(57)【要約】本発明は、スパッタリング装置、真空コーティングプラント、及び高出力衝撃マグネトロンスパッタリングプロセスを実行するための方法に関する。スパッタリング装置は、少なくとも２つの異なる接続可能性を特徴とし、及び２つのスパッタリングサブアセンブリが高出力衝撃で同時に動作される第２の相互接続可能性に切り替わることにより、生産性が向上される。
2018535323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数Ｎのスパッタリングカソード又はサブカソードＴｉ（ここで、ｉ＝１〜Ｎである）と、数ｎのスパッタリング発電装置Ｇｊ（ここで、ｊ＝１〜ｎである）とを含むスパッタリング装置であって、Ｎは整数且つＮ≧２であり、及びｎも整数且つｎ≧２である、スパッタリング装置において、それぞれのスパッタリング発電装置Ｇｊの電力出力Ｐｊを切り替えるためのブリッジスイッチＳｂｊと、それぞれのスパッタリングカソードＴｉにそれぞれの電力出力Ｐｊを分配するためのパルススイッチＳｐｉとを含み、前記スパッタリング装置が少なくとも２つの異なる相互接続可能性において動作され得るように組み立てられ、並びに
・第１の相互接続変形において、前記ｎ個のスパッタリング発電装置Ｇｊの前記それぞれの電力出力Ｐｊは、合計スパッタリング電力Ｐが供給されるように前記ブリッジスイッチによって論理的に相互接続され得、前記合計スパッタリング電力Ｐは、前記電力出力Ｐｊの和、即ち
【数１】
2018535323.tif 000013
に対応し、且つパルス電力Ｐとシーケンス期間Ｔとを備えた電力パルスのシーケンスは、それぞれのパルススイッチによるパルスシーケンス生成を介して生成され、個別の電力パルスは、前記それぞれのスパッタリングカソードＴｉに時間経過順に分配され、前記スパッタリングカソードは、パルス時間ｔｉ中に電力をそれぞれ供給され、及び期間Ｔは、前記パルス時間の和、即ち
【数２】
2018535323.tif 000014
に対応し、及び
・第２の相互接続変形において、前記スパッタリングカソードは、少なくとも２つの別個のスパッタリングサブ装置Ａ及びＢにおいて動作され、前記スパッタリングサブ装置を動作させるために、数ｎＡのスパッタリング発電装置と数ｎＢのスパッタリング発電装置とのそれぞれの電力出力は、第１のパルス電力
【数３】
2018535323.tif 000015
と、第２のパルス電力
【数４】
2018535323.tif 000016
とが供給されるように前記ブリッジスイッチによって論理的に相互接続され得、ここで、ｎＡ＋ｎＢ＝ｎであり、パルス電力ＰＡとシーケンス期間ＴＡとを備えた電力パルスのそれぞれの第１のシーケンスと、パルス電力ＰＢとシーケンス期間ＴＢとを備えた電力パルスの第２のシーケンスとは、前記それぞれのパルススイッチによるパルスシーケンスのそれぞれの生成を介して生成され、前記個別の電力パルスは、それぞれのスパッタリングサブ装置の前記スパッタリングカソードに時間経過順に分配され、ここで、ＮＡは、第１のスパッタリングサブ装置Ａのスパッタリングカソードの数に対応し、且つＮＢは、第２のスパッタリングサブ装置Ｂのスパッタリングカソードの数に対応し、及びＮＡ＋ＮＢ＝Ｎであり、並びに前記シーケンス期間ＴＡは、前記第１のスパッタリングサブ装置Ａの前記スパッタリングカソードのための前記パルス時間の和に対応し、且つ前記シーケンス期間ＴＢは、前記第２のスパッタリングサブ装置Ｂの前記スパッタリングカソードのための前記パルス時間の和に対応し、即ち
【数５】
2018535323.tif 000017
及び
【数６】
2018535323.tif 000018
であることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリング装置を備えた真空コーティングシステムにおいて、前記スパッタリング装置は、スパッタリング方法の実行中、１００Ｗ／ｃｍ２以上、特に３００Ｗ／ｃｍ２以上の高スパッタリング電力密度の使用を可能にする高電力パルスが使用できるように組み立てられることを特徴とする、真空コーティングシステム。
【請求項３】
Ｎ＝ｎであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の真空コーティングシステム。
【請求項４】
ＰＡ＝ＰＢであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空コーティングシステム。
【請求項５】
Ｐ＝ＰＡ＋ＰＢであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空コーティングシステム。
【請求項６】
ＮＡ＝ＮＢ及び／又はｎＡ＝ｎＢであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空コーティングシステム。
