタリング法で使用される放電中に、電極が加熱されることによって電極の脱ガスが生じることから、放電電力が限られることである。従来のスパッタリング方法で使用される放電電力が過度に高くなった場合、電極もかなり加熱され、電極の脱ガスレートは電極のガス吸着強度を越える。この現象は、１０−２〜１０−５Ｔｏｒｒの圧力のレンジ内で最もクリティカルである。したがって、１０−２〜１０−３Ｔｏｒｒの圧力レンジ内で従来のスパッタリングイオンポンプの作動がスタートするとき、ポンプの動作は、電極間の電圧が約−２００Ｖという低い値になっていること、および放電電流が大きいことを特徴とする。このように電圧が低くなっていることにより、原子／分子を吸着するためのスパッタリング（ゲッタースパッタリングとも称される）の効率は極めて低く、よってポンピング速度も極めて低い。放電電流を増加した場合、電極の温度も高くなるので、電極を脱ガスするレートも高くなる。更に、１０−３〜１０−５Ｔｏｒｒのより低い圧力レンジでは、放電電流はまだ大き過ぎ、放電電力を制限する必要がある。
【００１１】
更にスパッタリング、特にマグネトロンスパッタリングによるコーティングは、多数の技術分野で使用されている。このスパッタリングは腐食防止コーティング、耐摩耗コーティング、耐熱コーティング、装飾コーティング、光学的コーティング、ディスプレイのための透明な導電性コーティング、金属性の膜によるポリマーのコーティング、磁気メモリのための強磁性コーティング、メモリセルのための超導電性コーティング、光およびＸ線パターンのための超微細コーティング、ハードコーティング（炭化物、窒化物）、抵抗性コーティング、エレクトロニクスおよびマイクロエレクトロニクスにおけるメタライゼーション、ＲＦ、ＨＦおよびＵＨ機器などのメタライゼーションで使用できる。
【００１２】
マグネトロンスパッタリングによって製造されるコーティングの有利な特徴は、例えば基板への付着力が大きいこと、および多孔度が小さいことである。更に磁気促進スパッタリングは、コーティングすべき基板に対してわずかな放射ダメージしか与えない。コーティングプロセス中、基板を低い温度に維持できるという技術により、デリケートな材料もコーティングできる。磁気促進スパッタリングは、スパッタリングレートを高くでき、更にターゲットからスパッタリングされた原子がガス内の原子と結合し、結合した原子によって形成された分子から成るコーティングを生じさせる反応性スパッタリングにも適す。更にこのスパッタリングにより、超導電性材料のスパッタリング、強磁性材料のスパッタリング、複合材料のスパッタリングおよび溶融温度が高い材料のスパッタリングが可能となる。
【００１３】
マグネトロンスパッタリングは、電子ビーム蒸発およびＲＦスパッタリングのような他の同様なコーティング方法と比較して、多くの点で有利である。
【００１４】
既に観察されているように、磁気促進スパッタリング、例えばマグネトロンスパッタリングおよびスパッタリングイオンポンプのような従来の方法には、多数の欠点がある。
【００１５】
したがって、スパッタリング法への電力を離散的なパルス、すなわち個別のパルスで提供する方法がこれまで提案されている。
【００１６】
例えば米国特許第６，２９６，７４２Ｂ１号では、主に基板上へのコーティングの作製および極めて低い圧力を生じさせるためのスパッタリングのイオンポンププロセスの双方のために、磁気促進スパッタリング法および対応する装置が開示されている。しかしながら双方のケースでは、スパッタリングされた層が形成される。
【００１７】
上記米国特許第６，２９６，７４２Ｂ１号に記載の磁気促進スパッタリング法および対応する磁気強化スパッタリングデバイスでは、極めて強力な離散的パルスを発生するパルス発生器が提供されており、これらのパルスは主にコーティングを作製するためのマグネトロンスパッタリングユニットの電極へ送られるか、または極めて低い圧力を発生させるためのスパッタリングイオンポンプの電極に送られる。
【００１８】
スパッタリングデバイスでこれまで使用されてきたターゲットの典型的な面積では、各パルスのパワーは、０.１ｋＷ〜１ＭＷの範囲内、好ましくは１０ｋＷ〜１ＭＷの範囲内とすることができる。これらパルスは１００マイクロ秒以下から数百マイクロ秒の範囲の持続時間と、パルスの間隔は数百マイクロ秒〜数ミリ秒の範囲、極めて特殊なケースでは、数秒までの範囲を有することができる。
【００１９】
ターゲットの表面には、マグネトロン構造のような従来の構造を有する磁界が配置される。ターゲットは通常静止した物体であり、この物体からスパッタリングすべき材料が基板に堆積される。イオン化できるように選択されたガスがターゲットを含むチャンバへ供給され、チャンバ内のアノードとカソードとの間に負の電圧が印加される。カソードはターゲットとなり、アノードはチャンバの壁の一部となる。次にアノードとカソードとの間で放電が生じ、印加された電圧によって生じた電界との協調により、磁界内にトラップされた電子が発生する。
【００２０】
