JPH09316636A - 薄い皮膜の堆積方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置に堆積工程を行うための磁性手段を使用
する必要がなく、薄い皮膜の効率的な堆積を可能にした
改良スパッターリング堆積方法を提供する。 【解決手段】 排気した室の中にプラズマを形成し、ス
パッターすべき材料源を準備し、被覆すべき基板を室内
に置き、スパッターされた材料をプラズマの中に通し、
基板に堆積させることからなる、スパッターリングによ
って薄い皮膜コーティングを堆積させる方法において、
プラズマをヘリコン波によって発生させることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は薄い皮膜の堆積方法及び
装置に関し、特に、改良スパッターリングによるかかる
皮膜の堆積方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】薄い皮
膜堆積方法及び堆積した皮膜自体の性質を高エネルギー
イオンを堆積される皮膜の成長面に衝突させることによ
って改善することができることが多年知られてきた。こ
れは高エネルギーイオンと堆積される薄い皮膜の所謂
「吸着原子」との間のエネルギー伝達による。これは、
吸着原子の表面移動度を高め、吸着原子を格子箇所によ
り容易に移動させる。高エネルギーイオンの衝突を行わ
せる在来の方法は処理室内に存在するプラズマによる、
例えば、スパッターリングによる堆積方法、プラズマエ
ンリッチド化学蒸着方（ＰＥＣＶＤ）及びイオンアシス
ト蒸発法を働かせることである。特に、スパッターリン
グ法の場合には、基板に材料の薄いコーティング又は皮
膜を堆積させるのに広く使用されている。かかる工程は
少量のイオン化ガス、例えばアルゴンを収容する排気室
内で起こり、室内に保持された源から放出された電子が
ガスをイオン化してプラズマを形成し、スパッターすべ
き材料からなるターゲットはイオンによって衝撃され、
ターゲットの材料の原子を移動させ、引き続いて、被覆
される基板に皮膜として堆積させる。

【０００３】マグネトロン装置では、堆積速度を、ター
ゲットのスパッターリング帯域に沿って局部化されるプ
ラズマを使用中生じさせ、それによってターゲットのス
パッターリング又は浸食が起こる領域を定めるように、
陰極ターゲットと関連した所定の方法で（通常は閉ルー
プとして）位置決めされた磁気手段、例えば一列の永久
磁石の使用によって高められることが知られている。タ
ーゲットは普通、平で細長い長方形の形態のものであ
り、被覆される基板はスパッターリング工程中ターゲッ
トに対して連続的に或いは間欠的に移動される。かかる
ターゲットを有し化，上記のタイプの磁気手段を有する
装置は平らなマグネトロンとして知られている。在来の
平らなマグネトロンの１つの利点は、スパッターリング
が起こるターゲットの領域（通常は「レーストラック」
と称される）は比較的小さく、これは閉ループの磁界の
形状に相当する比較的小さい、例えばリング形領域でタ
ーゲット表面の浸食を引き起こす。かくして、ターゲッ
トの交換を必要とする前、ターゲット表面積全体のうち
のほんの僅かな部分だけが消費されるすぎない。

【０００４】しかしながら、平らなターゲットを中空の
円筒形ターゲットで置き換えることも知られており、こ
の円筒形ターゲットの外面がスパッターすべき材料で被
覆される。かかるターゲットを収容する装置は円筒形マ
グネトロンとして知られ、ＢＯＣ コーティング テク
ノロジー（本出願人の一事業部）によって商標「Ｃ−Ｍ
ａｇ」のもとに販売されている。円筒形マグネトロン装
置では、円筒形ターゲットが使用中その長手方向軸線を
中心に連続的に或いは間欠的に回転でき、従って、スパ
ッターリングがターゲット表面の１つの特定領域に閉じ
込められない。平らなマグネトロンと同様に、被覆され
る基板はターゲットの長手方向軸線に対して横方向にタ
ーゲットに対して再び連続的か間欠的のいずれかで移動
される。

【０００５】一列の永久磁石の形態のマグネトロン装置
は一般的には、円筒形ターゲット内に定置保持され、円
筒形ターゲットは使用中回転する。しかしながら、ター
ゲットに対する磁石配列の或る調整が各スパッターリン
グ工程に先立って全体の調整のために通常は可能であ
る。従って、かかる装置により、ターゲットの異なる部
分を磁石によって形成される磁界に関してスパッターリ
ング位置へ選択的に持ってくることによって、スパッタ
ーリング工程において大変多くの量のターゲットを消費
させる。それにもかかわらず、平らなマグネトロン装置
又は円筒形マグネトロン装置においてかかる磁石手段の
使用は装置を全体的に大変複雑なものにすることは明ら
かであり、経済的に利用することができるターゲットの
量についてある制限を装置に課すことになる。

