(57)【要約】  基材上に薄膜を形成するための方法およびシステムを提供する。本システムでは、実質的に非吸光性の薄膜を形成するために、基材表面にコーティング材料を堆積して反応させる。単位時間に形成される非吸光性薄膜の体積は、表面積をｘ倍増加させ、コーティング材料の堆積速度を倍数ｘの逆数より大きな倍数だけ増加させ、それによって単位時間当たりの非吸光性薄膜の体積の形成速度を増加することによって増加させることができる。
2011500971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に非吸光性の薄膜を形成するためにコーティング材料（以下、本明細書では、スパッタリングターゲットまたはスパッタ原料ということもある）が一つ以上の基材の表面上に堆積して反応する反応性コーティング（以下、本明細書では、反応性スパッタということもある）システムにおいて、単位時間に形成される非吸光性薄膜の体積を増加させる方法であって、
前記基材表面の面積をｘ倍増加させる工程と、
前記コーティング材料の堆積速度を前記倍数ｘの逆数より大きな倍数だけ増加させ、それによって前記単位時間当たりの非吸光性薄膜の体積の形成速度を増加させる工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記コーティングシステムは、前記一つ以上の基材を保持するための回転ドラムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記一つ以上の基材は、それぞれの軸上で回転しており、前記ドラムの表面上に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記一つ以上の基材は、それぞれの軸上で回転するとともに前記ドラムの表面上に配置された多面的設備固定具に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記一つ以上の基材は、それぞれの軸上で回転しており、前記ドラムによって保持された遊星歯車設備に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コーティングシステムは、前記一つ以上の基材を保持するための回転可能な円板を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基材はランプバーナー芯である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基材はソーラー鏡である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基材は電球内反射鏡である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基材の表面に非吸光性薄膜を形成する方法であって、
コーティング材料の第１のスパッタリング速度でスパッタリングターゲットを作動させる工程と、
基材表面の単位面積当たりの第１の堆積速度で前記基材の表面へのスパッタされたコーティング材料の堆積処理を行うために、第１の曝露量で前記基材表面を前記ターゲットに曝露する工程と、
前記ターゲットへの前記基材表面の曝露を増加させる工程と、
基材表面の単位面積当たりのスパッタされたコーティング材料の堆積速度が、（ｉ）前記基材表面の前記第１の曝露量と前記基材表面の増加した曝露量の対比率と（ｉｉ）基材表面の単位面積当たりの前記第１の堆積速度との積より大きくなるように、前記コーティング材料の第２のスパッタリング速度で前記スパッタリングターゲットを作動させる工程と、を含む方法。
【請求項１１】
前記膜は、ＴｉＯ２、ルチル型ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、スズがドープされた酸化インジウム、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ならびに非拡散コーティング、拡散コーティングまたは耐摩耗性コーティングを形成するために利用される他の金属および金属酸化物、窒化物および炭化物と、これらの組合せと、からなるグループから選択される元素または化合物を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基材はランプバーナー芯である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記基材はソーラー鏡である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記基材は電球内反射鏡である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記ターゲットへの前記基材表面の曝露量を増加させる前記工程は、
コーティング材料の第２のスパッタリング速度で第２のスパッタリングターゲットを動作させる工程と、
基材表面の単位面積当たりの前記第１の堆積速度より大きな堆積速度で前記基材の表面への前記スパッタされるコーティング材料の堆積処理を行うために、前記第１の曝露量で前記基材表面を前記第２のターゲットに曝露する工程と、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材は、実質的に平面の基材、ドリル刃、ランプ、アーチ形基材、およびこれらの組合せからなるグループから選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
材料の選択的な放出速度を有する、スパッタ原料の供給源と、
前記材料を反応させるために前記堆積した材料を酸化反応促進材料に曝露するための反応性雰囲気と、
一つ以上の基材を保持するためのツールであって、保持された前記基材の第１の表面積を決定する容量を有するツールと、
前記ツールによって保持された前記基材を第１の単位時間当たり面積で前記堆積材料の供給源と前記反応性雰囲気とに曝露し、それによって基材の単位面積当たりの第１の材料堆積速度を達成する前記ツールをサポートするキャリアーと、を備えるコーティングシステムにおいて、
前記一つ以上の基材上での実質的に非吸光性の薄膜の形成速度を増加させる方法であって、
（ａ）前記ツールの容量を増加させ、それによって前記ツールによって保持された基材の総表面積を増加させる工程と、
（ｂ）単位時間に前記コーティング材料の供給源と前記反応性雰囲気とに曝露される前記基材の面積を増加させる工程と、
（ｃ）基材の単位面積当たりの前記材料の堆積速度が、（ｉ）前記材料の供給源と前記反応性雰囲気とに曝露された単位時間当たりの前記第１の面積および前記増加した面積の対比率と（ｉｉ）基材の単位面積当たりの前記第１の材料堆積速度との積より大きくなるように、前記供給源からの前記材料の放出速度を増加させる工程と、を含む方法。
【請求項１８】
前記コーティングシステムは、略円形の断面を有し、その中心軸を中心に回転可能であるキャリアーを備えており、
前記ツールの容量を増加させる前記工程は、
前記キャリアーによって保持された複数のパレットを設けることを含み、各パレットは回転可能な中心シャフトと前記中心シャフトに沿って軸方向に配列された一つ以上の円板を備えており、各円板は前記円板の周囲に複数の基材を保持するように適合されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャリアーおよびツールは、同時に前記基材を遊星運動状態に動かして各基材をその軸を中心に回転させながら、前記ツールによって保持された前記基材を第１の回転運動において前記コーティング材料の供給源と反応性雰囲気とを通過するように動かす、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記単位時間に前記コーティング材料の供給源と前記反応性雰囲気とに曝露される前記基材の面積を増加させる工程は、