そのようなピーク電圧を有するパルスとして負電圧が印加され、各パルスにおいて十分なパワーが生じるように提供されるので、かかるパルスの印加時にパルスのスタート中の極めて短い時間の間、磁界により電子がトラップされている領域にあるガスの状態が、ほぼ完全にイオン化した状態に極めて急速に到達し、ターゲットの表面の広い部分に広がるより広い領域において、実質的に一様なプラズマが生じ、磁界と電界とが交差して存在する場所に位置する。完全にイオン化した状態に極めて急速に変化する際に、前記領域内にあるガスは、まずグロー放電状態となり、最後に完全にイオン化した状態となるようにアーク放電の状態を続ける。このように、スパッタリングガスをイオン化するレートは、従来の方法と比較して強力に高められる。したがって、このような効果は主に放電の瞬間的パワーを強力に増加させることによって達成され、この放電電力をパルス化しなければターゲットおよびスパッタリングチャンバの部品は過度に加熱されることになるので、放電電力をパルス化しなければならない。したがって、パルス化される電力の極めて高い絶対レベル、すなわち均等な、発生した電気パルスの極めて高いレベルの電力密度がスパッタリング装置に提供される。このことはカソードエリアと称される極めて高い電力密度を有するこれらのカソードへの電気パルスを用いることによって達成される。
【００２１】
放電時には電流が極めて大きくなり、電流密度が高くなる。しかしながら、使用される電流がバーンアウト電流と称されるスレッショルド値よりも低くなった場合、ターゲットの表面に酸化膜がなくても、放電は常にアーク放電となる。
【００２２】
従来のマグネトロンスパッタリング装置は、非反応性スパッタリングおよび反応性スパッタリングの双方で、大きいアークが形成されなくても、パルスでそのような高いパワーレベルでも作動できることが分かってきた。このような高い電力レベルによって、十分高い電流密度および十分高い印加電圧に対して、カソードの近くでほぼ完全にイオン化したプラズマを発生することが可能となる。この放電状態は従来のスパッタリングに使用されるグロー放電領域から離間しており、交差している電界および磁界中のパルス状の強力な放電状態、すなわちＥ×Ｂ放電と呼ぶことができる。
【００２３】
米国特許第６，２９６，７４２Ｂ１号に記載の放電パルスは、放電したコンデンサからスパッタリング装置の電極と直列接続されたインダクタを通して送ることができる。このパルスは、ピーク電圧まで極めて急峻な立ち上がりエッジを含む形状となっており、このパルスの電圧は基本的には指数減少関数のように減少する。
【００２４】
当然ながら、先端技術で知られている他のパルスシーケンスも使用できる。上記の方法は、例えば矩形パルスを使用する米国特許第５，０１５，４９３号記載の方法とは異なっている。しかしながら、スパッタリング装置内の電極間のガスから成る負荷が、各瞬間に正確なパルス形状を決定する。例えば入力電圧がこの状態を維持するのに十分である限り、ガスが電界と磁界とが交差して高度にイオン化された状態にあるときに、かなり高く実質的に一定の電圧を維持するパルス形状を各瞬間にガスが決定する。かかるパルスは、コンデンサおよびインダクタの他に従来のスリッドステートスイッチ、例えばサイリスタおよび整流ダイオードを使用する数個の部品を有する電気回路によって容易に発生できる。この電気回路は、例えば１０ＭＷまでの電力のパルスを発生するようにでき、発生したパルスのピーク電圧は０〜数十キロボルトまでの範囲とすることができる。ピーク電圧はパルスの電力を決定し、したがってスパッタリング装置内で発生される電力密度および電極間を通過する電流、したがって電流密度を決定する。
【００２５】
したがってパルス発生器は、電源から充電されるように接続された放電コンデンサを一般に備える。このコンデンサはインダクタを介し、スパッタリングデバイスの電極を通して放電されるようになっており、インダクタのインダクタンスは、スパッタリングガスの所望するプラズマ状態を得るために、放電のピーク電流またはピーク電流密度をそれぞれ制限するように選択される。このコンデンサは、第１トランスの二次側からダイオードを介して放電することができ、半導体スイッチのようなスイッチング要素をコンデンサから電極まで延びるライン内に接続し、放電状態となるようにスイッチングできる。次にこのスイッチは、第１トランスへも給電する電源から得られる交流電流に対して実質的に１８０度オフセットした交流電圧により、導通状態となるように制御することが好ましい。この交流電圧は、第１トランスと同じ幹線電源に一次側が接続されている第２トランスの二次側から得ることができる。
【００２６】
既に述べたように、強力なパルスの間にターゲットの近くにおけるガスをほぼ完全にイオン化することによって、電気アークを形成することなくスパッタリングプロセスをまだ維持しているアノードとカソードターゲットとの間のギャップに高電圧を印加することが可能となる。このことは、１０−１〜１０−３Ｔｏｒｒの圧力レンジ内でも達成できる。圧力の上限は、電子を磁界内で意図するように正しく移動させるという条件によって定められる。完全にイオン化されたプラズマの状態が生じている間の電圧は、数百Ｖ〜数ｋＶ、特に４〜５ｋＶの電圧とすることができる。この現象によって、１０−１〜１０−２Ｔｏｒｒの初期圧力でスパッタリングイオンポンプをスタートすることが可能となる。
【００２７】
広範な領域においてほぼ完全なイオン化が行われる結果、ターゲットの表面に対する実質的に均一な衝突が生じ、これによってターゲットの利用率は高い率となる。例えば米国特許第６，２９６，７４２Ｂ１号に記載の方法によれば、スパッタリングのためのターゲットとして使用される６ｍｍの厚さを有するアルミディスクの利用率は、７０％である。このような一様なイオンの流れは、例えば基板に堆積する膜の均一性も高くするであろう。