【請求項７】
ＨｉＰＩＭＳによって基板をコーティングするための方法であって、前記ＨｉＰＩＭＳ方法は、請求項２〜６のいずれか一項に記載の真空コーティングシステムで実行される、方法。
【請求項８】
ＨｉＰＩＭＳ方法によって層を少なくとも堆積するために、前記スパッタリング装置は、少なくとも２つのスパッタリングサブ装置を備えた相互接続変形に切り替えられ、及びコーティング速度の向上が、第１の相互接続変形における前記スパッタリング装置で実行されるＨｉＰＩＭＳ方法と比較して達成されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常、スパッタリングとも呼ばれる、カソードの蒸発によってＰＶＤ層系を堆積するための方法に関する。本発明は、マグネトロン放電における高電力密度のパルスの使用と、コーティングシステム（コーティングプラント）における複数のマグネトロンコンポーネントへのエネルギーフローの最適な分配とを含む。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングによるコーティングプロセスにおいて、一般に、カソードとして接続される少なくとも１つのターゲットは、プラズマからのイオンによって衝突され、それによってターゲットから材料が侵食される。通常、イオンは、電界を用いてターゲット面に向かって加速される。更に、プラズマにおける電子が、スパッタリングされるターゲット面上で螺旋経路及び円形に押し込まれるように、追加の磁界が、カソードとして接続されるターゲットの背後に一般に位置する。これは、少なくとも特定の領域においてターゲット面にわたるより高いイオン化が達成されるように、１電子当たりの衝撃数を有意に（著しく）増加させ、それは、この領域の真下のターゲット（以下ではスパッタリングターゲット又はスパッタリングカソードとも呼ばれる）上のスパッタリング侵食の増加に帰着する。この場合、マグネトロンスパッタリングに典型的な侵食トラックが生成され、電子円、即ち生成されている侵食トラックの上の領域は、レーストラックと呼ばれる。
【０００３】
高出力衝撃スパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）は、特定のタイプのスパッタリング又はマグネトロンスパッタリングである。それにおいて、非常に高いスパッタリング電力密度（以下では電力密度とも呼ばれる）までの高さが用いられる。高スパッタリング電力密度の使用は、高電流密度と連携し、それは、スパッタリングされる材料のイオン化に帰着する。しかし、プロセスは、３００Ｗ／ｃｍ２を超えるスパッタリング電力密度から開始するか、又は０．５Ａ／ｃｍ２を超える電流密度から開始するＨｉＰＩＭＳと単に呼ばれるのみである。従来のマグネトロンスパッタリングを用いると、電力密度値は、１００Ｗ／ｃｍ２未満である。この場合のエリアは、マグネトロンレーストラックによって画定されるが、当業者はその事実を知っている。
【０００４】
これに関連して、１００Ｗ／ｃｍ２以上、特に３００Ｗ／ｃｍ２以上の電力密度（スパッタリング電力密度）は、高電力密度であると理解される。
【０００５】
特にＨｉＰＩＭＳにおいて、この種の高電力密度が用いられるスパッタリングプロセスでは、通常、スパッタリングターゲットとも呼ばれるスパッタリングされるターゲット材料の過熱を防ぐために、スパッタリング電力密度は、パルス状に印加されなければならない。特許文献１は、スパッタリング電力密度のパルス状の印加を説明している。この目的のために、コンデンサが高電圧に充電され、且つスイッチを介してマグネトロンに伝達される。高電圧により且つスパッタガスが存在する状態でマグネトロン放電が点火され、スパッタリング電流は、コンデンサが電圧を維持できる限り増加する。特許文献１に説明されているこの方法は、１０μｓ〜約２００μｓの期間でスパッタリングパルスを生成することができる。
【０００６】
特許文献２は、複数のスパッタリングターゲットＴｉに順次的に印加されるスパッタリング電力密度を生成するための方法を説明している。それは、互いに絶縁されたサブカソードにカソードを分割すること、又は１つのカソードを用いる代わりに複数のカソードを用いて、サブカソード若しくはカソードに確定したスパッタリング電力を次々に順次的に印加し、それらが電力パルスを供給され得るようにすることを提案する。この点について、スパッタリング電力は、用いられる電源装置によって生成される電力である。この場合、スパッタリング発電装置Ｇが複数のカソード又はサブカソードＴｉ（この場合、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５及びＴ６）に用いられる。