(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をおいてプロセスチャンバ内に配置された少なくとも２つの電極とプロセスガス用流入口を有する装置を用いた表面被覆方法において、
被覆すべき基板を少なくとも２つの電極の間に配置し、
該２つの電極に対し、それらが交互にカソードおよびアノードとして駆動されるよう、バイポーラでパルス化された電圧を印加し、
該電圧の周波数を１ＫＨｚ〜１ＭＨｚの間に設定し、
稼働中、電極が少なくとも部分的に被覆材料で覆われるように動作パラメータを選定し、
反応性ガス流入により電極表面に強い被覆を生じさせ、該反応性ガス流を完全な被覆に対応する値以上に高めることを特徴とする、
表面被覆方法。
【請求項２】
各電極間のチャンバボリュームにプラズマを生じさせる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電圧として実質的に矩形波状の電圧を選定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
電圧のデューティ比（duty cycle）を設定する、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
各電極間の間隔を２ｍまでとする、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
プロセスガスとして希ガスと反応性ガスを用い、ここで希ガスとしてアルゴンまたはＡｒ，ＫｒまたはＨｅを用い、反応性ガスとしてメタンまたは炭素含有層のためにアセチレンを用い、またはシラン類、または有機金属化合物を用いる、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
プロセスガスとして別のガスを用いる、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
ガスを混合物としてプロセスチャンバへ供給し、またはそれぞれ異なる混合物として１つの流入個所または種々の流入個所から供給する、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
プロセスチャンバ内の圧力を１〜５×１０-3ｍｂａｒとする、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
希ガスと反応性ガスのガス流の比率を任意に選定する、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
アセチレンの代わりにプロセスガスとしてメタン シランを用いる、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
マイクロ波ビームをプロセスチャンバへ入力結合させる、請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
電極の出力を互いに別個に調整する、請求項１〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
２００℃以下の温度で被膜形成を実施する、請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
各電極を、それらが０°〜１８０°を成すように配置する、請求項１〜１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
電極としてマグネトロンスパッタカソードを用いる、請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
カソードを平坦にまたはシリンダ状に形成し、または湾曲させて形成する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
電極として中間周波電極または高周波電極またはＥＣＲ電極または中空陰極を用いる、請求項１〜１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
プロセスチャンバをアース電位におく、請求項１〜１８のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
炭素を含有する層を任意の金属含有量で析出する、請求項１〜１９のいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