【００２８】
次の記載では、いわゆる「大電力インパルスマグネトロンスパッタリング」（ＨＩＰＩＭＳ）または「大電力パルス化マグネトロンスパッタリング」（ＨＰＰＭＳ）の一部の基本的な周知の原理および性質について簡単に概要を説明する。
【００２９】
図１ａには、大電力マグネトロンスパッタリングのための代表的な周知のパルスシーケンスが示されている。この図１ａに示されたシーケンスは等間隔の大電力パルスから成り、各単一のパルスは約１００μｓの時間幅を有し、２つのパルスの間の時間間隔は約１０ｍｓである。
【００３０】
図１ｂは、図１ａに示されたパルスに関連する、それぞれの時間に依存した電圧および電流の発生を示す。ターゲットであるカソードと例えば処理チャンバの壁であるアノードとの間に約−１８００Ｖの電圧が印加されるが、電圧のピークは極端に鋭く、カソードとアノードとの間の電圧は、まず最初に数マイクロ秒以内に約−１８００Ｖからこの値の半分の値まで緩和し、約５０μｓ後に約０Ｖに達する。関連する電流は０Ａから、約３０μｓ後の約４５０Ａの最大値までシャープに増加し、約１００μｓ後に０Ａまで戻るように低下する。電圧と電流を適当に乗算すると、図１ａに示された大電力パルスとなる。
【００３１】
表１では、大電力マグネトロンスパッタリング法で使用される「大電力パルス」（ＨＰＰ）と、「従来のＤＣスパッタリング」との間の代表的な電気処理値の比較が示されている。この差は明らかである。ＨＩＰＩＭＳおよびＨＰＰＭＳでは、大電力マグネトロンスパッタリング法でそれぞれ使用されるかなり大きいピーク電圧およびピーク電流の結果生じる、かなり大きいピークパワー密度が印加される。
【００３２】
【表１】
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表１：ＨＰＰと従来のＤＣスパッタリングとの比較
【００３３】
適当に離間した短いパルスを使用することにより、印加電力を増すと、ターゲットを過熱することなくプラズマの密度を高めることができ、この方法では同時にターゲットの侵食、すなわちターゲットの利用が同時に改善される。プラズマの密度が高いことにより、すなわちイオン化率が１００％までのより高い程度になっていることにより、スパッタリングされるコーティングは既にこれまで説明したように、優れた特徴を示す。
【００３４】
当然ながら、図１ａおよび図１ｂに示された大電力パルスを使用する、最先端技術で公知の大電力マグネトロンスパッタリング法の種々の異なる実施形態が存在する。
【００３５】
例えば最先端技術ではユニポーラ（単極）法が周知となっており、この方法では、２つの連続する大電力パルスは極性が同じである。すなわち例えばターゲットは常に負の電極であり、処理チャンバの壁は常に大電力パルスの正の電極である。ユニポーラパルスシーケンスの一例は図２ａに例示されている。
【００３６】
他方、図２ｂに示されたバイポーラ（双極）方法も周知であり、これら方法は２つの連続する大電力パルスの極性が異なっていることを特徴とする。すなわち第１大電力パルスに関しては、ターゲットは例えば負の電極となり、それに続く第２の大電力パルスに対し、ターゲットはスパッタリングシステムの正の極となる。
【００３７】
図２ｃには、いわゆる「重ね合わせモード」が示されている。この重ね合わせモードは、ユニポーラパルスシーケンスの特殊な実施形態であり、図２ａに示されたユニポーラシーケンスの他に、所定の値のＤＣ電圧が重ね合わせられる。
【００３８】
図２ｄには別のバイポーラパルスシーケンスが示されている。基本的には、図２ｄのシーケンスは重ね合わせモードを示し、この重ね合わせモードでは、負のユニポーラパルスシーケンスの他に、所定の値の正のＤＣ電圧が重ね合わせられ、よって２つの連続する負のパルスの間の電圧が、重ね合わせられた正のＤＣ電圧に対応する正の値を有するようになっている。正のＤＣ電圧の大きさは負のスパッタリングパルスの大きさより小さくなっている。曲線Ｃは、対応する電流の時間依存性を略図で示す。電流の平均値は、例えば約１０Ａであり、これらパルスのパワーは例えば約１０ｋＷである。電流は大きなピークを有していないが、平滑な特性を有していることに留意すべきである。更に、負のパルスの長さは２つのパルスの間の間隔と比較してより長くなっており、この間隔で、より小さい正の電圧が印加される。
【００３９】
純粋なユニポーラパルスシーケンスまたは純粋なバイポーラパルスシーケンスなどでは、大電力パルスの長さおよび／または連続する大電力パルスの間の間隔を変えることも可能である。
【００４０】
反応性スパッタリング法および非反応性スパッタリング法では、当業者が周知のように、大電力パルスシーケンスを有利に印加することもできる。
【００４１】
使用すべき選択方法は、種々の境界条件および満たすべき要件に依存しており、例えば基板、コーティングに必要とされる元素のタイプ、コーティングすべき膜の必要な性質などに依存している。
【００４２】
大電力パルス／インパルスマグネトロンスパッタリングは、従来のスパッタリング法と比較してある利点を有するが、大電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）、更に大電力パルス化マグネトロンスパッタリング（ＨＰＰＭＳ）とも称される方法には、ある欠点が存在する。
【００４３】
大電力スパッタリングに関連する１つの問題は、基板の表面が容量性電荷により帯電することである。
