(57)【要約】本発明は、プラズマ場を発生させるための陽電荷源としての役割も果たすガス供給装置を用いたマグネトロンスパッタリング装置を提供する。前記スパッタリング装置は、真空チャンバ、スパッタ可能な物質の陰極ターゲット、正および負の電荷を供給する電源、並びに、ガス供給装置を備えている。前記ガス供給装置は、シンプルな穴あきガス供給部材を備えていてもよいし、導電性陽極表面が付与された穴あきガス供給部材を備えていてもよい。前記ガス供給部材は、また、スパッタリングガスの流れを調節する役割を果たす、更に多くの穴のあいた内部導管を備えていてもよい。ガス流は、前記ガス供給装置の個別の部分の内部で調節してもよい。前記ガス供給装置の陽極表面は、プラズマおよびガス流の作用により清浄化され、より安定したプラズマを発生させ、メンテナンスの必要性を低減させる。
2006511715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を塗布するためのマグネトロンスパッタリング装置であって、
内部を制御環境にし得る真空チャンバと、
一以上のスパッタ可能なターゲット物質を含むターゲットを備えた一以上の陰極部と、
一以上のガス供給源と作動可能に接続され、スパッタリングガスが前記真空チャンバに導入される際に通過する一以上のノズルを有する一以上のガス供給部材を備えたガス供給装置と、
前記陰極部および前記ガス供給装置に作動可能に接続されている一以上の電源とを有するマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記電源が、前記ガス供給部材に正電荷を供給するよう、前記ガス導管またはガス供給部材に直接接続されている請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記ガス供給装置が、更に、前記ガス供給部材内部に配置された一以上の内部導管を有する請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記内部導管が、前記ノズルに対して重ならないように間隔をあけて配置配列された複数の開口部を有する請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
前記電源が、前記ガス供給部材に隣接して配置された一以上の導電性部材に作動可能に接続されている請求項1に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
前記一以上の導電性部材が、非導電性ブラケットにより前記ガス供給部材に取り付けられている請求項５に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
前記導電性部材が、一以上の導線を含む請求項５に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記ノズルが、前記陰極部と反対方向に向けられた請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項９】
前記ガス供給源と前記ガス供給装置との間に、絶縁体が配置された請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１０】
ガス流量制御装置を備えた複数の独立したガスラインが、前記ガス供給部材を前記ガス供給源に作動可能に接続している請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記ガス供給部材が、前記ガス供給部材の所定の部分に、前記独立したガスラインからの前記ガス流を抑制する一以上の仕切りを有する請求項１０に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１２】
アノードガス供給装置であって、
一種類以上のスパッタリングガスが成膜チャンバに導入される際に通過するノズルを有する、少なくとも一つの陽極表面を作るように電源に作動可能に接続された一以上のガス供給部材と、
前記スパッタリングガスが一以上のガス供給源から前記ガス供給部材へ供給される際に通過するガス導管とを備えたアノードガス供給装置。
【請求項１３】
前記アノードガス供給装置が、更に、前記ガス供給部材内部に配置された一以上の内部導管を有する請求項１２に記載のアノードガス供給装置。
【請求項１４】
前記内部導管が、前記ノズルに対して重ならないように間隔をあけて配置配列された複数の開口部を有する請求項１３に記載のアノードガス供給装置。
【請求項１５】
前記スパッタリングガスが、前記陰極部から離れる方向に流れるように導かれる請求項１２に記載のアノードガス供給装置。
【請求項１６】
前記ガス供給源と前記ガス供給部材との間に、絶縁体が配置された請求項１２に記載のアノードガス供給装置。
【請求項１７】
前記ガス供給部材を前記ガス供給源に作動可能に接続する、ガス流量制御装置を備えた複数の独立したガスラインを用いて、前記ガス供給部材からのガス流を局部的に変化させることのできる請求項１２に記載のアノードガス供給装置。
【請求項１８】
前記ガス供給部材が、前記ガス供給部材の所定の部分に、前記独立したガスラインからの前記ガス流を抑制する一以上の仕切りを有する請求項１７に記載のアノードガス供給装置。
【請求項１９】
アノードガス供給装置であって、
一種類以上のスパッタリングガスが成膜チャンバに導入される際に通過するノズルを有する一以上のガス供給部材と、
前記ガス供給部材からのガスの流れを受けるように前記ガス供給部材と隣接して配置された一以上の導電性部材であって、前記導電性部材上に少なくとも一つの陽極表面を作るように電源に作動可能に接続された前記導電性部材と、
前記スパッタリングガスが一以上のガス供給源から前記ガス供給部材へ供給される際に通過するガス導管とを備えたアノードガス供給装置。
【請求項２０】
