(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの選択された材料を基板5へスパッタし、且つこの材料の反応を生じさせる装置10であって、当該装置が、基板保持器12が配置される真空チャンバ11と、基板保持器12に近接した作業領域に構成され且つ少なくとも１つの材料を基板5へスパッタするための第１のプラズマを生成するのに適した前記選択された材料のターゲットを有する少なくとも１つのマグネトロンスパッタ機構15と、マグネトロンスパッタ機構15に近接して且つ基板保持器12に近接して前記作業領域において構成される第２のプラズマを生成するための第２プラズマ機構16と、を含む装置であり、スパッタ機構15及び第２プラズマ機構16がスパッタ領域及び活性化領域を形成する、装置に関する。少なくとも２つの電磁石1,3及び／又は半径方向磁化円環状磁石並びに複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石2は、前記第２のプラズマを含むための磁界を生成するように構成される。本発明は、基板を被膜する方法であって、最初に材料がスパッタを用いて基板へ沈着され、その後、前記沈着された材料が、必要な反応種を含むプラズマにおいて反応し、これにより、化合物を形成させる、方法であって、前記プラズマの密度及び前記プラズマのイオン化の程度が磁界を用いて増加され、前記磁界は、少なくとも２つの電磁石1,3及び／又は半径方向磁化円環状磁石並びに複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石2によって生成される、方法にも関する。
2010538157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの選択された材料を基板へスパッタし、且つこの材料の反応を生じさせる装置であって、当該装置が、基板保持器が配置される真空チャンバと、前記基板保持器に近接した作業領域において配置され且つ少なくとも１つの材料を前記基板へスパッタするための第１のプラズマを生成するのに適した前記選択された材料のターゲットを有する少なくとも１つのマグネトロンスパッタ機構と、前記マグネトロンスパッタ機構に近接して且つ前記基板保持器に近接して前記作業領域において構成される第２のプラズマを生成するための第２プラズマ機構と、を含む装置であり、前記スパッタ機構及び前記第２プラズマ機構がスパッタ領域及び活性化領域を形成する、装置において、少なくとも２つの電磁石及び／又は半径方向磁化円環状磁石並びに複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石が、前記第２のプラズマを含むための磁界を生成するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記基板保持器がドラムであり、且つ、少なくとも１つの電磁石及び／又は１つの半径方向磁化円環状磁石が前記ドラム内部に配置されることを特徴とする、装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置において、前記磁界を生成する全ての前記磁石が前記真空チャンバの外側に配置されることを特徴とする、装置。
【請求項４】
請求項１に記載される装置であって、前記磁界を生成する全ての前記磁石が前記真空チャンバの内部に配置されることを特徴とする、装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置において、交番磁界を生成する少なくとも１つの電磁石が、交流電圧源へ接続されることを特徴とする、装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置において、一定磁界を生成する少なくとも１つの電磁石が、直流電圧源へ接続されることを特徴とする、装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置において、少なくとも１つの電磁石が、重畳される一定及び交番磁界が生成されるように、動作されることを特徴とする、装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置において、前記第２プラズマ機構がマイクロ波生成器であることを特徴とする、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記マイクロ波生成器がパルス状マイクロ波を生成するように設定されることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の装置であって、前記配置される磁石によって生成される前記磁界の最大磁束密度が、電子サイクロトロン共振を生成するのに使用されるマイクロ波周波数に一致されるのに必要な磁束密度に少なくとも対応することを特徴とする、装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置において、前記真空チャンバの電位とは相違する電位が前記基板保持器へ印加されることを特徴とする、装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の装置において、前記第２のプラズマが、前記選択される材料を、酸化物、窒化物、炭化物、水素化物、硫化物、酸窒化物又はこれらの混合物へ変換させる反応を生じさせることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の装置において、前記第２のプラズマが、酸素を豊富に含むプラズマであり、且つ、生じられる反応が酸化であることを特徴とする、装置。