【００４４】
図３には、金属製ベース材料２０００’を含むターゲット１０００’が示されており、このベース材料上には図３に示されていない基板にスパッタリングすべき酸化物材料から成る酸化膜３０００’が設けられている。この構造は、基本的には電荷を集めることができるコンデンサであり、例えば図２ａに示されるユニポーラ大電力スパッタリング法を実施するケースでは、ターゲット１０００’の金属製ベース材料２０００’は電源５０００’の負極に接続されているので、電源５０００’の正極に接続されたチャンバの壁６０００’に対して、この金属製ベース材料２０００’は負のポテンシャルを有する。この結果、ターゲット１０００’はその表面１１００’上に正イオン４０００’を蓄積し、その結果、ターゲット１０００’の負のポテンシャルは低下し、更に一方でターゲット１０００’の表面１１００’の近くでのイオン化プロセスが低下し、よって例えばスパッタリングプロセスも低下することになる。
【００４５】
ターゲット１０００’の表面１１００’上の正の電荷を低減するために２つの負のパルスの間でターゲット１０００’に図２ｄの正の電圧を印加する。２つのパルスの間でターゲットに印加された正の電圧は、表面１１００’から正の電荷を除去する。除去電荷量は次の式により、いわゆる「仕事関数Ｖ＋」を使って計算できる。
【数１】
2010031359.tif 000004
ここで、Ｔは２つの負パルスの間の電荷除去の継続時間である。
【００４６】
しかしながら一方で、図２ｄの公知のパルスシーケンスの欠点は、２つの負パルスの間にターゲットに印加される相対的に大きい正電圧に起因し、ターゲット表面に向かって電子が加速され、ターゲットの許容できない加熱を生じさせることである。ターゲットの表面から正の電荷が除去されていない場合、プラズマは遅かれ早かれ即座にブレークダウンする。他方、電流が平滑な特性のために、スパッタリングパルス中に印加される電力は、パルスシーケンスの間にぼかされ、この結果、スパッタリングガスのイオン化度は低下する。最先端技術で周知のように、低イオン化プラズマガスは高イオン化プラズマと比較して取り扱いが困難であり、ターゲット材料の利用率が不十分となる。更に、そのスパッタリングプロセスで作製されたコーティングの密度および均一性は悪い。
【００４７】
図２ｄに示されたパルスシーケンスを使用する場合の別の重要な問題は、大電力スパッタリングパルスに関連する電流は、高電力パルスをスイッチングした後でも消滅せず、ゼロとはかなり異なる値を常時有するという事実から生じる。
【００４８】
この結果、その永続的に存在する電流に起因してターゲットに向かって電子が加速され、ターゲットはかなり加熱されることになる。
【００４９】
更に多くのケースでは、特に大電力スイッチングパルスおよび小電力電荷除去パルスのために印加すべき正電圧と負電圧の差によっては、大電力負パルスの比較的高い負電圧から小電力電荷除去パルスの正電圧まで、またはこの逆に、パルス発生用電気エネルギー源を、問題を生じることなく適正にスイッチングすることは極めて困難である。
【００５０】
したがって、本発明の目的は、高いイオン化度が得られ、同時にターゲットの表面から正の電荷が除去され、ターゲットの加熱が防止されると共に、ターゲット材料の高い利用率を得ることができる磁気促進大電力スパッタリング法、およびそれぞれのスパッタリング装置を提供することにある。これによって、本発明の方法によって作製されるコーティングは、最先端の技術から公知のコーティングに対して改善され、特に本発明に従って作製されるコーティングは、密度および均一性に関して改善されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
これら目的を満たす本発明の要旨は、それぞれのカテゴリーの独立請求項の事項を特徴とする。
【００５２】
従属請求項は、本発明の特に有利な実施形態に関する。
【００５３】
したがって、本発明は、プロセスチャンバ内で電気エネルギー源によってアノードとカソードとの間に電圧を印加することにより、あるシーケンスの複合放電パルスを発生し、スパッタリングガスをイオン化する大電力マグネトロンスパッタリング法に関する。前記複合放電パルスは複合パルス時間の間に印加され、カソードは基板をコーティングするためにスパッタリングすべき材料を含むターゲットを有し、前記複合放電パルスは前記アノードに対して負極性を有し、第１のパルス時間の間印加される大電力スパッタリングパルスを含み、前記大電力スパッタリングパルスの次に前記アノードに対して正極性を有する小電力電荷除去パルスが続き、この小電力電荷除去パルスは第２のパルス時間の間に印加される。本発明によれば、前記第２パルス時間（τ２）に対する前記第１パルス時間（τ１）の比（τ１／τ２）は、最大で０.５である。
【００５４】
本発明では、複合放電パルスは、まず比較的短い第１パルス時間の間印加される負の大電力スパッタリングパルスと、これに続く比較的長い正の電荷除去パルスとを含むことが不可欠である。
【００５５】
約６００Ｖ〜１０００Ｖの高電圧または１０００Ｖより高い高電圧を有する負の大電力パルスを比較的短いインターバルの間にしか印加しないので、対応する電流は平滑な特性を示すことができず短いピーク構造を有し、印加された電圧の鋭くかつ極めて短いパルスと同時的にかつ鋭く相関性がある。この結果、印加される電力は鋭く集中され、印加される短い電圧パルスと強力に同時的に結合するので、極めて短い間隔の間に全電気エネルギーが印加され、これによってプラズマの極めて高いイオン化が生じる。本発明の方法を使用することにより、ほぼ１００％のイオン化度を容易に得ることができる。