電力密度パルスは、スパッタリング発電装置Ｇによる電力消費を遮断せずに、これらのサブカソードＴｉに順次的に印加され、それぞれの電力密度パルスは、２つの期間（２Ｔ）中に発電装置Ｇの連続電力出力のために、例えば図１に略図が描かれているように、対応するパルス時間ｔｉ中にサブカソードＴｉに印加される。このような場合、スパッタリング電力密度（又は上記で既に言及したように電力密度とも呼ばれる）は、対応するスパッタリングカソードＴｉ上のトラックエリアで割られる発電装置電力Ｐに基づいて計算される。消費される平均電力、即ちスパッタリングカソードの平均スパッタリング電力Ｐａｖｉ（例えば、ｋＷにおける）は、スパッタリング電力密度（例えば、ｋＷ／ｃｍ２における）×対応するスパッタリングカソードにおけるトラックエリア（例えば、ｃｍ２における）×スイッチオン期間（例えば、秒における）×スイッチング周波数（例えば、秒−１における）に基づいて計算される。
【０００７】
これに関連して、スイッチオン期間は、スパッタリングカソードに対する電力パルスの作用の期間、即ち対応するスパッタリングカソードＴｉにおけるパルス時間ｔｉを意味し、スイッチング周波数は、１／Ｔとして定義される。
【０００８】
複数Ｎ＞２のスパッタリングカソードＴｉが用いられ、及び各スパッタリングカソードＴｉが、発電装置Ｇによる同じ好ましくは一定のスパッタリング電力Ｐ（この意味でパルス伝導Ｐとも呼ばれる）で、期間Ｔと等しいシーケンス期間を備えた反復シーケンスで動作される場合、パルス電力が各パルス電力間のできるだけ小さい時間遅延で連続して各スパッタリングカソードＴｉに印加される場合、且つ各パルス時間ｔｉ（その間にパルス電力がそれぞれのスパッタリングカソードに印加される）が等しい長さである場合、これは、スパッタリングカソードＴｉによって消費されるスパッタリング電力、即ちスパッタリングカソード当たりの平均スパッタリング電力Ｐａｖｉを生じる。
Ｐａｖｉ＝Ｐａｖ＝Ｐ／Ｎ  式１
ここで、
Ｐａｖｉ＝スパッタリングカソード当たりの平均スパッタリング電力
Ｐ＝発電装置からの電力
Ｎ＝スパッタリングカソードの数
である。
【０００９】
スパッタリングカソード当たり等しくないパルス時間（ｔ１≠ｔ２．．．）であるが、他の点では同一の動作方法（即ち、他の点では、発電装置からの好ましくは一定のスパッタリング電力の遮断なしに、且つ期間Ｔ中にそれぞれのスパッタリングカソードへのパルス伝導の印加間の時間遅延なしに、一期間Ｔに等しい周波数期間を備えた反復シーケンスにおけるスパッタリングカソードＴｉへの電力供給を伴う）の場合、次の式が当てはまる。
ｔ１≠ｔ２  式２
ＰａｖｉＰ＊ｔｉ／Ｔ  式３
【数１】
2018535323.tif 000003
Ｆ＝１／Ｔ  式５
ここで、
Ｐａｖｉ＝それぞれのスパッタリングカソードの平均スパッタリング電力
ｔｉ＝それぞれのスパッタリングカソードのスイッチオン時間（パルス時間）
Ｔ＝それぞれの反復シーケンスの継続期間
Ｆ＝反復シーケンスが繰り返される周波数
である。変数ｉは、スパッタリング装置の各個別のスパッタリングカソードを指す。即ち、スパッタリング装置が数Ｎのカソードを含む場合、ｉは、それぞれ１、２、３、．．．〜Ｎを表す。
【００１０】
ＨｉＰＩＭＳ方法は、スパッタリングされる材料からイオン化材料蒸気を生成するために、且つ負の基板バイアス電圧の印加を介して薄層を生成するために用いられるのが好ましい。イオン化材料蒸気のイオン化度は、マグネトロン放電の電流密度に又はこの場合にはスパッタリング電力密度に依存する。スパッタ粒子の高イオン化を用いると、スパッタリングターゲットへの（即ちスパッタリングカソードへの）逆のイオンフローと、従ってコーティング速度の減少とが発生することも知られている。
【００１１】
図２は、印加されたスパッタリング電力密度の関数として、特定のコーティング速度の曲線をμｍ／ＫＷ・ｈで示す。特定のコーティング速度は、平均スパッタリング電力当たりのコーティング速度として考えることができる。なぜなら、それは、平均スパッタリング電力当たりの単位時間（例えば、コーティング時間）ごとの層厚さによって定義されるからである。従って、平均スパッタリング電力は、式６に示されているように、スパッタリング電力密度×スパッタリングカソード当たりのレーストラックエリアによって定義される。
Ｒ特定＿ｉ＝Ｒ／Ｐａｖｉ  式６
ここで、
Ｒ特定＿ｉ＝μｍ／ＫＷ・ｈ単位の特定のコーティング速度
Ｒ＝μｍ／ｈ単位のコーティング速度
Ｐａｖｉ＝それぞれのスパッタリングカソードの平均スパッタリング電力
である。
【００１２】
図２におけるデータは、チタン放電（即ちスパッタリングカソード材料としてチタンを用いるスパッタリング放電）で測定された。この例において、特定のコーティング速度は、５００Ｗ／ｃｍ２から１８００Ｗ／ｃｍ２へのスパッタリング電力密度の増加のために、約６．５μｍ／ｋＷ・ｈから約３．５μ／ｋＷ・ｈへと約半分に減少する。これは、より高いスパッタリング電力密度を用いるコーティングプロセスの生産性がより低いことを意味する。