【請求項１４】
基板を被膜する方法であって、最初に材料がスパッタ処理を用いて基板へ沈着され、その後、前記沈着された材料が、必要な反応種を含むプラズマにおいて反応し、これにより、化合物を形成させる、方法において、前記プラズマの密度及び前記プラズマのイオン化の程度が磁界を用いて増加され、前記磁界は、少なくとも２つの電磁石及び／又は半径方向磁化円環状磁石並びに複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石によって生成されることを特徴とする、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記配置される磁石によって生成される前記磁界の最大磁束密度が、電子サイクロトロン共振を生成するのに使用されるマイクロ波周波数に一致されるのに必要な磁束密度に少なくとも対応することを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの選択された材料を基板へスパッタし、且つこの材料の反応を生じさせる装置であって、基板保持器が配置される真空チャンバと、前記基板保持器に近接した作業領域に構成され且つ少なくとも１つの材料を前記基板へスパッタするための第１のプラズマを生成するのに適した前記選択された材料のターゲットを有する少なくとも１つのマグネトロンスパッタ機構と、前記マグネトロンスパッタ機構に近接して且つ前記基板保持器に近接して前記作業領域において構成され、第２のプラズマを生成するための第２プラズマ機構と、を含む装置であり、前記スパッタ機構及び前記第２プラズマ機構がスパッタ領域及び活性化領域を形成する、装置に関する。本発明は、基板に被膜する方法であって、初めに材料がスパッタ処理を用いて基板へ沈着され、その後該沈着された材料が、必要な反応種を含むプラズマにおいて反応し、化合物を形成する、方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
反応性マグネトロンスパッタリングの使用は、金属化合物の薄膜を適用することに関して知られている。反応性スパッタリングは、これに関連して、基板が金属ターゲットにおいて固定され、適用される金属膜の調合が金属原子の沈着と同時及び同一の箇所で発生するように、実行される。許容可能な沈着率を有する化学量論的膜を達成させるために、膜が基板において完全に構成される又は合成される一方でスパッタリングターゲット表面は状態としてそれ自体過度の反応によって「汚染」されないようにするために、条件の注意深いバランス取りが必要であるが、というのも、このことは、低いスパッタリング率を生じさせ、しばしばターゲット表面においてアーク形成を生じさせるからである。
【０００３】
より更に、金属化合物が沈着されるべき基板を、スパッタリングターゲットにおいてと反応性環境とにおいて交互にガイドすることも知られている。このようにして、金属原子の沈着は、各場合において、時間及び空間に関して、膜の合成から部分的に分離される。より更に、酸化層の沈着は、励起された酸素種が金属層とより容易に反応するので、合成領域における酸素がプラズマによって活性化されることにおいて改善されることは知られている。
【０００４】
上述の従来技術の欠点は、反応及び沈着領域の物理的及び環境的な分離に関する必要性である。この分離は、例えば、特定の真空チャンバに配置され得るターゲットの数及び反応領域を制限し、したがって、膜塗布の全量は制限される。
【０００５】
この欠点を避けるために、欧州特許第0516436B1号において、スパッタ及び活性化領域を物理的及び環境的に１つにまとめることが提案されており、この場合、分離シートが取り除かれる、又は、差動ポンプが用いられ、したがってこれらの２つの領域のプラズマは、ターゲットからの材料をスパッタリングするために及び基板におけるこの材料の反応のためにの両方に関して使用される単一の連続プラズマを形成するために、効果的に混合されている。環境的に及び物理的に近接され、スパッタ機構のプラズマを向上させるのに適されるそれぞれスパッタ領域と活性化領域とを形成するスパッタ機構及び第２プラズマ機構が配置されるマグネトロンスパッタ装置が開示されており、これにより、反応ガスの比較的低い環境分圧を有するスパッタ材料との反応ガスのイオンの反応を生じさせるようにされている。この場合、関連付けられる選択された作業領域を通過して基板をガイドする基板保持器が設けられている。
【０００６】
欧州特許第0516436B1号に記載の装置を用いて、スパッタリングを用い、且つその後、例えば酸化などの反応を生じさせることにより、被膜処理をかなり向上させることは可能であった。処理時間は、例えば沈着材料の酸化など、生じせられる反応によって大幅に制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、活性化領域における反応率が増加され、これにより処理時間が低減され得るような手法で従来知られている装置を改善させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従うと、この目的は、少なくとも２つの電磁石及び／又は半径方向磁化円環状磁石並びに複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石（magnetic  multipole）が、前記第２プラズマを含むための磁界を生成するように構成されることにおいて達成される。
【０００９】
本発明によって、活性化領域における反応率が増加され、これにより処理時間が低減され得るような手法で従来知られている装置が提供される。
【００１０】
本発明の開発において、前記基板保持器がドラムであり、且つ、少なくとも１つの電磁石及び／又は１つの半径方向に磁化された円環状磁石が前記ドラム内部に配置される。結果として、基板近傍の又は基板におけるプラズマ密度は増加される。イオン及びラジカルなどの反応種のこのようにして増加された濃度は、反応率における増加に導く。
【００１１】
本発明の構成において、前記磁界を生成する全ての前記磁石が前記真空チャンバの外側に配置される。このことは、機械的な配置を促進させる。更に、磁性コンポーネントに関する費用が低減される。
【００１２】
本発明の代替的な構成において、前記磁界を生成する全ての前記磁石が前記真空チャンバの内部に配置される。このことは、装置の設置寸法を低減させる。
【００１３】
少なくとも１つの電磁石が、交番磁界を生成するために、交流電圧源へ接続されることが好ましい。有利には、交番磁界を生成する電磁石のうちの少なくとも１つは、基板保持器の前面に配置される。結果として、プラズマ内部のイオンフローは、更に、基板において濃縮される。
【００１４】
本発明の構成において、少なくとも１つの電磁石が、一定磁界を生成するために直流電圧源へ接続される。結果として、第２プラズマを含むように生成される磁界の更なる修正が可能にされる。
【００１５】
少なくとも１つの電磁石が、重畳される一定及び交番磁界が生成されるように動作されることが好ましく、これにより、磁界強度における変化が、磁界の極性反転なしに実施化される。結果として、プラズマの効果的な圧縮、及び基板における反応に関して必要なイオンの解放が生じさせられる。
【００１６】
発明の更なる構成において、前記第２プラズマ機構がマイクロ波生成器である。この種類の生成器は、所要なプラズマを生成することにおいて成功している。
【００１７】
前記マイクロ波生成器がパルス状マイクロ波を生成するように設定されることが好ましい。結果として、同一の出力を用いて、連続マイクロ波動作におけるよりも高いプラズマ密度が達成される。
【００１８】
前記配置される磁石は、有利には、マイクロ波プラズマにおいて電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）を生成するのに必要であるマイクロ波周波数に依存する必要な磁束密度より上の最大磁束密度を有する磁界を生成する。この共振状態は、改善されたプラズマ励起、並びに、プラズマ密度及び電子温度におけるかなりの上昇を生じさせる。共振の場合に関して必要な磁束密度BECRは、BECR=f?Wme/e0に従い計算され、ここで、f?Wはマイクロ波周波数であり、meは電子の質量であり、e0は素電化である。875ガウスの磁束密度が、2.45GHzの一般的なマイクロ波周波数に関して、ＥＣＲ条件が存在するように、この構成から生成される。
【００１９】
本発明の更なる構成において、前記真空チャンバの電位とは相違する電位が前記基板保持器へ印加される。結果として、プラズマイオンの更なる促進が、基板の方向へ生じさせられる。
【００２０】
本発明は、更に、基板を被膜する方法であって、例えば酸化などの、基板へ沈着される金属の生じられる反応の反応率が増加される方法を提供する目的に基づく。発明に従うと、前記この目的は、前記プラズマの密度及び前記プラズマのイオン化の程度が磁界を用いて増加され、前記磁界は、少なくとも２つの電磁石及び／又は半径方向磁化円環状磁石並びに複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石によって生成されることにおいて達成される。
【００２１】
本発明によって、基板を被膜する方法であって、基板への沈着される金属の生じられる反応の反応率が増加される方法が提供される。
【００２２】
本発明の他の開発態様及び構成は、他の従属項において与えられる。本発明の一つの実施例が、図面に示されており、以下において詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、ドラム状真空被膜装置の断面図の概略的簡素化図を示す。
【図２】図２は、活性化領域の範囲におけるマグネトロンスパッタ装置の詳細を示す。
【図３】図３は、図２における多極電磁石を通ずる断面１−１を示す。
【図４】図４は、図２に従う配置における磁力線及びプラズマ内包物の概略図を示す。