【００５６】
負の大電力スパッタリングパルスの後に、正の小電力電荷除去パルスが印加される。この電荷除去パルスの間に、一方で例えば１Ｖ〜１０Ｖの極めて低い電圧が印加されるのでターゲットから正の電荷が確実に除去され、同時に電子の顕著な蓄積が解消されるのでターゲットの加熱が基本的に防止される。
【００５７】
第２パルス時間（τ２）に対する第１パルス時間（τ１）の比（τ１／τ２）は、０.００５〜０.５の間、特に０.０１〜０.２５の間、好ましくは０.０５〜０.１の間であることが好ましい。
【００５８】
本発明の特別な実施形態によれば、前記小電力電荷除去パルスの後、別の大電力スパッタリングパルスが印加される前に、第３パルス時間（τ３）の間前記アノードと前記カソードとの間の電圧がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされる。
【００５９】
ターゲットに印加される電圧をオフにスイッチングされるかまたはゼロにセットされる第３のパルス時間中、システムには開始状態に緩和するための時間が与えられるので、各単一の複合パルスの間に基本的には同じスパッタリング条件が与えられ、これによってイオン化度が高くなり、基板上にコーティングされる膜に対するターゲットの電荷除去方法が極めて効果的となるため、この膜は密度が高くなり均一性が大幅に改善される。このように最先端技術で知られている方法でスパッタリングされた膜と比較して、物理的かつ化学的性質が大幅に改善される。
【００６０】
既にこれまで説明した利点の他に、パルスシーケンスを使用すると、小電力電荷除去パルスを発生するための正電圧から、大電力負スパッタリングパルスを発生するための比較的高い負電圧へ、スパッタリングパルス発生用電気エネルギー源を、問題を生じることなく容易かつ適性にスイッチングできる。
【００６１】
本発明の別の特別な実施形態によれば、前記大電力スパッタリングパルスの後、前記小電力電荷除去パルスが印加される前に、第３パルス時間（τ３）の間前記アノードと前記カソードとの間の電圧がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされる。
【００６２】
比較的広い消滅時間を電流が有する場合、かかる複合大電力シーケンスが特に適当である。当業者には周知のように、大電力スパッタリングパルスに関連する電流は、大電力パルスをオフにスイッチングした後に即座にゼロとはならず、電流が消滅するまである程度の時間がかかる。よって、大電力パルスの後で、電流がゼロとはかなり異なる多少広い消滅領域が生じる。
【００６３】
この結果、大電力スパッタリングパルスをオフにスイッチングした直後に、小電力電荷除去パルスを印加する場合、実際のスパッタリング方法の具体的な境界条件によっては、消滅時間の間にまだ存在する電流により、ターゲットに対して電子を加速することができ、この加速によってターゲットをかなり加熱し得るようになる。
【００６４】
この問題は、大電力スパッタリングパルスの後、小電力電荷除去パルスを印加する前に、第３パルス時間の間アノードとカソードの間の電圧をオフにスイッチング、かつ／またはゼロにセットする、特殊な複合放電パルスを使用することによって容易に解決できる。
【００６５】
当然ながら、本発明に係わる異なる実施形態を組み合わせることが可能である。したがって、実際に極めて重要な実施形態に関し、小電力電荷除去パルスの後、別の大電力スパッタリングパルスが印加される前に、第３パルス時間の間前記アノードとカソードとの間の電圧がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされ、大電力スパッタリングパルスの後、小電力電荷除去パルスが印加される前に、第３パルス時間の間アノードとカソードとの間の電圧がオフにスイッチングされ、かつ／またはゼロにセットされる。
【００６６】
第３パルス時間の間アノードとカソードの間の電圧をオフにスイッチングし、かつ／またはこの電圧をゼロにセットするために、例えば電気パルスエネルギーを供給する電源を、大電力スパッタリングパルスの負の電圧から小電力電荷除去パルスの正の電圧に、またはこの逆に、スイッチングすることができる。
【００６７】
別の実施形態によれば、第１の正の電源を使って、前記アノードと前記カソードとの間に一定の正の電圧を永続的に印加し、更に例えば、しかし必ずではないが、第２の負の電源を使って永続的に印加される一定の正の電圧と同じ振幅を有する負の電圧をアノードとカソードとの間に印加することにより、第３パルス時間の間アノードとカソードとの間の電圧をゼロにセットする。かかる構造には、電源を正の電圧から負の電圧まで、またはその逆にスイッチングする必要がなく、高い負の電圧から低い負の電圧まで、またはその逆にスイッチングするだけでよい利点がある。
【００６８】
本発明の極めて特別な実施形態によれば、大電力スパッタリングパルスおよび／または小電力電荷除去パルスは低周波数のＡＣ電圧であり、特に整流された低周波のＡＣ電圧である。
【００６９】