キャリアー回転速度、遊星回転速度、基材回転速度、遊星回転方向、基材回転方向、ターゲット曝露位相調整、反応性雰囲気曝露位相調整、およびこれらの組合せからなるグループから選択された一つ以上のパラメータを調整することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
第１の形成速度で薄膜を形成するために、一つの元素の多数の原子が１コーティング周期で基材表面のある領域に堆積し、別の元素と反応するコーティングシステムを使用して、基材上に薄膜を形成するための方法において、
前記基材の表面積と、１コーティング周期で前記基材表面に堆積する前記元素の原子数とを増加させる工程と、
（ｉ）１コーティング周期で原子が堆積した前記基材表面の面積および前記増加した面積の対比率と（ｉｉ）前記薄膜の前記第１の形成速度と、の積より大きな基材表面の単位面積当たりの前記薄膜の形成速度を得るために、一つ以上のプロセスパラメータを調整する工程と、を含む方法。
【請求項２２】
コーティングステーションを有する真空チャンバーと、
複数の基材を、前記コーティングステーションを通過させるように適合され、第１の数の基材を保持するように構成された基材キャリアーと、
所定の速度で反応性雰囲気を前記真空チャンバー内に導入する手段と、
前記コーティングステーション内で反応性雰囲気を生成して、前記基材キャリアーによって前記コーティングステーションを通過したときに選択された材料を基材上にプラズマスパッタするために十分な、第１の所定の電力レベルで作動するターゲットと、
前記コーティングステーション内の前記反応性雰囲気の面積と密度と反応性とを増加させるために、所定の電力レベルで作動するプラズマ発生器と、を備えるスパッタリングシステムにおいて、
前記システム内で非吸光性薄膜を有する基材の処理量を増加させるための方法であって、
前記第１の数より多い数の基材を保持するように前記基材キャリアーの構成を変更する工程と、
前記第１の電力レベルより大きい第２の所定の電力レベルで前記ターゲットを作動させ、それによって前記基材への前記材料のプラズマスパッタ速度を増加させる工程と、を含む方法。
【請求項２３】
前記基材キャリアーの構成を変更する工程は、遊星歯車ツールで前記基材キャリアーを構成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内で、取り付けられた複数の基材を保持するためのそれ自体の軸を中心に回転可能なドラムと、
所定の反応性雰囲気導入速度で反応性雰囲気を前記真空チャンバー内に導入する手段と、
前記チャンバーの一部において反応性雰囲気を生成して、前記回転ドラムによって前記ターゲットを通過するように保持されたときに選択された材料を基材上にプラズマスパッタするために十分な、ターゲット電力レベルで作動するターゲットと、
前記チャンバーの一部において反応性雰囲気を生成するために十分なプラズマ発生器電力レベルで動作するプラズマ発生器と、を備えるスパッタリングシステムにおいて、
前記基材上に非吸光性薄膜を形成するために前記システムを作動させる方法であって、
選択された回転数で前記ドラムを回転させ、それによって前記システムが前記所定の反応性雰囲気導入速度、ターゲット電力レベルおよびプラズマ発生器電力レベルで作動するときに、前記ドラム回転数の増加により前記薄膜の吸光性が高まる工程を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】関連出願
本出願は、同じ発明者等が２００７年１０月２６日に出願した米国特許仮出願第６０／９９６，０６３号、名称「Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ（薄膜コーティングシステムおよび方法）」と同時係属中であり、この仮出願の優先権を主張するものである。この仮出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】  本出願は、２００８年６月５日に出願された米国特許出願第１２／１５５，５４４号の一部継続出願であり、この出願と同時係属中である。米国特許出願第１２／１５５，５４４号は、２００７年６月５日に出願された米国特許仮出願第６０／９２４，９３０号、名称「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ  Ｈｉｇｈ  Ｒａｔｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｔｏｏｌｉｎｇ（低コストかつ高速な成膜設備）」の優先権の利益を主張するものであり、また、これらの仮出願および出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】  本出願の主題となる技術の実施形態は、反応性スパッタ法（以下、本明細書では、反応性コーティングということもある）を用いて基材上に行うスパッタ堆積に関連する。代表的な膜としては、非拡散コーティング、拡散コーティングおよび耐摩耗性コーティングを形成するために利用される金属の酸化物、窒化物および炭化物を含むが、これらに限定されない２つ以上の元素から構成されるものがある。代表的な基材としては、これらに限定はされないが、タングステン−ハロゲン電球、ソーラー鏡、電球内反射鏡、ランプバーナー芯およびドリル刃がある。これらの基材にコーティング（以下、成膜またはスパッタ堆積ともいう）処理を行う際は従来、マグネトロンスパッタを用いる。図１および２は従来のマグネトロンスパッタの斜視図である。図１に見られるように、従来のマグネトロンスパッタは真空チャンバー１に取り付けられた円筒形の回転式ドラム２を利用する。スパッタリングターゲット３（以下、本明細書では、スパッタ原料またはコーティング材料ということもある）は真空チャンバー１の壁に内蔵される。当分野において周知のプラズマまたはマイクロ波発生器４も同様に真空チャンバー１の壁に内蔵される。基材６は回転式ドラム２上のパネルまたは基材ホルダー５に、取り外し可能な様式で取り付けられ得る。図２に見られるように、複数同時に処理を行う基材６（ランプバーナー芯等）は、従来の基材ホルダー８を用いて回転式ドラム２に設置される。基材ホルダー８は一般的に複数の歯車及び軸受け９を有し、これらは一つ以上のランプ６（基材）がそれぞれの軸の周りを回転することが可能である。したがって、ランプ６がスパッタリングターゲット３の箇所を通過する際、ターゲット３より散布される粒子（以下、スパッタ粒子という）がランプ６の表面に堆積（以下、成膜ともいう）する。一般的にはこの際、均一な膜厚分布を実現するため、複数回の回転を必要とする。本出願において主題となる技術は、基材６を迅速におよび／または繰り返し動かすことにより、ターゲット３を１回通過することで得られるスパッタ粒子の膜厚を、１以下の単原子層に限定する。一回の通過で得られる膜厚は、典型例としては、約１〜３０オングストロームの範囲にある。【０００４】  従来のスパッタリングシステムにおいて必要とされる酸化反応の大半は、ターゲットを通過する際に起こる金属堆積と同時に発生する。この金属堆積は、必ずではないが、通常は単一元素の金属によって形成される。酸化反応とは一般に、化学反応中に原子、分子またはイオンが一つ以上の電子を失うことと定義され、これら原子、分子またはイオンの酸化数増加を伴う。本出願の主題となる技術の実施形態において、酸化反応は、スパッタ堆積処理を行う合間に、同真空チャンバー内のそれぞれ別の箇所で実施される。また、この技術の実施形態において酸化反応は、マイクロ波駆動プラズマ等、酸化反応促進材料の補助的使用によって、あるいは使用によらず、実施される。【０００５】  従来のスパッタ技術における制限の一つとして、スパッタ堆積の平均速度を増加させた際に発生する不完全酸化がある。不完全酸化を回避するために、従来のシステムでは動力をスパッタリングターゲットに合わせて制限しなくてはならず、結果として全体的な生産性が低下する。更に、可視範囲光線の透過が必要な酸化物を含むシステムにおいては、不完全酸化層は吸光膜として作用するため望ましくない。したがって当分野には、従来の薄膜コーティング技術におけるこのような短所を克服する新技術が必要である。また同様に、タングステン−ハロゲン電球やその他の基材を用いた場合のルチル型ＴｉＯ２のスパッタ堆積速度を、余分な吸光物質を発生させることなく増加させることができる技術も必要である。