ケイ素含有層を任意の金属含有量で析出する、請求項１〜１９のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
処理すべき部分または被覆すべき部分を負のバイアス電位におく、請求項１〜２１のいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
バイアスをパルス化する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
バイアスを高周波バイアス（ＫＨｚ，ＭＨｚ）とする、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
定置された基板または運動する基板上で被膜形成を実施する、請求項１〜２４のいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
付加的なプラズマ源または粒子源を用いる、請求項１〜２５のいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
バッチ施設または連続施設またはばら荷施設において用いる、請求項１〜２６のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は、互いに間隔をおいてプロセスチャンバ内に配置された少なくとも２つの電極とプロセスガス用流入口を有する装置を用いた表面被覆方法に関する。
刊行物DD 252 205 A1には、真空成膜により薄膜を作成するのに適した噴霧装置が開示されている。殊にこの装置によれば、誘電層を析出させることができる。この噴霧装置は少なくとも２つの電極とマグネットシステムを有しており、それらの電極は交互にアノードとカソードを成すよう電気的に結線される。その際、５０Ｈｚの正弦波交流電圧が格別有利であると判明した。この装置の場合には電極からの材料物質剥削が、交流電圧によりすべての電極が均等に剥削されるように行われる。
さらに、いわゆるマグネトロンスパッタリング装置というものが一般に当業者に知られている。これはたとえば、磨耗しにくく金属を含有する炭素層を析出させるために利用される。この場合、炭素を含むガスが装置のプロセスルームないしはプロセスチャンバに入れられ、スパッタリングプロセスにおいて直流電圧の印加される金属カソード表面上で適切に反応して、プロセスチャンバ内におかれた基板上に金属原子および水素とともに層として析出される。この方式に基づきプロセスチャンバ内に形成されるコーティングプラズマは、実質的にスパッタカソードの前に局所化されている。この場合、被膜は大面積のカソードによってきわめて均質に行われるが、指向性もある。そのうえ成膜レート（成膜速度）つまりはこの方式の効率を自由に高めることもできない。たしかに炭素含有ガスをいっそう多く付加することで成膜レートを上げることはできても、これによって望ましくない作用も引き起こされ、つまりこれに伴って絶縁作用をもつ炭素含有層によりますますカソード表面が平面的に覆われてしまうことになる。そしてカソード表面が完全に覆われてしまえば、安定した直流電圧スパッタリング動作はもはや不可能となる。
刊行物US 3,860,507により公知の成膜方法によれば、直径方向に対置された２つのカソード（ターゲット）が高周波（有利には１３．５６ＭＨｚ）により駆動されて、各ターゲット間に放電プラズマが形成される。これらのターゲットは交流電圧供給部の２次コイルにおける２つの出力側と接続されており、交流電圧供給部から中間タップがプロセスチャンバの壁へ導かれている。
さらに刊行物US 5,169,509により公知の方法によれば、２つのマグネトロンカソードが交流電圧により駆動される一方、反応性ガスがプロセスチャンバ内に導入されることで、電気的絶縁層との反応性コーティングが保証されるように構成されている。
発明の利点
これに対し請求項１の特徴部分に記載の表面被覆方法のもつ利点とは、高い成膜レート、安定した動作、ならびに電極表面における放電（マイクロアーク）の低減が達成できることである。この方法は、スパッタリング法とプラズマ支援形のＣＶＤ法の組み合わせを成している。これは以下のようにして実現される。すなわち、たとえば２つの市販のスパッタ電極にバイポーラでパルス化された電圧を印加し、それらの電極が交互にカソードとアノードとして駆動されるようにする。ここで上記の電圧の周波数は１ＫＨｚ〜１ＭＨｚの範囲にある。各電極はたとえば互いに対置されている一方、それらの電極間に被膜すべき基板がおかれる。スパッタリングを行う希ガスに加えて反応性ガスも入れられ、周知のように部分的に電極表面上に沈積する可能性がある（電極のポイズニング）。本発明のようにバイポーラでパルス化された電圧を用いることで、異なる２つのことが保証される：