前記アノードガス供給装置が、更に、前記ガス供給部材内部に配置された一以上の内部導管を有する請求項１９に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２１】
前記内部導管が、前記ノズルに対して重ならないように間隔をあけて配置配列された複数の開口部を有する請求項２０に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２２】
前記スパッタリングガスが、前記陰極部から離れる方向に流れるように導かれる請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２３】
前記ガス供給源と前記ガス供給部材との間に、絶縁体が配置された請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２４】
前記ガス供給部材を前記ガス供給源に作動可能に接続する、ガス流量制御装置を備えた複数の独立したガスラインを用いて、前記ガス供給部材からのガス流を局部的に変化させることのできる請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２５】
前記ガス供給部材が、前記ガス供給部材の所定の部分に、前記独立したガスラインからの前記ガス流を抑制する一以上の仕切りを有する請求項２４に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２６】
前記導電性部材が、導線である請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２７】
前記スパッタリングガスが、前記陰極部から離れる方向に流れるように導かれる請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２８】
非導電性ブラケットを用いて、導電性部材を前記ガス供給部材に隣接させた請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項２９】
前記ガス供給源と前記ガス供給部材との間に、絶縁体が配置された請求項２１に記載のアノードガス供給装置。
【請求項３０】
マグネトロンスパッタリング装置における導電性陽極表面の維持方法であって、
一種類以上のガスを、前記一種類以上のスパッタリングガスが前記成膜チャンバに導入される際に通過するノズルを有する一以上のガス供給部材と、前記ガス供給部材を一以上のガス供給源に作動可能に接続する一以上のガス導管とを有するガス供給装置を通過させ、成膜チャンバに導入する工程と、
一以上の電源を用いて、一以上のターゲット物質を有するターゲットを備えた陰極部に負電荷を、前記ガス供給装置に正電荷を印加し、前記ターゲットから基板へターゲット物質を塗布するため、スパッタリングプラズマを発生させる工程とを含む導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３１】
前記電源が、前記ガス供給部材に正電荷を供給するよう、前記ガス供給部材に直接接続されている請求項３０に記載の導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３２】
前記ガス供給装置が、更に、前記ガス供給部材内部に配置された一以上の内部導管を有する請求項３０に記載の導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３３】
前記内部導管が、前記ノズルに対して重ならないように間隔をあけて配置配列された複数の開口部を有する請求項３２に記載の導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３４】
前記電源が、前記ガス供給部材に取り付けられた一以上の導電性部材に作動可能に接続されている請求項３０に記載の導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３５】
前記一以上の導電性部材が、非導電性ブラケットにより前記ガス供給部材に取り付けられている請求項３４に記載の導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３６】
前記導電性部材が、導線である請求項３０に記載の導電性陽極表面の維持方法。
【請求項３７】
マグネトロンスパッタリング装置における安定したプラズマの保持方法であって、
一種類以上のスパッタリングガスを、ガス供給装置を通過させ成膜チャンバに導入する工程と、
一以上の電源を用いて、陰極部に負電荷を、前記ガス供給装置に正電荷を印加する工程と、
プラズマフレームおよび／または導かれたガス流の清浄化作用により、前記ガス供給装置の導電性能を維持する工程とを含む安定したプラズマの保持方法。
【請求項３８】
前記ガス供給装置が、一種類以上のスパッタリングガスを前記成膜チャンバに導入する際に通過させるノズルを有する一以上のガス供給部材と、前記ガス供給部材を一以上のガス供給源に作動可能に接続する一以上のガス導管とを有する請求項３７に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項３９】
前記電源が、前記ガス供給部材に正電荷を供給するよう、前記ガス導管またはガス供給部材に直接接続されている請求項３８に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４０】
前記ガス供給装置が、更に、前記ガス供給部材内部に配置された一以上の内部導管を有する請求項３８に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４１】
前記内部導管が、前記ノズルに対して重ならないように間隔をあけて配置配列された複数の開口部を有する請求項４０に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４２】
