(57)【要約】本発明によって、連続モードの動作で絶縁材料をスパッタリング堆積する装置（１）が提供される。この装置は、少なくとも２つのスパッタリングアノード（１１、１２）および１つのカソード（４）とを有し、このカソード（４）は、プラズマに対して負電位にターゲットカソードを維持するために、センタタップ付き導体に接続されている。ここで、交流電源（１４）は、各アノード（１１、１２）を交互に、スパッタリングアノード（１１、１２）がプラズマに対して負である半サイクルにおいてイオンを引き付ける、イオン収集状態と、スパッタリングアノード（１１、１２）がプラズマ（２）電位またはプラズマ（２）電位に比較的近い小さな電位である半サイクルにおいて電子を引き付ける、電子収集状態とを交互に駆動する。代替の実施形態において、センタタップ付き導体は、一対の直列接続ダイオードと置換される。
2008524445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード材料をスパッタ堆積させるための装置であって、
ａ）プラズマがイオンおよび電子を含んで作成されるプラズマチャンバと、
ｂ）該プラズマチャンバに配置される少なくとも２つのスパッタリングアノードと、
ｃ）該プラズマチャンバにおいて該プラズマの近くに配置されるターゲットカソードであって、該ターゲットカソードは、該プラズマチャンバに含まれる基板の表面に膜を構成するように、該プラズマからのイオンによる衝突に応じて、該ターゲットカソードからスパッタされる原子から構成される、ターゲットカソードと、
ｄ）交流電源であって、該交流電源は、第一のスパッタリングアノードに接続された１つの端子、第二のスパッタリングアノードに接続された第二の端子、および該プラズマに対して負電位に該ターゲットカソードを維持するように該ターゲットカソードに接続されたインダクタのセンタタップを有するセンタタップインダクタに並列接続され、該交流電源は、スパッタリングアノードが該プラズマに対して負電位にある半サイクルにおいては、イオンを引き付けるイオン収集状態に、スパッタリングアノードが該プラズマに対して小さな電位にするか、該プラズマ電位近くである半サイクルにおいては、電子を引き付ける電子収集状態にと、交互に各アノードを駆動する、交流電源
を含む、装置。
【請求項２】
前記交流電源は、前記ターゲットカソードの表面が前記プラズマに対して負である自己バイアス電位を帯びるような周波数にある、請求項１に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項３】
交流電源は、前記スパッタリングアノードの少なくとも１つが、常に前記プラズマを消すために必要とされる時間よりも短い時間、イオン収集状態にあるサイクルを有する、請求項１に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項４】
前記プラズマチャンバは、反応性気体を含む、請求項１に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項５】
前記イオンによる衝突に応じて前記ターゲットカソードからスパッタされた原子は、前記反応性気体と反応し、前記膜を形成し堆積させる、請求項４に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項６】
カソード材料をスパッタ堆積させるための装置であって、
ａ）プラズマがイオンおよび電子を含んで作成されるプラズマチャンバと、
ｂ）該プラズマチャンバに配置される少なくとも２つのスパッタリングアノードと、
ｃ）該プラズマチャンバにおいて該プラズマの近くに配置されたターゲットカソードであって、該カソードは、該プラズマチャンバに含まれる基板の表面に膜を堆積させるために、該プラズマからのイオンによる衝突に応じて、該ターゲットカソードからスパッタされる原子から構成される、ターゲットカソードと、
ｄ）交流電源であって、該交流電源は、第一のスパッタリングアノードに接続された第一ダイオードのカソード、第二スパッタリングアノードに接続された第二ダイオードのカソード、および該プラズマに対して負電位に該ターゲットカソードを維持するように該ターゲットカソードに接続される第一ダイオードおよび第二ダイオードのアノードの接合部を有する、直列の接続されたダイオードのペアと並列接続され、該交流電源は、アノードが該プラズマに対して負電位にある半サイクルにおいては、イオンを引き付けるイオン収集状態に、アノードが該プラズマに対して、該電源電圧と比較して小さな電位にある半サイクルにおいては、電子を引き付ける電子収集状態にと、交互に各アノードを駆動し、いずれかのスパッタリングアノードは、イオン収集状態にある間にプラズマ電流を提供する、交流電源
を含む、装置。
【請求項７】
前記交流電源は、前記ターゲットカソードの表面が前記プラズマに対して負である自己バイアス電位を帯びるような周波数にある、請求項６に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項８】