第１に、電極が電気的絶縁層により部分的または完全に覆われていても、プロセスを安定させて進行させることができるようになる。ここでは、電極の一方が所定の時点で負の電圧と接続され、つまりカソードとして駆動される場合を考察する。この場合、イオン衝突により電極材料がプロセスどおりに剥削されるが、電極材料表面の電気的絶縁領域も帯電し、これは帯電やこれに付随する静電的な反発に起因してイオン衝突がこの領域でゼロに下がるまで続く。したがって、剥削性能つまりは成膜レートも低減する。カソードとして接続された電極表面の（覆われていない）導電性部分が小さくなりすぎたり、あるいはゼロに等しくなると、プラズマも消弧し、プロセスは終了する。つまりこの場合、安定したスパッタリング動作は不可能である。しかし本発明によれば印加される電極電圧の極性変更により、上記の電極は次の期間においてアノードとしてはたらき、したがって電子流が表面に引き寄せられ、この電子流は、電気的に絶縁性であり先行のイオン衝突により正に帯電した表面領域をまずはじめに電気的に放電させ、次に負に帯電させる。このようにすれば、印加されるバイポーラ電極電圧の周波数を適切に選定することによって、電極の安定した駆動を達成することができ、プラズマが消弧しなくなる。
その結果、従来の方法とは異なり、かなり覆われたあるいは完全に覆われた電極によって動作させることが可能となる。つまり、かなり高いガス流が可能となり、電極表面におけるガスの反応を高めて行えるようになり、このことで成膜レートを高めることができるようになる。
第２に、パルス化された電極電圧の使用により、いわゆるマイクロアーク（microarc）の形成が十分に回避される。つまり、カソードとして接続された電極表面の電気的絶縁領域の帯電により最終的に、隣り合う導電性領域との電圧スパークないしは弧絡が引き起こされる可能性がある。”マイクロアーク”と呼ばれる電極表面上のこのような放電によって、周知のように安定動作が損なわれ、電極表面が変化し、基板上の析出すべき層に障害粒子が混入してしまうことになる。バイポーラでパルス化された電圧を使用することにより、マイクロアーク形成の確率が著しく抑えられる。
さらに別の格別な利点として本発明によれば、電極表面における反応性ガスの反応による層析出に加えて、電極間で移動するプラズマによりプラズマ支援形のＣＶＤ層析出も行われる。これによって成膜レートを著しく高めることができ、新しい層品質の形成が可能となる。
このことを達成する目的で、装置のパラメータを以下のように選定する。すなわち、プラズマが個々の電極の前にパルス化された電極電圧により継続的に発生し消弧するのではなく、プラズマがたったいまオフされた電極からオンにされた電極へ引き寄せられるようにする。このため、消弧しないプラズマがたとえば対置されたまたはすぐ隣りに設けられた電極間において、設定されたパルス周波数で行ったり来たりすることになる。したがってこのプラズマ中に配置された基板には、電極により形成される層に加えて、運動するプラズマボリュームによるつまり気相による付加的な層も形成される。
本発明の有利な実施形態によれば、電圧のデューティ比すなわち正の電圧値と負の電圧値の時間的な比率は、１：１の値にセットされる。これとは異なるデューティ比であってもよい。
さらに有利であると判明したのは、２つの電極の間隔を６０ｃｍとすることである。さらに有利には、電極の間隔を２ｍまでとし、殊に約１ｍまでに選定することもできる。
有利には、プロセスチャンバ内において圧力が１−５×１０-3ｍｂａｒに設定され、その際、プロセスガスとしてアセチレンおよびアルゴンがたとえば１：１〜１０：１の比率で用いられる。
有利にはアセチレンの代わりに他のガスも用いることができ、たとえば炭素含有層のためのメタン、シラン類たとえばケイ素含有層のためのシラン、あるいはＨＭＤＳ，ＨＭＤＳ（Ｏ），ＨＭＤＳ（Ｎ），ＴＭＳなどの有機ケイ素化合物、あるいは金属含有層系のための有機金属化合物を用いることができる。そのほか、当業者に知られた任意のガスを用いることができ、たとえば希ガスＡｒ，Ｋｒ，Ｈｅまたは他の反応性ガスたとえばＯ2，Ｎ2，ＮＨ3またはＨ2などを用いることができる。もちろん、上述の種々のガスの混合物も使用できる。
