(57)【要約】  本発明は、ＨｉＰＩＭＳを用いて、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を備えた被覆部を、被覆されるべき基板の表面に塗布する方法に関し、この方法は、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出するために、ＴｉＣＮ層を生成するためのＴｉ源として、Ｔｉターゲットを少なくとも１つ用い、このＴｉターゲットを、被覆チャンバ中、反応性雰囲気中でＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタし、この反応性雰囲気は、少なくとも１つの希ガス好ましくはアルゴンを含み、少なくとも窒素ガスを反応性ガスとして含み、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出する間に、成長欠陥を低減させるために、この反応性雰囲気は、追加的に第２反応性ガスとして炭素含有ガス好ましくはＣＨ４を含み、ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源としてこれを用い、ＴｉＣＮ層の析出時には、双極性のバイアス電圧を被覆されるべき基板上にかけ、またはＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として、少なくとも１つの黒鉛ターゲットを用い、このターゲットを、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する被覆チャンバ中でＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタし、この際に、Ｔｉターゲットを、好ましくは、第１電力給電機器または第１電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動させ、かつ黒鉛ターゲットは、第２電力給電機器または第２電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動させる。
2019513903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨｉＰＩＭＳを用いて、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を備えた被覆部を、被覆されるべき基板の表面に塗布する方法であって、前記少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出するために、前記ＴｉＣＮ層を生成するためのＴｉ源として、Ｔｉ含有ターゲットを少なくとも１つ用い、前記Ｔｉ含有ターゲットを、被覆チャンバ中の反応性雰囲気中でＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタし、前記反応性雰囲気は、少なくとも１つの希ガス好ましくはアルゴンを含み、少なくとも窒素ガスを反応性ガスとして含む、方法において、
前記少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出する間に、成長欠陥を低減させるために、
前記反応性雰囲気は、追加的に第２反応性ガスとして炭素含有ガスを含み、前記炭素含有ガスを、ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として用い、前記ＴｉＣＮ層の析出時には、双極性のバイアス電圧を前記被覆されるべき基板上にかけ、
または
前記ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として、少なくとも１つの炭素含有ターゲットを用い、前記ターゲットを、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する前記被覆チャンバ中で、ＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタすることを特徴とする、方法。
【請求項２】