【００１３】
特許文献２で説明され、且つ式１から明らかなように、一列における複数のスパッタリングカソードに順次的に且つ時間経過順に均一に次々に印加される電力パルスを用いると、スパッタリングカソード当たりの平均スパッタリング電力は、スパッタリング発電装置において、又は電源装置及び関係するスパッタリングカソードの数において設定されるスパッタリング電力（パルス電力とも呼ばれる）によって決定される。従って、これは、スパッタリング電力密度を意図的に低減するために、発電装置Ｇにおいて設定される電力Ｐが低減され得、それにより、これとは別に、装置の他の設定された全ての他のパラメータが同じ（不変の）ままである場合、特定のコーティング速度が、スパッタリングカソード当たりの平均スパッタリング電力Ｐａｖｉをこのように必然的に低減することによって増加されることを意味する。しかし、これは、平均スパッタリング電力当たりのコーティング速度が、より低いスパッタリング電力密度の使用のために数学的に増加するはずであるが、スパッタリングカソード当たりの平均スパッタリング電力自体が低下し、従って、この方法では生産性向上が達成できないという矛盾した状況に帰着する。これは、図３に基づいてより詳細に説明される。
【００１４】
図３は、発電装置において設定されたパルス電力Ｐのみが変更される場合、従って（スパッタリングカソード当たりの）スパッタリング電力密度を変更するために、スパッタリング電力密度の関数としてチタンの特定のコーティング速度を考慮し、図１に示されているような６つのサブカソードを備えた装置におけるスパッタリング電力密度の関数としてコーティング速度の曲線を示す。これは、かかるＨｉＰＩＭＳ装置におけるパルス伝導Ｐの低減を介したスパッタリング電力密度の低減を用いると、平均スパッタリング電力が非常に急激に低下するため、特定のコーティング速度も低下することを明白に示す。なぜなら、コーティング速度自体が平均スパッタリング電力より急激に低下するからである。
【００１５】
この点について、多くの層特性がスパッタリング電力密度及びイオン化度によって影響を受け、それがまたターゲット材料に依存するため、かかるＨｉＰＩＭＳ装置の電力密度（及び従ってイオン化度も）の設定のための低柔軟性に基づいて、異なる層特性を備えた層を堆積するための低い柔軟性が同様に存在することも問題である。かかる装置を用いると、生産性向上を達成するために、発電装置で設定されるスパッタリング電力に関係するコーティング速度を最適化することも非常に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】欧州特許第２２７２０８０号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１２／１４３０９１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、パルススパッタリングにより、特に高電力密度パルスを用いるスパッタリングにより、又はより正確には生産性の損失に帰着することなくスパッタリング電力密度の変更を可能にするＨｉＰＩＭＳにより、コーティングプロセスを実行するためのスパッタリング装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
目的は、パルス電力Ｐｊをそれぞれ生成するスパッタリング発電装置Ｇｊのネットワークを備えたスパッタリング装置を提供することにより、本発明に従って達成される。
【００１９】
本発明は、スパッタリング装置、真空コーティングシステム、及びＨｉＰＩＭＳコーティング方法を実行するための方法に関する。スパッタリング装置は、少なくとも２つの異なる相互接続可能性と、２つのスパッタリングサブアセンブリが高電力パルスで同時に動作される第２の相互接続可能性への切り替えとを有し、生産性向上を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】６つのサブカソードＴ１〜Ｔ６を備えたスパッタリング装置におけるパルス伝導Ｐを伴う電力パルスの時間経過順の分配を示す。
【図２】スパッタリング電力密度の関数としてチタンの特定のコーティング速度の曲線を示す。
【図３】６つのサブカソードを備えたスパッタリング装置による、スパッタリング電力密度の関数としてのコーティング速度の曲線を示す。
【図４ａ】スパッタリング発電装置の本発明によるネットワーキングを備えた本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す。
【図４ｂ】発電装置Ｇ１〜Ｇ６による電力Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６の出力期間を示す。