【発明の概要】
【０００６】  したがって、反応性スパッタ法を用いて基材上に薄膜コーティングを形成するための真空チャンバーを提供することが、本発明の一実施形態である。可動性基材ホルダーの設置により、スパッタリングターゲット面に対する基材自体の投影面積よりも広い範囲に亘ってスパッタ粒子を散布することが可能となる。可動性基材ホルダーの幾何学的形状と迅速な動きによって、より速いスパッタ堆積処理が可能となり、結果として全体的な生産性を向上することができる。
【０００７】  本発明のもう一つの実施形態は次の通りである。ターゲット通過時にスパッタ堆積処理を行う際、可動性基材ホルダーを動かして基材の方向および位置を段階的に調整することにより、基材上にスパッタ粒子をほぼ均一に散布することができる。この段階的調整を行うツールによって、より速いスパッタ堆積処理が可能となり、結果として全体的な生産性を向上することができる。
【０００８】  したがって本発明の一実施形態は、単位時間当たりに形成される非吸光性薄膜の体積を増加させる新しい方法を提案する。この方法では、基材の表面積をｘ倍拡張し、ターゲットの堆積速度をｘの逆数より大きな倍数でもって増加させる。それによって単位時間当たりの非吸光性薄膜の形成速度を増加させることが可能である。
【０００９】  本発明のもう一つの実施形態は、基材の表面に非吸光性薄膜を形成する方法を提案する。この方法は、スパッタ粒子の基材表面における単位面積当たりの堆積速度に影響を与えることを目的とし、以下の工程によって構成される。まず、スパッタリングターゲットをスパッタ粒子の第１の堆積速度で作動させる。同時に、基材表面を第１の曝露量でスパッタリングターゲットに曝露する。次に、スパッタリングターゲットに対する基材表面の曝露量を増加させ、スパッタリングターゲットをスパッタ粒子の第２の堆積速度で作動させる。この工程により、基材表面の単位当たり面積に堆積するスパッタ粒子の成膜速度は、基材表面における第１の曝露量および増加した曝露率の対比率と、基材表面における単位当たり面積の成膜速度を掛けた数値よりも大きくなる。
【００１０】  本発明のさらなる実施形態は、材料を放出する際の流量を選択することが可能なスパッタ原料供給源と、スパッタ原料酸化反応促進材料に対する曝露を誘導する反応性雰囲気と、ひとつもしくはそれ以上の基材を据え置くことができ、据え置かれた基材の第１の表面積を決める容量を有するツールと、基材の単位面積当たりの第１のスパッタ堆積速度を達成するために、ツールに据え置かれた基材のスパッタ原料の供給源と反応性雰囲気に対する単位当たり時間における第１の表面積での曝露をサポートするキャリアーとを有するコーティングシステムを提供する。極めて非吸光性の薄膜を一つ以上の基材上に形成する速度を増加させる方法は、ツールの容量を増加させる。この方法は、ツールに据え置かれた基材の総表面積を増加させる工程と、単位当たり時間にスパッタ原料の供給源および反応性雰囲気に曝露する基材の面積を増加させる工程と、を含み得る。
次に、供給源から放出されるスパッタ原料の流量を、基材の単位当たり面積におけるスパッタ原料の堆積速度が、以下に述べる（ｉ）および（ｉｉ）の数値の積よりも大きくなるまで高められる。（ｉ）スパッタ原料の供給源と反応性雰囲気とに単位時間当たりに曝露した第１の面積および増加した面積の対比率。（ｉｉ）基材の単位面積当たりの第１のスパッタ堆積速度。
【００１１】  本発明のさらなる実施形態は、第１の速度でもって薄膜を形成するため、基材表面上に一つの元素の多数の原子が堆積する１周期の間、堆積の際その元素が別の元素と反応するコーティングシステムを利用し、薄膜を基材上に形成する方法を提供する。この方法は、基材の表面積と、薄膜を形成する１周期の間に基材表面に堆積する元素の原子の数とを増加させる工程と、基材の単位当たり表面積において（ｉ）薄膜を形成する１周期の間に原子が堆積する基材表面の面積および増加した面積の対比率と、（ｉｉ）第１のスパッタ堆積速度を掛けた数値よりも大きいスパッタ堆積速度を得るために、基材の動きを含む一つ以上のプロセスパラメータを調整する工程と、を含む。
【００１２】  本発明の実施形態は、コーティングステーションを有する真空チャンバーと、複数の同様な基材をこのコーティングステーションに通過させるよう設計された基材キャリアーと、第１数量の基材を据え置くことができるよう構成されたキャリアーと、反応性雰囲気を上記真空チャンバー内に所定の速度で注入する手段と、上記コーティングステーション内で反応性雰囲気を生成し、上記基材キャリアーによって上記コーティングステーションを通過した際、基材上に選択されたスパッタ原料をプラズマスパッタするために十分な、第１の所定電力レベルで作動するターゲットと、コーティングステーションにおいて反応性雰囲気の面積、密度および反応性を増加させるための、事前に設定された電力レベルで作動するプラズマ発生器と、を有するスパッタリングシステムを提供する。このシステムにおける基材の処理量を増加させるための方法は、第１の数量より大きな数量の基材を据え置くことができるように基材キャリアーの構成を変更する工程と、第１の電力レベルより高い、第２の所定電力レベルでターゲットを作動させ、それによって基材へのスパッタ粒子の堆積速度を高める工程と、を含み得る。
【００１３】  本発明における更に別の実施形態は、真空チャンバーと、複数の機材を保持するためにこのチャンバー内に取り付けられた、ドラム軸を中心に回転することが可能なドラムと、真空チャンバー内に反応性雰囲気を所定の注入速度で導入する手段と、このチャンバーの一部において反応性雰囲気を生成し、上記ドラムの回転によって基材がターゲットを通過する際に、基材上に選択されたスパッタ原料をプラズマスパッタするために十分な所定の電力レベルで作動するターゲットと、チャンバーの一部において反応性雰囲気を生成するために十分なプラズマ発生電力レベルで作動するプラズマ発生器と、を有するスパッタリングシステムを提供する。基材上に非吸光性薄膜を形成するためにスパッタリングシステムを作動させる方法は、選択された回転数でドラムを回転させる工程を備える。システムが所定の反応性雰囲気導入速度、ターゲット電力レベルおよびプラズマ発生器電力レベルにおいて作動する場合、ドラム回転数を増加させると、薄膜の吸光性が高まる。
【００１４】  本発明の属する技術分野の当業者にとって、これらの実施形態、ならびにこれらの実施形態の多くの他の目的および利点は、特許請求の範囲、添付の図面、および以下の実施形態の詳細な説明を十分に検討することにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術のマグネトロンスパッタリングシステムの斜視図である。