交流電源は、前記スパッタリングアノードの少なくとも１つが、常に該プラズマを消すために必要とされる時間よりも短い時間、イオン収集状態にあるサイクルを有する、請求項６に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項９】
前記プラズマチャンバは、反応性気体を含む、請求項６に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【請求項１０】
前記イオンによる衝突に応じて前記ターゲットカソードからスパッタされた原子が、前記反応性気体と反応し、前記膜を形成し堆積させる、請求項９に記載のカソード材料をスパッタ堆積させるための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、基板上に絶縁膜を形成し、堆積するための反応性プラズマスパッタ堆積プロセスに関し、特に、スパッタリングプロセスにおいて、負と正とを交互に駆動させる少なくとも２つのアノードに接続された交流電源を利用する反応性プラズマスパッタリングプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（従来技術の簡単な記載）
ターゲットに到達するイオンは、再び中性の気体原子になるために、ターゲットから電子を受け取ることが可能である必要があるので、伝統的な直流スパッタリングプロセスにおいて、ターゲットまたはカソードは伝導性である必要がある。ターゲットが絶縁性である場合には、ターゲットの表面は、到達するイオンによって素早く帯電され、ターゲットの表面はスパッタリングプロセスを止める逆電圧を生成し得る。他方、反応性のバックグラウンドガスを用いる反応を介して化学的に絶縁体を形成することによって、金属のターゲットから絶縁材料の膜を堆積させ得る。これは、反応性スパッタリングと呼ばれる。このような絶縁膜の堆積を含むプロセスへの商業上の関心は増加している。本プロセスの新しいアプリケーションは、耐磨耗性被覆（ｗｅａｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｃｏａｔｉｎｇ）の堆積領域と、キャパシタのようなマイクロ回路または電子デバイスのための絶縁膜と、洗練されたアーキテクチュアルガラス被覆と、アーキテクチュアルガラスラミネートまたは食品の包装のための酸素遮断のためのポリエステル膜上の被覆と、高い効率のランプまたは誘導炉の熱遮断のための熱反射被覆と、フラットパネルディスプレイのためのバリヤおよび機能層の堆積（ＬＣＤディスプレイに使用されるＩＴＯガラスを含む）と、他の無数の同様な機能のアプリケーションを含む。多種多様のプラスチック、自然および人工の繊維、および金属基板に装飾効果を作成するように使用される多くのＰＶＤプロセスがこれに追加される。
【０００３】
しかしながら、反応性のプロダクトが電気的な絶縁体である場合には、アノードにおいて問題が発生する。絶縁膜は、チャンバ内の全ての表面を被覆するので、アノードが別の素子またはチャンバの壁であろうとなかろうと、絶縁膜はまた、アノードをも確実に被覆する。もちろんアノードの目的は、プラズマから電子を収集し、イオンがターゲットに衝突する（ｂｏｍｂａｒｄ）ために離れる場合にプラズマの中立性を維持することである。これらの電子は電源に対して戻り電流を形成する。アノードが絶縁膜によって被覆されている場合には、電子の伝導経路もまた被覆され、スパッタリングを行うプロセスは維持され得ない。これは、「ディスアピアリングアノード（ｄｉｓａｐｐｅａｒｉｎｇ  ａｎｏｄｅ）」問題と呼ばれる。過去においては、単一のターゲットのスパッタリングを用いると、反応性プロセスは、この効果が深刻な問題を作り出し始めるまで実行され、システムは、アノードからの目障りな絶縁層を機械的に研磨し、新しい金属表面を作り出すため、または新しい被覆されていないものに取り替えるために開かれる。ある絶縁体でアノードを被覆することに関連する別のドローバックは、この絶縁体が通常は、電子がそこで収集することを試行している場合に帯電することである。この帯電は、アノード上の絶縁膜に電場を引き起こし得、電場は膜材料の絶縁耐力（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を超え得る。これが発生する場合にアークが形成され得、このアークにおけるエネルギは、膜の一部をアノードからイジェクトさせ、粒子を作成し、粒子は基板上で成長する膜に含まれるようになり得る。これは、最終生成物においては容認し得ない欠陥を引き起こす。アーク放電がアノードで発生しない場合でさえも、上記した帯電は、アノードの電子の回帰に影響する電場を引き起こし得る。これは代わりに、巨大なシステムにおいて均一でないプラズマ密度を作成し得、拡大されたターゲット表面に沿って均一でない堆積速度をもたらす。結果として生じる任意の不均一な膜の厚さは、アーク放電がシステムの問題を示す前でさえも、システムから容認されない被覆されたプロダクトを生成し得る（すなわちプロダクトが損失を生む）。この帯電はアノードに限定されない。絶縁アイランド（ｉｓｌａｎｄ）は、化学反応またはターゲットのスパッタリングゾーンの外側の絶縁材料の後方散乱再堆積によって、ターゲット（カソード）表面上に同様に築かれ得る。これらの絶縁アイランドは、イオン衝突によって帯電し得、アーク放電および均一でない電場を作成し得る。
