(57)【要約】      （修正有）【課題】モールド治具からのＩＣパッケージの離型性を促進する表面コーティング膜を形成し、モールド清掃のための装置停止時間を減らし、装置の寿命を延ばす。【解決手段】基板表面をコーティングする方法であって、基板及び種々のターゲットには種類の異なる電力が印加される。この方法は、コーティングにおける層状構造の形成を伴い、その形成では金属層を最初に形成し、その上に中間層があり、その上に最上部の機能層が続き、最上部の機能層は酸化クロム複合体である。電力の一種に高周波電力があり、これは特に、システムで反応性ガスのイオン化及び分解の効率を上げるために用いる。パルス化方式で制御されるもう一種類の電流は、コーティング表面の蒸着されたイオン及び原子のアラインメントを向上するために基板に印加される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面への薄膜コーティングのスパッタリング蒸着方法であって、
ターゲットを提供し、
不活性ガスを供給して前記ターゲットと前記基板とを包含するプラズマを確立し、
前記ターゲット及び前記基板表面に衝撃を与えるためのイオンを提供するために高周波（ＲＦ）電力を前記プラズマに供給し、
直流（ＤＣ）電圧を前記ターゲットに印加して前記基板上面上への蒸着のために原子スケールのターゲット物質をスパッタリングし、
パルス直流（ＰＤＣ）電圧を前記基板に印加して前記基板上の蒸着物質のアラインメント及び成長を誘発する、
ことを備える基板表面への薄膜コーティングのスパッタリング蒸着方法。
【請求項２】
磁界内で前記プラズマ中のイオンをトラップすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応性ガスを前記プラズマに供給することを含み、前記反応性ガスは、前記プラズマへ供給される前記高周波電力によってイオン化されて原子スケールの物質を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板表面上のイオン化反応性ガスから形成された原子スケールの前記物質を、前記コーティング中のドーパントとして蒸着させることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記反応性ガスが、５ないし３０ｓｃｃｍの間の流量で導入されることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プラズマは、前記直流電圧によって発生されるグロー放電プラズマである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ターゲットに印加される前記直流電圧は、２ないし３Ｗ／ｃｍ２の範囲である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板表面に印加される前記パルス直流電圧は、５０ないし３００ｋＨｚの周波数範囲で５０Ｖないし６００Ｖの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＲＦ電力は、１００Ｗないし１２００Ｗの範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板を、３ないし１０ｒｐｍの回転数で回転することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記薄膜コーティングは、蒸着の期間によって決定される厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
単一の基板上に複数の薄膜層の蒸着のために少なくとも一つのターゲットをスパッタリングすることを含み、前記複数の薄膜層は、ボンディング層、遷移中間層、及び機能層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記遷移中間層と前記機能層は、前記プラズマに導入され且つ前記高周波（ＲＦ）電力によってイオン化されて原子スケールの物質を形成する反応性ガスの存在下でスパッタリングされる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応性ガスは、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、及び亜酸化窒素（ＮＯ）からなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記機能層は、１．５μｍないし３μｍの範囲の厚みを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ボンディング層としてのクロムの蒸着は、５０Ｈｚないし１００ｋＨｚの周波数で１００Ｖないし１５０Ｖの範囲の、前記基板に印加される前記ＰＤＣ電圧でのクロムターゲットのスパッタリングより得られる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記遷移中間層としての窒化クロムの蒸着は、５０ｋＨｚないし１００ｋＨｚの範囲の周波数で且つ５０Ｖないし１１０Ｖの範囲で、前記基板へＰＤＣ電圧を印加しながらクロムターゲットをスパッタリングすることから得られる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