【図２】従来技術のマグネトロンスパッタリングシステムの斜視図である。
【００１６】
【図３】電力およびスパッタリングターゲットへの曝露量の関数としての吸光性を示すグラフである。
【００１７】
【図４ａ】３０ｒｐｍのドラム回転およびターゲット電力Ｐ１による金属堆積パルスパターンを示すグラフである。
【図４ｂ】６０ｒｐｍのドラム回転およびターゲット電力２＊Ｐ１とによる金属成膜パルスパターンを示すグラフである。
【００１８】
【図５】一定のターゲット電力におけるドラム回転速度の関数としての吸光性を示すグラフである。
【００１９】
【図６】図２のスパッタリングシステム上で保持される基材上の領域（ｄＡ）に関する成膜パルスパターンを示すグラフである。
【００２０】
【図７ａ】典型的なドラムの時計回り回転と共に同方向に回転する基材または基材キャリアーを示す図である。
【００２１】
【図７ｂ】典型的なドラムの時計回り回転に対し反対方向に回転する基材または基材キャリアーを示す図である。
【００２２】
【図８】本発明の一実施形態によるスパッタリングシステムの斜視図である。
【００２３】
【図９】本発明のさらなる一実施形態のブロック図である。
【００２４】
【図１０】本発明の別の実施形態のブロック図である。
【００２５】
【図１１】本発明の一実施形態のブロック図である。
【００２６】
【図１２】本発明の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】  薄膜コーティングシステムおよび方法の種々の実施形態を、本明細書において図面を参照し説明する。図面においては、本発明の理解を容易にするために、同様の構成実施形態には同様の参照符号が与えられている。以下に挙げる物質に限定はされないが、典型的な膜としては、ＴｉＯ２、ルチル型ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、スズがドープされた酸化インジウム、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、他の金属および金属酸化物、窒化物、炭化物があり、非拡散コーティング、拡散コーティング、耐摩耗性コーティングおよびこれらの組合せを形成するために用いられる。
【００２８】  上述の各段落では、コーティングの対象となる基材の表面積に対するスパッタリングターゲットの面積に関して、本発明の実施形態をマクロ的に検討した。この巨視的な検討は、基材の迅速な動きにより、スパッタリングターゲットに隣接する領域よりも広い範囲に亘って薄膜を広げ得ることに相当する。また、これにより平均酸化速度および装置の生産性を向上させることができる。
【００２９】  本発明の実施形態を原子単位の観点で考えると、コーティングされる表面積の領域ｄＡに一個の原子が堆積する実施形態を考え得る。この領域ｄＡは、概念的に、１平方ミリメートルであり、図１に示す従来のマグネトロンスパッタリングシステムのドラム２に取り付けられた、大きくて平坦な基材６の一部分であると仮定することができる。あるいは別の例として、領域ｄＡは、図２に示すように、基材６の一部分であり得る。基材６は従来の基材ホルダー８によって回転ドラム２に取り付けられており、これによって基材６がそれぞれの自軸を中心に回転することが可能になる。図１に示すスパッタリングシステムについて検討すると、典型的なドラム２は、一般に、直径が１メートルで高さが１メートルである。１メートル×０．１５メートルのスパッタリングターゲット３をシステムの壁に内蔵することができ、ドラム２は概ねゼロから約２００ｒｐｍの間の任意の速度で回転可能である。コーティング作業の終了時に基材（単数または複数）のすべての部分が、領域ｄＡにおけるものと同じコーティング処理歴を有すると仮定することができる。幾つかの実験的コーティング処理の各々において厚さ１μｍの膜が形成されるとすると、この処理における変数は、ドラム回転速度とスパッタリングターゲット３への電力である。一般に、電力によってスパッタリングターゲット３からの金属のスパッタ流量が決まり、したがって典型的な基材６上に厚さ１μｍの膜を形成するために必要な時間が決まる。各コーティング処理の後に、形成された膜における吸光性が測定され得る。
【００３０】  図３は、スパッタリングターゲットへの印加電力と曝露量に対する吸光性を示すグラフである。図３を参照すると、２つのドラム回転速度３０ｒｐｍおよび６０ｒｐｍを用いた上記実験の結果が示されている。回転速度が３０ｒｐｍの場合、Ｐ１以下の電力に対して低吸光性が達成され、回転速度６０ｒｐｍの場合、Ｐ２以下の電力に対して低吸光性が達成された。図３に示すように、それぞれの回転速度に関して、印加電力がＰ１またはＰ２を超え、したがって回転速度も増加すると、膜の吸光性は非線形的に高まった。したがって、回転速度３０ｒｐｍの場合、低吸光性を保つための電力上限はＰ１であり、回転速度６０ｒｐｍの場合、低吸光性を保つための電力上限はＰ２であるということになる。電力がＰ１のとき、領域ｄＡ上に、ひいてはドラム全体に亘って厚さ１μｍの膜を形成するために公称６０分が必要とされた。回転速度６０ｒｐｍでは、厚さ１μｍの膜の形成するための時間は、回転速度３０ｒｐｍの時間の約半分であった。このことから、図１の従来のスパッタリングシステムの生産性は、ドラム回転速度を増加させることによって、低吸光性を維持しながら向上させることができるということが言える。
【００３１】  上述の実験における領域ｄＡ上での経時的堆積パターンを検討すると、領域ｄＡがスパッタリングターゲットを通過するたびごとに、領域ｄＡは金属の堆積パルスを受け取る。６０ｒｐｍで回転する１メートルの基材積載ドラム２が長さ１５ｃｍのスパッタリングターゲットを通過する場合、パルス持続時間は約５０ミリ秒である（スパッタリングターゲットからの金属流束が「正方形」に空間分布すると仮定している）。３０ｒｐｍでは、パルス持続時間は約１００ミリ秒である。各パルスの振幅は、回転速度が３０ｒｐｍまたは６０ｒｐｍのいずれにおいても、ターゲットに印加される電力に略比例している。図４ａおよび４ｂはそれぞれ、ドラム回転速度３０ｒｐｍとスパッタリングターゲット電力Ｐ１での金属堆積パルスパターン、およびドラム回転速度６０ｒｐｍとスパッタリングターゲット電力２×Ｐ１（すなわちＰ２）での金属堆積パルスパターンを示すグラフである。これらのパルスパターンおよび典型的なプロセスは、本願と同時係属中である関連米国特許出願第１２／１５５，５４４号に例示されているさらなる設備およびスパッタリングシステム構成に適用可能であり、膜の成長に関連付けることができる。
【００３２】  ６０ｒｐｍで回転する公称１メートルの基材積載ドラム２の場合、ＳｉＯ２の典型的なターゲット通過速度は、非吸光性膜が形成される平坦な非回転基材上において、概ね１００Å／ｓｅｃである。したがって、スパッタリングターゲットを通過するごとに、５０ミリ秒で５Åの膜を形成することができる。５Åの層は、約１原子層に相当する。ドラム回転速度を変えずに電力（レート）を増加させると、単一パルスの体積層の厚さが５Åより厚くなる可能性があり、吸光性が高くなる。対応策の一つとしては、ドラム回転速度を高め、これによって５Åの最大パルス振幅を維持しながら電力の増加を可能にする方法がある。しかしながら、所与の電力レベルを選択してドラム回転速度を増加させながら吸光性を測定すると、図５に示すグラフが得られる。