炭素源として炭素含有ガスを用い、前記炭素含有ガスはＣＨ４を含み、またはＣＨ４からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炭素源として炭素含有ガスを用い、前記炭素含有ガスはＣ２Ｈ４を含み、またはＣ２Ｈ４からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
炭素源として少なくとも１つの炭素含有ターゲットを用い、１つまたは複数のＴｉ含有ターゲットは第１電力給電機器または第１電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動し、かつ１つまたは複数の炭素含有ターゲットは、第２電力給電機器または第２電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのＴｉ含有ターゲットは、Ｔｉからなる金属ターゲットである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つのＴｉ含有ターゲットは、ＴｉＣからなるセラミック製のターゲットである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの炭素含有ターゲットは黒鉛からなる、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの炭素含有ターゲットは複合材料からなる、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ターゲットは、少なくとも１つの金属と炭化物とを含む複合材料からなる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面、とりわけ加工品、構成部品または工具の表面に成長欠陥を低減させたＴｉＣＮ被覆を施す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
反応性スパッタリングまたはＨｉＰＩＭＳプロセスを用いた被覆では、しばしば金属ターゲットを噴霧材料源として用い、この際に少なくとも１つの反応性ガスを、作動ガスに追加して採用する。本発明の枠内では、「噴霧する」の概念と「スパッタリング」の概念とは同一であると理解される。ターゲットとは、本発明の枠内では、この方法を行う際に材料が削り取られるスパッタリング源の構成部分を称する。
【０００３】
反応性スパッタリングプロセスの場合またはカソードアーク蒸発（Ａｒｃｅｎとも称される）の場合も、層の析出のために、通常２つの反応性ガスが必要とされる。従来技術では、これらは、通常窒素および炭素含有ガス（これは、大抵アセチレン（Ｃ２Ｈ２）である）である。アーク蒸発が比較的「頑強な」プロセスであると見なされうる一方で、とりわけスパッタリングプロセスまたはＨｉＰＩＭＳプロセスでは、プロセスガス調節がプロセス安定性にとって決定的な役割を果たす。
【０００４】
クラスニッツァー（Ｋｒａｓｓｎｉｔｚｅｒ）は、例えばＷＯ２０１４２０７１５４中で、ＨｉＰＩＭＳを用いてＴｉＣＮ層を析出する方法を開示し、この文献中では、ＴｉＣＮ層を基板表面上に塗布するために、反応性Ｎ２およびＣ２Ｈ２を含有する雰囲気中で、Ｔｉターゲットをスパッタする。ＨｉＰＩＭＳプロセスは、電力パルスおよび／または電力パルスシーケンスを使用して、ターゲット面上に対して、電力パルスないし電力パルスシーケンス毎に少なくとも０．２ジュール／ｃｍ２のエネルギー含量で行う。被覆チャンバ中での反応性ガスの濃度は、反応性ガス流を開ループ制御または閉ループ制御することにより管理し、様々な特性、例えば色の印象は、被覆チャンバ中の反応性ガスの濃度により管理することが提案される。
【０００５】
スパッタリングまたはＨｉＰＩＭＳプロセスの間に、Ｎ２とＣ２Ｈ２との双方の反応性ガスは、蒸発したターゲット材料と反応し、金属セラミック層を基板上に形成することは公知である。層の圧縮を達成するために、通常負の基板バイアス電圧が基板にかけられ、これにより正に帯電したイオンが基板上に加速する。
【０００６】
