(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のターゲット、それと関連したアノード、及び基板支持体が配置されている脱気可能なベッセルから構成され、さらに関連の電流電圧源が設けられているとともに、磁石装置が各ターゲットと関連して配置されている装置であって、アーク放電及びカソードスパッタプロセスを用いて基板を被覆する装置において、
中央の永久磁石及びその中央永久磁石を取り囲みかつそれから離れて置かれた逆極性の端部永久磁石から成る上記磁石装置は、上記ターゲットに隣接する第１の位置における磁界が、カソードスパッタプロセスを可能にさせるターゲット領域で発生され、さらに、上記ターゲットから離れた第２の位置における磁界が、アーク放電プロセスを可能にさせる領域で発生されるように、上記関連したターゲットに関して変位可能に設置されていることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、上記中央永久磁石及び端部永久磁石が、個々の永久磁石に関して磁気短絡回路をもたらす共通の支持板に取り付けられており、さらに上記支持板が、特に、磁気的に中性の材料から成るスペーサ素子である中間体を介して、軸方向に調節可能な支持棒と接続されていることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項３】
少なくとも１個のターゲット、それと関連したアノード、及び基板支持体が配置されている脱気可能なベッセルから構成され、さらに関連の電流電圧源が設けられているとともに、磁石装置が各ターゲットと関連して配置されている装置であって、アーク放電及びカソードスパッタプロセスを用いて基板を被覆する装置において、
上記磁石装置は、中央の永久磁石及びその中央永久磁石を取り囲みかつそれから離れて置かれた逆極性の端部永久磁石から成り、上記中央永久磁石が、上記ターゲットに隣接する固定位置において、上記ターゲットに関連して設置され、さらに、上記端部永久磁石が、支持板と一緒に、上記ターゲットおよび中央永久磁石に関して軸方向に変位可能に設置されていると同時に、上記ターゲットに隣接する第１の位置における磁界が、カソードスパッタプロセスを可能にさせるターゲット領域で発生され、さらに、上記ターゲットから離れた第２の位置における磁界が、アーク放電プロセスを可能にさせる領域で発生されるように、カソードスパッタに対応する第１の位置とアーク放電に対応する第２の位置間で可動になっていることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項４】
請求項３の装置において、上記中央永久磁石及び上記端部永久磁石が、互いに磁気的に分離されており、さらに、この磁気的分離を行うために、磁気的に中性な材料から成るスペーサ素子が上記支持板及び上記中央永久磁石間に配置されていることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、上記中央永久磁石が、上記端部永久磁石よりも実質的に小さく、特に磁気的効力が弱くなっていることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置において、上記ターゲットが、それぞれの動作モードに従って制御（付勢）され得る電磁コイルによって取り囲まれていることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置において、第２動作位置における上記ターゲットと上記磁石装置間の間隔に必然的に対応する、２つの動作位置間の間隔が、１０ｃｍから２０ｃｍの範囲に存在することを特徴とする基板被覆装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置において、アーク放電中に上記ターゲット面に平行に延びる磁界成分が、１０から２５０エールステッド、特に１０から５０エールステッドの範囲にあることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置において、カソードスパッタ中に上記ターゲット面に平行に延びている磁界成分が、５０から５００エールステッド、特に、１００から２５０エールステッドの範囲にあることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置において、上記ターゲット面は、上記ターゲットに関して絶縁されたホウ素窒化物周囲リングによって取り囲まれ、さらに、このホウ素窒化物周囲リングは、アーク放電を防止するため、マグネトロン動作に移行する時、カソード電位に接続されることを特徴とする基板被覆装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置において、上記アノードが、上記ベッセル中に作られたベッセル構造物によって形成されていることを特徴とする基板被覆装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも１個のターゲット、それと関連したアノード、及び基板支持体が配置されている脱気可能なベッセルから構成され、さらに関連の電流電圧源が設けられているとともに、磁石装置が各ターゲットと関連して配置されている装置であって、アーク放電及びカソードスパッタプロセスを用いて基板を被覆する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術ではないが、ドイツ特許Ｐ３９４１９１８．５に、基板を被覆する方法が開示されている。そこでは、適用される層が、関連する基板に当てられる、かつ気体放電によって発生されるプラズマの高密度粒子によって作られている。このプロセスの特徴は、アーク放電蒸気化プロセス及びカソードスパッタプロセス共に行われるということ、及びアーク放電蒸気化プロセスがカソードスパッタプロセスよりも前に実行されるということにある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アーク放電蒸気化プロセスの間、基板は、基板面がイオンエッチングにより洗浄され、部分的に除去されるような最適の高エネルギー及びイオン電流密度を持つイオンで、まず初めに攻撃を受ける。さらに、このアーク放電蒸気化プロセスの間、形成されるべき層が基板材内に好適な状態に固定され、その後、その固定が成された直後に、カソードすなわちマグネトロンスパッタプロセスによる被覆が行われる。
【０００４】
本発明の目的は、上述の方法を特に経済的なやり方、すなわち価格を最低限に押さえかつ装置構造を簡単化したやり方で実現可能とする装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、中央永久磁石及びその中央永久磁石を取り囲みかつそれとは離れて置かれた逆極性の端部永久磁石が、次のような方法で関連するターゲットに関して変位可能に取り付けられているという点で、必然的に達成される。すなわち、ターゲットに隣接する第１の位置では、磁界がカソードスパッタプロセスを可能にさせるターゲット領域で発生され、ターゲットに対して空間的に離れた第２の位置では、アーク放電プロセスを可能とさせる磁界が発生される。
【０００６】
この方法では、ターゲットエリア、すなわちアーク放電のフェーズの間中ターゲット表面のエリアにおいて、１０から２５０エールステッド（Ｏｅ）の範囲にある、ターゲット表面に平行に延びている磁界成分を持つ磁界を発生することができ、一方、カソードスパッタのフェーズでは、対応成分は、５０から５００エールステッド、特に１００から２５０エールステッドの範囲の値を持つ磁界を発生することができる。
【０００７】
磁石装置のターゲットからの間隔は、アーク放電動作のフェーズにおいて、１０から２０ｃｍの範囲に存在する。
【０００８】
本発明の１つの配置構成によれば、ターゲットは、電磁環状コイルによって取り囲まれている。この電磁コイルは、特に、カソードスパッタプロセスのフェーズの間動作する。しかし、ターゲットに形成するアークトラックに影響を及ぼし、この方法でターゲットの使用可能な寿命を延ばすために、アーク放電プロセスのフェーズでも使用され得る。
【０００９】
本発明の装置は、特に窒化物、炭素窒化物、及びチタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、ニオブ、アルミニウムの炭化物、及びそれらの２成分及び３成分混合物の炭化物の製造に有効に使用される。
【００１０】
【作用】