【図５ａ】図４におけるものと同じであるが、本発明による別の相互接続において本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す。
【図５ｂ】スパッタリングサブ装置における電力パルスの対応する時間経過順の分配を示す。
【図６ａ】図４及び図５におけるものと同じであるが、本発明による別の相互接続において本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す。
【図６ｂ】それぞれのスパッタリングカソードがそれぞれのスパッタリング発電装置Ｇ１〜Ｇ６の電力で連続して別々に電力を供給されることを示す。
【図７】本発明によるスパッタリング装置が図４における相互接続から図５における相互接続に切り替えられる場合のコーティング速度の向上を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、以下の例に基づいて詳細に説明される。
【００２２】
結果としてのＰａｖｉ＝Ｐ×ｔｉ／Ｔが、スパッタリング電力密度を決定する電力Ｐの全ての値のための最適又は最大を表すことを達成するために、数ＮのスパッタリングカソードＴｉが数ｎのスパッタリング発電装置Ｇｊ（以下ではスパッタリング発電装置とも呼ばれる）に接続されなければならない。この例において、電力Ｐは、発電装置によって出力される電力Ｐｊの和として定義される。
【数２】
2018535323.tif 000004
【００２３】
図４ａは、本発明によるスパッタリング装置を例として示し、スパッタリング装置は、スパッタリング発電装置Ｇｊのネットワークを含む。図４ｂは、スパッタリング電力パルスｔｉの付随的な時間経過順の分配を示し、ここで、
Ｐｊ＝スパッタリング電力であり、それは、それぞれの発電装置Ｇｊによって定義され、図４において、例えば、ｎは６に等しく、即ち、係数ｊは、この例において１〜６で変化する。
Ｓｂｊ＝それぞれの発電装置Ｇｊの電力出力Ｐｊを切り替えるためのブリッジスイッチである。
Ｓｐｉ＝それぞれのスパッタリングカソードＴｉに順次的に電力を供給するためのパルススイッチである（それぞれのスパッタリングカソードＴｉにスパッタリング電力を順次的に印加するための）。図４において、例えば、Ｎは６に等しく、即ち、係数ｊは、この例において１〜６で変化する。各スパッタリングカソードＴｉは、スパッタリング電力Ｐが供給され、スパッタリング電力Ｐは、この場合、発電装置の電力出力の和に対応する。即ち、
【数３】
2018535323.tif 000005
である。
【００２４】
図４ａに類似的に示されているスパッタリングにおいて、６つのスパッタリング発電装置の電力出力は、それぞれの発電装置Ｇｊの電力出力Ｐｊの和である合計スパッタリング電力Ｐが供給されるような方法において（即ち、
【数４】
2018535323.tif 000006
であり、ここで、ｎ＝６であり、次にＰ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６である）、ブリッジスイッチによって論理的に相互接続される。例えば、制御されたＩＧＢＴスイッチＳｐ１〜Ｓｐ６によるパルスシーケンス生成を介して、電力パルスのシーケンスは、図４ｂに示されているように生成され得る。個別の電力パルスは、パルス電力（振幅）Ｐを有する。複数の発電装置が遮断なしに動作される。
【００２５】
個別の発電装置の同じパルス時間、即ちｔｉ＝ｔｉ＋１（この例ではｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝ｔ５＝ｔ６）及び同じ電力出力、即ちＰ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５＝Ｐ６を用いると、次の式が当てはまる。
Ｐａｖｉ＝６×Ｐｊ／６＝Ｐｊ
Ｐ＝６＊Ｐｇｊ
【００２６】
図５ａ及びｂは、図４に示されているスパッタリング装置と同じ本発明によるスパッタリング装置であるが、しかし、スパッタリングカソードが２つの別個のスパッタリングサブ装置において動作される、ブリッジ回路の本発明による別の相互接続を備えたスパッタリング装置を示す。
【００２７】