機能層としての酸化クロムチタンの蒸着は、５０ｋＨｚないし１００ｋＨｚの範囲の周波数で且つ５０Ｖないし１３０Ｖの範囲で、前記基板表面へＰＤＣ電力を印加しながら、クロム及びチタンのターゲットをスパッタリングすることから得られる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記遷移中間層の蒸着は、窒化クロムチタンを形成するためにクロム及びチタンからなる複数のターゲットをスパッタリングすることから得られる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記遷移中間層の蒸着は、窒化クロム及び浸炭窒化クロムからなる群からの少なくとも一つを形成するためにクロムターゲットをスパッタリングすることから得られる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
遷移中間層としての窒化クロムチタンの蒸着は、８００Ｗないし１２００Ｗの範囲におけるＲＦ電力を有することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記機能層の蒸着は、炭素ドープ酸化クロム（Ｃｒ−Ｃ−Ｏ）及び酸化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）からなる群の少なくとも一つを形成するためにクロムターゲットをスパッタリングすることから得られる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
機能層としての酸化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）の蒸着は、ターゲットとしてのチタンを有し、１００Ｗないし５００Ｗの範囲でのＲＦ電力を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
基板表面上のスパッタリング蒸着薄膜コーティングであって、ボンディング層、遷移中間層、及び機能層を含み、前記機能層は、炭素ドープ酸化クロム（Ｃｒ−Ｃ−Ｏ）及び酸化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）からなる群から選択される、基板表面上のスパッタリング蒸着薄膜コーティング。
【請求項２５】
基板表面上に薄膜コーティングをスパッタリング蒸着する装置であって、
基板を固定するための基板ホルダ及びターゲットを内部で固定するためのターゲットホルダを有するチャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するためのインレットと、
パルス化直流（ＰＤＣ）電圧を印加して前記基板をバイアスするためのパルス化直流電源と、
直流（ＤＣ）電圧を印加して前記ターゲットをバイアスするための直流電源と、
エネルギーを前記ガスに付与するための高周波（ＲＦ）電力を含む、エネルギー源と、を備え、
前記直流（ＤＣ）電力は、前記ターゲットから原子スケールの物質を発生するために供給され、
前記パルス化直流（ＰＤＣ）電力は、前記基板表面上に蒸着された原子スケールの物質のアラインメント及び成長を誘発するために供給され、
前記エネルギー源は、前記チャンバ内にプラズマを形成するために前記ガスに対して提供される、基板表面上に薄膜コーティングをスパッタリング蒸着する装置。
【請求項２６】
前記装置は、前記チャンバ内にイオン及び原子クラスタを保持するように閉磁界を形成するために列状に配置された磁石を備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記基板ホルダは回転可能である、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記ターゲットは金属の群から選択される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記ターゲットは、チタン、クロム及びタングステンからなる群から選択される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記インレットは、前記チャンバ内に導入される前記ガスに対して５ないし３５ｓｃｃｍの流量を有する、請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記ガスは不活性ガスである、請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記ガスは、窒素、酸素、メタン、ブタン及び亜酸化窒素よりなる群から選択される反応性ガスを含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３３】
