(57)【要約】      （修正有）【課題】バイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法及びマグネトロン装置を提供する。【解決手段】マグネトロンターゲット１０２ａ，ｂのターゲット材料を飛散させるためにバイポーラスパッタリングモードに応じた電力を２つのマグネトロンターゲット１０２ａ，ｂに供給するステップであって、バイポーラスパッタリングモード１０４において１０Hz〜１０００Hzの範囲の周波数で極性変更が行われる供給ステップと、基板表面１２０ｏをコーティング材料１２２でコーティングするステップであって、コーティング１１０は、バイポーラスパッタリングモードにおいてマグネトロンターゲット１０２ａ，ｂから飛散されたターゲット材料によって行われるコーティングステップとを有するバイポーラマグネトロン１００のための方法。【選択図】図１
2018059205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法であって、
・  マグネトロンターゲットのターゲット材料を飛散させるためのバイポーラスパッタリングモードに応じた電力を２つのマグネトロンターゲットに供給するステップであって、前記バイポーラスパッタリングモードにおいて、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で極性変更が行われる、供給ステップと、
・  コーティング材料で基板表面をコーティングするステップであって、前記コーティングは、前記バイポーラスパッタリングモードにおいて、前記マグネトロンターゲットから飛散されたターゲット材料により行われる、コーティングステップと、
を含む、バイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項２】
前記コーティング材料は１×１０１２Ωｃｍより低い電気抵抗率を有する、
請求項１記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項３】
前記ターゲット材料は金属であり、前記コーティング材料は前記金属である、
請求項１又は２記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項４】
前記ターゲット材料は金属化合物を含み、前記コーティング材料は前記金属化合物を含む。
請求項１又は２記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項５】
反応性バイポーラマグネトロンスパッタリングのための反応ガスを供給するステップであって、
前記ターゲット材料が金属を含み、前記コーティング材料が前記金属及び前記反応ガスを含有する化合物を含む、ステップを、さらに有する、
請求項１又は２記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項６】
反応性バイポーラマグネトロンスパッタリングのための反応ガスを供給するステップであって、
ターゲット材料が金属化合物を含み、前記コーティング材料が前記金属化合物及び前記反応ガスを含有する化合物を含む、ステップを、さらに有する、
請求項１又は２記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項７】
バイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法であって、
・  真空領域において、ポリマーを含む基板を搬送するステップと、
・  前記真空領域において、マグネトロンによって、前記基板をコーティングするステップと、を備え
・  前記コーティングするステップは、バイポーラスパッタリングモードに応じた電力でマグネトロンを作動させることを含み、
前記バイポーラスパッタリングモードは、
１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数の極性変更を有する交流電圧を有し、
前記基板内へのエネルギー導入が前記電力の６％より少なく、
コーティング速度が６０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎより大きい、
バイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項８】
前記基板の搬送は、前記基板を冷却するために冷却ドラムにより行われる、
請求項７記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項９】
前記基板の前記コーティングは、銅、酸化ニオブ、酸化チタンの材料群からの材料で前記基板をコーティングすることを含む。
請求項７又は８記載のバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法。
【請求項１０】
マグネトロンスパッタリング装置（１００）であって、
・  ターゲット材料を備える２つのマグネトロンターゲット（１０２ａ、１０２ｂ）と、
・  基板（１２０）上に前記ターゲット材料によって、層（１２２）を堆積させる（１１０）ためのプロセス制御部と、を備え、
・  前記プロセス制御部は、両前記マグネトロンターゲット（１０２ａ、１０２ｂ）が１０００Ｈｚより低い周波数でバイポーラスパッタリングに応じて作動されるように構成されている、
マグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１１】
基板（１２０）はポリマーを含む。
請求項１０記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