前記電源が、前記ガス供給部材に隣接して配置された一以上の導電性部材に作動可能に接続されている請求項３８に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４３】
前記一以上の導電性部材が、非導電性ブラケットにより前記ガス供給部材に取り付けられている請求項４２に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４４】
前記導電性部材が、一以上の導線を含む請求項４２に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４５】
前記ノズルが、前記陰極部と反対方向に向けられた請求項３８に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４６】
前記ガス供給源と前記ガス供給装置との間に、絶縁体が配置された請求項３８に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４７】
ガス流量制御装置を備えた複数の独立したガスラインが、前記ガス供給部材を前記ガス供給源に作動可能に接続している請求項３８に記載の安定したプラズマの保持方法。
【請求項４８】
前記ガス供給部材が、前記ガス供給部材の所定の部分に、前記独立したガスラインからの前記ガス流を抑制する一以上の仕切りを有する請求項４７に記載の安定したプラズマの保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に、スパッタリング物質から成る薄膜を制御しながら堆積させるのに使用する装置、システムおよび方法に関する。特に、本発明は、一以上の導電性陽極表面を有するガス供給装置を備えたマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
被覆ガラス産業においては、ガラスの一面または両面に一層以上の薄膜コーティング材を塗布し、得られる被覆ガラス製品に所望の特性を付与することが望ましい。例えば、様々な用途のガラスの製造において、多くの場合、赤外線反射コーティングおよび／または他の多層コーティング系を塗布し、透過率、輻射率、反射率、耐久性、色、光触媒作用、および耐薬品性に関する所望の特性を付与することが望ましい。
【０００３】
現在、コーティング物質の制御下でのスパッタ堆積は、固体基板上に薄膜を形成する最も効果的な方法である。真空蒸着、電気メッキ、無電解メッキおよび化学蒸着といった他の薄膜形成方法に比べ、スパッタ堆積では、膜材質の選択肢が広がること、膜が高い純度を有し、その組成を高度に制御できること、膜の付着性および均質性が向上すること、ならびに、高度な膜厚制御が可能になることが見込まれる。
【０００４】
平面および円筒状マグネトロンは、基板上への膜のスパッタ堆積に広く使用されている。基板は、少なくとも一つの回動する円筒状ターゲットまたは平面ターゲットを備えた真空チャンバ内に配置する。前記円筒状ターゲットまたは平面ターゲットは、その外表面にスパッタリング物質を含むかまたはスパッタリング物質から成る。スパッタリングは、高エネルギーのイオン化された粒子がターゲットの表面に衝突することにより生じ、粒子が放出され、一般に表面が浸食される。一般に、スパッタコーティング処理は、陰極ターゲットが消耗するまで継続することができる。
【０００５】
前記スパッタリング処理をするために、真空チャンバ内において陰極ターゲットと陽極との間に電界を生じさせる。次に、ガス、一般にアルゴン等の不活性ガスを真空チャンバに導入する。電界中の電子は、加速され、ガス原子をイオン化し、グロー放電プラズマを生じさせるのに十分なエネルギーを得る。生じたプラズマは、ターゲットに引き付けられ、衝撃を与え、ターゲット表面の原子を放出させる。荷電プラズマは、磁界によりターゲットの前の比較的狭い限定領域に保持される。上述のように、ターゲットは、スパッタリング装置における陰極として機能し、別個の陽極が、チャンバ内のターゲットから離れた位置に設けられる。一般に、ターゲットから離れて配置されたチャンバ壁、別個のバー(separate bar)または別の導電性部材が、陽極として機能する。
【０００６】
プラズマ放電を活性状態で陰極ターゲット近傍に保持するため、チャンバは、プラズマおよび陰極ターゲットを包囲する安定した場を有する必要がある。一般的に、これは、ターゲットの背後または内部に配置された永久磁石を用いて行われ、これらの永久磁石は、負の電圧によって生じた電子を、ターゲット表面近傍に閉じ込めることにより、プラズマをターゲット表面に局在化させる。これらの磁石は、通常、永久磁石タイプのものであり、平面ターゲットの背後に均等に配置されるか、または、回転式円筒状ターゲット内に一ラインに沿って配置され、円筒状ターゲットと共に回転しないように保持される。スパッタリングゾーンは、磁石により生じ、実質的に平面スパッタリングターゲットの全長および全幅に渡り広がるか、或いは、円筒状スパッタリングターゲットの全長に渡り、その周囲のわずかに異なる円周(半径)に沿って広がる。従来、磁石は、平面または円筒状ターゲット下部にスパッタリングゾーンがあるように配置され、真下で被覆される基板に面する。
【０００７】