【００３３】  図５は、一定のターゲット電力におけるドラム回転速度に対する吸光性の関係を示すグラフである。図５を参照すると、吸光性は、ドラム回転数すなわち速度が増加するにつれて低下し、ドラム回転数ｆ１において最小値に達する。その後、ドラム回転数がｆ１を超えると、吸光性は高まる。図５の図については、図４ａおよび４ｂを参照して説明することができる。スパッタリングターゲットを通過する際パルスによって形成された膜の酸化反応は、図４ａおよび４ｂにて示す堆積パルスの間の区間で起こる。この酸化反応は、スパッタリングシステムの壁に内蔵されたデバイス４、例えばマイクロ波発生器などによって生成された局所的酸化プラズマによって促進される。発生器４は通常、スパッタリングターゲット３と同じ幅と高さであり得る。したがって、領域ｄＡがスパッタリングターゲット３を通過しながら金属堆積パルスを受けるのと同様に、酸化プラズマを通る領域ｄＡは、プラズマ発生器４を通過する際、強い酸化パルスを受ける。酸化反応におけるこの補助的プラズマの有効性は、酸化パルス幅が増大するにつれて、すなわち領域ｄＡがプラズマゾーンにある時間が増加するにつれて高まる。堆積ゾーンにおける金属パルスが狭いと、吸光性の低い膜が形成されるが、酸化プラズマパルスの場合はその反対である。また、ドラム回転速度を増加させると、金属堆積ゾーンでは生産性が上がるが、酸化反応ゾーンでは下がる。そして、図５に示すように、ある一定の回転速度において、金属パルス間の酸化反応時間が不十分になり、吸光性は回転速度の増加と共に高まる。
【００３４】  以上に、本発明の実施形態を、回転自由度が１である設備、すなわち図１の回転ドラム２を有するスパッタリングシステムを用いて説明した。以下、図２に示すように、回転自由度が２である設備を有するスパッタリングシステムを用いた本発明の実施形態について述べる。この設備の回転自由度は、すなわち、回転ドラム２と、基材自体の軸を中心に回転することが可能な基材ホルダー８に据え置かれた基材６との２つである。基材ホルダー８は基材６の脱着が可能である。典型的な基材は、長さ約２〜３ｃｍ、直径約１ｃｍの楕円形のタングステン−ハロゲン・ランプであり得るが、これに限定されない。言うまでもなく、このような例は本明細書に添付された特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、本発明の実施形態は、ソーラー鏡、電球内反射鏡、ランプバーナー芯およびドリル刃などの基材を用いることもできる。典型的なスパッタリングシステムには、ドラム２が回転するときにそれぞれが個々の軸を中心に回転する２０００〜３０００個のランプ６を取り付けることができる。
【００３５】  上述の（典型的な円筒形基材上にあり、僅かに湾曲した）１平方ミリメートルの領域ｄＡの概念を用いて説明すると、この実施形態において領域ｄＡは、回転自由度が１である前述の例よりも複雑な、曲がりくねった経路に沿って動くため、前述の例とは異なるパルスパターンを示すことは明白である。図６は、図２のスパッタリングシステムに据え置かれた基材上の領域ｄＡの堆積パルスパターンを示すグラフである。図６を参照すると、１秒間のドラム回転周期の間に典型的なスパッタリングターゲットを通過する領域ｄＡの、５回分の通過が概念的に示されている。回転自由度が１である上述の例と比較して、ドラム回転速度が一定であり、かつスパッタリングターゲットへの印加電力が一定である場合においても、パルスの形状、幅、振幅および周波数の各々が大きく変動することがわかる。例えば、領域ｄＡは、個々の基材がそれぞれの軸を中心に回転してスパッタリングターゲットを通過するとき、スパッタリングターゲットに面して通過する場合がある。一方この領域ｄＡは、スパッタリングターゲットに背を向けて通過する場合もあり、この通過においては、スパッタ粒子の基材上の領域ｄＡへの堆積が行われないという結果となる。したがって、この例では、１回の通過ごとの所与の膜厚は、回転自由度が１である場合のようには指定することができない。同様に、酸化パルスも形状、幅、周波数および振幅において変動するため、補助的プラズマを通過する１通過ごとの所与の曝露量も指定することはできない。
【００３６】  基材は、堆積ゾーンにあるとき何度も回転しなければ、各通過時に厚さが不均一な膜またはノジュールが形成される可能性がある。所与の通過からの堆積層（膜）またはノジュールは、厚さがゼロから数１０Åの範囲であり、横方向の範囲はドラムおよび基材の回転速度に依存する。形成された堆積層またはノジュールの位置は、１回の通過ごとに基材の周りで移動するので、基材全体に亘って形成された膜の厚さの不均一性は、複数回の通過の後には実質的に均質になり得ることに留意されたい。例えば、典型的な基材上に厚さ１μｍの膜を形成するには、堆積ゾーンを２０００〜４０００回通過する必要があり得る。堆積層またはノジュールは、領域ｄＡが通過時にスパッタリングターゲットに面するか否かに依存して各通過時に形成される、または形成されない可能性がある。しかしながら、通過ごとの適切な位相調整によって、基材上に実質的に均一な厚さの膜を形成することができる。
【００３７】  膜またはノジュールによって高まった分の吸光性が単にその厚さに比例するのであれば、通過ごとの堆積層の変動は、最終的に１μｍとなった膜全体の吸光性には影響を及ぼさないことになる。例えば、５Åの堆積層上に３Åの層が形成されれば、８Åの単一堆積層に等しい吸光性を有する８Åの複合堆積層を形成することになる。しかしながら、以下の実験的分析から分かるように、実際にはこのようにはならない。複数の１センチメートル基材を装填した直径１メートルの典型的なドラム２を考えると、基材を回転させるために必要とされる設備は、一つおきの（例えば偶数番号の）基材が時計回りに回転し、奇数番号の基材が反時計回りに回転するように駆動し得るものである。そして、この基材のアレイ上に１μｍの膜が形成され得る。ある一定の条件が選択されると、両セットの基材上の膜が厚さ１μｍで均一であっても、奇数番号の基材は吸光性が高く、偶数番号の基材は吸光性が無い場合があり得る。
【００３８】  図７ａは、典型的なドラムの時計回り回転と共に時計回りに回転する基材または基材キャリアーを示す図である。図７ｂは、典型的なドラムの時計回り回転に対して反時計回りに回転する基材または基材キャリアーを示す図である。図７ａを参照すると、基材６上の領域ｄＡは、時計回り回転運動を有する典型的なドラム２と共に、時計回りに回転してスパッタリングターゲット３からの流束の流れに入るように図示されている。図７ｂを参照すると、基材６’上の領域ｄＡは、時計回り回転運動を有する典型的なドラム２と共に、反時計回りに回転してスパッタリングターゲット３からの流束の流れに入るように図示されている。説明の便宜上、それぞれの中央部分ラインが流束の流れを出る前に基材６、６’がそれぞれの軸を中心に９０度回転すると仮定すると、図７ａの領域ｄＡは図７ｂの領域ｄＡよりも流速の流れの中にいる時間が短く、そのため、基材６’上には、より厚い堆積層またはノジュールが形成されるという結果が生じることは明らかである。基材６および６’の全体的な膜厚が実質的に類似であっても、より厚い堆積層もしくはノジュールは、より高い吸光性を招く。膜の吸光性は堆積層もしくはノジュールの厚さに対して非線形であると言える。