様々な実施例は、バイポーラマグネトロンスパッタリング及びマグネトロン装置のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マグネトロンは基板のコーティングのために使用されることができる。例えば、いわゆるスパッタリングプロセス（カソードスパッタリング）は、１つ以上の基板を真空処理チャンバ内でコーティングするために使用されることができる（例えば、スパッタコーティング又はスパッタ堆積と称される）。マグネトロンは、様々な可能な動作モードのうちの１つの動作モードを実施できるように提供されてもよい。  動作モードは、例えば、制御された又は非制御の反応性スパッタリング、非反応性スパッタリング、直流電圧スパッタリング（ＤＣスパッタリング）、交流電圧スパッタリング（ＡＣスパッタリング、例えば、ＭＦ（中間周波）スパッタリング又はＨＦ（高周波）スパッタリング）、パルス直流電圧スパッタリング（例えば、ＨｉＰＩＭＳ又はＨＰＰＭＳと略称される、高電力インパルスマグネトロンスパッタリング）、を個別に又は組み合わせて、備えることができる。マグネトロンは、一般的に、実施されるべき動作モードに特別に適合されているか、又は適合させることができ、従って、相応の動作モードが最適に実施されることができる。その際、例えば、使用されるターゲット材料も、その都度マグネトロンスパッタリングに使用される動作モードの選択において、役割を果たす。
【発明の概要】
【０００３】
様々な実施形態は、例えば、金属層又はセラミック層の効果的な堆積を実現するスパッタリングモードが提供され、これらの層が１×１０１２Ωｃｍ（１×１０１２Ωｃｍ）より小さい電気抵抗率を備える、ということに基づく。様々な実施形態によれば、スパッタリングモードは、例えば、約１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの帯域の低周波帯域バイポーラスパッタリングモードであるバイポーラスパッタリングモードでは、少なくとも２つのマグネトロンターゲットが電極対として用いられる。電極対は、スパッタリングプロセスのためにカソードとアノードとが交互に用意されるように閉ループ又は開ループ制御される（angesteuert bzw. geregelt）。このために、両マグネトロンターゲット（即ち、両電極の間に）、交番する極性を有する電圧（例えば純粋な交流電圧又は交流電圧と重畳直流電圧との混合電圧）が印加される。その都度一時的に正の極性にあるマグネトロンターゲットはアノードとして機能し、その都度一時的にマイナスの極性にあるマグネトロンターゲットはカソードとして機能する。スパッタリングプロセスでは、その都度負の極性にあるマグネトロンターゲットが飛散（zerstaeubt）される。極性の絶え間のない交代のために、両マグネトロンターゲットは飛散され、堆積物のないままになる。このようにして、長期間フリーな（コーティングされていない）アノードが提供され、従ってスパッタリングプロセスによって、電気的に絶縁性の材料も堆積されることができる。
【０００４】
このスパッタリングプロセスは、例えばセラミック材料のような絶縁性の材料の堆積に適しており、場合によっては効果的に（例えば長期安定的に）スパッタリングすることができない、（例えば、１×１０１２Ωｃｍ、例えば１×１０１３Ωｃｍ又は１×１０１４Ωｃｍより高い電気抵抗率を有するような）高絶縁材料であってもスパッタリングできることが認められる。例えばＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３のような、例えば従来はＭＦスパッタリングが用いられていたような高絶縁材料が堆積される。
【０００５】
電気絶縁材料のＤＣスパッタリング（又はユニポーラスパッタリング）において、通常、電気絶縁材料でふさがれたアノード（「消失」アノードとも呼ばれる）の問題を生じる。これは、少なくとも１×１０１２Ωｃｍより小さい電気抵抗率を有するコーティング材料のための、本明細書に記載のバイポーラスパッタリングモードによって、防止できる。さらに、本明細書に記載のバイポーラスパッタリングモードを用いることにより、同等のＭＦスパッタリングプロセス（例えば、従来２０ｋＨｚよりも高い周波数で実施される）よりも高い堆積速度を達成できる。さらに、本明細書に記載されたバイポーラスパッタリングモードによれば、同等のＭＦスパッタリングプロセスの場合と比較して、コーティングされる基板へのより低いパワー導入（ein geringerer Leistungseintrag）が、達成され得る。例えば、本明細書に記載のバイポーラスパッタリングモードによれば、全体としてマグネトロンのその都度の総電力の６％未満、例えば３％乃至６％が、熱エネルギーとしてコーティングされるべき基板に導入（eingetragen）されることが達成される。
【０００６】
具体的には、本明細書に記載されたバイポーラスパッタリングモードによれば、入力された総電力はより効果的にコーティング速度に変換され、即ち、基板に同じ熱エネルギーが導入される場合には、より高いコーティング速度が達成され、又は、同じコーティング速度の場合には、より少ない熱エネルギーしかコーティングされる基板に導入されず、従って、例えば高感度な基板（empfindliche Substrate）、例えばプラスチック基板又はポリマーを含有する基板又はポリマーから成る基板であっても、効果的にコーティングされることができる。
【０００７】
様々な実施形態によれば、バイポーラマグネトロンのための方法は、マグネトロンターゲットのターゲット材料を飛散させるためのバイポーラスパッタリングモードに応じた２つのマグネトロンターゲットに電力を供給するステップであって、
バイポーラスパッタリングモードにおいて、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で極性変更が行われる、供給ステップと、
コーティング材料で基板表面をコーティングするステップであって、
コーティングは、前記バイポーラスパッタリングモードにおいて、前記マグネトロンターゲットから飛散されたターゲット材料により行われる、コーティングステップと、を含んでもよい。
【０００８】
様々な実施形態によれば、コーティング材料は、１×１０１２Ωｃｍより低い抵抗率を有することができる。
【０００９】