スパッタリングは、一種類以上のガスの存在下で行ってもよい。アルゴン等の第１の不活性ガスは、一般に、スパッタリング装置におけるグロー放電プラズマの生成に使用される。必要であれば、一種類以上の反応性ガス等のガスを更にスパッタリング装置に供給してもよい。酸素または窒素といった反応性ガスの存在下で行われる場合、コーティング物質の反応生成物が、基板上に堆積される、すなわち、コーティング層は、コーティング物質と反応性ガスの生成物である。例えば、チャンバに酸素または窒素等の反応性ガスを導入すると、放出されたターゲット原子と酸化物または窒化物を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の多くのスパッタリング装置における問題は、スパッタコーティング処理の間に、コーティング物質の放出された粒子が、真空チャンバ内のチャンバ壁や、一つ以上の陽極を含むチャンバ内の他の装置といった基板以外の露出面に堆積されることである。時間と共に、ターゲット物質または撥ね返されたターゲット物質が薄く陽極の外表面に付着する傾向にある。この堆積速度は、印加する電力やターゲットを形成する物質によって異なる。この堆積は、スパッタリング処理において、いかなるターゲットに関しても望ましいものではないが、一般に、導電性物質のコーティングが、スパッタリング装置の動作を過度に阻害することはない。しかしながら、陽極に堆積した物質が絶縁体または誘電物質である場合、これは、重大な問題を引き起こす。例えば、亜鉛等の誘電物質を酸化雰囲気下でスパッタし、亜鉛酸化物を堆積させる場合、亜鉛酸化物のコーティングが陽極に堆積し、スパッタリング処理の効率が低下する。多くのコーティング物質またはそれらの反応生成物が、絶縁体、半導体であるか、さもなければ実質的に非導電性物質（Ａ１２０３、Ｓｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔｉ０２のような）であるため、これら非導電性物質が陽極に堆積すると、コーティング処理の速度が次第に遅くなり、最終的にはその処理を停止することになる。陽極上の非導電性または誘電物質コーティングは、電荷担体の陽極から陰極への流れを抑制し、最終的には妨げることから、まずスパッタリング処理を減速させ、最終的には実質的に停止させることになる。
【０００９】
同様に、真空チャンバ内に配置されたガス供給装置にコーティングが堆積することも望ましくなく、コーティング物質のスパッタリングが適切に行われないといった問題を引き起こす場合もある。例えば、真空チャンバ内に配置されたガス供給部材の望ましくないコーティングにより、反応性ガスがそのような部材を介して供給される場合、コーティング物質と反応性ガスとが十分に反応しない可能性があり、また、チャンバに供給されるガス量が制限されることで、プラズマの生成が抑制される可能性もある。従って、コーティングがガス供給装置に付着すると、過度に金属性の膜が生成されるか、或いは、不十分なプラズマ生成により装置の速度が低下することがある。
【００１０】
陰極周囲の隣接領域がスパッタリング物質でコーティングされてくると、スパッタリングゾーンの制御および保持も困難となる。この状態になるに従って、陰極表面の荷電プラズマは、チャンバの内部表面に付着したスパッタリングコーティングと同様の極性を有するようになるため撥ね返される。プラズマに対する斥力が強まるにつれ、荷電プラズマは、導電性の出口を「捜して」陰極から離れ外側に向かって広がる。チャンバの導電性領域が不規則に分布するようになり、プラズマおよび陰極から次第に離れて位置するようになるにつれ、プラズマ放電の均一性が、時間と共に低下し、スパッタリング処理の速度が遅くなる。最終的には、清浄化のためスパッタリング処理を停止しなければならない。更に、プラズマ放電の不均一性は、一般に、基板上の薄膜の品質を低下させる。
【００１１】
製造業者は、しばしばチャンバの有効運転期間を引き延ばそうとする。これは、有効運転期間の終わり頃には、プラズマ放電がチャンバ内の被覆されていない領域を捜すため危険を伴うこともある。プラズマ放電を活性化させておくため、製造業者は、時として、ガス供給装置を介してチャンバ内へ余分のガスを投入し、非絶縁領域を生じさせる。この余分のガスは、核形成カーテン（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｃｕｒｔａｉｎ）またはスパッタ物質のクラスターリングを生じさせることがある。その結果、電流は、電源へ戻る経路を捜し求め、核形成カーテンを通過しガス供給装置に流れ込むように導かれることもある。また、この不適切な電流の流れにより、ガス管が熔融することもある。
【００１２】
処理停止時間に加え、スパッタコーティング装置の陽極への非導電性または誘電体コーティングの堆積は、コーティング処理および基板上に形成されたコーティングにその他の悪影響を及ぼすこともある。陽極の導電性領域の大きさが変化することにより、コーティングが不均一になる場合もある。更に、非導電性物質が陽極に堆積すると、アークを発生させることもあり、これにより、コーティング物質の大きな断片が陰極ターゲットまたは他の被覆された場所からチャンバ内そして基板上に落下することもある。更に、実質的に非導電性の厚いコーティングが陽極に堆積すると、コーティングの陽極への付着力が低下する。その結果、物質の薄片または断片が、陽極から基板上に剥がれ落ち、被覆表面を汚染することもある。これら全ての悪影響により、被覆する基板上に不均一なコーティングが形成されることになる。
【００１３】
これらのコーティングの不均一性や非導電性物質の陽極への堆積により、陽極を清浄化または交換するために、コーティング処理を中断する必要がある。この場合、チャンバを排気し、慎重に清浄化し、そしてチャンバを再び真空にする必要がある。そのような不均一性や堆積は、陽極を使用可能な状態に回復させるために、使用者が頻繁に処理を停止させなければならないほどのレベルで生じる。ある従来技術では、陰極と陽極の相対的極性を逆転させ、陽極表面から付着物質をスパッタにより除去するため、一時間毎に６〜８分も生産を停止する必要がある。また、チャンバの内部に砂を吹き付けて磨くといった、他の手動での清浄化技術を利用し、漂遊コーティング物質の堆積を減少させることもある。チャンバの清浄化は、生産時間を減らすことになり、非常に高くつくこともある。
【００１４】