【０００４】
この問題は２００１年２月６日に発行された、「ＡＣ  Ｐｏｗｅｒｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ」と題された特許文献１で扱われ、上記米国特許は、本出願の譲受人に譲渡され、本明細書に参照によって援用される。本特許においては、２つのアノードが提供され、各々はセンタタップ付き交流電源の片側に接続される。電源の中心点または「タップ」は、普通の種類の単一のマグネトロンスパッタリングの供給源に接続される。一旦プラズマが確立されると、一方のアノードがもう一方に対して正になる場合に、第一のアノードが電子を収集する。これが磁場を除く十分な領域である場合には、プラズマ電位に近い電位を仮定する。これは、変圧器の二次側の半分に、第一のアノードからターゲットまで流れる電子電流を引き起こす。電気回路を完全にするために、これらの電子は、プラズマからターゲットに到達するイオンと結合する。その間に、ターゲットは二次電圧の半分によってプラズマに対して負である。この負の電位は、プラズマからイオンを引き付け、ターゲットをスパッタする。第二のアノードは、変圧器の動作によってプラズマに対してさらに負に、ターゲットの電位の２倍までさらに駆動される。この電極はまた、結果として、プラズマからイオンを引き付け、その表面のスパッタリングを引き起こし、表面のスパッタリングは、ここに以前に形成された絶縁材料の任意の積層（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）を除去し得る。
【０００５】
同様に、電源のもう一方の半サイクルにおいて、電圧が、第二のアノードが第一のアノードに対して正になるような場合には、第二のアノードが電子を収集し、電位がプラズマ電位に近いと仮定する。これは変圧器の二次側のもう一方の半分に電子電流を引き起こす。さらに、ターゲットは、電圧の二次側の半分によってプラズマに対して負であり、プラズマからイオンによってスパッタされる。しかしながら、サイクルのこの部分において、第一のアノードは負に駆動され、その表面のスパッタリングを引き起こし、正にバイアスされる場合に、そこに形成され得る絶縁材料の任意の積層を除去する。結果として、アノード素子のそれぞれは、交流電源の極性に依存して、真のアノード（電子コレクタ）およびスパッタカソード（イオンコレクタ）として交互に動作する。
【特許文献１】米国特許第６，１８３，６０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
設計を大きく単純化する単一のセンタタップ付きインダクタを、変圧器に代わるスパッタリングシステムに提供することによって、米国特許第６，１８３，６０５号明細書の反応性スパッタリングプロセスを改良することが、本発明の目的である。
【０００７】
磁気に全く依存しないスパッタリングシステムを提供することによって、米国特許第６，１８３，６０５号明細書の反応性スパッタリングプロセスを改良することは、本発明のさらなる目的である。このようなシステムは、低スペースおよび低コストを獲得する利点を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の概要）
本発明によって、反応性スパッタリング用の改良された装置が提供される。この装置は、交流電源によって駆動される単一のセンタタップ付きインダクタを利用し、複数のアノード上に絶縁材料の任意の積層を除去する。ここで、アノード素子のそれぞれは、交流電源の極性に依存して、交互に、真のアノード（電子コレクタ）として、およびスパッタカソード（イオンコレクタ）として機能する。本発明の別の実施形態において、インダクタは、ダイオードによって置換される。このダイオードは、いずれかのアノードがイオン収集状態の間に、プラズマ電流を供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（好ましい実施形態の簡単な説明）
図１を参照すると、米国特許第６，１８３，６０５号に教示されるようなセンタタップ付き変圧器を駆動する交流電源を利用するデュアルスパッタリングシステムが示される。この特許は、本出願の譲受人に譲渡され、本明細書に参照によって援用される。チャンバ１の中に、基板３と、ターゲット４と、少なくとも２つのアノード１１および１２とが配置される。アノード駆動サプライ１４は、アノード変圧器１３によって絶縁された交流電圧を２つのアノードに提供する。これは、アノード１１が正に駆動されるとき、アノード１２が負に駆動されるように、またはその逆となるように行われる。変圧器１３の二次側は、「タップ」を有する。この「タップ」とは、端から離れた点で二次巻き線と接続が行われることを意味する。タップは、電圧を等しく分割するために、変圧器の電気的中心にあることも、ないこともあり得る。アノード１２に対してアノード１１が正であるように、アノードサプライ１４の電圧サイクルがあるとき、アノード１１は、プラズマから電子を収集する（すなわち、「電子収集」状態にあると言われ得る）。これは、変圧器１３の二次側の左半分の中で、電子電流がアノード１１からターゲット４へと流れる原因となる。これらの電子は、プラズマ２からターゲット４に到着するイオンと結合し、回路を完成する。その間、変圧器１３およびアノードサプライ１４の作用によって、プラズマに対してアノード１２が負に駆動されると、この負電位は、プラズマから追加のイオンを引き付ける（すなわち、アノードは「イオン収集」状態にある）。これらのイオンは、アノード１２の表面のスパッタリングの原因となる。このアノード１２のスパッタリングは、アノード１２が正で、それゆえプラズマ電位に近かったときに、交流電源１４の以前の半サイクル時に、そのアノード上に形成され得る絶縁材料の任意の積層を除去する。