【図５】図５は、活性化領域の範囲における更なる実施例のマグネトロンスパッタ装置の詳細の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施例として選択されるスパッタ装置は、欧州特許第0516436B1号において記載されるスパッタシステムの開発態様であり、本文書において、この文書の開示への参照がされる。
【００２５】
図１において、スパッタシステム１０は、外周が真空チャンバを形成する筐体１１を有する。筐体１１はそれ自身、図示されない真空システムへ接続され得る。マグネトロンスパッタ装置１５は、プラズマ生成装置１６に近接して、以後チャンバ１１とも指定される筐体１１の真空筐体の外周に配置される。実施例において、プラズマ生成装置１６はマイクロ波生成器である。
【００２６】
動作において、例えば、アルゴンなどの、不活性スパッタ気体は、インレット１４を介してチャンバ１１へ導入される。加えて、例えば酸素などの反応ガスが、インレット１４を介して導入される。ドラム１２において配置される基板がより大きいプラズマ１１１の領域へ回転されるときに、ターゲット１５からスパッタされる金属膜が沈着される。反応ガスとのこの膜の反応は、膜がターゲット１５の下の領域１９において沈着される場合に直接開始する。基板５がマイクロ波生成器１６の下のプラズマの領域１８へガイドされる場合、この反応は継続され、そして、前記膜の、所望な化学量論（Stoichiometry）を有する誘電体への変換が終了される。所望な厚さの誘電膜を得るために、このシーケンスはドラム１２を回転させることによって繰り返され得る。更なるスパッタターゲットプラズマ生成装置の配置を用いて、様々な材料の多層膜が基板５へ塗布され得る。
【００２７】
反応率（酸素が反応ガスである場合、酸化率）を増加させるために、少なくとも２つの電磁石１・３と、複数の永久磁石から形成される少なくとも１つの多極電磁石２と、からなる磁界構成が領域１８の活性化領域に配置される。磁界は、電子を含むように使用される。マイクロ波生成器１６は、2.45GHzで動作し、この磁界構成によって開始される磁界は875ガウスより多い最大磁束密度を有し、これにより、共振状態（ＥＣＲ状態）が生じられる。プラズマのイオンを用いた磁界の相互作用は、ＥＣＲプラズマにおけるイオンが熱的挙動を有するので、無視され得る。
【００２８】
図３に従う磁界配置において、電磁石はドラム１２内に配置される。多極電磁石２及び第２電磁石３は、電磁石１に対して、筐体１１における真空チャンバの外側に配置される。ドラム１２へ固定される基板５は、磁界構成によって回転ドラム１２に移動される。２つの電磁石を用いて、磁性二重ミラーが形成され、これは、電子の軸方向の包有に関して使用される。磁性コイルの代わりに、半径方向磁化円環状磁石もこの場合使用され得る。磁性二重ミラー磁界の曲率により、電子の漂遊は、半径外向きに発生する。この漂遊の動きは、プラズマ安定性へ導く。安定性に関して、電子の半径方向磁性包有は、２つの電磁石１・３の間に配置される多極電磁石２を用いて実施化される。
【００２９】
ＥＣＲ状況の存在は、ＥＣＲ表面を通過する場合における電子の共振励起を用いたプラズマにおけるマイクロ波エネルギの吸収の増加を導く。共振電子励起の結果として、増加されたイオン化過程が発生し、したがって、電荷キャリア密度（プラズマ励起）における増加を生じさせる。イオンは、プラズマ電位分布形成（静電包有）によって含まれる。プラズマ電位分布の原因は、電子密度及び電子温度における大きな勾配である。これらの勾配は、限定的に局所的（マイクロ波による最大電子励起の位置）に発生するＥＣＲ状況から生成される。
【００３０】
筐体に配置されるマイクロ波窓４を保護するために、このマイクロ波窓４は、何のＥＣＲ状況も直接マイクロ波窓４の前面における真空側に存在しないようにして位置されるべきである。マイクロ波窓４の過度な熱的ストレスは、このようにして防がれる。ドラムから離れた電磁石３のＥＣＲ表面は、環境側に配置されるべきであることが好ましい。更に、マイクロ波窓４は、磁性プラズマ包有によりプラズマを離れたままにすることによって保護される。
【００３１】
基板へのターゲットにされるイオンフローを生じさせるために、真空チャンバ１１の電位とは相違する電位が、基板５が固定されるドラム１２において印加される。この目的に関して、負性バイアスがドラム１２へ印加される。基板５へのイオンフローを防ぐために、中性粒子を用いた反応が好ましい場合、正のバイアスがこの場合印加されるべきである。
【００３２】
上述の磁界構成を用いて、電荷キャリア密度及び電子温度における上昇を生じさせるプラズマ包有が実現される。ドラム１２に位置される基板５は、包有されるプラズマを介してドラム１２の回転によってガイドされ、したがって、改善された酸化を受ける。加えて、電荷担体の損失、言い換えると、電荷キャリアがプラズマの維持に寄与せず、且つ基板５の何の効果的な酸化も発生しない受け手側の領域におけるイオン及び電子の再結合及び移動は最小化される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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