同様に、最適な層特性を再現可能に設定可能にするためには、スパッタリングないしＨｉＰＩＭＳプロセスを詳細に知りかつ制御することが非常に重要であることが公知である。この際、最適な作用点を選択することが特に重要であると見なされうるが、この理由は、プロセス時にこの作用点からわずかにずれただけでも、層品質に変動をきたし、色特性が変わってしまい、プロセス不安定性が引き起こされ、最終的にプロセスの中断が引き起こされうるからである。この際、作用点とは、作動ガスと、１つまたは複数の反応性ガスとの所定の割合であると理解される。
【０００７】
プロセスの間に選択された作用点を一定に保つために、通常ガス流または部分圧の閉ループ制御が用いられる。この点は、反応性ガスが１つのみである場合には、すなわち例えばＴｉＮの析出の場合には、Ａｒ部分圧が０．４０Ｐａで、Ｎ２部分圧が０．０３Ｐａで、これにより０．４３Ｐａの全圧力が設定される。ＨｉＰＩＭＳプロセスでは、作用点は、選択されたプロセス条件、例えば、パルス電力平均Ｐａｖまたはパルス幅ｔｐｕｌｓｅに強く依存しうるが、用いられるターゲットまたはポンプ性能の状態および古さにも依存しうる。設定された作用点、またはＮ２部分圧ないし結果として生じる全圧は、通常Ｎ２流を適合させることにより実施される。
【０００８】
しかし、２つの以上の反応性ガス、例えばＮ２およびＣ２Ｈ２を同時に用いる場合には、この概念はもはや応用可能ではないが、この理由は、１つの反応性気体の圧力のみを閉ループ制御可能で、他方の反応性ガスは、通常固定流量でチャンバ中に入るからである。
【０００９】
したがって、上述の理由により、プロセスに影響を与えるパラメータのわずかな変化が、所望の作用点のずれを必然的に伴い、これが望ましい層品質に悪い作用を与えうることも明らかである。
【００１０】
上述の問題は、とりわけＴｉＣＮを反応性析出させる際に決定的となるが、この際、双方の元素、すなわち炭素および窒素をガス位相から得て、かつこれをチタンターゲットからスパッタされたチタンと反応させてチタンＴｉＣＮにする。最適な作用点からわずかにずれることですでに層特性の顕著なずれを引き起こしうる。
【００１１】
反応性スパッタリングまたはＨｉＰＩＭＳプロセス時における別の重要な態様は、１つまたは複数の反応性ガスをターゲット表面と反応させ、これにより通常セラミック製の反応生成物が形成される。一般的には、この過程はターゲット被毒と称され、スパッタリング特性またはプロセスの作用点に対して顕著に作用しうる。ターゲット被毒の際に伝導性の悪いまたはさらには絶縁性の接続部がターゲット表面に形成されると、放電電圧が劇的に高まり、全ターゲット面に覆われた場合には、最悪の場合にはスパッタリングプラズマの崩壊が引き起こされうる。
【００１２】
ＥＰ２５６５２９１Ａ１中では、様々なターゲット材料を用いた反応性スパッタリングプロセスの使用時のターゲット被毒におけるこの現象を、各スパッタリング源においてガス流調節器を設け、これが反応性ガス流を各スパッタリングターゲットの被毒度の高さに応じて設定することによって、回避することが提案されているが、これは、ターゲット源の電圧を計測することによって行い、予め定義した目標値に従って、反応性ガス流の閉ループ制御によって可能になる。この方法は、しかしながら実現が比較的コスト高であり、ターゲットにおける反応性ガスに関連した過程について詳細な知識が必要である。さらに、作動ガス対反応性ガスの割合に関して、任意の作用点を選択する可能性は存在しない。
【００１３】
従って、所望の層特性に応じて、このために必須となる作用点を任意に選択することができる方法を提供すること、およびこの際これを安定的に作動させることが第一義的に重要である。本発明は、まさしくこの工程を可能にする。
【００１４】
層の圧縮を達成するために、通常負の基板バイアス電圧を基板にかけ、これにより正に帯電したイオンを基板に加速させる。直流（ＤＣ）バイアス電圧を使用して反応性スパッタリングまたはＨｉＰＩＭＳプロセスで層を析出する際、使用電圧は、プラズマ電位よりも高くすべきである。通常−３０Ｖより高く、したがって例えば−４０ＶのＤＣバイアス電圧がかけられ、これにより基板材料上へのイオンの加速が達成される。
【００１５】