従って、安定したプラズマ分布を保持するため、陰電荷を帯びたターゲットに十分近接して配置された一以上の導電性陽極表面を有するガス供給装置を有するスパッタリング装置を提供することが有益である。更に、スパッタリング装置は、以下の特性および／または利点を提供することが望ましい：ターゲットがより一定且つ均一に消耗すること；より均一なコーティング処理；スパッタリングチャンバ内での非導電性物質の陽極表面への堆積に関連した問題を回避することにより、製品のばらつきを低減すること；スパッタされる物質が誘電物質である場合の改良されたスパッタリング装置；一連の個別の陽極として間隔をあけて配置されたいくつかのガス供給ノズルにより、プラズマのサイズ、形状、および位置が容易に制御できること；時間の経過とともに生じる陽極コーティングの進行速度を著しく低下させること；チャンバの絶縁物質による被覆を著しく低減させること；および、清浄化のためスパッタリング処理を停止する必要性を低減させること。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の概要
本発明は、プラズマを発生させるよう、陰極の電荷を帯びたターゲットに十分近接して配置された一以上の陽極表面を有するガス供給装置を備えたマグネトロンスパッタリング装置を提供する。一般に、スパッタリング装置は、制御環境の境界を定める真空チャンバと、一以上のスパッタ可能なターゲット物質を含むターゲットを備えた陰極部と、陰電荷および陽電荷を供給する一以上の電源と、ガス供給装置とを有する。本発明の様々な実施形態において、前記ガス供給装置は、一種類以上のガスを成膜チャンバに導入する一以上のガス供給部材を備えている。前記ガス供給部材は、正電荷に作動可能に接続されるか、あるいは正電荷を帯びた陽極部材に隣接もしくは十分近接して設けることができる。前記供給装置は、一般に、安定したプラズマを発生させるため、陰極部に対し一定の距離で十分に近接して配置する。前記ガス供給装置は、スパッタリングを維持するために必要な電位を供給し、陰極部に較べ比較的プラスの状態で保持するのが好ましい。前記スパッタリング装置は、陰極部の外表面に安定したプラズマを保持する。前記ターゲットのスパッタリングが長期間に渡って行われる間、陽極は、前記ガス供給部材を通過するスパッタリングガスの流れにより、露出した導電状態に維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
詳細な説明
本発明の理解を容易にするため、好ましい実施形態を詳細に渡って説明するが、図面を頻繁に参照することになるであろう。図面の概略は後で説明する。参照番号は、図面中のある一定の部分や位置を示すのに使用し、特に指摘のない限り、図面中の同一の部分や位置は、同一の参照番号で示す。
【００１７】
図１は、マグネトロンスパッタリング装置１０を示す。一般に、スパッタリング装置は、制御環境の境界を定める真空チャンバ１２と、一以上のスパッタ可能なターゲット物質を含むターゲット１４を備えた陰極部１１と、陰電荷および陽電荷を供給する一以上の電源１６と、ガス供給装置１８とを有する。マグネトロンスパッタリング装置において使用されるスパッタリング技術や設備は、現行技術においてかなり周知となっている。例えば、マグネトロンスパッタリングチャンバやその関連設備は、さまざまな供給元（例えば、Ｌｅｙｂｏｌｄ、およびＢＯＣ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）により市販されている。また、有用なマグネトロンスパッタリング技術および設備の例は、Ｃｈａｐｉｎに付与された米国特許第４，１６６，０１８号明細書等の米国特許明細書にも開示されており、その全教示内容を参照し、本明細書に取り入れる。
【００１８】
通常、マグネトロンスパッタリング処理は、図１に想像線で示す、制御雰囲気の真空チャンバ１２内で行われる。真空チャンバ１２は、一般に、スパッタリング処理を行うことができ、真空にすることのできるチャンバを形成するように作動可能に組み立てられた、一般的に鉄鋼またはステンレスからなる金属壁を有する。
【００１９】
先に示したように、陰極部１１は、チャンバ１２の内部または部分的に内部にある。一般に、前記陰極部１１は、一以上の円筒状ターゲット１４と、一以上の動力装置１７と、任意の遮蔽部１９と、任意の磁石集合体(図示なし)とを有する。通常、円筒状ターゲット１４は、その縦軸を中心として回転させるのに適したように保持する。図１では、円筒状ターゲットが示されているが、本発明においては、隣接する磁石集合体を有する一以上の平面ターゲットを使用することもできる。
【００２０】
一般に、円筒状ターゲット１４は、ステンレス、アルミニウムまたは他の適切な導電性を有する物質等の導電性物質から成る管状の基材を備えている。通常、円筒状ターゲット１４の外表面は、加工部材または基板にスパッタされることになる一以上のターゲット物質で被覆されている。このスパッタ可能なターゲット物質のコーティングは、ここでは「ターゲット物質」とも呼ぶ。図１および図２では、一つの円筒状陰極部１１しか示していないが、単一の真空チャンバ１２内で二つ以上の円筒状陰極部１１を使用することも考えられる。スパッタ可能なターゲット物質には、シリコン、亜鉛、スズ、銀、金、アルミニウム、銅、チタニウム、ニオブまたはその組み合わせ等の物質が挙げられるが、それらに限定されるものではない。ターゲット物質は、亜鉛酸化物、シリコン窒化物等の誘電体コーティングを形成するよう、酸素または窒素のような反応性ガスと反応させてもよい。
【００２１】
円筒状陰極部１１は、更に、当技術分野において周知の固定または取り付け手段(図示なし)により各円筒状ターゲット１４に作動可能に接続された一以上の動力装置１７を備えている。このような固定または取り付け装置は、動力装置１７による円筒状ターゲット１４の回転を抑制することなく可能にする。図１は、複数のモーター３８に作動可能に接続された円筒状ターゲット１４を示している。固定または取り付け装置は、円筒状ターゲット部１１を固定位置に保ち、円筒状ターゲット１４の回転に影響を与えないものであれば、いかなるタイプの留め金、ブラケット、フレーム、ファスナまたは支持体であってもよい。