大電力スパッタリングパルスおよび／または小電力電荷除去パルスの周波数は、０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、特に１０Ｈｚ〜５ｋＨｚ、好ましくは２５Ｈｚ〜２ｋＨｚであり、大電力スパッタリングパルスの電圧は、例えば１００Ｖ〜３０００Ｖ、好ましくは６００Ｖ〜２０００Ｖである。
【００７０】
もちろん多くのケースでは、最先端技術から基本的には周知のように、好ましくは大電力スパッタリングパルスおよび／または小電力電荷除去パルスはＤＣ電圧である。
【００７１】
前記小電力電荷除去パルスの電圧は、本発明の実施形態では、非常に重要なことであるが０Ｖ〜５００Ｖ、好ましくは１Ｖ〜３００Ｖ、特に１Ｖ〜１００Ｖである。
【００７２】
本発明による複合大電力パルスを発生する時間間隔に関し、大電力スパッタリングパルスの第１パルス時間は、１μｓ〜５０００μｓ、特に１００μｓ〜１０００μｓ、好ましくは２５μｓ〜２０００μｓであり、小電力電荷除去パルスの第２パルス時間は、２５μｓより長く、特に１ｍｓより長く、または２５ｍｓより長いことが好ましく、複合パルス時間は、５０μｓ〜１０００ｍｓ、特に５００μｓ〜５００ｍｓの間、好ましくは１ｍｓ〜１００ｍｓであり、この複合パルス時間は、ターゲットに印加される電圧をゼロにセットするかオフにスイッチングする時間を、大電力スパッタリングパルスの第１パルス時間および小電力電荷除去パルスの第２パルス時間に関連して定める。
【００７３】
特別な実施形態に関連して、大電力スパッタリングパルスのピーク電流密度は、例えば、ターゲットの面積に応じ（それだけではないが）０.０５Ａ／ｃｍ２と５Ａ／ｃｍ２の間、特に０.５Ａ／ｃｍ２と２Ａ／ｃｍ２の間、好ましくは０.１Ａ／ｃｍ２と３Ａ／ｃｍ２の間であり、大電力スパッタリングパルスのピーク電力は、０.１ＭＷと３ＭＷの間、特に０.５ＭＷと２ＭＷの間、好ましくは約１ＭＷである。
【００７４】
本発明による方法を使用した場合、スパッタリングガスのイオン化度は５０％と１００％の間、特に７５％と９５％の間、好ましくは約９０％であり、ほぼ１００％に達することもある。
【００７５】
よって本発明による方法は、原則的には最先端技術から周知のように、反応性スパッタリング方法および非反応性スパッタリング方法の双方に適する。
【００７６】
特別な実施形態では、基板にはセラミック材料、特に窒化物および／または酸化物および／または炭化物がコーティングされるが、本発明による方法は、上記種類の材料だけに限定されるものではない。
【００７７】
更に本発明は、本発明による方法を実行するための複合放電パルスを発生するための大電力電気エネルギー源にも関する。
次の記載において、添付図面を参照し、本発明についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】ａは公知のユニポーラ大電力マグネトロンスパッタリングシーケンスを示す。ｂは図１ａに示された大電力パルスを示す。
【図２ａ】図１ａに示されたパルスシーケンスのための電圧の時間依存性を示す。
【図２ｂ】公知のバイポーラ大電力マグネトロンスパッタリングシーケンスを示す
【図２ｃ】公知の重ね合わせ大電力マグネトロンスパッタリングシーケンスを示す。
【図２ｄ】別の重ね合わせ大電力マグネトロンスパッタリングシーケンスを示す。
【図３】蓄積した正イオンを有するスパッタリングターゲットを示す。
【図４】本発明を実施するためのプロセスチャンバを示す。
【図５】本発明に係わる複合大電力放電パルスを示す。
【図６】図５に示された複合大電力パルスの第２実施形態を示す。
【図７】図５に示された複合大電力パルスの第３実施形態を示す。
【図８】図６と図７の複合大電力パルスを組み合わせた実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
パルスシーケンスまたは最先端技術から公知の問題に関連する図１〜図３については、既に詳細に説明したとおりであるので、図４および５を参照して検討する。これら図４および５は本発明を実施するためのプロセスチャンバおよび本発明による大パワーパルスを示す。
【００８０】
図４には、本発明を実施するためのプロセスチャンバ２が示されており、このプロセスチャンバ２は（電気エネルギー源３は別として）最先端技術から周知である。例えば国際特許出願第ＷＯ２００６／０４９５６６Ａ１号には同様なプロセスチャンバが開示されている。
【００８１】
プロセスチャンバ２の内側にはスパッタリングチャンバ２１が形成されており、プロセスチャンバ２は、例えばステンレススチールプレートから製造された壁５を有する。したがってハウジングの壁は導電性であり、アノード５として働く。ハウジングは、例えば円筒形状となっている。シリンダーの平坦な端部壁に平行にターゲット８が位置し、このターゲットは導電性材料から製造された支持体８１によって支持されている。ターゲット８は、膜状のコーティングを形成するように基板に塗布すべき材料の円形プレートとなっている。
【００８２】
ターゲット８の後端部において、チャンバ２の中心を向いていない表面には、ターゲットの周辺にＮ極が配置され、支持体８１およびターゲット８の中心にはＳ極が配置されるように、磁石アセンブリ８００が取り付けられている。したがって、支持体８１の周辺からその中心まで磁石８００の磁力線８０１が通過している。この磁界は磁石８００の極で最大強度となっている。他の公知の構造も有利に使用できることは理解される。
【００８３】