前記ＲＦ電力は、前記反応性ガスのイオン化を増進するために使用される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記パルス直流（ＰＤＣ）電圧は、５０ないし３００ｋＨｚの周波数範囲で５０Ｖないし６００Ｖである、請求項２５に記載の装置。
【請求項３５】
前記直流（ＤＣ）電圧は２ないし３Ｗ／ｃｍ２の範囲である、請求項２５に記載の装置。
【請求項３６】
前記ＲＦ電力は、１００Ｗないし１２００Ｗの範囲内である、請求項２５に記載の装置。
【請求項３７】
前記スパッタリング蒸着薄膜コーティングは、炭素ドープ酸化クロム（Ｃｒ−Ｃ−Ｏ）及び酸化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）からなる群から選択される機能層を有する、請求項２５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に対するコーティングの物理蒸着及び化学蒸着（ＰＶＤ及びＣＶＤ）に関する。より詳細には、本発明は、基板表面上に複合物コーティングを蒸着する方法に関する。このコーティングは、反粘着性を有することができるため、集積回路（ＩＣ）パッケージのプラスチック封止のためのモールド表面上への使用に適する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）は、典型的にはエポキシ樹脂やエポキシモールディングコンパウンド（ＥＭＣ）にパッケージされ、これらの集積回路の感応部分を保護する。これらのＥＭＣ中へのＩＣのパッケージングは、ＩＣカプセル化モールドを使用する。ＥＭＣの使用で起こる共通の問題は、これらのモールディングコンパウンドがカプセル化モールドへ付着する傾向があることである。従って、カプセル化ＩＣパッケージは、カプセル化モールドに粘着する傾向があり、カプセル化モールドからのＩＣパッケージの容易な離型を妨げる。ＥＭＣはそれぞれの信頼性故さまざまなタイプが使われており、カプセル化モールドへのＥＭＣの粘着性は異なる。ＥＭＣの粘着性の結果、ＩＣのカプセル化は、歩留まりの低下を引き起こすと共に装置の稼動停止を頻発させ、カプセル化ＩＣパッケージの品質を損なう。
【０００３】
カプセル化ＩＣパッケージの離型を促進し、モールド清掃のための装置停止時間を減らし、更にツールの寿命を延ばすためには、良好な機械的特性及び摩擦的特性を兼ね備えるモールドコーティングを具備することが望ましい。このモールドコーティングは、モールド表面への良好な付着性を備え、良好な耐摩耗性を具備すべくＥＭＣとの低摩擦係数を備え、更に低粘着強度を備えなければならない。これらの特性は、モールドの寿命を延ばし、ＥＭＣとコーティングとの間の表面エネルギーを減少して、ＩＣカプセル化モールドからのカプセル化ＩＣパッケージの容易な離型を可能とする。
【０００４】
モールド表面にコーティングを付着するために、数々の方法が用いられている。例えば、イオンメッキやスパッタリングなどの方法が用いられている。非常に密なコーティング用のイオンを生成するため、イオンを生成する従来の手段では、ホットフィラメント電子ビームガン、グロー放電ビームガン、或いは中空カソード電子ビームガンなどが使われている。しかし、これらの手段は、５０％超のイオン化でイオンを提供できるに過ぎない。コーティングのより効率的な蒸着を達成するには、イオン密度を増加することによってイオン化のプロセスを改善する方法が求められる。イオン化を増進するため、スパッタリング方法で電界を横切る磁界の使用が導入された。英国特許GB2258343において、金属イオンを蒸着するためのマグネトロンスパッタリングイオンメッキシステムが開示されている。このシステムは、基板方向に導かれる電界を提供し、更に当該システムによって発生される殆ど全ての電子が当該システムでトラップされ、かくして当該システムにおいてイオン密度を大幅に増加するように当該システムにおいて磁束を生成する手段を提供する。しかし、これは、密なコーティングを生成するためにコーティング構造に影響を及ぼすのに十分ではなかった。出版物である“不均衡マグネトロンスパッタリングによって合成された酸化クロムについての研究（“Study  on chromium oxide synthesized by unbalanced magnetron sputtering）”,Thin Solid Films 332(1998)295-299では、英国特許GB2258343のマグネトロンスパッタリング・イオンメッキシステムが適用された。