ベッセル内で、基板支持体は、アーク放電に必要なアノードに沿って配置されている。基板支持体は、回転可能に形成され、被覆される基板を保持する働きをする。
【００１１】
中央の永久磁石に加えて、端部永久磁石がその中央永久磁石から径方向に離されて設けられている。それらの端部永久磁石は、支持板を介して磁気的に短絡されている。中央永久磁石に較べて、端部永久磁石は、ターゲットに関して逆極性になっている。
【００１２】
この端部配列の永久磁石は、軸方向に移動され得る。中央永久磁石は、端部永久磁石との間で相対的移動が可能になっている。
【００１３】
端部にある永久磁石装置は、アーク放電中に、不活性位置に持ち込まれる。カソードスパッタのフェーズ中、端部永久磁石装置は、ターゲットに隣接する位置に適合し、中央永久磁石と共働し、ターゲット表面領域に顕著なトンネル状磁界を形成する。
【００１４】
中央永久磁石が、スペーサによって端部永久磁石装置から分離されているので、好ましい一定の侵食プロフィールを与えるところの好都合にインバランスの、非常に効果的なマグネトロン装置が得られる。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明に係るアークマグネトロンの第１の例を示す。この装置において、中央永久磁石２は、ターゲット１に直接隣接して配置され、例えば銅やアルミニウムの磁気的に中性な材料のようなものから成る隔離素子すなわちスペーサ６の中間体を介して、磁気的中性材料の棒状支持体７に取り付けられすなわち固定されている。本実施例では固定配置されかつターゲット１に関して僅かな間隔を有するこの中央永久磁石を介して、磁界がターゲットエリア内に発生され、脱気されたベッセルすなわちチャンバ５内でアーク放電モードで装置を動作させる。
【００１６】
ベッセルすなわちチャンバにおいて、基板支持体９は、アーク放電に必要な、概略的に表されたアノード８に沿って配置されている。このアノードは、環状アノードであり、チャンバ５の部分によって好都合に形成されている。基板支持体９は変位可能にすなわち回転可能に形成され、被覆される基板１０を保持する働きをする。
【００１７】
中央永久磁石に加えて、端部永久磁石３がその中央永久磁石から径方向に離されて設けられている。それらの端部永久磁石は、支持板４を介して磁気的に短絡されている。中央永久磁石２と較べて、端部永久磁石３は、ターゲット１に関して逆極性になっている。
【００１８】
この端部配列の永久磁石は、双方向矢印によって示されているように、軸方向に移動され得る。そのために、支持板４は、中央開口を有している。中央永久磁石２用の支持棒７は、その中央開口を通して延び、中央永久磁石２と端部永久磁石３との間で相対的移動が可能になっている。
【００１９】
端部にある永久磁石装置３，４は、アーク放電中に、連続線で示される不活性位置に持ち込まれる。カソードスパッタのフェーズ中、端部永久磁石装置は、ターゲット１に隣接する破線で示めされた位置に適合し、中央永久磁石２と共働し、ターゲット表面領域に顕著なトンネル状磁界を形成する。
【００２０】
中央永久磁石２が、スペーサ６によって端部永久磁石装置から分離されているので、好ましい一定の侵食プロフィールを与えるところの好都合にインバランスの、非常に効果的なマグネトロン装置が得られる。
【００２１】
図２に示された変形例は、図１の実施例に較べて、永久磁石装置の有効性がアーク放電あるいはカソードスパッタ動作の間中、乱らに悪化されることなしに、非常に簡潔な構成になる利点を有する。
【００２２】
この実施例では、中央永久磁石２は、端部永久磁石３とともに軸方向に移動できるようになっている。従って、中央永久磁石２及び端部磁石３が、磁気短絡回路を生ずる同一の支持板４上に配列され得る。この磁気装置の軸移動は、概略的なガイド１２内に取り付けられている支持棒７を行われ、駆動ユニット１３によって軸方向に移動し得る。
【００２３】
電磁環状コイル１１は、ターゲット１の領域内に設けられ、カソードスパッタプロセス中、公知の方法で動作状態に設定される。一方、アーク放電のフェーズ中、これは動作から外される。すなわち、形成するアークトラックに影響を与え、それによってターゲット１の使用寿命を増す働きをするように制御される。
【００２４】