【００３９】  本発明の実施形態を実践する際に、上記の非線形特性の根本的な理由を理解することは有用であり得る。発見的モデルを導入した場合、膜が形成されるときに、それぞれ固有の吸光スペクトルを有するタイプ１およびタイプ２という二種類の吸光振動子が一般に形成されると想定することができる。タイプ１の吸光振動子は、典型的には、単回通過の密度がθ１で表され得る孤立した不完全酸化金属原子に関連付けられる。タイプ２の吸光振動子は、一般に、酸化されていない金属原子の孤立した対が金属−金属結合によって結びつくことで構成され、その単回通過の密度はθ２で表され得る。タイプ２の振動子は、金属−金属結合を切断する必要があるため、一般に酸化しにくく、また、より高い瞬間堆積速度で形成される。生産性は平均速度に概ね比例するが、ドラム回転１回当たりの吸光振動子の形成は、膜がスッパタリングターゲットに隣接して形成されるため、瞬間的条件に依存することに留意されたい。したがって、堆積速度が低いときには、一般にタイプ１の吸光振動子だけが形成される。タイプ１の吸光振動子の密度が十分に高くなると、タイプ２の吸光振動子が形成され始め、これによってそれらそれぞれの形成時にタイプ１の吸光振動子の数を順次減少させる。このため、タイプ２振動子の形成は、プロセスおよび設備パラメータ、基材回転速度、基材回転方向、スパッタリングターゲット幅、スパッタリングターゲットの数、ドラム直径、スパッタリングターゲット（単数または複数）を通る堆積パターンの形状および振幅、マスキング、酸化ゾーンにおける基材の回転および曝露の位相調整、およびクラスタ設備、の間の関係の分析および検討を通して最小化されるべきである。
【００４０】  ２種類の吸光振動子の形成速度は、堆積領域に関する１対の連立１次微分方程式と酸化ゾーンに関する１対の非連立１次微分方程式とによって表され得る。これらの微分方程式の対は、下記の関係によって表され得る。
【数１】
2011500971.tif 000003
【数２】
2011500971.tif 000004
【数３】
2011500971.tif 000005
【数４】
2011500971.tif 000006
ここでθ１およびθ２はそれぞれタイプ１およびタイプ２の吸光振動子が占める原子位置の割合を表し、Ｒ（ｔ）は表面原子位置の数密度（ｎｕｍｂｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）に正規化された金属堆積速度を表し、ａ１およびａ２はそれぞれタイプ１およびタイプ２の吸光振動子の正規化されたターゲット通過時の酸化速度を表し、Ａ１およびＡ２はそれぞれタイプ１およびタイプ２の吸光振動子の正規化された酸化速度を表す。方程式（１）〜（４）は、一般に、堆積・酸化ゾーンおよび酸化のみのゾーンにある２種類の吸光振動子の形成および消滅を記述している。概念的には、スパッタリングターゲットの前を通過し、次に酸化ゾーンを通過する基材上の領域ｄＡを想定し得る。基材（例えば、ランプの回転しない平坦な表面、または回転する表面など）がスパッタリングターゲットの前を通過するとき、基材の表面に金属原子がある定められた速度で堆積する。この速度が低い場合、堆積する金属原子はその後に酸化ゾーンを通過する単一の孤立したタイプ１の吸光振動子となる。好ましくは、１回の通過時に堆積するすべての金属原子は、基材がスパッタリングターゲットの前を再び通過する前に酸化されるべきである。金属の堆積速度が十分に高い場合、表面上の金属原子は孤立した原子として残らず、結合金属原子群を形成し始め、以降膜の中にはタイプ２の吸光振動子が存在することになる。タイプ２の吸光振動子が形成され始めると、タイプ１の吸光振動子の密度は減少し、膜の吸光性は非線形的になる。これは、結合金属原子から成るタイプ２の吸光振動子はタイプ１の吸光振動子よりも酸化しにくいためである。タイプ１またはタイプ２のいずれの金属原子でも、基材がスパッタリングターゲットの前を再び通過する前に十分に酸化されていない場合、これらの原子は新たに堆積した金属原子の下に埋め込まれ、酸化がより困難に、あるいは不可能になる可能性があり、その結果、形成された膜は吸光性を有することになり得る。
【００４１】  上記のモデルにおいて、θ１およびθ２が依存し得る要因について幾つか例を挙げると、堆積ゾーンの幅Ｗ、ドラムの直径Ｄおよびドラム回転数ｆ等があることに留意されたい。上記モデルの最も基本的なバージョンにおいて、これらの変数は、組合せＷ／Ｄｆに現れる。係数Ｗ／Ｄｆが減少すると、吸光性は減少する。スパッタリングシステムの設計上の制約が厳しい場合、この方程式内では一つのサブファクタが別のサブファクタによって相殺される。例えば、ドラムの直径を２倍にすることは、吸光性を低下させる意味において、ドラム回転速度を倍することと同じ効果を有する。既存のスパッタリングシステムまたはコーティング装置において、Ｗおよび／またはＤを変化させることは実際的でない場合もあるが、新しい装置の設計においては、これらを考慮することが可能である。したがって、形成された膜が確実に酸化し易くなるように、形成された膜におけるタイプ２の吸光振動子の形成を実質的に防止し、全体的な吸光性の発現を防止することは、本発明の実施形態における一要素である。
【００４２】  また、本発明の実施形態は、回転自由度が少なくとも３である設備を有するスパッタリングシステムにおいても適用可能である。図８は、本発明の一実施形態によるスパッタリングシステムの斜視図である。図８を参照すると、典型的なスパッタリングシステムは、真空チャンバー１の壁に内蔵されたスパッタリングターゲット３を有する、真空チャンバー１に取り付けられた円筒形の回転ドラムまたはキャリアー２を用いる。真空チャンバー１の壁は、当技術分野において公知のプラズマまたはマイクロ波発生器４も内蔵する。キャリアー２は、断面が略円形であり、中心軸を中心に回転するように適合可能である。キャリアー２をその中心軸を中心に回転させるために、駆動機構（図示せず）が設けられる。真空チャンバー１内のキャリアー２上には、複数のパレット５０が設置される。各パレット５０は、回転可能な中心シャフト５２と、この中心シャフト５２に沿って軸方向に配列された一つ以上の円板１１とを備え得る。円板１１は、この円板１１の周囲に配置された複数のスピンドル保持穴を備える。スピンドルは穴内に保持されることが可能であり、各スピンドルは、個々それぞれの軸を中心に回転することが可能な一つ以上の基材（ランプ等）を保持する。この典型的なシステムのその他の詳細および実施形態は、２００８年６月５日付出願の、本願と同時係属中である関連米国特許出願第１２／１５５，５４４号に、さらに記載されている。本明細書には前述の出願の全体が参照により組み込まれている。
【００４３】  第１の自由度は、ドラムの回転と定義することができる。第２の回転自由度は基材の回転と定義することができ、第３の回転自由度は基材が取り付けられた遊星歯車の回転と定義することができる。上述した１平方ミリメートルの領域ｄＡ（典型的な円筒形基材上にあり、僅かに湾曲している）の概念を用いると、領域ｄＡ上のパルスパターンが上述の例におけるパルスパターンとは大幅に異なり、より湾曲していることは、当業者には明らかである。このことから、典型的な堆積および酸化パルス特性の選択の幅が広がり、ひいてはターゲットへの印加電力を増加し、吸光性を発現させることなくスパッタリングシステムの生産性を向上させることができる。