本発明の有利な実施形態によれば、個々の電極の平均スパッタ出力が互いに別個に調整される。択一的に、種々のデューティ比を用いることができる。これにより個々の電極のそれぞれ異なる被覆率または消耗度を考慮することができ、つまりはプロセスの確実性を高めることができる。さらに、種々の化学量論の多重層を析出させることができ、たとえばＣｒＮ／Ｃｒ2ＮまたはｉＣ（ＭｅＣ）／（ａ−Ｃ：Ｈ）などであり、ここでＭｅ：Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ等である。また、連続的または非連続的に変化する組成の層および層系の析出も可能である。この場合、反応性ガス流を上昇させることによりたとえば層の組成を変化させることができ、実例としてＭｅ−Ｃを著しく金属の僅かな炭素層まで、金属のない炭素層までも変化させることができる。
バイポーラで有利には矩形のスパッタ電圧を用いることのさらに別の利点は、両方の電極間の間隔を広げることができ、その結果、より大きなボリュームによって被膜形成できるようになることである。この場合、間隔に応じて相応のパルス周波数を設定することができる。
本発明の１つの有利な実施形態によれば、２００℃よりも低い温度で被膜形成が実行される。
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、各電極は０°〜１８０°の角度を成すように配置され、有利には６０°または１８０°の角度を成すように配置される。
別の有利な実施形態によれば、電極として市販のマグネトロンスパッタカソードが用いられ、つまりマグネットシステムの設けられたカソードが用いられる。また、電極の形状を平坦にまたは湾曲させて、あるいはシリンダ状に構成することができる。
さらに別の有利な実施形態によれば電極として中空陰極が用いられ、その際、点状、線状、面状のビーム特性をもつものを使用できる。
別の有利な実施形態によれば、電極としてチャンバ壁に対し電気的に絶縁されたＥＣＲ電極が用いられ、これに電圧を印加することができる。マイクロ波ビームによって付加的に、ＥＣＲ電極におけるプラズマが励起される。
さらに別の実施形態の場合、電極としてチャンバ壁に対し電気的に絶縁された中間周波電極または高周波電極が用いられ、これはアース電位との間で交流電圧により駆動され、電極ごとにプラズマを点弧させることができる。これに加えて各電極間に別の交流電圧が印加され、これによってプラズマが各電極間で運動し、各電極間の空間を満たす。
電極を、磁界のないダイオードとしてもマグネトロン電極としても構成できる。この場合、磁界を平衡状態でも非平衡状態でも形成できる。電極における非平衡状態の磁界は、永久磁石の適切な構成によっても生成できるし、電極の周囲または近くに位置決めされた電磁石のコイルによっても生成できる。１つの有利な実施形態によれば、非平衡動作によってプラズマ密度を高めることができ、個々の電極プラズマのボリューム膨張を強めることができる。
本発明のさらに別の有利な実施形態の場合、プラズマチャンバはアース電位におかれる。
殊に有利には、本発明による方法をバッチ施設、連続施設またはばら荷施設において利用できる。被膜形成すべき部材を被膜源の前で固定的に静止させてもよいし、あるいは動かしてもよく、つまり被膜源のところを通過させたり回転させたりすることができる。
また、ガスをガス混合物の形態で、または別個に供給してもよいし、あるいは被膜形成施設の様々な個所で種々の混合物として供給することもできる。この場合、有利であるのは、たとえばアルゴンなどの不活性ガスないしは希ガスを電極の近くで、さらに炭素ベースまたはケイ素ベースのガスを基板の近くで被膜形成チャンバ中へ流入させることができ、これは析出レートと層の品質を制御することを目的としている。
この方法によれば、電極と別のプラズマ源および被膜源との組み合わせが可能となり、たとえば付加的なスパッタ源、アーク源、中空陰極源、マイクロ波源、高周波源またはアノードとして接続された電極平面などである。これによって、たとえば電子密度、励起度または電子温度などのプラズマ条件を変化させることができ、体膨張の制御、析出レートや層の特性の制御が可能となる。さらにたとえばイオン衝撃の強さ、イオンエネルギーおよび析出すべき粒子の種類を制御することができる。付加的な被膜源を介して、別のエレメントをプロセスに取り込むことができ、つまりは層に取り込むことができる。これによってたとえば、組成変化や調量が可能となる。さらに別の利点として、このことにより析出レートの制御や増大も可能となる。
さらに有利であるのは、析出中に基板のイオン入射を制御し、エネルギーを所期のように成長プロセスに入れることである。これによって、たとえば硬度や弾性あるいは組成など層の特性を制御することができる。このことは、基板へバイアス電圧を印加することによって実現される。導電層の場合であれば、このことを直流電圧、交流電圧またはバイポーラでパルス化された電圧の印加により行うことができる。電気的絶縁層に関しては交流電圧が有利であり、たとえば中間周波電圧または高周波電圧あるいはパルス化されたバイポーラ電圧が有利である。
さらにまた、バイアス電圧のレベルと周波数を、バイアス印加により層の成長レートが高まるように選定するのが有利である。成長レートの上昇は、たとえば炭素ベースの層およびケイ素ベースの層について監視される。
さらに有利であるのは、交流周波数バイアスまたはパルス化されたバイアスを使用する際に、バイアスと電極給電のクロック周波数および位相を互いに合わせることである。これは被膜形成プロセス中、層の成長レート、形態および硬度ならびに基板の温度レベルに作用する。
以下、本発明の有利な形態について要約して列挙しておく。
各電極間のチャンバボリュームたとえば基板の存在する部分のチャンバボリュームに、たとえば可変のパルス周波数でプラズマを生じさせる。
電圧のデューティ比（duty cycle）をたとえば約１：１の値となるよう設定する。
各電極間の間隔を２ｍまでとし、たとえば６０ｃｍ〜１ｍとする。
プロセスガスとして希ガスと反応性ガスを用い、ここで希ガスとしてたとえばアルゴンまたはＡｒ，ＫｒまたはＨｅを用い、反応性ガスとしてたとえばメタンまたは炭素含有層のためにアセチレンを用い、またはたとえばシラン類、たとえばＳｉ含有層のためにシラン、ＨＭＤＳ，ＨＭＤＳ（Ｏ），ＨＭＤＳ（Ｎ），ＴＭＳなどの有機ケイ素化合物または有機金属化合物を用いる。
プロセスガスとして別のガスを用い、たとえばＮ2，Ｈ2またはＯ2を用いる。
希ガスと反応性ガスのガス流の比率を任意に選定し、たとえば１〜０．１の範囲内で選定する。
電極の出力を互いに別個にたとえば閉ループ制御で調整する。
各電極を、それらが０°〜１８０°を成すように配置し、たとえば６０°、９０°、１８０°を成すように配置する。
炭素を含有する層たとえばアモルファスの水素含有炭素層を任意の金属含有量で析出する。
ケイ素含有層たとえばアモルファスの水素含有ケイ素層を任意の金属含有量で析出する。
付加的なプラズマ源または粒子源を用い、たとえばマイクロ波、ＥＣＲマイクロ波、中空陰極、アーク源および／または気化器を用いる。
図面
次に、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
図１は、スパッタリング装置の概略図である。
図２は、それぞれ異なる方法（ＤＣスパッタリング；本発明によるスパッタリング）について、ガス流に対する析出レートをμｍ／ｈで表したダイアグラムである。
実施例
図１には、基板の被膜作成に用いられるマグネトロンスパッタリング装置１が描かれている。この種のマグネトロンスパッタリング装置の基本的な構造は公知であるので、以下では個々のコンポーネントについて詳しくは説明しない。
このマグネトロンスパッタリング装置はアース電位におかれた受容体３を有しており、これには突出管５が設けられていて、これは図示されていない真空ポンプと接続されている。受容体３は、真空ポンプによって真空排気可能なプロセスチャンバ７を有している。さらに受容体３には概略的にしか描かれていない開口機構９が設けられており、これによって受容体の開放が可能になり、したがって被膜を作成すべき基板をプロセスチャンバに装填することができる。
プロセスチャンバ７内部には旋回機構１１が設けられており、これは複数の基板この実施例では８つの基板１３を収容し、図平面に対し垂直に延びる回転軸を中心として基板を旋回させることができる。