【０００６】ヅグネトロンアシストスパッターリングの
使用は、電子がクロスした電界及び磁界を使用して、ス
パッターターゲットの前の閉経路（「レーストラック」
に閉じ込められ、閉じ込められた電子がターゲットの近
くに濃度の高いアルゴンを発生させ、高いスパッタータ
ーゲットができるという原理に基づかれている。しかし
ながら、レーストラックの形状がターゲットの後ろに取
り付けられた一列の磁石によって決定される事実は、こ
の技術が一般的に低透磁率のターゲットとの使用に制限
されることを意味する。従って、マグネトロンアシスト
技術を使用して磁性材料の有用な堆積物を形成のに困難
性がある。マグネトロンアシストスパッターリングが遭
遇する更なる課題は、「レーストラック」から離れたタ
ーゲットの表面が該表面に不要なコーティングを堆積又
は成形することによって、例えば、アルミニウムターゲ
ットの表面に酸化アルミニウムコーティングを形成する
ことによって毒化されることになり、即ち、これは絶縁
体として作用し、ターゲットをコンデンサーとして作用
させ、プラズマを不安定にし、所要のスパッター堆積物
の反復性を減じる。

【０００７】本発明は、一般的には、装置に堆積工程を
行うための磁性手段を使用する必要がなく、薄い皮膜の
効率的な堆積を可能にし、それによって、（ｉ）「レー
ストラック」を除去することによってより高いターゲッ
トの利用、（ii）鉄、ニッケル、及びコバルトを含む磁
性材料の堆積物を形成する能力、（iii)堆積物の高い反
復性、のうちの１つ又はそれ以上を可能にするようにし
た、改良スパッターリング堆積方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、排気し
た室の中にプラズマを形成し、スパッターすべき材料源
を準備し、被覆すべき基板を室内に置き、スパッターさ
れた材料をプラズマの中に通し、基板に堆積させること
からなる、スパッターリングによって薄い皮膜コーティ
ングを堆積させる方法において、プラズマをヘリコン波
によって発生させることを特徴とする上記方法を提供す
る。ヘリコン波はそれ自体知られており、実質的に均一
な磁界と高周波（ｒｆ）で働く外部アンテナの電界輪郭
との間の相互作用によって高真空の室内に生じさせるこ
とができる。アンテナ放出からの波エネルギーはランダ
ウ減衰として知られた周知の機構によって室内に存在す
るプラズマ、例えばアルゴン放電で生じた電子に伝達さ
れ、特にヘリコン波の場合には、エネルギー交換が他の
タイプの放電によるよりももっと効率的な方法で起こる
と考えられる。

【０００９】１３．５６ＭＨｚの高周波放電が好まれる
が、６．７８ＭＨｚ及び２７．１２ＭＨｚの関連した周
波数をも有用に採用することができる。堆積室内の圧力
は、プラズマ、例えばアルゴンプラズマの発生を確保す
るために、１０^-2乃至１０^-3ミリバール又はそれ以下で
あるべきである。一般的な処理パラメーターに応じて、
処理室の異なる部分内圧力を変化させるためにバッフル
板を処理室に導入することが必要であるかもしれない。
本発明はスパッターされた材料と一緒に堆積されるべき
気体元素又は化合物が室内に存在するようにした薄い皮
膜の反応性スパッターリングの方法に特に有用である。
本発明は、通常は、所定領域内に実質的に均一な磁界
（通常は円筒形の）を生じさせる磁界コイルが存在する
室内で実施される。室の関連部分の長さに沿って間隔を
隔てた３つのこのような磁界コイルが一般的には十分で
あり、好ましくは、コイルは直線列に存在する。列の一
端には、本発明の方法の使用中、強いヘリコンプラズマ
波を引き起こすｒｆアンテナが位置決めされ、ヘリコン
プラズマ波は磁界とｒｆ電力源との間の相互作用で作ら
れ、ｒｆ電力源はランダウ減衰の機構によってプラズマ
電子を加速する。