【００４４】  本発明の実施形態においては、パルス特性について述べたが、基材表面上で実質的に均一な酸化膜を形成し得るために、堆積パルス相互の位相調整、酸化ゾーンパルス相互の位相調整、および堆積パルスと酸化パルスとの位相調整も用いることができる。したがって、本発明の実施形態における幾つかの態様は、堆積ゾーンにおける時間に対し、酸化ゾーンにおける時間を増加させるように回転の位相調整を選択することによって、スパッタリングシステムの生産性を高めることができる。例えば、堆積層またはノジュールがスパッタリングターゲットを通過する時に形成される場合、この堆積層またはノジュールがプラズマに対して最大限曝露されるように、補助的プラズマゾーンにおける位相調整を有することが望ましいと言える。このような位相調整は、本願と同時係属中である関連米国特許出願第１２／１５５，５４４号に記載された回転設備固定具の設計によって達成される。さらなる例として、回転する基材にコーティング処理を行うとき、スパッタリングターゲットを通過するときの回転角を遠隔の酸化ゾーンにおける回転角に合わせて位相調整することは、この遠隔の酸化ゾーンにおける酸化作用が基材周辺において等方性でない場合に重要である。これは、遠隔の酸化手段が（高度に指向性の）イオン銃である場合、またはマイクロ波プラズマがそれぞれの基材を均一に覆わない場合に当てはまる。回転の位相調整の選択は、単一通過スパッタリングシステムにおいて適用されるときに重要である。例えば、基材が堆積ゾーンを出るときに、基材周辺の単一通過金属コーティングが不均一である場合、タイプ１およびタイプ２の吸光振動子が高密度に存在することに起因して、吸光性がより高いレベルで存在する可能性がある。したがって、この不均一にコーティングされた部分は、遠隔の酸化ゾーンを通過するときに酸化源の方を向くように方向づけられるべきである。
【００４５】  本発明の他の実施形態は、パルス周波数を高めながら金属パルス幅を短くすることによってスパッタリングシステムの生産性を高めることができる。これは、ドラム回転速度を高めること、金属堆積ゾーンの空間幅を一定に維持しながらドラム直径を大きくすること、基材回転速度を高めること、遊星歯車直径および／または回転速度を大きくすること、およびこれらの組合せによって達成される。
【００４６】  本発明の一実施形態は、多回転自由度を使用して酸化パルス幅および／または周波数を増大させながら堆積パルス周波数を引き下げることによって、スパッタリングシステムの生産性を高めることができる。本発明のさらなる実施形態は、スパッタリングターゲットを通過する金属堆積ゾーンの空間幅を拡大させ、それによって部分酸化を促進させることによって、スパッタリングシステムの生産性を高めることができる。
【００４７】  本発明の別の実施形態は、マスキングを用いて吸光性に影響を与えることができる。コーティング装置におけるマスキングは、一般に、所定の設計にしたがって基材をシャドーイングすることによって、あるいは意図的に基材の一部をシャドーイングすることによって、形成された膜の均一性を制御するための手段と考えられる。しかしながら、上述のモデルが示しているように、許容できる吸光性の範囲ぎりぎりのところでプロセスが作動している場合、基材が通過する金属堆積パターンの形状または振幅に影響を及ぼす如何なるものでも、膜の吸光性を変化させることになる。したがって、本発明の実施形態は、吸光性に関して有利な方法で堆積パターンの形状または強度を変えるマスキングおよび／または基材設備を提供する。典型的なマスキングは、基材が堆積ゾーンを通って移動するときに金属堆積を瞬間的に遮り、ある条件下において吸光性に影響を与えるマスクなど、多くの形で行うことができるが、これに限定されない。
【００４８】  本発明のさらなる実施形態は、スパッタリングターゲットを、酸化ゾーンによって分けられた２つのスパッタリングターゲットに分割することによって、スパッタリングシステムの生産性を高めることができる。上述したように、膜酸化を最適化するためには、タイプ２の吸光振動子密度は可能な限り低く維持されるべきである。単一のスパッタリングターゲットシステムでは、スパッタリングターゲットへの印加電力（すなわち平均コーティング速度）は、許容不可能な吸光性が発現し始めるレベルＰ１に設定される。平均コーティング速度を高めるための一つの方法は、単一のスパッタリングターゲットではなく、間に反応ゾーンを有する２つのスパッタリングターゲットを同時に用いることである。この設計では、本質的に、堆積ゾーンを中断させ、基材が第２のスパッタリングターゲットの堆積ゾーンに入る前に、第１のスパッタリングターゲットを通過して形成された膜のさらなる酸化処理を行うことができる。タイプ２の吸光振動子の形成速度は瞬間的金属堆積速度の非線形関数であるので、一つのスパッタリングターゲットをＰ１で作動させた時に形成されるレベルに吸光性を抑えながら、各スパッタリングターゲットを、Ｐ１／２より高いがＰ１より低い電力で作動させることができる。したがって、２つのスパッタリングターゲットの各々は、単一のスパッタリングターゲットの電力より低い電力において作動するが、これら２つのスパッタリングターゲットを合計した電力は単一のスパッタリングターゲットのみ用いた場合の電力より大きく、その結果、平均コーティング速度が向上する。
【００４９】  また、本発明のさらなる実施形態は、本願と同時係属中の関連米国特許出願第１２／１５５，５４４号に記載されているような円板コーティング装置において典型的な設備を使用することができる。本発明の一実施形態の一態様は、従来のラックより大幅に薄い新規のツール、および収容すべき歯車または軸受を有さないツールを提供し、これにより、シャドーイングを大幅に減らしてコーティングの均一性を改善することができる。例えば、図８を参照すると、典型的なスパッタリングシステムは、複数のパレット５０が設置された実質的に円筒形の回転ドラムまたはキャリアー２を含む。各パレット５０は、回転可能な中心シャフト５２と、この中心シャフト５２に沿って軸方向に配列された一つ以上の円板１１とを備えることができ、これにより、円板１１は、この円板１１の周辺の周りに配置された複数のスピンドル保持穴を備えることができ、各スピンドルは、個々それぞれの軸を中心に回転することが可能な一つ以上の基材を保持できる。基材、ドラムおよびパレットはそれぞれ、独自の回転速度を有する。その結果、金属がより大きな領域に亘って堆積するにも関わらず、所与のスパッタリングターゲット電力において、タイプ２の吸光振動子の形成速度を抑えることができるという効果がある。また、これにより、許容不可能なレベルの吸光性が生じる前に、平均コーティング速度を高めることができる。このような設備を、ドラムタイプのスパッタリングシステムを用いて言及してきたが、この例は、添付の各請求項の範囲を限定するものではなく、本発明の実施形態は、インラインコーティング機構またはスパッタリングシステムならびに他のスパッタリングシステムにも等しく適用可能である。このように、本発明の実施形態の一態様は、より多数の基材を積載するためにスパッタリングシステムにおける基材キャリアーの構成を変更することによって、また、基材へのスパッタリングターゲットのプラズマスパッタリングの速度を高めるために、所定の電力レベルにおいてシステム内のスパッタリングターゲットを作動させることによって、非吸光性薄膜を有する基材をより効率的に生産するための新規な方法を提供する。
【００５０】  インラインコーティング機構またはスパッタリングシステムにおいて適用される本発明の実施形態は、任意の数または任意のタイプの基材をコーティングするために用いることができる。インラインスパッタリングシステムは、ドラムタイプのスパッタリングシステムとは異なり、一般に複数回のコーティング通過を必要としない。インラインスパッタリングシステムは通常、完全酸化を確実にするためにコーティング速度を低くした、単回の長い連続したコーティング処理を、典型的な基材に対して行う。本発明の実施形態は、コーティング材料に曝露される基材の領域を、タイプ２の吸光振動子が形成される前に設備の一方側に移動させ、それによって、基材が設備の他方側に回転しさらなるコーティング材料を受ける前にコーティングが十分に酸化されることを可能にするような回転速度で、基材を回転させることができる。このような実施形態では、設備の一方側にマイクロ波駆動プラズマまたはイオン銃を設けることによって、酸化反応処理を改善させることもできる。典型的な回転速度では、１回通過ごとに堆積する材料が少なくなるが、インラインコーター上のスパッタリングターゲットをより高い電力レベルで作動させ、それによって他の方法で得られるコーティング速度より速い平均コーティング速度を達成することができる。