ＤＣバイアス電圧を、例えば−４０Ｖから−８０Ｖに高めることにより、イオンエネルギーの上昇が達成され、これにより、層圧縮が高まり、通常層の内部応力の上昇も生じる。しばしば内部応力の上昇により、層硬度の高まりも見られうる。
【００１６】
高い硬度は多くの応用において望まれているが、しかし、同時に内部応力が上昇することにより、数マイクロメートルの層厚を、構成部品または工具の所望の箇所に達成するにあたって、顕著な困難が生じる。層中の内部応力が高すぎることにより、部分的にまたは広い面積に渡ってさえ、層の剥離が生じる。
【００１７】
従来のスパッタリングまたはＨｉＰＩＭＳプロセスでは、層の成長は成長欠陥の導入を内在させる。
【００１８】
ＴｉＣＮを従来のスパッタリングまたはＨｉＰＩＭＳプロセスを用いて生産する場合、層成長時に成長欠陥が導入されるが、これは、例えば完全には噴霧状にならないターゲットの金属粒子、または設備中の不純物からも生じうる。さらに、噴霧化されたターゲット材料が反応性ガスとどこで反応するのかを精確に区別するのは困難であるが、これは、すでに反応済みのＴｉＣＮがチタンターゲットのターゲット表面において存在しえ、これが「マイクロ粒子」として噴霧化され、成長欠陥として、基板において成長した層中に組み込まれうることを意味する。ターゲット表面で反応性ガスがターゲット材料と反応するこの過程は、通常「被毒」と称され、プロセスパラメータ、この場合とりわけ反応性ガス流調節に強く依存している。ターゲット表面が完全に１つまたは複数の反応生成物により覆われている場合に、ターゲットが完全に被毒されていると称する。
【００１９】
さらに、基板における層の表面品質の高さは、しばしば層厚に依存しているが、この理由は、層成長時に成長欠陥がより小さい場合でさえも、被覆された構成部品または工具の粗度が顕著に上昇する。これは、層がより厚くなると、より薄い層で等しい析出条件下の場合よりも、粗度がより高くなる傾向があることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の課題
本発明の課題は、成長欠陥がより小さく、しかし同時に可能な限り層硬度の損失がなくまたは層の内部応力が上昇しないＴｉＣＮ層を生産することができる方法を提供することである。
【００２１】
望ましくは、本発明の方法は、高いプロセス安定性を取り入れるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明による解決方法
本発明の課題は、請求項１に記載の方法を提供することにより解決される。
【００２３】
本発明によれば、ＨｉＰＩＭＳを用いて、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を備えた被覆部を、被覆されるべき基板の表面に塗布する方法であって、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出するために、ＴｉＣＮ層を生成するためのＴｉ源として、Ｔｉ含有ターゲット例えばＴｉターゲットを少なくとも１つ用い、このＴｉ含有ターゲットを、被覆チャンバ中、反応性雰囲気中でＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタし、反応性雰囲気は、少なくとも１つの希ガス好ましくはアルゴンを含み、少なくとも窒素ガスを反応性ガスとして含み、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出する間に成長欠陥を低減させるために、
反応性雰囲気は、追加的に第２反応性ガスとして炭素含有ガス好ましくはＣＨ４を含み、この炭素含有ガスを、ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として用い、ＴｉＣＮ層の析出時には、双極性のバイアス電圧を被覆されるべき基板上にかけ、
または
ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として、少なくとも１つの炭素含有ターゲット例えば黒鉛ターゲットを用い、このターゲットを、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する被覆チャンバ中で、ＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタし、この際、Ｔｉ含有ターゲットは好ましくは第１電力給電機器または第１電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動し、かつ黒鉛含有ターゲットは、好ましくは第２電力給電機器または第２電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動する。
【００２４】
本発明の説明
発明者が見出した点は、驚くべきことに、ＨｉＰＩＭＳプロセスの際に双極性のバイアス電圧を用いると、反応性ＨｉＰＩＭＳプロセスを用いて、非常に高い硬度を有するＴｉＣＮからなる硬質材料層を、非常に滑らかな層表面とともに同時に、さらに内部応力を比較的低くして製造することが可能であるとの点である。また、驚くべきことに、反応性ＨｉＰＩＭＳプロセスを用いて、このＨｉＰＩＭＳプロセスにおいて窒素のみを反応性ガスとして用い、ＴｉＣＮの生産用の炭素を炭素含有ターゲットから準備する場合に、非常に高い硬度とともに同時に、非常に滑らかな層表面を有するＴｉＣＮからなる硬質材料層を製造することが可能であることも発明者は見出した。
【００２５】
これにより、例えば、適用領域において、高い表面品質を有ししたがって低粗度の十分厚い層を生成するため、より厚い層を成長させ、かつ上述の問題を克服することが可能になる。
【００２６】
本発明によるＴｉＣＮ層を析出させるために、ＨｉＰＩＭＳ方法を用いたが、この方法は、非常に高い電力パルスまたは電力パルスシーケンスを、１つまたは複数のチタンターゲットのターゲット表面上に当てた。電力パルスのパルス幅ｔｐｕｌｓｅの間、または電力パルスシーケンスのシーケンス期間ｔｐｕｌｓｅｓｅｑｕｅｎｃｅの間、正に帯電したＡｒイオンを用いて、ターゲット表面中にエネルギーがもたらされ、これによりターゲット材料が打ち出されまたは噴霧化される。ＨｉＰＩＭＳ方法の場合には、従来のスパッタリング方法の場合に比べて、イオン化された噴霧材料の割合が顕著により高くなる。ＨｉＰＩＭＳプロセスにおけるエネルギー含有量は、相応に高いパルス電力Ｐおよび／または相応の非常に長いパルス長ないしパルス幅ｔｐｕｌｓｅ、を設定することを介して非常に単純に達成可能である。
【００２７】
標準的なＨｉＰＩＭＳの構成および被覆パラメータは従来技術から公知である。
【００２８】
本発明の枠内では、とりわけ例えばクラスニッツァー（Ｋｒａｓｓｎｉｔｚｅｒ）がＷＯ２０１２１４３０９１Ａ１号中で記載したようなＨｉＰＩＭＳ方法を用いた。
【００２９】
以下に、本発明を詳細にかつ図ないし表を用いて例示的に補足する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、一例として析出させたＴｉＣＮ層の特性の概要を示す表であり、これらのＴｉＣＮ層は、従来技術に従ってＤＣ電圧を用いて析出させたＴｉＣＮ層（Ａ、Ｂ参照）と比較して、実施例１にしたがって双極性のバイアス電圧を用いて析出させたＴｉＣＮ層（Ｃ、Ｄ、Ｅ参照）である。
【図２】図２は、様々なバイアス電圧を用いた実施例１によるＴｉＣＮ層の層表面の光学顕微鏡写真である。
【図３】図３は、一例として析出させたＴｉＣＮ層の特性の概要を示す表であり、これらのＴｉＣＮ層は、従来技術に従ってＴｉターゲットのみおよびＤＣ電圧を用いて析出させたＴｉＣＮ層（ＲＥＦ参照）と比較して、実施例２にしたがってＴｉおよび黒鉛ターゲットを用いて析出させたＴｉＣＮ層（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ参照）である。
【図４】図４は、様々なターゲットないし反応性ガスシステムを用いた実施例２によるＴｉＣＮ層の層表面の光学顕微鏡の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施例１（第１の好適な実施形態による）