スパッタリング装置の電気システムは電極を備え、これら電極の間にはプロセスチャンバ２内でスパッタリングガス７をイオン化するよう電源３からの電圧が印加される。図示されている実施形態では、アノード５はチャンバ２の導電性壁５によって形成されており、この導電性壁は例えばアースすることができるようになっている。当然ながら、それに代わって、図４には示されていない別個のアノードも使用できる。カソード６はターゲット８によって形成され、アノード５に対して負のバイアスがかけられている。基板９は所定の適当な電気ポテンシャルを有することができる。
【００８４】
本発明によれば、例えば図５に詳細に記載された複合放電パルス４を発生するための大電力電気エネルギー源３が設けられており、図５は、本発明による極めて簡単な複合放電パルス４を示す。
【００８５】
図５に示された本発明による複合放電パルス４の特別の実施形態は、電気エネルギー源３によって発生され、電気エネルギー源３は、図４に示されるように、スパッタリングガス７をイオン化するため、アノード５とカソード６との間に電圧Ｖを印加することにより複合放電パルス４のシーケンスを発生するようになっている。この複合放電パルス４は複合パルス時間τの間印加される。この複合放電パルス４は、アノード５に対して負の極を有する大電力スパッタリングパルス１０を含み、このスパッタリングパルスは第１パルス時間τ１の間印加される。大電力スパッタリングパルス１０および／または小電力電荷除去パルス１１は、現在の最先端技術から原理的に周知のようにＤＣ電圧パルスであることが好ましい。
【００８６】
大電力スパッタリングパルス１０の次に、アノード５に対して正の極性を有する小電力電荷除去パルス１１が続き、これは第２パルス時間τ２の間印加される。本発明によれば、第２パルス時間τ２に対する第１パルス時間（τ１）の比τ１／τ２は最大で０.５である。図５の例では、第２パルス時間（τ２）に対する第１パルス時間比τ１／τ２は約０.１７である。
【００８７】
１よりかなり小さい値である比較的小さい比τ１／τ２、すなわち例えば図５に略図で示されるようにτ１／τ２＜１となるように選択し、同時に電荷除去パルス時間τ２の間に約１Ｖ〜１０Ｖの極めて低い電圧を印加すると、ターゲット８から正の電荷を確実に除去でき、同時に電子の顕著な蓄積が防止されるので、このことはひいてはターゲット８の加熱も防止できる。
【００８８】
比較的短い時間間隔の間しか、約６００Ｖ〜１０００Ｖの高電圧、または１０００Ｖより高い電圧の負の大電力パルス１０を印加しないので、対応する電流１０００（簡単のために、第１大電力スパッタリングパルス１０に対してしか点線１０００で示されていない）は平滑な特性を示さず鋭いピーク構造を有し、印加される負電圧のシャープでかつ極めて短いパルス１０に同時的に鋭く相関している。この結果、印加される電力は鋭く集中され、印加される短い電圧パルス１０に同時的に強力に結合するので、極めて短い時間間隔で全電気エネルギーが印加され、プラズマの極めて高いイオン化が生じる。
【００８９】
図６には本発明による複合大電力パルス４の第２実施形態が示されており、この複合大電力パルス４は実際に極めて重要なものである。図６に示された複合大電力パルス４は電気エネルギー源３によって発生され、この電気エネルギー源３はアノード５とカソード６の間に電圧Ｖを印加することにより、複合放電パルス４のシーケンスを発生させ、図４に示されるようにスパッタリングガス７をイオン化する。この複合放電パルス４は複合パルス時間τの間印加される。この複合放電パルス４はアノード５に対して負の極性の大電力スパッタリングパルス１０を含み、第１パルス時間τ１の間印加される。図６に示された大電力スパッタリングパルス１０および／または小電力電荷除去パルス１１は、低周波のＡＣ電圧、特に整流された低周波数のＡＣ電圧である。図６の特別な実施形態に関し、大電力スパッタリングパルス１０の周波数および／または小電力電荷除去パルス１１の周波数は、約１ｋＨｚである。この１ｋＨｚのＡＣパルスは、図６にも略図で示されている。複合放電パルス４は、ＤＣ電圧パルス１０、１１を使用することによって有利に発生させることもできることが理解される。
【００９０】
図６に示された大電力スパッタリングパルス１０の次に、アノード５に対して正極性の小電力電荷除去パルス１１が続き、これは第２パルス時間τ２の間印加される。図６の特別な実施形態によれば、小電力電荷除去パルス１１の後、別の大電力スパッタリングパルス１０が印加される前に、アノード５とカソード６との間の電圧Ｖはオフにスイッチングされ、かつ／または第３パルス時間τ３の間ゼロにセットされる。
【００９１】
既にこれまで説明した利点の他に、図６に示されたパルスシーケンス４を使用すると、小電力電荷除去パルス１１を発生するための正電圧Ｖから大電力負スパッタリングパルス１０を発生するための負電圧Ｖへ、電気エネルギー源３を問題を生じることなく容易かつ適性にスイッチングできる。
【００９２】
図７には、図５に示された複合大電力パルス４の第３実施形態が示されている。当然ながら、この図７に示された複合大電力パルス４は、図４に示されるように、スパッタリングガス７をイオン化するためアノード５とカソード６との間に電圧Ｖを印加することにより、電気エネルギー源３によって図７の複合大電力パルス４を発生することもできる。この複合放電パルス４は複合パルス時間τの間印加される。この複合放電パルス４は大電力スパッタリングパルス１０を備え、このスパッタリングパルス１０はアノード５に対して負極性となっており、第１パルス時間τ１の間印加される。