図５ａから明らかなように、ブリッジスイッチＳｂ３の開口は、発電装置が２つのグループで論理的に相互接続されるようにする。即ち、この例において、３つの発電装置（Ｇ１、Ｇ２及びＧ３）は、第１のパルス電力ＰＡ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３を供給するための第１のサブ装置Ａにおいて論理的に相互接続され、他の３つの発電装置（Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６）は、第２のパルス電力ＰＢ＝Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６を供給するための第２のサブ装置Ｂにおいて論理的に相互接続される。同様の方法で、例えばスパッタリングカソードＴ１、Ｔ２及びＴ３が、パルス化された順次的方式で第１のパルス電力ＰＡを供給され、他の３つのスパッタリングカソードＴ４、Ｔ５及びＴ６が、パルス化された順次的方式で第２のパルス電力ＰＢを供給されるように、３つのそれぞれのスパッタリングカソードは、第１のサブ装置にとって利用可能にされ、他の３つのスパッタリングカソードは、第２のサブ装置にとって利用可能にされる。
【００２８】
このようにして、次に、ＩＧＢＴスイッチＳｐ１〜Ｓｐ３及びＳｐ４〜Ｓｐ６の配線は、同じ又は異なるパルス時間ｔｉを備えた、且つまた同じ又は異なる期間ＴＡ及びＴＢを備えた完全に別個のパルスシーケンス又は同期パルスシーケンスにおいて実行することができる。パルス電力ＰＡ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３及びＰＢ＝Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６が合計パルス電力Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６より低いことに留意されたい。従って、図４に示されているようなスパッタリング装置の相互接続と比較して、図５に示されているようなスパッタリングカソードＴｉへの２つのサブ装置における相互接続を用いると、スパッタリングカソード当たりでより低いスパッタリング電力密度が印加される。しかしながら、図５のサブ装置におけるスパッタリングカソード当たりの平均スパッタリング電力Ｐａｖｉは、図４におけるスパッタリング装置におけるものと同じままである。
【００２９】
次に、本発明に従って且つ図２における洞察によれば、これらの２つのサブ装置の相互接続を用いる合計コーティング速度は、図４におけるような単一のスパッタリング装置の相互接続を用いるよりも高い。
【００３０】
個別のスパッタリングカソードＴｉにおける個別の電力パルスＰｊの同じパルス時間ｔｉ（即ちｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝ｔ５＝ｔ６を備えた）、及び個別の発電装置Ｇｉの同じ出力電力（Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５＝Ｐ６）を用いると、次の式が当てはまる。
ＰａｖｉＡ＝ＰａｖｉＢ＝ｎＡ＊Ｐｊ／ｎＡ＝ｎＢ＊Ｐｊ／ｎＢ＝３＊Ｐｉ／３＝Ｐｉ
Ｐａｖ＝Ｐｊ
Ａ及びＢサブ装置におけるパルス電力＝ＰＡ＝ＰＢ＝３＊Ｐｊ
【００３１】
図６ａ及びｂは、本発明によるスパッタリング装置の第３の論理的な相互接続を示し、それも、本発明によれば、図４及び図５で既に証明されたように相互接続され得る。この設定を用いると、ブリッジスイッチの全ては開である。各スパッタリングカソードＴｉは、個別の発電装置に関連付けられる。次に、各スパッタリングカソードＴｉのためのスパッタリング電力ＰＣは、Ｐｊに対応する。これは、スパッタリング電力密度を更に低減する。しかしながら、平均スパッタリング電力は、上記において図４及び図５で例として既に示された相互接続におけるものと同じである。図２に示されている洞察によれば、この第３の相互接続を用いると、コーティング速度は、図４及び図５における設定からのコーティング速度と比較して一層大きい。
【００３２】
個別の発電装置（Ｇｊ）の同じ電力Ｐｊを用いると、次の式が当てはまる。
Ｐａｖ＝Ｐｊ
パルス電力＝ＰＣ＝Ｐｊ
【００３３】
６つのスパッタリング発電装置及び６つのターゲット（スパッタリングカソード）を含む本発明によるスパッタリング装置に基づいた上記の説明から、当業者は、数ｎの発電装置及び同様に数Ｎのスパッタリングカソード（ここで、ｎ≠６及び／又はＮ≠６である）への拡張を容易に推測することができる。
【００３４】
コーティング速度の例
図７は、本発明によるスパッタリング装置が図４における相互接続から図５における相互接続に切り替えられる場合のコーティング速度の向上を示す。異なるスパッタリング材料が、図４及び図５の例における設定に従ってスパッタリングカソードにおいて相互接続され、対応するコーティングが堆積された。
【００３５】
ここで、図４による相互接続の場合におけるスパッタリング電力密度は、１８００Ｗ／ｃｍ２であり、図５による相互接続の場合のスパッタリング電力密度は、９００Ｗ／ｃｍ２であった。平均スパッタリング電力は、両方の場合に同じであった。図７に示されているように、スパッタリング材料の全てに関してコーティング速度増加を確認することが可能であった。図４による相互接続を備えたスパッタリング装置における電力密度が、パルス電力Ｐを低減することによって低減された場合、コーティング速度も実際に半分に低減され、これは、いかなるコーティング速度の向上も、従ってまた生産性における向上も達成しなかったであろう。