様々な実施形態によれば、ターゲット材料は金属であってもよく、バイポーラマグネトロンスパッタリングは、コーティング材料がその金属であるように行うことができる。具体的に、金属層は金属ターゲットを用いて堆積できる。さらに、例えば、１つの希ガス（例えば、アルゴン）のみ、又は希ガスのみの混合物を、バイポーラマグネトロンスパッタリング用の作用ガスとして使用できる。様々な実施形態によれば、金属は、複数の金属の金属合金であってもよい。金属は、例えば、銀、銅、クロム、及び／又はアルミニウムであってもよく、又はそれらを含んでいてもよい。
【００１０】
様々な実施形態によれば、ターゲット材料は金属化合物であってもよく、コーティング材料がその金属化合物であるようにバイポーラマグネトロンスパッタリングが実行されてもよい。具体的には、金属化合物層は、金属化合物ターゲットによって、堆積させることができる。さらに、例えば、１つの希ガス（例えば、アルゴン）のみ、又は希ガスのみの混合物を、バイポーラマグネトロンスパッタリング用の作用ガスとして使用できる。
【００１１】
例えば金属化合物は、例えば金属酸化物、金属窒化物、及び／又は金属酸窒化物を含むか、又はそれらからなる、セラミックであってもよい。金属は、例えば、チタン、クロム、ニオブ、亜鉛及び／又は錫であってもよい。
【００１２】
様々な実施形態によれば、（バイポーラ）マグネトロンスパッタリングのための方法は、反応性バイポーラマグネトロンスパッタリングのための反応ガスを供給するステップをさらに含むことができる。ターゲット材料は、金属（例えば、チタン、クロム、ニオブ、亜鉛及び／又は錫）を含むか又はそれらから成り、バイポーラマグネトロンスパッタリングは、コーティング材料が金属と反応性ガスとの化合物であるか又はこれを含むように、行われることができる。例えば、反応性ガスは酸素を含むことができ、コーティング材料は金属酸化物であるか、又は、金属酸化物を含むことができる。例えば、反応性ガスは窒素を含むことができ、コーティング材料は金属窒化物であるか、又は、金属窒化物を含むことができる。例えば、反応性ガスは、酸素及び窒素を含むことができ、コーティング材料は、金属酸窒化物であるか、又は、金属酸窒化物を含むことができる。
【００１３】
さらに、ターゲット材料は、金属化合物を含むことができ、コーティング材料は、その金属化合物及び反応性ガスの化合物であるか、又は、それらを含む。例えば、反応性ガスは、付加的に金属化合物内に沈積（eingelagert）されてもよいし、又は、化学的にこれと反応できる。
【００１４】
様々な実施形態によれば、バイポーラマグネトロンのための方法は、：
真空コーティング装置のコーティング領域内で基板を搬送するステップであって、基板はプラスチックを含むか、プラスチックから成る、搬送ステップと、
コーティング領域内でマグネトロンターゲットのターゲット材料を飛散させるためのバイポーラスパッタリングモードに応じた電力を２つのマグネトロンターゲットに供給するステップであって、バイポーラスパッタリングモードにおいて、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で極性変更が行われる、供給ステップと、を含み、
従って、基板内への熱エネルギーが電力の６％より少なくなり、６０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎより早いコーティング速度でコーティングが行われるように、基板の基板表面がコーティング材料でコーティングされる。
【００１５】
基板の搬送は、例えば、基板（基板は、例えば可撓性であってもよく、例えば、フィルムの形態であって、ウェブ・デポジション（Web-Deposition）とも呼ばれる。）を冷却するための冷却ドラムにより行うことができる。その際、基板は、冷却ドラムと直接接触して搬送され、冷却ドラムの反対側の面がコーティングされる。
【００１６】
様々な実施形態によれば、バイポーラマグネトロンスパッタリングのためのマグネトロン装置は、：
ターゲット材料を有する２つのマグネトロンターゲットと、
基板上にターゲット材料の層を堆積させるためのプロセス制御部と、を備え、
基板はプラスチックを含み、
プロセス制御部は、両マグネトロンターゲットがバイポーラスパッタリングモードに応じて１０００Ｈｚより低い周波数で作動されるように構成されており、
１×１０１２Ωｃｍより小さい電気抵抗率を有する層がターゲット材料によって、基板上に堆積される。
【００１７】
様々な実施形態によれば、バイポーラマグネトロンスパッタリングの方法は、：
真空プロセスチャンバのコーティング領域において、ポリマーを含む基板を搬送するステップと、
マグネトロンを用いてコーティング領域において、基板をコーティングするステップと、を含み、
コーティングするステップは、マグネトロンをバイポーラスパッタリングモードに応じた電力で作動させることを含み、
バイポーラスパッタリングモードは、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲内の極性変更周波数と、電力の６％より少ない基板内への熱エネルギー導入と、６０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ以上のコーティング速度と、を有する。
【００１８】
様々な実施形態によれば、バイポーラマグネトロンスパッタリングの方法は、：
ポリマーを含む基板を真空処理チャンバのコーティング領域内で搬送するステップと、
マグネトロンを使用して基板をコーティングするステップと、を有し、
コーティングするステップは、バイポーラスパッタリングに応じた電力でマグネトロンを作動させることを含み、
バイポーラスパッタリングモードは、１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲の周波数の極性変更を有する交流電圧と、電力の６％より少ない基板へのエネルギー導入と、６０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎより大きいコーティング速度とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