【００１０】発明のより良い理解のために、今、本発明
の方法を行うことができる室の概略断面を示す添付図面
を専ら例示として参照する。図面はほぼ１で示す処理室
を示し、処理室のほぼ円筒形の端２の外面の周りには高
周波アンテナ３及び２つの磁界コイル４が位置決めされ
ている。だい３の磁界コイル５が処理室１のほぼ円筒形
の端６の周りに位置決めされ、３つの磁界コイルが処理
室１の中央部の周りに実質的に線形列を形成する。処理
室の中央部の頂部にはスパッターされるべき物質、例え
ばインジウムのターゲット７が位置決めされている。処
理室１の下部には基板ホルダー９によって適所に保持さ
れた基板８が位置決めされている。基板は任意適当な大
きさ及び形状のものでよい。図面に示すように、基板は
定置基板であるが、合体装置を、移動する基板を収容す
るように修正し、コーティングが起こるように基盤はゆ
っくりと装置の中へ通り、次いで連続的な仕方で装置か
ら出る。

【００１１】処理室１を矢印Ａで示す方向に排気する真
空ポンプ（図示せず）が設けられる。排気は通常は、タ
ーボ分子ポンプ＋背圧（ロータリ）ポンプ装置によっ
て、又は拡散ポンプ＋ロータリポンプ装置もしくは追加
のターボ分子ポンプ＋背圧（ロータリ）ポンプによって
行うことができる。図面に示す装置の使用中、処理室１
の上部及び中央部内に典型的には約１×１０^-3以上の真
空を生じさせるように真空ポンプ装置を作動する。処理
室１を最初は１×１０^-5ミリバールまで減圧した。純粋
の酸素（反応ガスとして）及び純粋のアルゴン（プラズ
マガスとして）を処理室１に注入し、その結果、それら
の分圧はそれぞれ約３×１０^-4ミリバール、1 ×１０^-3
であった。３つの磁界コイル４、４、５をセットして約
２００ガウスの均一な磁界を生じさせ、アンテナ３を約
２ＫＷの基準電力及び１３．５６ＭＨｚにセットした。
これは、参照番号１０で示すように、処理室１全体に
（少なくとも処理室の上部及び中央部に）、支配的に励
起したアルゴンの相当均一な（ブルー／ピンク）色特性
のプラズマを生じさせ、磁界コイル列内に矢印１１で示
す円筒形の中央のプラズマの中央所定領域が主としてイ
オン化アルゴンプラズマの特性を示し、イオン化アルゴ
ンプラズマはプラズマヘリコン波であった。

【００１２】基板８／９をプラズマの正のアルゴンイオ
ンに対して負にバイアスすることによって、イオンがタ
ーゲットに当たり、いかなる磁石もないから、比較的均
一な方法で材料の表面をスパッタし、スパッタした材料
プラス処理室１内に存在する反応性ガスを形成する酸素
が基板に堆積する。本発明の方法はガラス基板にインジ
ウム（反応性ガスなし）及び酸化インジウム（反応性ガ
スと一緒に）を被覆するに巧く使用された。あらゆる場
合に、ターゲット材料の利用は発生したヘリコンプラズ
マの使用によって大変改善され、ターゲットと関連した
磁石の必要を除去する。本発明はまたすべす磁性材料で
ある鉄、ニッケル及びコバルトのコーティングを付着さ
せるのに使用された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を行うことができる室の概略断面
を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気した室の中にプラズマを形成し、 スパッターすべき材料源を準備し、 被覆すべき基板を室内に置き、 スパッターされた材料をプラズマの中に通し、基板に堆
   積させることからなる、スパッターリングによって薄い
   皮膜コーティングを堆積させる方法において、 プラズマをヘリコン波によって発生させることを特徴と
   する上記方法。
2. 【請求項２】 ヘリコン波を１３．５６ＭＨｚの高周波
   を使用して生じさせる、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 室内の圧力は１０^-2乃至１０^-3ミリバー
   ルである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 室内に存在する気体元素又は化合物をス
   パッターされた材料と協同して体積させる反応性スパッ
   ターリングからなる上記請求項のいずれか１項に記載の
   方法。
5. 【請求項５】 実質的に均一な磁界が磁界コイルによっ
   て室の所定領域内に作られる、上記請求項のいずれか１
   こうに記載の方法。
6. 【請求項６】 少なくとも３つの磁界コイルが室の関係
   部分の長さに沿って間隔を隔てて設けられる、請求項５
   に記載の方法。