【００２２】
各動力装置１７は、概して、一つ以上のモーター３８、電源１６、および制御装置５４を備えている。一般に、一つ以上の電源１６が、モーター３８に電力を供給すると共に、正電荷をガス供給装置１８に、そして負電荷を円筒状ターゲット１４に供給する。電源は、直流または交流のいずれを供給してもよい。交流を使用する場合、５〜２００ｋＨｚの範囲であるのが好ましい。本発明のモーター３８の実施形態としては、プログラマブルステッパモーター、電動機、液圧モーターおよび／または空気圧モーターが挙げられるが、これに制限されるものではない。モーターは、電源１６および制御装置５４に作動可能に接続される。モーター３８は、作動させた場合に円筒状ターゲット１４を回転させるように、円筒状ターゲット１４に作動可能に接続されている。もちろん、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他のタイプのモーターおよび電子制御装置を使用してもよい。
【００２３】
モーター３８は、マグネトロンスパッタリング装置１０で発生させたプラズマによりターゲットを回転させることで、円筒状ターゲット１４の効率的な使用を最適化するように構成および／またはプログラムしてもよい。例えば、動力装置１７は、スパッタリング処理や円筒状ターゲット１４の寿命を最適化するため、回転数を変化させるようにプログラムしてもよい。
【００２４】
図２は、更に、基板または加工部材の入口および出口を成す装置を有し、長期間に渡る真空チャンバ１２の連続作動を可能とする本発明の実施形態を例示している。図２に示す入口および出口のドア３０を参照されたい。基板支持装置４０は、ローラー２８、コンベヤーベルト４２および支持棒４４を有する。基板３４は、コンベヤーベルト４２上に位置し、ローラー２８が回転することによりドア３０を通り成膜チャンバ１２内に運ばれる。ローラー２８は、スパッタリング物質が最適に塗布される速度で維持する。支持棒４４は、ローラー２８間を支持し、基板３４がローラー２８の間に位置する時、下に下がらないようにする働きをする。前記基板支持装置４０により、連続して堆積させることが可能となる。基板３４は、一旦被覆されると、出口のドア３０を通りチャンバ１２を出る。
【００２５】
次に、図１〜図３に示された実施形態を参照すると、マグネトロンスパッタリング装置１０は、ガス供給装置１８も備えている。ガス供給装置１８は、一般に、一種類以上のスパッタリングガスが成膜チャンバ１２に導入される際に通過する一以上のガス供給部材２２と、電源１６を陰極部１１および一以上のガス供給装置１８の他の構成部分に作動可能に接続している高電流導体線２４と、スパッタリングガスがガス供給源２０からガス供給部材２２に供給される際に通過するガス導管２６とを備えている。ガス供給部材の例としては、管、中空軸、ダクト、中空棒および中空ビームが挙げられ、通常全て導電性物質を含有する。しかしながら、ガス供給部材は、それらに限定されるものではない。本発明によると、導体線２４は、正電荷をガス供給装置に供給し、ターゲット１４に十分近接して配置される陽極表面を形成する。陰極部１１に十分近接して陽極表面を配置することにより、ターゲット１４(スパッタリングゾーン)の外表面に隣接したスパッタリングガスゾーンを安定させ、安定したプラズマの維持を助ける。更に、ガス供給部材２２および/または陽極表面は、円筒状ターゲット１４と実質的に平行であるべきである。例えば、図１に示した陽極表面は、陰極部１１と実質的に平行に配置されたガス供給部材２２の表面である。円筒状ターゲット１４に関して、ガス供給部材２２および/または陽極表面が厳密に対称である場合、スパッタリング処理に際して、円筒状ターゲット１４を均一に消耗させ、基板３４上のコーティングを均一な厚みにする効果が得られる。
【００２６】
スパッタリング処理おいて、チャンバ１２の最初の事前調整の後、ガス供給源２０は、ガス導管２６を介してガスを供給するが、これは、通常不活性ガスであり、アルゴンが好ましい。前記ガス導管２６は、前記ガス供給源２０を、スパッタリングガスを成膜チャンバ１２に導入するガス供給部材２２に作動可能に接続している。スパッタリングガスは、図１〜図５に示すように、ガス供給部材２２を通過し、ガス供給部材２２上に配置された複数のノズル４６から放出されることにより、チャンバ１２内に供給される。ある実施例では、圧力が約１〜１５Ｐａになるまで、成膜チャンバ１２内にガスを導入してもよい。この実施例においては、チャンバ内の圧力を約１〜１５Ｐａに保持するために、時間の経過と共に更にガスを追加しなければならない。図５に示すように、ガス導管２６を介したガス供給源２０への電気エネルギーの放電またはサージを防ぐため、絶縁体３１をガス導管２６に設けてもよい。
【００２７】
更に、本発明の一実施形態において、図１に示すように、導体線２４は、正電荷を直接ガス供給部材２２に印加するよう、ガス供給部材２２に作動可能に接続されている。この実施形態においては、ガス供給部材２２自体が、導電性陽極表面である。この実施形態のガス供給部材２２は、ターゲット１４から離れる方向に向けられたノズル４６を有することから、スパッタリングガスは更に均一に供給される。ターゲットから離れる方向に向けられたノズル４６の配置はまた、ガスの流れによりプラズマの位置を過度にずらすことなく、プラズマをターゲット１４の表面付近に局在化させる。これはまた、基板３４上に比較的均一な膜を確実に堆積させる効果がある。
【００２８】