実施例を図面に示し、以下でより詳細に説明する。
【図１】様々な実施形態によるマグネトロン装置の概略を示す図である。
【図２】様々な実施形態によるマグネトロンスパッタリングのための方法のフローを概略的に示す図である。
【図３】様々な実施形態によるマグネトロンスパッタリングのための方法のフローを概略的に示す図である。
【図４】図４Ａ乃至図４Ｄは、様々な実施形態によるマグネトロンスパッタリングのための方法の様々なプロセス特性を示す図である。
【図５Ａ】様々な実施形態によるマグネトロン装置の概略を示す図である。
【図５Ｂ】異なるスパッタリングモードに対する基板温度分布の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の詳細な説明では、本発明の一部を形成し、本発明を実施できる特定の実施形態を例示的に示す添付の図面を参照する。これに関して、「上」、「下」、「前」、「後」、「正面」、「背面」等のような方向の用語は、記載された図面の方向に関して使用される。実施形態の構成要素は多数の異なる方向に配置できるので、方向的な用語は例示的なものであり、決して限定的なものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、構造的又は論理的変更を行うことができることを理解されたい。本明細書に記載された様々な例示的な実施形態の特徴は、特に断りのない限り、互いに組み合わせることができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で考慮されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により規定される。
【００２１】
本明細書で使用する「連結された」、「接続された」及び「結合された」という用語は、直接的接続だけでなく間接的連結続も、直接的又は間接的接続、及び直接的又は間接的結合の両方を表すために使用される。図面において、同一又は類似の要素には、適宜、同じ参照番号が付される。
【００２２】
図１は、様々な実施形態によるマグネトロン装置１００を概略的に示す図である。マグネトロン装置は、バイポーラマグネトロンスパッタリング用に構成されている。様々な実施形態によれば、マグネトロン装置１００は、２つのマグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂを有するマグネトロン１０６を含むことができる。マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂは、１つのターゲット材料を有するか、そのターゲット材料からなる。マグネトロン装置１００を作動する際に、ターゲット材料は飛散され、コーティング材料１２２で基板１２０をコーティングするように機能する。コーティング領域１１０ｂは、例えば、真空処理チャンバ内に提供されているか、又を、提供できる。基板１２０は、例えば、搬送装置によって、真空処理チャンバを通って搬送されるか、又は少なくともコーティング領域１１０ｂに輸送され、コーティング領域１１０ｂから搬出される。
【００２３】
マグネトロン１０６は、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂを保持し、冷却し、電気的に接続させるように構成されていることがわかる。様々な実施形態によれば、マグネトロン１０６は、二重管マグネトロンであってもよく、二つの管ターゲット１０２ａ、１０２ｂを有してもよい。二重管マグネトロンは、２つの管ターゲット１０２ａ、１０２ｂを回転又は駆動するように、相応に構成され得る。
【００２４】
マグネトロン１００の作動中に、コーティング材料１２２は基板１２０の表面１２０ｏ（基板表面とも称される）に堆積する（例えば、基板の表面上に飛散されたターゲット材料が凝縮する）。様々な実施形態によれば、反応性バイポーラスパッタリング又は非反応性バイポーラスパッタリングを行うことができる。非反応性スパッタリングでは、例えば作用ガス（例えばアルゴン）が、ターゲット材料を飛散させるために使用され、作用ガスは基板１２０上に堆積した層１２２内には組み込まれない。したがって、例えば、金属層又は半金属層を基板１２０上に堆積させることができる。反応性スパッタリングでは、作用ガスは少なくとも１つの反応ガスが添加され、又は付加的に少なくとも１つの反応性ガスがコーティング領域１１０ｂにもたらされ、従って飛散されたターゲット材料が反応ガスを化学的に反応し、反応生成物を基板１２０上に層１２２として堆積させ、又は、層１２２が基板１２０上に形成される。
【００２５】
作用ガス及び／又は反応性ガスは、例えば、コーティング領域１１０ｂ内のガス供給部１１２により供給されているか又は供給できる。コーティング領域内の各ガス圧の設定によって、マグネトロン１０６に際する電力調整が行われることができる。さらに、電力は、電流及び／又は電圧に基づいて調整されてもよい。また、例えば光学的エミッションスペクトロスコピーによって、コーティング領域１１０ｂ内のプラズマの化学量論も求められることができ、（例えばプロセス制御の一部として）それに基づいてガス供給及び／又は電力調整が行われる。
【００２６】
様々な実施形態によれば、基板１２０上のターゲット材料の層１２２を堆積させるために、相応に設定されたプロセス制御部が使用されることができ、層１２２は予め定められた特性（例えば、化学量論、層厚さ、層形態（Schichtmorphologie）、電気伝導度、等）に応じて堆積される。
【００２７】
例えば、層１２２が形成される基板１２０は、プラスチック又はポリマーを含むか、又はそれらからなる。基板１２０は、例えば、フィルム（例えば、ポリマーフィルム）であってもよい。例示的には、マグネトロン装置１００は、高感度な基板（例えば、薄い基板及び／又は温度に高感度な基板）を処理するように構成されてもよい。そのために、両マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂが、１０００Ｈｚよりも低い周波数でバイポーラスパッタリングモードに応じて作動されるように、プロセス制御が設定されており、又を、設定できる。そのために、電力供給部１０４は相応に構成されており、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂと結合されていることができる。