第１実施例にしたがって一例として示した全てのＴｉＣＮ層を、接着層として薄いＴｉＮ層を備えて製造した。まず、このＴｉＮ接着層を、被覆されるべき表面上に析出し、この際、以下のパラメータを用いた。すなわち、パルス電力Ｐｐｕｌｓｅは６０ｋＷで、ターゲットにおける平均電力Ｐａｖは９．０ｋＷで、ｔｐｕｌｓｅが２５ミリ秒、全圧ｐｔｏｔが０．８１Ｐａであり、Ｎ２部分圧が０．０１Ｐａであり、Ａｒ部分圧が０．４Ｐａであり、一定のバイアス電圧が−８０Ｖであり、被覆温度が４５０℃であった。
【００３２】
その直後、ＴｉＣＮ層を、等しいＰｐｕｌｓ、等しいＰａｖ、等しいＮ２部分圧およびＡｒ部分圧で、しかし追加的に一定のＣＨ４流量５０ｓｃｃｍ、より短いｔｐｕｌｓである１ミリ秒で塗布した。
【００３３】
図１の表中の比較例ＡおよびＢについては、ＴｉＮ接着層の析出時にもＴｉＣＮ層の析出中にも、ＤＣバイアス電圧を用いた。
【００３４】
図１中の表１中の本発明による実施例Ｃ、ＤおよびＥについては、本発明によりＴｉＮ接着層の析出後に、本発明のＴｉＣＮ層の析出のためにバイアス電圧を双極性パルスモードに変えた。
【００３５】
全ての層の層厚は約４．０μｍであり、続いて全ての層を特徴付けたが、これについては、表１中の層特性のまとめの中で明らかである。サンプルないし試料番号ＡおよびＢは、同一の条件下で、しかし様々な充填量で、−４０Ｖの一定のＤＣバイアス電圧で析出を行った。試料番号Ｃ、ＤおよびＥは、双極性のパルスバイアス電圧−５０Ｖ、−８０Ｖおよび−１００Ｖでそれぞれ析出した。負のバイアス電圧対正のバイアス電圧の時間的な割合ｔｎｅｇ：ｔｐｏｓは、５０：２５ミリ秒で、試料Ｃ、ＤおよびＥについて一定に保った。
【００３６】
驚くべきことに、ＤＣバイアス電圧に代えて、本発明によりパルスバイアス電圧を使用した場合、バイアス電圧が匹敵する値である場合およびより高い場合であってさえも、粗度値Ｒａ、ＲｚおよびＲｍａｘの明らかな低減が認められた。図１中に被覆された試料表面の光顕微鏡写真を示すが、ここで、試料Ｂ（−４０Ｖの一定のＤＣ）を試料Ｃ、ＤおよびＥと比較した。「黒い」点の光学印象は成長欠陥により生成される。この成長欠陥がない場合に反射光中で表面構造が非常に滑らかになるが、成長欠陥はこれを妨げる。試料Ｃ〜Ｅでは、試料Ｂと比較して、黒い点の密度が明らかにより低く見え、この点は、計測された粗度値と一致している。しかし、興味深いことに、計測した層の炭素含有量は、列挙した計測精確性の枠内では、バイアス電圧をかけるために用いた方法に依存せず、ほぼ一定の１０±２ａｔ％である。
【００３７】
しかし、驚くべきことに、パルスバイアス電圧を用いたＴｉＣＮ層では、ＤＣバイアス電圧を用いた比較試料の場合よりも、計測された内部応力値が明らかにより小さかった。表１から明らかであるように、−１００Ｖパルスバイアス電圧で初めて、等しい内部応力レベルである−４．４ＧＰａに達するが、この値は、−４０ＶのＤＣバイアス電圧を使用した場合にすでに生じた値である。
【００３８】
さらに、パルスバイアス電圧を用いることにより、硬度の穏やかな上昇が観察され、これは、この応用にとって望ましい傾向である。
【００３９】
好ましくは−２０Ｖ〜−２００Ｖの範囲のバイアス電圧が用いられる。
【００４０】
好ましくは負のバイアス電圧対正のバイアス電圧の時間的な割合ｔｎｅｇ：ｔｐｏｓは、１０：１〜１：５、好適には５：１〜１：２、特に好適には２：１〜１：１の範囲である。
【００４１】
バイアス電圧の高さは、対称的または非対称であるように設定されうる。非対称のモードでは、イオン流および電子流を、互いに対して依存せず設定することができる。
【００４２】
好ましくは炭素含有ガスとしてはアセチレン（Ｃ２Ｈ４）またはメタン（ＣＨ４）を用いる。
【００４３】
さらなる本発明の実施形態によれば、ＴｉＣＮ層の析出時に金属であるチタンターゲットに代えて、セラミック製のＴｉＣターゲット、またはＴｉとＴｉＣとからなるターゲットを用いうる。
【００４４】
実施例２（第２の好適な実施形態による）
第２実施例により一例として示された全てのＴｉＣＮ層は、接着層として薄いＴｉＮ層を備えて生成された。まず、ＴｉＮ接着層を、被覆されるべき表面上に析出し、この際、以下のパラメータを用いた。すなわち、パルス電力Ｐｐｕｌｓｅ、は６０ｋＷ、ターゲットにおける平均電力Ｐａｖは９．０ｋＷ、ｔｐｕｌｓｅが２５ミリ秒、全圧ｐｔｏｔが０．８１Ｐａであり、Ｎ２部分圧が０．０１Ｐａであり、Ａｒ部分圧が０．４Ｐａであり、一定のバイアス電圧が−８０Ｖであり、被覆温度が４５０℃であった