電界からの電圧によって基板にバイアスを与えるため、直流（ＤＣ）を使って基板に電界を付与した。未反応クロムを含む薄い酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）膜だけが蒸着することが判明した。ＩＣカプセル化モールドからのＩＣパッケージの離型の容易さを促進する密なコーティングを生成するため、コーティング装置及び方法の更なる改良が必要であることは、この実験の結果に示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、基板表面上にコーティングを形成するための改良された方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このコーティングは、ボンディング層、遷移中間層及び機能層を有する層状構造をとる。この方法は、プラズマの存在下で、基板表面にターゲット物質を蒸着するため、ターゲットのスパッタリングにおいて種々の電源を印加するバイアスシステムを提供する。電源の種類には、直流（ＤＣ）電力、高周波（ＲＦ）電力、及びパルス化直流（ＰＤＣ）電力がある。ＤＣは、ターゲットにバイアスを与えてボンディング層形成のためのターゲット物質のイオン及び原子クラスタを発生するために印加され、ＲＦは電極にバイアスを与えて中間及び機能層形成のためのプラズマのイオン化を向上するために印加され、ＰＤＣは基板表面にバイアスをかけて基板表面に蒸着される原子及びイオンのアラインメント及び成長を誘発するために印加される。
【０００７】
本発明の好適な実施形態においては、高イオン密度を確保するため、スパッタリング中に発生する全てのイオンをプラズマ中に確実に含めるため、不均衡マグネトロンスパッタリング（ＵＭＳ）システムが本発明のバイアスシステムの一部に組み込まれる。
【０００８】
本方法は、反応性ガスの供給を含むことが好ましい。
【０００９】
本発明の実施形態において、ボンディング層のためのターゲットは、クロム、チタン、タングステン及び基板表面に良好に付着する他の遷移金属からなる金属群から選択される。他方、遷移中間層及び機能層は、本発明で使用されるチャンバのサイズ及び反応性ガスの流量に応じて、好ましくは、１００Ｗないし１２００Ｗの範囲にあるＲＦ電力で分解及びイオン化される反応性ガスの存在下で別のターゲットをスパッタリングすることによって形成される。
【００１０】
別の実施形態において、プラズマは、不活性キャリアガスと反応性ガスとを含む。反応性ガスは、遷移中間層及び機能層の蒸着時に５ないし３５ｓｃｃｍの間の流量で導入され、これらのガスは、望ましい遷移中間層に応じて窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、及び亜酸化窒素（ＮＯ）を含むことができる。メタン（ＣＨ４）やブタン（Ｃ４Ｈ１０）ガスを含む酸素（Ｏ２）は、機能層において炭素ドープ酸化クロムを形成するための反応剤として働き、窒素（Ｎ２）や亜酸化窒素（ＮＯ）は、遷移層を形成するために使用される。
【００１１】
更に別の実施形態では、バイアスマグネトロン・スパッタリングシステムにおいてターゲットに印加されるＤＣ電圧の影響により、グロー放電プラズマが発生する。ターゲットに印加されるＤＣ電力は、２ないし３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。
【００１２】
更に別の実施形態は、蒸着前に表面を清掃するために、基板表面に印加される１００ないし３００ｋＨｚの周波数範囲で３００Ｖないし６００Ｖの範囲のＰＤＣ電圧を有する。このＰＤＣ電圧は、所望の遷移中間層及び機能層に応じて変えてもよく、以下の詳細な説明に記載される例で示される。
【００１３】
本発明の更に別の態様は、基板表面をコーティングするための装置を提供し、この装置は、基板を固定するための基板ホルダ、ターゲット、ガスインレット及び電極を収容するチャンバを包含する。基板がパルス直流（ＰＤＣ）でバイアスされ、ターゲットが直流（ＤＣ）電力でバイアスされ、且つ電極が高周波（ＲＦ）電力でバイアスされるというように、本装置は種々の電力でバイアスされる。
【００１４】
好適な実施形態において、本装置は、チャンバ内にイオン及び原子クラスタを保持するために閉磁界を形成する列状に配置された磁石を更に備える。
【００１５】
不活性キャリアガスは、イオン及び原子クラスタのプラズマを形成するためにチャンバ内に導入されることが好ましい。より好ましくは、反応性ガスは、チャンバ内に５ないし３５ｓｃｃｍの流量でガスインレットを通じて導入され、ガスは、ＲＦ電力によって分解及びイオン化される。ＲＦは、１００Ｗないし１２００Ｗの範囲内であることが好ましい。
【００１６】