図２および図３に示すように、本発明の別の実施形態では、ガス供給部材２２がブラケット２９により導電性部材２７に作動可能に隣接していることが示されている。導電性部材２７は、ステンレス、アルミニウムまたは他の適切な導電性を有する物質を含んでいてもよい。この実施形態において、ガス供給部材２２は、ガス供給ノズル４６を導電性部材２７に向けるように配置する。一般に、このような配置は、ガスを導電性部材２７へと導くことにより、導電性部材２７に接触するプラズマフレームまたはガス流の発生を容易にする。プラズマフレームまたはガス流は、クリーニング機能を提供し、導電性部材２７の導電性表面を維持し、導電性部材２７上への非導電性ターゲット物質の堆積を防ぐ、または減少させる。このような導電性表面を維持することは、安定したプラズマを保持する上で役立つ。ガス供給部材２２を導電性部材２７に隣接させるブラケット２９は、ガス供給部材２２に正電荷を供給することが望ましいか否かによって、導電性または非導電性物質を含んでもよい。一実施形態では、導電性部材２７を導体線２４に接続することにより、ガス供給部材２２から離れた、導電性部材２７上に導電性陽極表面が生じる。この実施形態において、導電性部材２７は、非導電性物質を含むブラケット２９によりガス供給部材２２に隣接されている。非導電性物質は、一タイプのセラミック、または他の適切な絶縁物質を含んでいてもよい。
【００２９】
図１〜図３を参照すると、導体線２４は、通常、プラス電流を導電性部材２７、ガス導管２６および／またはガス供給部材２２の周囲に供給する。導体線２４がガス導管２６またはガス供給部材２２に作動可能に接続されている場合、スパッタリングガスの流れは、開口部４６に直に隣接しているガス供給部材２２の導電性の露出表面上を流れるように導かれる。スパッタリングガスの流れは、付着した望ましくないターゲット物質を取り除き、ノズル４６の周囲領域を清浄化する傾向があり、導電性陽極表面を維持する。従って、上述のように、ガス供給部材２２は、ガス導管２６に作動可能に連結され、導体線２４に電気的に連結されていることにより電源１６から電力を供給する導電性陽極表面であってもよい。
【００３０】
また、導体線２４は、電源を、導電性または非導電性ブラケット２９によりガス供給部材２２から分離されている導電性部材２７に電気的に接続していてもよい。ガス供給部材２２を電荷から絶縁したい場合、非導電性のブラケットを使用してもよい。上述のように、いずれの実施形態においても、ガス部材２２からのガス流は、一般に、導電性部材２７に向かって導かれることにより、ガス部材２２および/または導電性部材２７上の導電性陽極表面を維持する。最後に、本発明の多くの実施形態において、電源は、ターゲット表面領域に関して少なくとも０．１〜１０ｍＡ／ｃｍ２に等しい電流で約０．１〜５ｋＶの電位を供給し得ることが一般に分かっている。しかしながら、この電位は、マグネトロンスパッタリング装置の仕様や、他の要因によって変化させてもよい。他の要因としては、スパッタリング物質の特性やスパッタリング速度が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
図４は、本発明のガス供給装置１８の他の実施形態を例示している。ガス供給装置１８は、ガス供給部材２２内に配置された内部導管３６を有する。この実施形態において、ガス供給源２０は、内部導管３６に接続されている。内部導管３６は、鉄鋼、アルミニウムまたはステンレス等のガスの供給に使用される適切な物質から作製でき、通常、ガス供給部材２２の内部に配置可能な大きさにする。内部導管３６は、複数の開口部３３を有し、開口部３３は、間隔をあけて配置され、尚且つガス供給部材２２のノズル４６から離して配列してある。例えば、図４に示すように、前記開口部３３は、ノズル４６と反対方向に向けて配置してもよいし、または、前記ガス供給部材２２の二つ以上のノズル４６の間で互い違いにずらして配列してもよい。いずれの構成も、またこれらの構成の変形も、ガスが開口部３３から直接ノズル４６内を流れないようにする。従って、ガスがガス供給源２０から内部導管３６を介して供給されると、ガスは、開口部３３を通り、ガス供給部材２２に流れ込む。ガスがガス供給部材２２へ流入すると、ガスは拡散し、ガス供給部材２２を均等に満たす。ガス供給部材２２内にあるガスは、その後、ガスノズル４６を通りチャンバ１２内に流出する。ガス供給部材２２を均等に満たし、噴流に沿った直接のガス流を防ぐことにより、この実施形態は、より均等にチャンバ１２内へガスを供給し、より安定したプラズマを供給し、スパッタリング処理を向上させる。
【００３２】
図５に示すように、本発明の別の実施形態において、導電性部材２７は、ガス供給ノズル４６の前に配する、タングステンワイヤー等の一以上の導線５２を備えていてもよい。本発明のこの実施形態において、ガス供給部材２２および取り付けられた導線５２は、導体線２４に作動可能に接続されている。一般に、ガス供給部材２２のノズル４６を通過するスパッタリングガスの流れは、導線５２上を通過するプラズマフレームを発生させる。スパッタリングガスの流れおよび／またはプラズマフレームの存在により、長期間に渡ってターゲットのスパッタリングが行われる間、露出した導電性陽極表面が、ワイヤー５２上に確実に維持される。露出した陽極表面を維持することは、安定したプラズマを維持する上で、またガス供給部材２２を介した電気接続部２４へのプラズマ放電の可能性を無くす上で有用である。絶縁体３１(図５に示す)が、ガス導管２６とガス供給源２０との間に位置していることに注目することが大切である。絶縁体３１は、前記両者が交わる接合部の熔融を引き起こす、ガス導管２６からガス供給源２０への電流の流れを防ぐ。
【００３３】