【００４５】
ここで３つのチタンターゲットを上述のように作動した。
【００４６】
本発明によれば、直後にＴｉＣＮ層（図３の表中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を析出させたが、３つのチタンターゲットを上述と等しい設定で、しかし、追加的に３つの炭素ターゲットをつなげた。
【００４７】
３つの炭素ターゲットは、一例となる様々なプロセス中で、それぞれ６０ｋＷのＰｐｕｌｓｅ、−５０Ｖの一定のバイアス電圧で用いるが、しかしｔｐｕｌｓｅは０．０５、０．１、０．２および０．３ミリ秒と異なり、かつこの結果生じる０．４、０．９、１．８および２．８ｋＷのＰａｖで析出を行った。対応する試料をＡ、Ｂ、ＣおよびＤの順で挙げ、その特性は図３中に示した。
【００４８】
参照試料（ＲＥＦ）として、従来の方法で析出したＴｉＣＮ層を、これも上述と同じＴｉＮ接着層とともに生成したが、しかし、この場合、ＴｉＣＮ層について、チタンターゲットのみを用い、Ａｒをプロセスガスとして部分圧０．４０Ｐａで、Ｎ２を第１反応性ガスとして部分圧０．０１Ｐａで、追加的に第２反応性ガスとして５０ｓｃｃｍのＣＨ４を用い、これにより全圧ｐｔｏｔは０．４７Ｐａに相当した。ＤＣバイアス電圧を、ＴｉＮ接着層の析出のためにも、ＴｉＣＮ層の析出のためにも用いた。参照試料についてのこの設定は、上の冒頭で述べたように従来技術に対応し、層特性およびプロセス安定性に関する比較目的のために機能する。
【００４９】
さらなる比較試料Ｅとして、上述のＴｉＮ接着層を用いるが、ＴｉＣＮ層用に２つのプロセスガスおよび２種類のターゲットを用いたプロセスを実施した。この際、３つのチタンターゲットのためのパラメータは、上述のように一定に保たれ、３つの炭素ターゲットのために、試料Ｃに匹敵する設定が、それぞれＰｐｕｌｓｅを６０ｋＷ、一定のバイアス電圧を−５０Ｖ、ｔｐｕｌｓｅを０．２ミリ秒、およびこの結果生じるＰａｖを１．８ｋＷ、Ａｒ部分圧を０．４Ｐａ、Ｎ２部分圧を０．０３、かつ固定のＣＨ４流量を１０ｓｃｃｍにして析出した。
【００５０】
例示的に示した全ての層の層厚は約４．０μｍであり、続いて全ての層を特徴付けたが、これについては、図１の表中の層特性のまとめ中で明らかである。
【００５１】
図４中では、被覆された試料表面の光顕微鏡写真を示すが、ここで、比較試料ＲＥＦを試料Ａ、Ｂ、ＣおよびＤと比較する。「黒い」点の光学印象は成長欠陥により生成される。この成長欠陥がない場合に反射光中で表面構造が非常に滑らかになるが、成長欠陥はこれを妨げる。驚くべきことに試料Ａ〜Ｄでは、試料ＲＥＦと比較して黒い点の密度がより低く見え、この点は、計測された粗度値と十分一致している。炭素割合はターゲットにおける電力と共に上昇する。
【００５２】
しかし、興味深いことに、試料ＲＥＦとＣとを比較した場合、これらの双方はほぼ同じ炭素含有量を有するが、本発明により析出された試料Ｃについて層硬度が明らかにより高く計測されたと認めることができた。これは、２つのターゲット材料を使用する場合、１つがチタンであり、第２材料がこの例では炭素であったが、層特性に良好な作用があり、さらに安定したプロセスが可能になることを意味する。
【００５３】
比較試料Ｅでは、異なる双方のターゲット材料としては、チタンおよび炭素を用い、Ｎ２およびＣＨ４を反応性ガスとして用いたが、この試料は著しく高い表面粗度を有した。この点は、本発明により析出された試料Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの炭素含有量ないし粗度と線形相関と比較すると、試料Ｅ中の炭素割合と関連しうる。
【００５４】
本発明の枠内では、複合材料からなる炭素含有ターゲットを採用することにより、炭素含有量を微調整できることが考えられうる。これに関連して、例えば１つまたは複数の金属からなり、かつ１つまたは複数の炭化物を含む複合材料が考えられ、例えばＴｉＣまたはＴｉ＋ＴｉＣからなるターゲットが考えられる。