受容体３の（上から見えると）環状の壁部１５には、互いに間隔をおいてスパッタ電極ユニット１７〜２０が配置されている。すべての（この実施例では４つの）スパッタ電極ユニット１７〜２０は同じ構造をもち、それぞれ１つの電極と１つのマグネットシステムを有している。さらに各スパッタ電極ユニット１７〜２０の電極には電圧供給部２３が設けられており、これ自体は制御装置２５と接続されている。電圧供給部２３も制御装置２５も、見やすくするためここでは概略的にしか描かれていない。また、この実施例では４つであるスパッタ電極ユニット１７〜２０のために、１つの共通の電圧供給部２３と１つの共通の制御装置２５を設けることも、もちろん考えられる。スパッタ電極ユニット１７〜２０は、受容体３の中心点Ｍへ向けて配向されており、既述の旋回装置１１の回転軸はこの中心点を通って延びている。スパッタ電極ユニット１７，１８または１８，１９あるいは１９，２０の間で形成される角度は、ほぼ６０°である。したがって、スパッタ電極ユニット１７と２０の間で形成される角度は１８０°である。当然ながら、これとは異なる角度の組み合わせも考えられる。
対置されたスパッタ電極ユニット１７と２０の間隔は、この実施例では約６０ｃｍであり、これは受容体の直径ともほぼ一致している。しかしこれらのスパッタ電極ユニットの間隔を広い範囲にわたり変えることができ、１ｍ〜２ｍの間隔であっても難なく実現できる。
これらに加えてマグネトロンスパッタリング装置１にはマイクロ波発生器２７も設けられており、これは図１では単に略示されているにすぎない。有利にはマイクロ波発生器のマイクロ波は、受容体３の中心点Ｍの領域でプロセスチャンバ７に入力結合される。別の実施形態によれば、マイクロ波はリアクタの周辺領域から入力結合される。また、別のプラズマ源または粒子源を付加的に用いることも考えられる。
さらにマグネトロンスパッタリング装置１にはガス導入システム２９が設けられており、これもやはり単に概略的に示されているにすぎないが、その役割はプロセスチャンバ７をプロセスガスを満たすことである。このプロセスガスには基板上に析出させるべき材料が含まれており、この場合、有利には特殊鋼またはその他の金属あるいはＴｉ，Ｃｒ，Ｗ，ＷＣなどの金属化合物によって製造されたスパッタ電極ユニット１７〜２０の電極は装置動作中、まったくあるいはほとんど噴霧されない。
このスパッタリング装置１は以下のように動作する：
基板１３がプロセスチャンバ７内に入れられると、ただちに真空排気される。
ここで有利であるのは、プロセスチャンバとその中におかれた基板を望ましいプロセス温度まで加熱することである。これによって表面の脱離を引き起こすことができ、ポンプ時間の低減を達成できる。
また、十分なエネルギーをもつイオンの衝撃によって、基板表面の洗浄を行うことができる。これは様々なやり方で行うことができ、それらについては当業者に知られているし、文献にも記述されている。
基板と被膜との固着作用を強めるために有利であるのは、まずはじめに固着作用をとりもつ中間層を被着させることである。この種の中間層は、基板および主となる層に依存する。それらはＰＶＤプロセスによってもＣＶＤプロセスによっても被着させることができる。これは図面に描かれている電極を利用して行ってもよいし、図示されていない付加的なソースによって行うこともできる。固着作用をとりもつ層は一定または可変の組成で析出させることができ、それ自体をさらに複数の個別層の組み合わせられたものとすることができる。その後、本来の主層を析出させるため、アセチレンおよびアルゴンがガス導入システム２９を介して取り込まれ、この場合、１〜５×１０-3ｍｂａｒが望ましく、たとえば３×１０-3ｍｂａｒが殊に望ましい。両方のガスすなわちアルゴン／アセチレンの比率は１〜０．１である。
成膜プロセスの開始にあたりたとえば２電極動作において、対置された両方のスパッタ電極ユニット１７と２０が起動される。この目的で、両方のスパッタ電極ユニット１７，２０における各電極に対しバイポーラの矩形パルス電圧が印加され、ここでパルス周波数は１ＫＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内にあると有利である。また、各電極に対し正の電圧と負の電圧が印加される期間は、等しい長さであるのがよい。したがって、矩形パルス電圧のデューティ比は１：１である。
バイポーラの電圧により、両方のスパッタ電極ユニット１７，２０における各電極は、カソードとしてもアノードとしても動作する。各制御装置２５によって、両方のスパッタ電極ユニット１７，２０における各電圧供給部２３は互いに同期がとられていて、同じ時間には両方の電極のうちそのつど一方だけがカソードとしてはたらくように同期がとられている。
電圧レベルは、時間的に平均して４ＫＷの電極出力が得られるように調整される。したがって、パルスあたり８ＫＷの出力が見込まれるわけである。