好ましくは、基板ホルダは回転可能であり、基板に印加されるパルス直流（ＰＤＣ）は、５０ないし３００ｋＨｚの周波数範囲で５０Ｖないし６００Ｖの範囲である。他方、直流（ＤＣ）は、２ないし３Ｗ／ｃｍ２の範囲である。
【００１７】
本発明において蒸着されるコーティングは、集積回路（ＩＣ）カプセル化モールドのために使用される既存のコーティングに比較して、耐摩耗性及び反粘着性において顕著な向上を実証する。コーティングの各層の均一な蒸着を保証するために、基板ホルダに固定された基板は、３ｒｐｍないし２０ｒｐｍの速度で回転する。各層の厚みは蒸着期間によって決まる。機能層の厚みは１．５μｍないし３μｍの範囲内であり、中間層の厚みは０．３μｍないし０．８μｍの範囲内であり、ボンディング層は０．１μｍないし０．３μｍの範囲の厚みを有する。
【００１８】
コーティングの形成においては、本発明の方法及び装置を用いてボンディング層が最初に蒸着される。基板表面上でのクロムボンディング層の蒸着では、ターゲットに印加されるＤＣが２ないし３Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定される。ガスインレットを通じてプラズマに導入される反応性ガスは、ＲＦ電力を電極又は第２のターゲットを通じて印加することによって分解及びイオン化されて、窒化クロムチタン（ＣｒＴｉＮ）の遷移中間層を形成する。この遷移中間層を得るためのＲＦ電力は、８００Ｗないし１２００Ｗの範囲内である。反応性ガスは、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、及び亜酸化窒素（ＮＯ）を含んでも良い。本発明の方法から得られるコーティングは機能層を有し、この機能層は、クロムターゲットをスパッタリングすること、そして酸素（Ｏ２）の分解及びイオン化によって酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）層を形成することによって形成してよい。
【００１９】
代替的には、クロムターゲットに加えて、第２のターゲットとしてチタン（Ｔｉ）を本装置に導入し、酸化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｏ）機能層を形成してもよい。機能層を形成するためにチタンターゲットに印加されるＲＦ電力は、１００ないし５００Ｗの範囲であることが好ましい。
【００２０】
ボンディング層としてクロムの蒸着のために基板表面に印加されるＰＤＣ電力は、５０Ｈｚないし１００ｋＨｚの周波数範囲で１００Ｖないし１５０Ｖの範囲内であることが好ましい。
【００２１】
遷移中間層として窒化クロム（ＣｒＮ）の蒸着のために基板表面に印加されるＰＤＣ電力は、５０ｋＨｚないし１００ＫＨｚの範囲の周波数で５０Ｖないし１１０Ｖの範囲内であることが好ましい。
【００２２】
機能層として酸化クロムチタン（ＣｒＴｉＯ）の蒸着のために基板表面に印加されるＰＤＣ電力は、５０ｋＨｚないし１００ｋＨｚの範囲の周波数で５０Ｖないし１３０Ｖの範囲であることが好ましい。
【００２３】
本発明によって形成される別のコーティングは、窒化クロム（ＣｒＮ）、硝酸クロム（ＣｒＮＯ）又は炭素ドープ窒化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｎ）を含む遷移中間層を有する。
【００２４】
本発明によって形成される更に別のコーティングにおいて、機能層は炭素ドープ酸化クロムチタン（Ｃｒ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）を含み、その場合のスパッタリングは、反応性ガスとしての酸素及びメタン又はブタンの存在下で、第１のターゲットとしてクロム及び第２のターゲットとしてのチタンを含む。
【００２５】
本発明をより良く理解し、かつ本発明がどのように実行されるかを示すため、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例を用いて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施形態による装置１０のセットアップを概略的に示す。この装置１０はワーキングチャンバ１２を含み、ワーキングチャンバ１２は、基板ホルダ１３によって固定される基板１４と、ターゲットホルダ１７上のターゲット１６と、キャリアガスとしてのアルゴンとともにチャンバ１２に反応性ガスを導入するためのインレット１８とを収容する。キャリアガスは、電気エネルギー及び高周波（ＲＦ）電力の影響下でアルゴンがイオン化されるときに、ワーキングチャンバ１２内でグロー放電プラズマを形成する。電気エネルギーは、基板１４に印加される直流（ＤＣ）電圧２２の形態で且つターゲット１６に印加されるパルス直流（ＰＤＣ）電圧２０の形態で供給される。高周波（ＲＦ）電力２４は、反応性ガスが導入されるワーキングチャンバ１２内で電極を通じてＡｒプラズマに印加される。