【００２８】
バイポーラスパッタリングモードは、例えば、少なくとも１０Ｈｚの周波数を有することができる。その際、電圧は極性変更を有さなければならない。両マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂへの対象的なプロセッシングを得るために、電圧は対象的に供給されているか、又を、供給できる。すなわち、純粋な交流電圧で有り得る（例えば、両方の極性の同一の最大値、例えば、サイン波の形である）。
【００２９】
電力供給部１０４は、両電極（すなわち、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂ）への電圧及び、各カソード及びアノードとして機能するマグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂ間の相応の電流を供給するための少なくとも１つの発電機を備える。カソードとアノードとの間に印加される電圧で流れる電流は、スパッタリングプロセスチャンバ内のプロセスガス（例えば、その組成及び／又は圧力）に依存してもよい。プロセスガスは、少なくとも１つの作用ガスと、任意の少なくとも１つの反応ガスとを有する。したがって、作動点を設定するために、少なくとも１つの発電機並びにプロセスガスの供給のために、異なる動作モード又は制御オプション（Steuermoeglichkeiten）及び／又は調整オプション（Regelungsmoeglichkeiten）が生ずる。
【００３０】
スパッタリングプロセスを維持するために、カソードの周辺にアノードが必要であり、従って、カソードとアノードとの間全体的に電流が流れる。具体的には、両マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂの一方のみがスパッタリングされ、その間他方はアノードを提供する。これは、例えば、スパッタリングプロセスの電力制御（若しくは開ループ制御）又は電力調整（若しくは閉ループ制御）を可能にする。この場合、電力は、例えば、プラズマが生成されるそれぞれの空間領域におけるガス圧力に依存してもよい。スパッタリング電力は、例えば長手方向に延在する（例えば、管状カソード又はいわゆる管状マグネトロンのターゲット管）であるカソードに沿って位置依存性であってもよく、相応に空間的に適合されたガス供給又は類似のものにより補償されることができる。長手方向に延在するカソードは、例えば、コーティングされるべき基板の表面の上方で、その長手延在方向で基板搬送方向に対して交差するように配置される。例えば、管カソードの管軸又は回転軸が基板搬送方向に対して交差するように、管マグネトロンはコーティングチャンバ内で基板搬送システムに対して配向されるように配置されることができる。
【００３１】
スパッタリングの際に、相応の層特性を有する層で基板をコーティングするステップは、スパッタリング装置を作動点又は作動状態にし、及び／又は作動点に保つことにより行われる。作動点は、スパッタリング装置の必要な作動パラメータ（例えば、基板搬送速度、ターゲット回転速度、発電機サイズ、ガス圧、材料、等）を固定し、従って、それぞれ所望の又は所要の特性、又は所与の特性（例えば、層の電気抵抗率又は層の化学的組成、基板表面の層の層厚分布、層の表面特性の等）を有する相応の層が生成されることができる。その際、作動点からのスパッタリングプロセスの偏差は、全スパッタリングプロセスに対して全体的に（例えば、電力調整によって、）補償され得るか、及び／又はスパッタリング処理チャンバの一領域内で局所的に、例えば、プロセスガス（作用ガス及び／又は反応ガス）の調整された供給によって、プロセスガス供給部を介して、又はスパッタリング処理チャンバの関係領域内でのガス供給調整を介して、補償され得る。
【００３２】
長手方向に延長するマグネトロンでは、プロセスガス（作用ガス及び／又は反応性ガス）が、長手方向に沿ってセグメント化されたガス供給部（セグメント化されたガスチャネル）により調整され、マグネトロンに供給される。ここで、マグネトロンの作用点は、局所的にガスの供給によって、影響を受ける（設定され又は調整される）ことができる。具体的には、反応性スパッタリングによって、均一な層を堆積させるためには、マグネトロンのマグネトロンカソードの個別のセクションを異なるガス（例えば、異なるガス組成及び／又は異なる圧力若しくは異なるガス流）を供給する必要がある。換言すれば、プロセスガスの空間密度分布（又は空間分布）又はプロセスガスの構成要素が、コーティングされるべき基板上への均一な層堆積（例えば、基板幅全体にわたって又は基板面全体にわたって）を可能にするように、プロセスガスは、マグネトロンカソードとコーティングされるべき基板との間のプロセス空間にもたらされることができる。
【００３３】
様々な実施例によれば、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂのターゲット材料によれば、１×１０１２Ωｃｍより低い電気抵抗率を有する層１２２を基板１２０上に堆積させることができる。１×１０１２Ωｃｍより高い電気抵抗率、例えば１×１０１３Ωｃｍ又は１×１０１４Ωｃｍより高い電気抵抗率を有する層は、私用される低い周波数のために効果的でないか又は不可能である場合がある。
【００３４】