【００５５】
同様にこれ以外の金属、例えばＣｒ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどを本発明による方法のために用いることも考えられうる。
【００５６】
好ましくは−２０Ｖ〜−２００Ｖの範囲のバイアス電圧、１０−４ｍｂａｒ（０．０２Ｐａ）〜１０−２ｍｂａｒ（２Ｐａ）の範囲の全圧、０．１ｋＷ／ｃｍ２〜３．０ｋＷ／ｃｍ２の範囲の電力密度、および／または０．０５〜１０ｋＷの範囲の平均電力Ｐａｖを用いる。Ａｒ対Ｎ２の部分圧の割合は０．０１〜０．９５の範囲内で変動しうる。
【００５７】
好ましくは炭素含有ガスとして、アセチレン（Ｃ２Ｈ４）またはメタン（ＣＨ４）を用いる。
【００５８】
本発明のさらなる実施形態によれば、ＴｉＣＮ層の析出時に、金属のチタンターゲットの代わりにセラミック製のＴｉＣターゲットまたはＴｉおよびＴｉＣからなるターゲットを用いることができる。
【００５９】
本発明が具体的に開示しているのは、ＨｉＰＩＭＳを用いて、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を備えた被覆部を、被覆されるべき基板の表面に塗布する方法であって、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出するために、ＴｉＣＮ層を生成するためのＴｉ源として、Ｔｉ含有ターゲットを少なくとも１つ用い、このＴｉ含有ターゲットを、被覆チャンバ中、反応性雰囲気中でＨｉＰＩＭＳ方法を用いてスパッタし、反応性雰囲気は、少なくとも１つの希ガス好ましくはアルゴンを含み、少なくとも窒素ガスを反応性ガスとして含む方法であって、少なくとも１つのＴｉＣＮ層を析出する間に、成長欠陥を低減させるために、
反応性雰囲気は、追加的に第２反応性ガスとして炭素含有ガスを含み、この炭素含有ガスを、ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として用い、ＴｉＣＮ層の析出時には、双極性のバイアス電圧を被覆されるべき基板上にかけ、
または
ＴｉＣＮ層を生成するための炭素源として、少なくとも１つの炭素含有ターゲットを用い、このターゲットを、ＨｉＰＩＭＳ方法を用いて、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する被覆チャンバ中でスパッタする方法である。
【００６０】
好ましくはこの方法は、炭素源として炭素含有ガスを用いる場合、炭素含有ガスがＣＨ４を含み、もしくはＣＨ４からなる、または、Ｃ２Ｈ４を含み、もしくはＣ２Ｈ４からなるように実施可能である。
【００６１】
好ましくはこの方法は、炭素源として炭素含有ターゲットを用いる場合、１つまたは複数のＴｉ含有ターゲットが第１電力給電機器または第１電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動し、かつ１つまたは複数の炭素含有ターゲットが、第２電力給電機器または第２電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動するように実施可能である。
【００６２】
上述の方法のある好適な変形例によれば、１つまたは複数のＴｉ含有ターゲットは、Ｔｉからなる金属ターゲットである。
【００６３】
上述の方法のさらなる好適なある変形例によれば１つまたは複数のＴｉ含有ターゲットは、ＴｉＣからなるセラミック製のターゲットである。
【００６４】
上述の方法のさらなる好適なある変形例によれば、少なくとも１つの炭素含有ターゲットが用いられ、１つまたは複数の炭素含有ターゲットは黒鉛からなる。
【００６５】
上述の方法のさらなる好適なある変形例によれば、少なくとも１つの炭素含有ターゲットを用い、１つまたは複数の炭素含有ターゲットは、複合材料からなり、この複合材料は、例えば１つの金属または複数の金属と、１つの炭化物または複数の炭化物とを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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