【００１０】
同様に、アノード１１に対してアノード１２が正であるように、アノードサプライ１４の電圧サイクルがあるとき、アノード１２は、プラズマから電子を収集する。これは、変圧器１３の二次側の右半分の中で、電子電流がアノード１２からターゲット４へと流れる原因となる。これらの電子は、ターゲット４からプラズマ２に到着するイオンと結合し、回路を完成させる。その間、変圧器１３およびアノードサプライ１４の作用によって、アノード１１がプラズマに対して負に駆動され、この負電位は、プラズマからイオンを引き付ける。これは、アノード１１の表面のスパッタリングの原因となる。このアノード１１のスパッタリングは、アノード１１が正で、それゆえプラズマ電位に近かったときに、交流電源１４の以前の半サイクル時に、そのアノードに形成され得る絶縁材料の任意の積層を除去する。こうして、アノード素子１１および１２の各々は、交流電源１４の瞬間的な極性に依存して、交互に、真のアノード（電子コレクタ）として、またスパッタカソード（イオンコレクタ）として機能する。
【００１１】
図２を参照すると、変圧器の代わりに、センタタップ付きインダクタを駆動する交流電源を利用するデュアルスパッタリングシステムが示される。このシステムの動作および性能は、変圧器のアプリケーションに対して上述されたものと同じである。しかしながら、単一のタップ付きインダクタは、変圧器のアプリケーションよりも、スペースを節約し、コストを削減する。
【００１２】
図３は、変圧器およびインダクタを一対のダイオードに置換する交流電源を利用するデュアルスパッタリングシステムを示す。このダイオードは、その接合部に接続されたカソード４を有する。この回路設計は、図１の回路設計と非常に類似するように行われる。アノード１２に対してアノード１１が正であるように、アノードサプライ１４の電圧サイクルがあるとき、アノード１１は、プラズマから電子を収集する（すなわち、アソード１１は、「電子収集」状態の中にあると言われ得る）。これは、電子電流が電源１４からダイオードＤ２を介してターゲット４に流れることによってバランス（ｂａｌａｎｃｅ）される。その間、電源１４の作用によって、アノード１２がプラズマに対して負に駆動されると、この負電位は、プラズマから追加のイオンを引き付ける（すなわち、アノード１２は「イオン収集」状態にある）。
【００１３】
同様に、アノード１１に対してアノード１２が正であるように、アノードサプライ１４の電圧サイクルがあるとき、アノード１２は、プラズマからの電子を収集する。これは、電源１４からダイオードＤ１を介してターゲット４へと、電子電流が流れることによってバランスされる。その間、ダイオードＤ１およびアノードサプライ１４の作用によって、アノード１１が負に駆動されると、この負電位は、プラズマからイオンを引き付ける。これは、アノード１１の表面のスパッタリングの原因となる。このアノード１１のスパッタリングは、アノード１１が正で、それゆえプラズマ電位に近かったときに、交流電源１４の以前の半サイクル時に、そのアノードに形成され得る絶縁材料の任意の積層を除去する。この場合もまた、交流電源１４の瞬間的な極性に依存して、アノード素子１１および１２は、交互に、真のアノード（電子コレクタ）として、スパッタカソード（イオンコレクタ）として機能する。
【００１４】
本発明は、好ましい実施形態を特に参照して詳細に記載されてきた。本発明の精神および範囲内で、記載された実施形態に加えて、バリエーションおよび改変がなされ得ることが理解されるべきである。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に従い、装置の構造に、変更、修正、改変、または置換がなされ得ることも、さらに理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、センタタップ付き変圧器を駆動する交流電源を利用する従来技術のデュアルターゲットスパッタリングシステムを示す。
【図２】図２は、本発明の原理を組み込んだセンタタップ付きインダクタを駆動する交流電源を利用するデュアルターゲットスパッタリングシステムを示す。
【図３】図３は、本発明の原理を組み込んだデュアルダイオードを駆動する交流電源を利用するデュアルターゲットスパッタリングシステムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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