様々な実施形態によれば、カソード（マグネトロンカソードとも称される）は管形状のカソードとして形成されることができ、マグネトロン装置が管状カソード内に配置されることができる。具体的には、管状カソードは、二重管マグネトロン（回転二重マグネトロン、ＲＤＭとも呼ばれる）の一部であってもよい。管状カソードは、例えば、管形状の担体を備え、その上に（例えば、もろい及び／又は脆弱な）ターゲット材料が取り付けされていてもよいし、又は、管状カソードは管形状に整えられたターゲット材料（例えば、ターゲット材料から成る管）を備えていてもよい。あるいは、平面マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂを使用することもでき、この場合にはマグネトロン装置は、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂのコーティング領域に対向する面上に配置されることができる。
【００３５】
管状マグネトロン装置は、両管状カソード（並びに例えばマグネトロン装置）を保持する（又は回転可能に軸支する）ために、及び、管状カソードに冷却水と電気エネルギー（電力）を供給するために、並びに、管状カソードを回転軸周りに駆動する（又は回転する）ために、それぞれ２つのマグネトロン端部ブロックを備える。
【００３６】
例えば、２つの管状カソードを有する管状マグネトロン装置は、チャンバ蓋（いわゆるマグネトロン蓋）に設けられているか、設けることができる。この場合は、真空チャンバのチャンバハウジングは、チャンバ蓋によって、覆われることができる相応の開口を備え、従ってチャンバハウジングは真空密閉的に閉鎖されることができ、管状マグネトロン装置は、チャンバハウジング内で基板をコーティングするために、チャンバハウジング内に保持される。  あるいは、１つの管状カソード又は２つの管状カソードを有する管状マグネトロン装置を、真空チャンバ内のチャンバ壁に取り付けることができる。
【００３７】
図２は、様々な実施形態（図１参照）によるバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法２００のフローを概略的に示す図である。バイポーラマグネトロンスパッタリングの方法２００は、例えば、：２１０において、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂのターゲット材料を飛散させるためにバイポーラスパッタリングモードに応じた電力を２つのマグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂに供給するステップであって、バイポーラスパッタリングモードにおいて、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で極性変更が行われる、供給ステップと、２２０において、コーティング材料１２２で基板表面１２０をコーティング１１０するステップであって、コーティング１１０は、バイポーラスパッタリングモードにおいて、マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂから飛散されたターゲット材料により行われる、コーティングステップと、を含む。
【００３８】
マグネトロンターゲット１０２ａ、１０２ｂに電力を供給するステップは、例えば上述のように、電力供給部１０４により行われる。電力供給部１０４は、例えば、極性変更の周波数（例えばサイン波電圧の周波数）が１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で可変に設定されることができるように構成されることができる。
【００３９】
図３は、様々な実施形態（図１参照）によるバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法３００のフローを概略的に示す図である。バイポーラマグネトロンスパッタリングの方法３００は、例えば、３１０において、真空コーティング機器のコーティング領域内で基板を搬送するステップと、３２０で、コーティング領域において、マグネトロンターゲットのターゲット材料を飛散させるために、バイポーラスパッタリングモードに応じた電力を２つのマグネトロンターゲットに供給するステップと、を含みバイポーラスパッタリングモードにおいて、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で極性変更が行われ、従って、基板の基板表面がコーティング材料で、次のようにコーティングされ、基板への熱エネルギー導入は電力の６％より少なく、コーティングは６０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎより早いコーティング速度で実行される。
【００４０】
以下で図４Ａ乃至図５Ｄに示すように、１０Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数を有するバイポーラスパッタリングモードは、マグネトロン１０６の全電力に対する基板１２０への熱エネルギー導入の比率を促進する。この際、上述の周波数範囲内において、マグネトロンの総電力は実質的に堆積速度（コーティング速度とも称される）に比例する。したがって、例えば基板の材料（例えばポリマー）により制限されうる基板１２０への同じエネルギー導入において、最適な堆積速度を達成できる。
【００４１】
マグネトロン１０６の総電力は、電力供給部１０４の変換された電力（すなわち、有効電力）に基づいて求めることができる。基板へのエネルギー導入は、熱量測定によって、求められることができ、その際、例えば、基板の過熱はコーティングの際に、基板の熱容量、基板の幾何学的形状を考慮して求められ、基板材料を考慮してもたらされたエネルギー量（例えば、熱量）が求めることができる。
【００４２】
コーティング速度は、既知の搬送速度におけるコーティングの後の層厚測定によって求めることができる。これは、従って、層厚と搬送速度との積として表すことができ、例えば、単位は［ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ］である。基板のコーティングの際には、例えば１ｍ／ｍｉｎの搬送速度でコーティング領域を通りぬけて搬送されると、１ｎｍ・ｍ／ｍｉｎのコーティング速度において、１ｎｍの層厚を有する層が堆積される。基板が早く搬送されると層厚は相応に薄くなる。