図２に示された位置において、永久磁石装置は、ターゲット１に対してかなり大きな間隔を有する。ターゲットエリア内で形成する分散磁界は、アーク放電モードにおける装置の動作を保証するために充分である。永久磁石装置が軸方向に上方に動かされ、ターゲット１のすぐ近くに持ち込まれると、そのときは、カソードスパッタプロセスが実行される。
【００２５】
図３は、ターゲット１に関して絶縁された方法で取り付けられているホウ素窒化物周囲リング１４、及び接地されているプラズマシールド１５を備えているターゲット１の概略平面図である。
【００２６】
マグネトロン源１６の正極は、接地部及びホウ素窒化物周囲リング１４の間で、スイッチＳ１によって切り換えられ接地され得るようになっており、その負極はターゲット１に接続されている。始動プロセスの間中、正極は、スイッチＳ１を介してホウ素窒化物周囲リング１４に接続され、始動後に、アーク放電源１７の正極が通常動作の間中接地されるように、スイッチＳ１が切り換えられる。
【００２７】
アーク動作からマグネトロン動作へ転移する間中、ホウ素窒化物周囲リング１４は、スイッチＳ２を介してカソード電位すなわちターゲット電位に接続され、周囲リング１４とターゲット１間のギャップでのアーク放電を防止している。従って、スイッチＳ２は、ホウ素窒化物周囲リングの電位分割を可能にする。
【００２８】
次に、アーク放電動作モード及びカソードスパッタ動作モードに対する本発明の装置のパラメータの好適な値あるいは値範囲について説明する。
【００２９】
動作モードアーク放電
Ｐtotal ：０.５−５０・１０-3ｍbar，
△ＰAr  ：０.５−５０・１０-3ｍbar，特に約１０-3ｍbar
△ＰN2  ：０.２−２０・１０-3ｍbar，特に約１０-3ｍbar
△ＰCxHx：０.２−２０・１０-3ｍbar，特に約１０-3ｍbar
Ｉcathode  ：３５−２００Ａ，特に４０−６０Ａ
−Ｕcathode：５０−１２０Ｖ，特に６０−９０Ｖ
−Ｕbias   ：０−２００Ｖ，特に５０−１００Ｖ
Ｈ／／：１０−２５０ Ｏｅ，特に１０−５０ Ｏｅ
磁石装置／ターゲット間隔：２−２０ｃｍ，特に１０−２０ｃｍ
【００３０】
動作モードカソードスパッタ
Ｐｔｏｔａｌ  ：０．５−５０・１０−３ｍｂａｒ，特に２−５・１０−３ｍｂａｒ
△ＰＡｒ    ：０．５−５０・１０−３ｍｂａｒ，特に１−３・１０−３ｍｂａｒ
△ＰＮ２    ：０．２−２０・１０−３ｍｂａｒ，特に０．５−１・１０−３ｍｂａｒ
−Ｕｃａｔｈｏｄｅ：３００−７５０Ｖ，特に４００−６００Ｖ
−Ｕｂｉａｓ    ：２０−２００Ｖ，特に５０−１００Ｖ
Ｎｃａｔｈｏｄｅ  ：５−２５Ｗ／ｃｍ２，特に８−１２Ｗ／ｃｍ２
Ｊｂｉａｓ      ：０．５−１０ｍＡ／ｃｍ２，特に２−５ｍＡ／ｃｍ２
Ｈ／／：５０−５００  Ｏｅ，特に１００−２５０  Ｏｅ。
【００３１】
これらのパラメータに関し、Ｐｔｏｔａｌは、脱気可能なベッセル内の全ての分圧の合計を意味し、パラメータＨ／／は、ターゲット表面に平行な磁界成分の大きさを示す。
【００３２】
パラメータＮは、カソードにおける電力密度であり、基板の電流密度は、Ｊｂｉａｓによって示されている。
【００３３】
また、引用されたパラメータの値を用いることによって、最適な結果を得るため、ターゲットと永久磁石装置間の間隔を選択すること、及び、最良の可能な結果を得るため、永久磁石装置自体の形状を決めることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によって、特に経済的でかつ構造の簡単な基板被覆装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の一実施例の概略図である。
【図２】本発明の第２実施例の図１と同様な概略説明図である。
【図３】関連電源を備えたターゲットの概略平面図である。
【符号の説明】
１  ターゲット
２  中央永久磁石
３  端部永久磁石
４  支持板
５  ベッセル
６  スペーサ
７  棒状支持体
９  基板支持体
１１  ホウ素窒化物周囲リング
１６  マグネトロン源
１７  アーク源
【図１】
0003591846.tif 000002
【図２】
0003591846.tif 000003
【図３】
0003591846.tif 000004