この構成で電力を印加するバイアスシステム１０は、高いイオン化効率を可能とする。ＤＣ源の使用は、ターゲット１６からスパッタリングされるイオン及び原子クラスタの安定的形成を可能とする。プラズマに印加されるＲＦ電力２４は、反応性ガスの効率的分解を提供する。ＰＤＣ電圧は、効果的なイオン衝撃を提供することによって成長するコーティング表面上でイオン及び原子のアラインメントを支援するので、基板に対するＰＤＣ電圧の使用は、蒸着されるコーティングの品質を向上させる。この装置１０は、蒸着すべきコーティングのタイプに応じて追加のターゲットを取り入れる形に変更してもよい。ターゲットの数が増加すると、追加のターゲットのいずれもが、ターゲットから求められるスパッタリングの量に依存して、ＲＦをＡｒプラズマに印加するための電極を交換するために使用されることができる。
【００２７】
図２は好適な実施形態を示し、装置２６には、不均衡マグネトロンスパッタリング物理蒸着（ＵＭＳ−ＰＶＤ）システムが適用される。装置２６では、円筒形ワーキングチャンバ２８の側壁３４に４個のターゲット３０ａ、３０ｂ、３２ａ、及び３２ｂを設ける。各ターゲットはマグネトロン４０に取り付けられ、マグネトロンは、回転可能シャフト上の基板ホルダ１３を取り囲むように連続磁界を形成する直列に配置された交互磁極とともに配置された多数の磁石３８を備える。
【００２８】
ワーキングチャンバ２８中のホルダ１３に基板１４を置く前には、基板表面１５をアルカリ溶液中で超音波清掃し、すすぎ、窒素ガスを吹き付けることによって乾かす。次に、アルゴンプラズマを有するワーキングチャンバ２８の中で、基板１４にパルス化直流（ＰＤＣ）電力を印加することによって基板表面１５をその場で清掃し、酸化物などの表面汚染物、吸湿、及び有機汚染物を除去する。
【００２９】
基板１４は、ホルダ１３の中心軸回りに回転される。次に、高純度のキャリアガスアルゴン（Ａｒ）を使ってワーキングチャンバ２８を吹き払う。このＡｒは、ワーキングチャンバ２８内に形成されるＡｒプラズマが、ターゲット３０ａ、３０ｂ、３２ａ、及び３２ｂからのイオン、原子及びクラスタのスパッタリングのために十分なＡｒイオンを提供することを保証するものである。また、Ａｒキャリアガスの純度は、Ａｒキャリアガスによって運ばれる不純物を有するチャンバ２８内に導入される反応性ガス同士間の化学反応を最小にする。反応性ガス４２は、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）及びブタン（Ｃ４Ｈ１０）を含み、これらは、基板１４上にコーティングを作るために蒸着中に制御された流量で導入されることができる。基板１４が固定されるホルダ１３は、基板１４の表面１５上へのコーティングの均一な蒸着を保証するために回転する。コーティングの厚みは蒸着の時間によって決まる。
【００３０】
ＲＦ電力をＡｒプラズマに印加することによって、反応性ガスが効果的にイオン化され、基板上のコーティングの一部として、複合金属酸化物である機能層を形成することが判明している。ターゲットをＤＣでバイアスすることによって、ターゲット原子のスパッタリング及びイオン化は、ワーキングチャンバ２８内に一定で安定したイオン密度を生成する。ワーキングチャンバ２８内のターゲット金属イオン及び反応性ガスのイオンの高濃度のために、密なコーティングが達成され得る。ＤＣ電力は、制御の安定性及び容易さに鑑み、ターゲットをバイアスするために選択される。基板に印加される時のＰＤＣ電力は、パルスの周期を介して制御されることができるが、これは、ＤＣ電力やＲＦ電力に対しては不可能である。ＤＣがターゲット（単数又は複数）３０ａ、ｂ及び３２ａ、ｂと基板１４の両方に印加されると、プラズマを不安定にし、電力システムに損傷を引き起こし、コーティング品質を低下する可能性のある電気アークが発生することがある。ＲＦ電力がより不安定であり、従って制御がより困難であることに鑑み、このＲＦ電力は、基板１４に対するバイアス電力として使用されなかった。ＰＤＣは基板１４にバイアスをかけるのに好適であった。なぜなら、この形態の電源であれば、基板表面のイオン及び原子を成長させ、再編成し、延いてはコーティングの品質を向上させるべく効果的に制御できるからである。ＲＦ電力は、反応性ガスの分子を原子イオンに分解して基板１４上にコーティングの機能層を形成するためにプラズマに印加される。ＲＦは、ターゲットの一つを通じて又は追加の電極によってＡｒプラズマ中の反応性ガスを分解しイオン化するために印加できる。イオン量が少ないことが望まれるターゲットは、通常ＲＦ電力に対する電極として働くように選択される。ワーキングチャンバ２８の中にはＵＭＳ−ＰＶＤシステムによって提供される磁界と共に、印加された電力の働きによって発生するイオンがあるため、イオン密度、延いてはコーティング品質が向上する。
【００３１】