【００４３】
図４Ａは、それぞれ使用されるバイポーラスパッタリングモードの周波数ｆ（Ｘ軸）に対する、基板へのエネルギー導入（Ｙ軸）の依存性を示す。様々な実施形態によれば、バイポーラスパッタリングが低周波数で実行されると、基板への熱エネルギー導入を、低減できることがわかる。
【００４４】
図４Ｂは、それぞれの使用されたバイポーラスパッタリングモードの周波数ｆ（Ｘ軸）に対するコーティング速度（Ｙ軸）の依存性を示す。様々な実施形態によれば、バイポーラスパッタリングが低周波数で実行されると、コーティング速度を増加させることができることがわかる。コーティング速度とエネルギー導入の対比は、例として、ＴｉＯ２スパッタリングプロセスに対して求められた。
【００４５】
図４Ｃは、それぞれ使用されるバイポーラスパッタリングモードの周波数ｆ（Ｘ軸）における基板への熱エネルギー導入の異なる測定（Ｙ軸）を、従来のユニポーラＤＣスパッタリングモード又は従来のユニポーラＭＦスパッタリングモードにおける基板へのエネルギー導入との比較で示す。説明のために、図４Ｄでは、例えばマグネトロン１０６が２つの管ターゲットを備え２５ｋＷの合計電力で作動された場合について、付属する相対的エネルギー導入を（％で）示す。
【００４６】
図４Ｄに示される、時間当たりの基板上への相対的エネルギー導入は（マグネトロン出力の分数で）、セラミックＴｉＯｘターゲットからスパッタリングされたＴｉＯ２の例により示される。
【００４７】
本明細書に記載の低周波バイポーラスパッタリングモードは、温度感応性基板１２０（例えば、高分子フィルム）をコーティングする野に使用できる。これは、図５Ａに概略的に示されているように、例えばローラ５０６によって、コーティング中に搬送されることができる。ローラ５０６は、冷却されているか、冷却されてもよい。基板１２０は直接ローラ５０６上に載置され、それによって、実体的な接触を介して冷却されることができる。
【００４８】
様々な実施形態によれば、マグネトロンアセンブリ１００は、マグネトロン１０６、例えば、二重管マグネトロンを含むことができる。さらに、マグネトロン装置１００は、複数のマグネトロン１０６、例えば複数の二重管マグネトロンを含むことができる。
【００４９】
様々な実施形態によれば、マグネトロン装置１００の少なくとも１つのマグネトロン１０６が、ローラ５０６により搬送される基板１２０をコーティングするために使用されることができる。基板１２０をコーティングするために複数のマグネトロン１０６が使用される限り、これらは、ローラ５０６の周りに配置されており、又を、配置できる。この場合、マグネトロン１００を効率的に作動させるために、小さなスペースが役立ち得る。様々な実施形態によれば、マグネトロン装置１００の１つのマグネトロン１０６又は複数のマグネトロン１０６は、別個の（付加的な）アノードを有さず、従ってローラ５０６の周囲の空間を効率的に使用できる。同時に、層は堆積されることができ、従来の高周波のバイポーラスパッタリング方法に対して、改良された層特性を有し、及び／又は、層はより効果的に（基板を傷めず及び／又は早いコーティング速度で）堆積される。
【００５０】
図５Ｂは、図５Ａに示したマグネトロン装置１００に対する、基板１２０上での（Ｘ位置に沿った）空間的温度分布を示す。Ｘ方向に沿った位置はローラ５０６の周囲に沿って測定される。
【００５１】
図５Ｂに示すように、本明細書に記載のバイポーラスパッタリングモードによって、（例えば５００Ｈｚの周波数に対して示される）コーティングの際の基板温度５００ｂは、ＡＣ−ＭＦスパッタリングモード５００ａにおけるマグネトロン１０６の同一の総電力に比べて低く保たれる
【００５２】
基板１２０へのエネルギー導入の空間分布は、コーティング速度５００ｒの空間分布と相関する。
【００５３】
図５Ｂは、基板１２０（例えばＰＥＴフィルム）へ導入される電力割合を、ウェブコーター（図５Ａ参照）によるコーティングの際の温度分布の形態で示す。搬送速度（例えば、基板１２０の表面で測定された回転速度）は、例えば、約１ｍ／ｍｉｎ乃至約１０ｍ／ｍｉｎの範囲、例えば、２ｍ／ｍｉｎで有り得る。例えば、冷却ドラムの温度は、５℃未満であってもよく、例えば０℃で  あってもよい。
【００５４】
様々な実施形態によれば、マグネトロン１０６及びマグネトロン装置１００のためのスパッタリングモードが、本明細書では、真空コーティング機器内で物理気相堆積（ＰＶＤ）を行うために説明されている。例えばその際、例えばポリマーフィルム、半導体、等の高感度な基板１２０がコーティングされることができる。このスパッタリングモードにおける基板への熱パワー導入が最小であり、同時に十分高いコーティング速度であるからである。同時に、マグネトロン１０６はこのスパッタリングモードにおいて、狭い空間でも使用できる。ポリマーフィルム、半導体などがコーティングされる。バイポーラスパッタリングモードのために追加のアノードが必要とされないからである。
【００５５】
従来では、誘電体のスパッタリング中の純粋なＤＣ放電は、ＤＣモードで必要とされるアノードも絶縁的にコーティングされて消失するため、安定したプロセス制御を保証することができない。従来の解決策は、例えば、ダブルマグネトロンによるＡＣ−ＭＦスパッタリングを提供する。従来使用されていた２０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚの周波数は、通常のプロセス（ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｎＯ２など）は安定性を示すが、最適ではない。
【００５６】
従来、ＤＣスパッタリングプロセスは、ＡＣ−ＭＦスパッタリングプロセスよりも高いコーティング速度を有する。この差は、マグネトロンおＡＣ動作中の極性反転及び再点火の際の損失によって、引き起こされることが認識されている。これらの損失は、マグネトロンの近傍で、したがって基板の環境においても、エネルギー分散又は付加的な発熱をもたらす。
【００５７】