【００３６】
図の要諦
・図１は、６つのサブカソードＴ１〜Ｔ６（スパッタリングカソードとも呼ばれる）を備えたスパッタリング装置におけるパルス伝導Ｐを伴う電力パルス（スパッタリングパルスとも呼ばれる）の時間経過順の分配を示す。電力パルスは、スパッタリング発電装置Ｇによる電力消費を遮断せずに６つのサブカソードに順次的に次々に印加され、ｔ１は、期間Ｔ中に同様の方法で、第１のサブカソードＴ１に印加される電力パルスのパルス時間であり、ｔ２は、同じ期間Ｔ中に第２のサブカソードＴ２に印加される電力パルスのパルス時間である等である。この例において、ｉ＝１〜６であるパルス時間ｔｉは、ｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝ｔ５＝ｔ６であるように選択された。１つのターゲット（これに関連して、スパッタリングカソード）から他のターゲットへのスパッタリング電力の伝送の時間経過順のシーケンスは、既に上記で言及したように、発電装置の観点から見て電力Ｐを遮断せずに行われる。シーケンスｔ１〜ｔ６は、期間Ｔで繰り返し、且つ同様に発電装置の観点から見て遮断なしに行われる。図１の例において、パルス時間ｔ１〜ｔ６は、同じ長さとして示されている。しかしながら、サブカソードＴｉの各パルス時間ｔｉは、個々に設定することができる。
・図２は、スパッタリング電力密度の関数としてチタンの特定のコーティング速度の曲線を示す。
・図３は、スパッタリング電力密度の関数としてのチタンの特定のコーティング速度を考慮に入れ、図１に示されているように６つのサブカソードを備えたスパッタリング装置による、スパッタリング電力密度の関数としてのコーティング速度の曲線を示す。
・図４（図４ａ及び４ｂを含む）は、スパッタリング発電装置の本発明によるネットワーキングを備えた本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示し（図４ａ）、スパッタリング発電装置は、スパッタリング電力パルスの関連する時間経過順の分配を可能にするように論理的に相互接続される。パルス伝導は、それぞれＰ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６であり、スパッタリング電力パルスは、特定のパルス時間ｔｉ中にそれぞれのサブカソードＴｉに印加される。即ち、パルス時間ｔ１中にサブカソードＴ１に印加され、パルス時間ｔ２中にサブカソードＴ２に印加される等である（図４ｂ）。
・図５（図５ａ及び５ｂ含む）は、図４におけるものと同じであるが、本発明による別の相互接続において本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示し（図５ａ）、その相互接続は、スパッタリング装置が２つの異なるスパッタリングサブ装置Ａ及びＢにおいて同時に動作されることを可能にする。図５ｂは、スパッタリングサブ装置における電力パルスの対応する時間経過順の分配を示す。サブ装置Ａにおける電力は、ＰＡ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３であり、サブ装置Ｂにおける電力はＰＢ＝Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６である。
・図６（図６ａ及び６ｂを含む）は、図４及び図５におけるものと同じであるが、本発明による別の相互接続において本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す（図６ａ）。そこでは電力パルスがもはや生成されないが、代わりに図６ｂに示されているように、それぞれのスパッタリングカソードがそれぞれのスパッタリング発電装置Ｇ１〜Ｇ６の電力で連続して別々に電力を供給される。
・図７は、本発明によるスパッタリング装置が図４における相互接続から図５における相互接続に切り替えられる場合のコーティング速度の向上を示す。
【００３７】
本発明は、次の発明を特に開示する。
−  数Ｎのスパッタリングカソード又はサブカソードＴｉ（ここで、ｉ＝１〜Ｎである）と、数ｎのスパッタリング発電装置Ｇｊ（ここで、ｊ＝１〜ｎである）とを含むスパッタリング装置であって、Ｎは整数且つＮ≧２であり、及びｎも整数且つｎ≧２である、スパッタリング装置であり、スパッタリング装置は、それぞれのスパッタリング発電装置Ｇｊの電力出力Ｐｊを切り替えるためのブリッジスイッチＳｂｊと、それぞれのスパッタリングカソードＴｉにそれぞれの電力出力Ｐｊを分配するためのパルススイッチＳｐｉとを含み、スパッタリング装置は、スパッタリング装置が少なくとも２つの異なる相互接続可能性において動作され得るように組み立てられ、並びに