図６に示す本発明の更なる実施形態において、ガス供給装置１８は、ガス供給部材２２に接続された複数の独立したガスライン５６を有する。上述のように、これらの独立したガスライン５６は、電流のガス供給源２０への逆流を防ぐために絶縁されたガス流量制御装置５８によりそれぞれ制御される。ガス流量制御装置５８は、ガス供給部材２２に沿った特定の位置でガス流を変化させることによりプラズマ放電を切換可能に制御するため、独立したガスライン５６のそれぞれを通過するガス流速を独立して制御する。本発明の一実施形態において、ガス流量制御装置５８は、手動または自動化された手段によって調節されるバルブを備えており、独立したガスライン５６のそれぞれを通過するガス量を制御する。この実施形態において、ガス流は、プラズマの形状および／またはターゲットの様々な部分の消耗を制御するために、断続的に流れるように調節できる。最後に、ガス供給部材２２は、図６において破線で示すように、更に、独立したライン５６のそれぞれからチャンバ１２内へのガスの流れを制御する一つ以上の仕切り３７を備えていてもよい。
【００３４】
作動中、マグネトロンスパッタリング装置１０は、円筒状陰極部１１からターゲット物質をスパッタリングすることにより、一以上の基板３４上に一以上のコーティングを堆積するのに使用できる。この処理は、一般に、成膜チャンバ１２を排気または真空にすることにより開始される。通常、チャンバ１２は、約１０−５Ｐａ以下まで排気される。この作業は、スパッタ堆積前に汚染物質を除くことにより予めチャンバ１２内の条件を整える。次に、不活性ガス、一般にアルゴンをガス供給装置１８を介してチャンバ１２に送り込み、チャンバ内の圧力を約１〜１５Ｐａ（８〜１１３ｍＴｏｒｒ）まで徐々に高める。通常、所望のガス組成の適切なガス圧力を維持し、スパッタリングチャンバ１２内の汚染物質を流し出すため、時間の経過とともに新しいアルゴンガスの定常流を加える。前記ガスは、スパッタリングチャンバ１２内の有利な位置に間隔をあけて配置された複数のガス供給装置１８により、チャンバ１２内に加えてもよい。これは、ターゲット１４の表面全体に渡ってガスの組成および供給を確実に均一にする効果がある。これは、更には、厚さまたは組成における目立ったばらつきのない比較的均一な膜を基板３４上に確実に堆積させる効果がある。
【００３５】
前述のように、本発明の真空チャンバ１２は、例えば、温度、圧力および真空等の制御環境を保持するのに適している。すなわち、チャンバ１２は、プレナムチャンバであり、内部空気圧が外部空気圧よりも高い区画室である。一般に、ガスは、チャンバ１２内に押し込められた後、排気口３２を通りゆっくりと排気される。図３は、排気口３２がチャンバ１２の側壁に存在する、本発明の実施形態を示す。真空源３５は、排気口３２に接続されており、チャンバ１２内を排気し、チャンバ１２の内部を適切な真空レベルに維持する。成膜チャンバ１２は、チャンバの内部温度を維持し、スパッタ堆積中の壁のガス放出を最小限にするため、冷却剤(例えば、冷却液)を循環させるための外部導管(図示なし)を備えているのが好ましい。
【００３６】
一旦ガスをチャンバ１２に導入すると、電源は、ガス供給装置１８に正電荷を、円筒状ターゲット１４に負電荷を印加し始める。前述のように、陰極および陽極への電荷印加により、プラズマが発生し、ターゲット１４からの基板３４へのターゲット物質のスパッタリングを容易にする。一般に、前記基板３４は、基板支持装置４０によりチャンバ１２内を所定の速度で通過する。この速度は、スパッタされたターゲット物質に所望程度基板を曝露することにより、好ましい厚みのコーティングを形成するように調節できる。
【００３７】
スパッタリング処理の間、ガスは、ガス供給部材２２およびノズル４６を通過する。通常、ガスがノズルを通りプラズマに入ると、ガス供給装置１８と陰極部１１の間でのプラズマの位置によりプラズマフレームが発生する。前述のように、プラズマフレームまたはガス流は、ノズルの外周面、導電性部材２７の表面および/または導線５２の表面といったガス供給装置１８の複数部分に汚染されていない陽極表面を維持する。
【００３８】
スパッタされた物質の量が、ガス圧力および陽極と陰極との間の距離に反比例することに注目することが大切である。これは、圧力が上昇した場合当てはまる。というのも、高圧力（ｐ＞７Ｐａ）では、イオンが圧縮され、しきりに中性原子と衝突することから、ターゲット表面上の表面原子を放出させるのに十分なエネルギーをもってターゲット１４へ到達する原子はわずかだからである。放出された原子の一部も、多くのガス原子と衝突し、エネルギーを失う。その結果、スパッタリング効率および堆積速度が低下する。陰極が、電子およびスパッタ原子の供給源としての役割を果たすため、陽極から陰極までの間隔も、非常に重要なパラメーターである。基板は、堆積速度を最大限にするためターゲットのできるだけ近くに配置するのが好ましい。実際には、ターゲット１４と基板３４の間の一般的な距離は、高堆積速度が得られる約１〜１０ｃｍである。陰極と陽極の間で維持される電圧によって、その距離を変更させることができる。
【００３９】
本発明は、多くの形状および実施形態を取ることができることが分かるであろう。この発明の本質および精神は添付の請求項において明確に述べられており、本明細書に示した本発明の実施形態は、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るアノードガス供給装置を含むマグネトロンスパッタリング装置を示す概略図である。
【図２】図２は、導電性部材に作動可能に接続された一以上のガス供給部材を有するアノードガス供給装置を備えたスパッタリング装置の側断面実体図である。
【図３】図３は、陰極／ターゲットおよびアノードガス供給装置の立面図である。
【図４】図４は、本発明のアノードガス供給装置の一実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、導線および絶縁体を含むアノードガス供給装置の斜視図である。
【図６】図６は、ガス放電を局部的に制御するための複数の流量制御装置を備えたアノードガス供給装置の実体図である。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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