図３は、基板表面のコーティングデザインを示す。基板表面４８にはまず、バイアス不均衡マグネトロンスパッタリングシステム（ＵＭＳ−ＰＶＤ）２６を用いて金属ボンディング層５０をコーティングする。この金属ボンディング層５０の上に段階化遷移中間層５２を形成する。この段階化遷移中間層５２は、いくつかの金属合金窒化物層で構成してよい。段階化遷移中間層５２の上には第３の機能層５４を形成する。この機能層５４は金属酸化物複合体である。この機能層の厚みは１．５μｍないし３μｍの範囲であり、中間層の厚みは０．３μｍないし０．８μｍの範囲内にあり、ボンディング層は０．１μｍないし０．３μｍの範囲内の厚みを有する。
【００３２】
本発明の方法における、かかる層の形成を例示するため、以下の実施例を用いる。
【実施例】
【００３３】
以下の実施例において、直径が５０ｍｍであり厚みが６ｍｍである多数の研磨高速度鋼デスクは、本方法によるコーティングの特性を決定するためにコーティングサンプルの蒸着のための基板として使用された。ワーキングチャンバ２８の圧力を１×１０−５トル未満までポンプダウンし、各基板を超音波清掃し、続いて１０ないし３０分間にわたり基板に印加される−４００Ｖ及び３００ｋＨｚのパルス直流（ＰＤＣ）バイアスを用いてその場でＡｒプラズマ清掃を行った。蒸着時のアルゴン（Ａｒ）ガス流は１０ｓｃｃｍの流量に設定したが、この値は変えてもよい。基板は３ないし１０ｒｐｍの速度でホルダ上で回転させ、基板温度はプラズマ衝撃により、蒸着時間と、ターゲット及び基板に印加される電力とに応じて１５０℃ないし３００℃の範囲にまで上昇させる。
【００３４】
図２の例示に従い、クロム及びチタン金属をターゲット３０ａ、３０ｂ、３２ａ、及び３２ｂとして用いる。これらのターゲットは、直流（ＤＣ）電力でバイアスされると共にターゲットの一つは、高周波（ＲＦ）電力でバイアスされる。基板１４は、パルス化直流（ＰＤＣ）電力でバイアスされる。クロムターゲットに印加されるＤＣ電力は、２ないし３Ｗ／ｃｍ２である。チタンターゲットに印加されるＲＦ電力及び基板に印加されるパルスＤＣ電力は、下の表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
クロムターゲット３０ａ及び３０ｂには、基板表面４８上へのコーティング蒸着のために、クロム原子、イオン及び原子クラスタを発生するためのスパッタリングのためにＤＣ電力が印加される。任意の段階化遷移窒化クロムチタン（ＣｒＴｉＮ）支持層５２の蒸着時には、反応性ガス４２の分解及びイオン化の増進のためにチタンターゲットにＲＦ電力を印加する。機能層５４の蒸着時には、基板表面４８上に蒸着されるイオンの成長及びアラインメントを誘発するため基板１４にＰＤＣ電力を印加する。ターゲット３０ａ,３０ｂ,３２ａ及び３２ｂに夫々の電力構成でバイアスをかけることにより、プラズマの密度とイオンエネルギーを制御する柔軟性及び効率性が提供される。本発明の機能層５４の蒸着時には、基板１４のバイアス電流が、英国特許GB2258343に記載された不均衡マグネトロンスパッタリングシステムのそれよりも遥かに高いことが判明した。
【００３７】
ＲＦ電力の印加によって、成長するコーティング表面上でのイオン衝撃密度が増加することは、この実験結果におけるバイアス電流の著しい増加から明らかである。
【００３８】
上記の本発明の記述は例示と見なすべきものであり、実施形態に制限及び限定されないことは、当業者であれば理解できよう。特定の実施形態中で説明した本発明には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく変更を加えることができ、かかる実施形態はすでに述べた実施形態を補う利点を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の装置の概略図。
【図２】マグネトロンスパッタリングシステムを組み込む本発明の好適な実施形態の装置の概略図。
【図３】本発明の方法の実施形態によって生成されるコーティング構造の層の断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１０  装置
１２  ワーキングチャンバ
１３  基板ホルダ
１４  基板
１５  基板表面
１６  ターゲット
１７  ターゲットホルダ
１８  インレット
２０  パルス直流（ＰＤＣ）
２２  直流（ＤＣ）
２４  高周波（ＲＦ）電力
２６  装置
２８  円筒形ワーキングチャンバ
３０ａ,３０ｂ,３２ａ,３２ｂ  ターゲット
３４  側壁
３８  磁石
４０  マグネトロン
４２  反応性ガス
４８  基板表面
５０  金属ボンディング層
５２  段階化遷移層
５４  機能層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2005248322000001.pdf