本明細書で説明するように、二重管マグネトロンの動作における周波数の適切な選択は、これらの損失を低減し、それにより堆積速度を増加させ、基板へのエネルギー導入を低減できる。
【００５８】
様々な実施形態によれば、二重マグネトロンによるＡＣスパッタリングは、セラミックプロセス及び金属プロセスにおいて、非常に低い周波数（約１０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚの範囲内）で適用可能であることが記載されている。
【００５９】
様々な実施形態によれば、絶縁層が本明細書に記載の低周波数バイポーラスパッタリングモードを使用して形成することができ、層は、１×１０１２Ωｃｍ未満の抵抗率を有し、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ等を含むか又はそれらからなる。
【００６０】
さらに、導電層は、本明細書に記載の低周波バイポーラスパッタリングモードにより生成されることができ、例えば、銀、アルミニウム、銅、クロムなどを含むか又はそれらからなる層でありうる。
【００６１】
さらに、導電性酸化物（いわゆるＴＣＯ）は、本明細書に記載の低周波バイポーラスパッタリングモードで生成されることができ、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）又はＺＡＯ（Zinc Aluminum Oxide）層を含む。
【００６２】
様々な実施形態によれば、マグネトロン１０６は、周波数を自由に選択可能なパラメータとして変更又は設定できる電気供給部１０４によって、動作させることができる。これは、例えば、従来使用されているＭＦ発振器／ＭＦフィルタベースの電気供給部では不可能である。従って、例えばフィルム機器で数メートル毎分の範囲内の速度で、スジなし（streifenfrei）で均一に、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数でコーティングされることができる。
【００６３】
例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＸＮＹ、ＡｌＯＸ、ＡｌＯＸ（Ｎ）を含むか又はこれらからなる高絶縁性の層は、例えば本明細書に記載されたスパッタリングモードによっては効果的に生成されることができない。スパッタリングモードの低周波数が安定した動作を可能にすることができないため、又は、堆積が非効率的になりうるためである。例えば、非常に絶縁性の層がターゲット上に堆積して断熱材を形成するのが早すぎるため、いわゆるアークが発生する可能性がある。
【００６４】
様々な実施形態によれば、スパッタリングプロセスは別個のアノードを必要としないで提供されるため、例えば、次のような利点を有する：
設置スペース（必要アノードアクセシビリティのために必要なプラズマゾーン）の節約。
小さなターゲット距離が可能になる。
アノードのメンテナンス／クリーニングなし。
マグネトロンの構造の簡略化。アノード冷却循環がない。
同時に、ＤＣとほぼ同じプロセス条件及び層特性が達成される。
【００６５】
例えば１０Ｈｚ未満の低すぎる周波数は、例えば基板上にスジを発生させる可能性があり、即ち、コーティング速度分布は空間的に不均一であり、様々な用途には望ましくない。
【００６６】
本明細書に記載されるように、１０００Ｈｚ未満の周波数を有するバイポーラスパッタリングモードを使用して、で銅ターゲットから銅を堆積させることができ、ＭＦスパッタリングモードと比較して３０％高いコーティング速度を達成できる。この場合、ＭＦスパッタリングモードよりも少ない熱パワーが基板に導入される。例えば、電力の６％未満、３％乃至６％又は４％乃至６％。（それぞれ０．５％未満の許容差を有する）が熱パワーとして基板に導入されてもよい。
【００６７】
本明細書に記載されるように、１０００Ｈｚ未満の周波数でのバイポーラスパッタリングモードは、酸化チタンセラミックターゲットから酸化チタンを堆積させるために使用することができ、ＭＦ−スパッタリングモードに対して１０％より高いコーティング速度を達成できる。この場合、基板には、ＭＦスパッタリングモードよりも少ない熱パワーが導入され得る。例えば、電力の６％未満、例えば、３％乃至６％又は３％乃至４％である。（それぞれ０．５％未満の許容差を有する）が熱パワーとして基板に導入されてもよい。
【００６８】
本明細書に記載されるように、１０００Ｈｚ未満の周波数でのバイポーラスパッタリングモードは、ニオブ酸化物セラミックターゲットからニオブ酸化物を堆積させるために使用することができ、ＭＦ−スパッタリングモードに対して１６％より高いコーティング速度を達成できる。この場合、基板には、ＭＦスパッタリングモードよりも少ない熱パワーが導入され得る。例えば、電力の６％未満、３％乃至６％又は４％乃至６％、（それぞれ０．５％未満の許容差を有する）が熱パワーとして基板に導入されてもよい。この場合、上記で例示的にきさいされた材料の堆積の際には、例えば６０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎより高い、十分に高い絶対コーティング速度が達成される。様々な実施形態によれば、本明細書に記載されたバイポーラマグネトロンスパッタリングのための方法を使用することで、従来のＭＦスパッタリング方法と比較して、酸化チタン（例えばＴｉＯｘ）、酸化ニオブ（例えばＮｂＯｘ）及び銅（Ｃｕ）の材料について、同じ電力において、基板へのより少ないエネルギー導入とより高いコーティング速度がえられる。２つの異なる測定シリーズの実験比較値は、以下の表１に例としてまとめられており、この場合バイポーラマグネトロンスパッタリング（バイポーラＬＦ）は、例えば０．５ｋＨｚの周波数で行われた。
【００６９】
【表１】
2018059205.tif 000003
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
2018059205.tif 000011
【図５Ｂ】
2018059205.tif 000012
【外国語明細書】
2018059205000001.pdf