【００５１】  また、本発明の一実施形態は、基材および／または遊星歯車の回転方向をドラムの回転方向と同じであるように選択することによって、スパッタリングシステムの生産性を高めることができる。図７ａおよび７ｂを参照しながら上述したように、一方向に回転する基材は、単一通過の不均一性に起因して、他方向に回転する基材によって示される吸光性とは異なる吸光性を示す。この不均一性の本質は、最大平均堆積速度で同じ時間分の処理を行っても、回転方向が違うそれぞれの基材のセットにおいて同じ吸光性（または吸光性が無いこと）を有することは可能でないということである。基材ランプのすべてが同じ方向に回転することを可能にする典型的な設備では、すべての基材の吸光性を最小に抑えることができる。
【００５２】  上記の実施形態の幾つかは、回転する基材またはランプに関するものであることに留意されたい。これは、添付の各請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、本発明の実施形態は、回転する平板、例えば平面板、三角形の平板、および他の適切に成形された平板などの他の回転する基材にも適用が可能である。
【００５３】  また、本発明の実施形態の一態様は、回転する基材の円滑で連続した動きのために装置のパラメータを選択することによって、ツールの動作条件を選択する。正しい条件下において、基材の回転を位相調整することができ、これは均一な膜分布および酸化のために重要である。また、本発明の実施形態の一態様は、厚さ４μｍを超える複合多層コーティングで基材を均一にコーティングする。これらのコーティングは、ターゲットを多数回通過することで得られる堆積層から構成することができ、１〜２パーセントの厚さのばらつきを有することがある。図９は、本発明の一実施形態のブロック図である。図９を参照すると、ある元素の多数の原子が１コーティング周期で基材表面のある領域に堆積して他の元素と反応するコーティングシステムを使用し、基材上に第１の形成速度で薄膜を形成するための方法が記されている。この方法は、工程９１０において、基材の表面積と、１コーティング周期で基材表面に堆積する元素の原子数とを増加させることを含む。工程９２０において、（ｉ）１コーティング周期で原子が堆積する基材表面の面積および増加した面積の対比率と、（ｉｉ）薄膜の第１の形成速度との積より大きな基材表面の単位面積当たりの薄膜の形成速度を得るために、一つ以上のプロセスパラメータを調整する。典型的なパラメータは、基材回転速度、基材回転方向、スパッタリングターゲット幅、スパッタリングターゲットの数、ドラム直径、スパッタリングターゲットを通過する堆積パターンの形状、スパッタリングターゲットを通過する堆積パターンの振幅、マスキング、基材回転の位相調整、酸化ゾーンにおける基材の露出、ツール、およびこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。
【００５４】  図１０は、本発明の別の実施形態のブロック図である。図１０を参照すると、基材の表面に非吸光性の薄膜を形成する新しい方法が記されている。この方法では、工程１０１０において、スパッタリングターゲットをコーティング材料の第１のスパッタリング速度で作動させ、また工程１０２０において、基材の表面へ単位表面積当たりの第１の堆積速度でスパッタされたコーティング材料の堆積を行うために、第１の曝露量で基材表面をターゲットに曝露させる。次に工程１０３０において、ターゲットへの基材表面の曝露量を増加させる。工程１０４０において、スパッタリングターゲットを、基材表面の単位面積当たりのスパッタされたコーティング材料の堆積速度が（ｉ）基材表面の第１の曝露量および基材表面の増加した曝露量の対比率と、（ｉｉ）基材表面の単位面積当たりの第１の堆積速度との積より大きくなるように、コーティング材料の第２のスパッタリング速度で作動させる。別の実施形態では、ターゲットへの基材表面の曝露量を増加させる工程は、コーティング材料の第２のスパッタリング速度で第２のスパッタリングターゲットを作動させることと、基材表面の単位面積当たりの第１の堆積速度より大きな堆積速度でコーティング材料の堆積処理を行うために、第１の曝露量で基材表面を第２のターゲットに曝露することと、を含む。
【００５５】  図１１は、本発明の別の実施形態のブロック図である。図１１を参照すると、一つ以上の基材上において実質的に非吸光性の薄膜の形成速度を増加させる方法は、工程１１１０において、典型的なスパッタリングシステムにおいて一つ以上の基材を保持するための設備の容量を増加させ、これにより、設備に据え置かれた基材の総表面積を増加させることを含む。工程１１２０において、単位時間にスパッタ原料の供給源と反応性雰囲気とに曝露される基材の表面積を増加させる。次に工程１１３０において、供給源からのスパッタ原料の放出速度を、基材の単位表面積当たりにおけるスパッタ原料の堆積速度が（ｉ）単位時間にスパッタ原料の供給源と反応性雰囲気とに曝露される第１の面積および増加した面積の対比率と、（ｉｉ）基材の単位面積当たりの第１の材料堆積速度との積より大きくなるように高める。別の実施形態において、工程１１１０はさらに、基材キャリアーによって保持された複数のパレットを備えることを含む。この基材キャリアーは、回転可能な中心シャフトと、各円板がこの周囲に複数の機材を据え置けるよう適合された中心シャフトに沿って軸方向に配列された一つ以上の円板と、を各パレットに備える。さらなる実施形態では、工程１１２０はさらに、キャリアー回転速度、遊星歯車回転速度、基材回転速度、遊星歯車回転方向、基材回転方向、ターゲット曝露位相調整、反応性雰囲気曝露位相調整、およびこれらの組合せなどの一つ以上のパラメータを調整することを含む。
【００５６】  本発明の一実施形態では、反応性コーティングシステムは、実質的に非吸光性の薄膜を形成するために基材表面上に堆積したコーティング材料を含む。図１２は、本発明の主題の一実施形態のブロック図である。図１２を参照すると、単位時間に形成される非吸光性薄膜の体積を増加させる方法は、工程１２１０において、表面積をｘ倍増加させることと、工程１２２０において、コーティング材料の堆積速度を倍数ｘの逆数より大きい倍数だけ増加させ、それによって単位時間当たりの非吸光性薄膜の体積の形成速度を増加させることとを含む。
【００５７】  本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態は例示にすぎず、本発明の範囲は、あらゆる均等物ならびに本明細書を通読した当業者にとって自然に想起される多数の変形および変更を含む添付の特許請求の範囲によってのみ定められることを理解されたい。
【符号の説明】１  真空チャンバー、２  ドラム、３  スパッタリングターゲット（スパッタ原料）、４  プラズマまたはマイクロ波発生器、５  パネルまたは基材ホルダー、６  基材、８  基材ホルダー、９  歯車または軸受、１１  円板、５０  パレット、５２  中心シャフト
【図１】
2011500971.tif 000007
【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５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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