両方のスパッタ電極ユニット１７，２０は、流入するプロセスガスをプラズマ３１に変換する。このプラズマはプラズマ雲として略示されており、これは両方のスパッタ電極ユニット１７，２０の間に広がっている。
たとえば電極に電圧が供給されているときに炭素を含有するプロセスガスの高い流れがプロセスチャンバ７に入れられると、相応に設定された流れにおいて電極上にそれを完全に覆う層が形成される。この場合、電極の完全なポイズニング（Vergiftung, poisoning）という表現を使う。このようにして電極が絶縁状態にあるにもかかわらず、パルス化された電圧の使用により継続的な動作が以降も保証される。電極のポイズニングは、たとえばアセチレンとアルゴンのガス比が３よりも大きいときに発生する。
バイポーラの電圧供給と２つのバイポーラ電圧の相応の同期化により、１つの電圧パルス終了時にプラズマが消弧する一方、対置する他方の電極が新たに点弧される。アクティブになった電極におけるプラズマの点弧は、対置する電極の消えるプラズマからの電荷キャリアが存在することで容易になる。
最適な成膜レートを達成するために、装置のパラメータが次のように選定される。すなわち、空間的に著しく広がる安定した孤立したプラズマが、個々の電極の前に連続的に発生し消滅するのではなく、たったいまオフにされたカソードからアクティブになったカソードへプラズマが引き寄せられるように選定される。このためには、パルス周波数とプラズマ中のイオン走行時間と電極間隔を互いに調整しておく必要がある。この場合、消滅しないプラズマが対置し合う各電極間において設定されたパルス周波数で行ったり来たりする。したがってプラズマ経路中に存在する基板１３には、電極により形成される被膜に加えて、運動するプラズマボリュームによる付加的な層も形成される。
成膜レートをさらに高める目的で、マイクロ波発生器２７によってマイクロ波がプロセスチャンバ７へ入力結合され、これはプロセスガスの付加的な励起のために用いられる。この励起は、基板の成膜にも電極の被覆にもダイレクトに作用する。付加的な磁界によりＥＣＲ効果を利用することができ、プラズマ密度が高められ、低い圧力でプラズマが駆動される。
殊に有利であるのは各制御装置２５を別個に駆動することであり、このようにすれば電圧供給つまりは個々の電極出力を互いに無関係に設定できるようになる。このようにすれば、たとえばそれぞれ異なる電極の消耗度を相殺できる。さらにこれにより、個々の電極により析出される層の組成を制御することもできる。このようにすれば、交互に形成された個別層から成る多重の層を作成できる。
本発明による方法は主として、磨耗に対する耐性を高める目的で表面を被覆するために用いられる。つまりたとえば、金属の僅かなあるいは金属のないアモルファスの水素含有炭素層が析出される。この場合、バイポーラでパルス供給されるスパッタ電極において炭素含有プロセスガスの流れが、炭素により電極が完全に覆われるように高められる。成膜レートは部分的にしか覆われていない電極に比べて著しく高まり、他方、層に入り込む金属の成分が低下し、場合によってはゼロまで低減する。
既述の方法により高いレートの被膜析出が可能となるが、これとは逆に著しく低い成膜レートを最大可能なものとして選定し、それによって被膜温度を低下させることも可能である。
成膜レートを示すため図２に描かれたダイアグラムの場合、ｘ軸上にはガス流が記入され、ｙ軸上には成膜レートがμｍ／ｈで記入されている。ここに示されているように、公知の方法（ＤＣスパッタリング；○で表す）の成膜レートは０〜４の範囲にあるのに対し、本発明による方法の成膜レート（■で表す）は４〜１２の範囲で測定された。著しく高いガス流での従来の方法の稼働は実質的に不可能である。なぜならば、そのような場合には動作安定性が失われてしまうからである。図２によれば従来の方法に関して、電極のポイズニングの発生した時点がｋで表されており、その結果として成膜レートが下がっている。
別の実例として挙げられるのは、２つよりも多い電極と別の構造を利用することである。基本的に種々の装置構成が考えられるが、偶数個の配置としてたとえば４つの電極を使用することができ、それらの電極においてじかに隣り合う電極どうしは互いに９０°の角度を成しており、あるいはたとえば６個の電極であれば互いに６０°の角度を成す、という具合である。これらの電極は互いに対ごとにあるいはグループごとにパルス供給することができる。
【図１】
0004452333.tif 000002
【図２】
0004452333.tif 000003