・第１の相互接続変形（first interconnection variant）において、ｎ個のスパッタリング発電装置Ｇｊのそれぞれの電力出力Ｐｊは、合計スパッタリング電力Ｐが供給されるようにブリッジスイッチによって論理的に相互接続され得、合計スパッタリング電力Ｐは、電力出力Ｐｊの和、即ち
【数５】
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に対応し、且つパルス電力Ｐとシーケンス期間Ｔとを備えた電力パルスのシーケンスは、それぞれのパルススイッチによるパルスシーケンス生成を介して生成され、個別の電力パルスは、それぞれのスパッタリングカソードＴｉに時間経過順に分配され、スパッタリングカソードは、パルス時間ｔｉ中に電力をそれぞれ供給され、及び期間Ｔは、パルス時間の和、即ち
【数６】
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に対応し、及び
・第２の相互接続変形（second interconnection variant）において、スパッタリングカソードは、少なくとも２つの別個のスパッタリングサブ装置Ａ及びＢにおいて動作され、スパッタリングサブ装置を動作させるために、数ｎＡのスパッタリング発電装置と数ｎＢのスパッタリング発電装置とのそれぞれの電力出力は、第１のパルス電力
【数７】
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と、第２のパルス電力
【数８】
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とが供給されるようにブリッジスイッチによって論理的に相互接続され得、ここで、ｎＡ＋ｎＢ＝ｎであり、パルス電力ＰＡとシーケンス期間ＴＡとを備えた電力パルスのそれぞれの第１のシーケンスと、パルス電力ＰＢとシーケンス期間ＴＢとを備えた電力パルスの第２のシーケンスとは、それぞれのパルススイッチによるパルスシーケンスのそれぞれの生成を介して生成され、個別の電力パルスは、それぞれのスパッタリングサブ装置のスパッタリングカソードに時間経過順に分配され、ここで、ＮＡは、第１のスパッタリングサブ装置Ａのスパッタリングカソードの数に対応し、且つＮＢは、第２のスパッタリングサブ装置Ｂのスパッタリングカソードの数に対応し、及びＮＡ＋ＮＢ＝Ｎであり、並びにシーケンス期間ＴＡは、第１のスパッタリングサブ装置Ａのスパッタリングカソードのためのパルス時間の和に対応し、且つシーケンス期間ＴＢは、第２のスパッタリングサブ装置Ｂのスパッタリングカソードのためのパルス時間の和に対応し、即ち
【数９】
2018535323.tif 000011
及び
【数１０】
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である。
−  上記のような本発明によるスパッタリング装置を備えた真空コーティングシステムであり、スパッタリング装置は、スパッタリング方法の実行中、１００Ｗ／ｃｍ２以上、特に３００Ｗ／ｃｍ２以上の高スパッタリング電力密度の使用を可能にする高電力パルスが使用され得るような方法で組み立てられる。
−  上記のような真空コーティングシステムであって、好ましくはＮ＝ｎである、真空コーティングシステム。
−  上記のような真空コーティングシステムであって、好ましくはＰＡ＝ＰＢである、真空コーティングシステム。
−  上記のような真空コーティングシステムであって、好ましくはＰ＝ＰＡ＋ＰＢである、真空コーティングシステム。
−  上記のような真空コーティングシステムであって、好ましくはＮＡ＝ＮＢ及び／又はｎＡ＝ｎＢである、真空コーティングシステム。
−  ＨｉＰＩＭＳによって基板をコーティングするための方法であって、ＨｉＰＩＭＳ方法は、上記の発明的な真空コーティングシステムの１つのような真空コーティングシステムで実行される、方法。
−  ＨｉＰＩＭＳ方法によって層を少なくとも堆積するために、スパッタリング装置は、少なくとも２つのスパッタリングサブ装置を備えた相互接続変形に切り替えられ、及びコーティング速度の向上は、第１の相互接続変形におけるスパッタリング装置で実行されるＨｉＰＩＭＳ方法と比較して達成される、上記のような方法。
【図１】
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【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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