【００９３】
図７に示された大電力スパッタリングパルス１０の次に時間τ３が続き、このτ３の間でアノード５とカソード６との間の電圧Ｖはオフにスイッチングされるか、かつ／またはゼロにセットされる。
【００９４】
電圧Ｖがオフにスイッチングされるか、または０にセットされる時間τ３に続き、第２パルス時間τ２の間、アノード５に対して正極性を有する小電力電荷除去パルス１１が印加される。
【００９５】
図７に例示されるような比較的広い消滅時間１００１を電流１０００が有する場合、特に図７に示された複合大電力シーケンス４が適当である。当業者には周知のように、大電力スパッタリングパルス１０に関連した電流１０００は、大電力パルス１０をオフにスイッチングした後も即座にゼロとはならず、電流が消滅するまである程度の時間がかかる。したがって、図７に明瞭に示されるように、大電力パルス１０の後で電流１０００がまだゼロとはかなり異なっている多少広い消滅領域１００１が生じる。
【００９６】
この結果、例えば図６に示されるように、大電力スパッタリングパルス１０をオフにスイッチングした直後に小電力電荷除去パルス１１を印加する場合、実際のスパッタリング方法の具体的な境界条件によっては、消滅時間１００１の間にまだ存在する電流１００によりターゲット８に対して電子を加速することができ、この加速によってターゲット８はかなり加熱されてしまう。
【００９７】
この問題は図７に示される特別な複合放電パルス４を使用することによって容易に解消できる。
【００９８】
最後に図８は、図６および図７の双方の複合大電力パルスの利点を組み合わせた、本発明の極めて重要な実施形態を示す。アノード５とカソード６との間の電圧Ｖは、第２の別の第３パルス時間τ３の間にオフにスイッチングされるか、かつ／またはゼロにセットされる。すなわちこの電圧は、小電力電荷除去パルス１１が印加される前だけでなく、この小電力電荷除去パルス１１が印加された後でかつ次の大電力スパッタリングパルス１０が印加される前もゼロとされる。
【００９９】
したがって、図８に示されている複合放電パルスを使用すると、電流１０００の消滅時間１００１に起因するターゲットの加熱が回避されると同時に、大電力負パルス１０を発生するための負電圧Ｖから小電力電荷除去パルス１１を発生するための正電圧Ｖに、電気エネルギー源３を、問題を生じることなく容易にスイッチングできる。
【０１００】
本発明はこれまで説明した特別な実施形態だけに関連するものではなく、当然ながら別の実施形態も含まれると理解すべきである。特に本発明は、これまで説明した実施形態のすべての有利な組み合わせと関係する。
【０１０１】
本発明の説明を要約すれば、１０００Ｖまで、または１０００Ｖ以上の高電圧を有する負の大電力パルスを比較的短い時間間隔でしか印加しないので、それに対応する電流は平滑な特性を示さずシャープなピーク構造を有し、印加されるシャープでかつ非常に短いパルス電圧に同時的に鋭く相関性がある。この結果、印加される電力はシャープに集中され、印加される短い電圧パルスに強力に同時的に結合されるので、極めて短い間隔の間に全エネルギーが印加され、これによってプラズマの極めて高いイオン化が生じる。本発明の方法を使用することにより、ほぼ１００％のイオン化度を容易に得ることができる。
【０１０２】
特別な実施形態では、負の大電力スパッタリングパルスの後に正の小電力電荷除去パルスを印加する。この電荷除去パルスの間に例えば１Ｖの極めて低い電圧を一方で印加するのでターゲットから正の電荷を確実に除去でき、同時に電子の顕著な蓄積が防止されるのでターゲットの加熱を基本的に防止できる。
【０１０３】
ターゲットに印加される電圧をオフにスイッチングするか、またはゼロにセットする第３のパルス時間中、システムには開始状態に緩和するための時間が与えられるので、各単一の複合パルスの間に基本的には同じスパッタリング条件が与えられ、これによってイオン化度が高くなり、基板上にコーティングされる膜に対するターゲットの電荷除去方法が極めて効果的となり、この膜は密度が高くなり均一性が大幅に改善されるので、最先端技術から知られている方法によってスパッタリングされる膜と比較して物理的かつ化学的性質が大幅に改善される。
【０１０４】
更に本発明の別の有利な実施形態が提供される。
【符号の説明】
【０１０５】
２  プロセスチャンバ
３  電気エネルギー源
４  複合放電パルス
５  アノード
６  カソード
７  スパッタリングガス
８  ターゲット
９  基板
１０  大電力スパッタリングパルス
１１  小電力電荷除去パルス
【図１】
2010031359.tif 000005
【図２ａ】
2010031359.tif 000006
【図２ｂ】
2010031359.tif 000007
【図２ｃ】
2010031359.tif 000008
【図２ｄ】
2010031359.tif 000009
【図３】
2010031359.tif 000010
【図４】
2010031359.tif 000011
【図５】
2010031359.tif 000012
【図６】
2010031359.tif 000013
【図７】
2010031359.tif 000014
【図８】
2010031359.tif 000015