JP3431174B2 - サブストレートのコーティング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空内内でサブストレ
ートをコーティングする装置であって、前記真空室内に
配置されたサブストレート保持体と、プラズマの霧を発
生させる装置と、プラズマの霧をサブストレートの表面
に導く磁石とを有し、プラズマの霧を発生させる前記装
置が、管形の陽極の後置された電子エミッタを有し、前
記陽極がプラズマを点火するプロセスガスの入口を備え
かつプラズマを前記陽極を通してプロセス室内へ方向づ
けて導く磁石を備えており、さらにサブストレートの上
にコーティングを生じさせる材料の原子、分子、クラス
タを造出する装置、有利には電子ジェット蒸発器又は熱
的な蒸発器がプラズマ発生装置のすぐ横にサブストレー
ト保持体と向かい合った位置に配置され、原子、分子、
クラスタを造出する前記装置から、蒸発させられた又は
放散された材料がサブストレートに直接付着させられる
形式のものに関する。

【０００２】

【従来技術】イオンジェット発生器付きプラズマ発生器
は既に公知である（Ｄ．Ｍ．ケンベル、Ｇ．キャンベ
ル、Ｒ．Ｗ．コンの論文参照。“ジャーナル・オブ・ニ
ュークリァ・マテリアルズ”誌、１２１（１９８４）、
２７７〜２８２、ノース・ホランド・フィジクス・パブ
リッシング・ディビジョン、アムステルダム）。このプ
ラズマ発生器は、真空室と接続された別個の室内に配置
されており、この別個のほぼ円筒形の室の壁部が陽極を
形成し、プロセスガス用の入口接続管を備えている。円
筒形の室は、環状の磁気コイルにより取囲まれ、室壁冷
却用の管を備えている。電子エミッタ自体は、円筒形の
室の一端を閉じている、真空室本体と反対の側の壁部に
配置されている。

【０００３】更に、陰極スパッタリング装置も公知であ
る（ＤＥ−ＯＳ３８３０４７８）。この装置では、真空
室が、プラズマジェット発生器と接続されており、かつ
また磁石と協働するターゲットを有している。真空室に
は、また、ターゲットの表面に当って粒子を分離する、
プラズマジェット内のイオンを加速する装置やサブスト
レート保持体が備えられている。この保持体は、サブス
トレートを真空室内で保持して、飛散する粒子をサブス
トレートに付着させるのに役立つ。更にまた、真空室に
は、プラズマジェットの少なくとも１つの線条又は部分
ジェットをターゲットからサブストレートへとそらせる
装置、たとえば磁石ユニットが備えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、冒頭に述べた形式の金属性又は誘電性の材料をコ
ーティングするための装置の能力を高めかつ蒸発材料の
付加的なイオン化を可能にし、ひいてはコーティング特
性を高めることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は、電子ジェット蒸発器の坩堝がプラズマのための陽
極をかつプラズマ発生装置の陰極管がプラズマのための
陰極を形成するようにプラズマ放電装置の陰極と陽極と
に接続されたＤＣ電網装置によって、プラズマ発生装置
と真空室との間に電位差をかけることにより、電子ジェ
ット蒸発器の坩堝とプラズマ発生装置との間にプラズマ
が発生させられるようになっており、この場合、磁界被
覆に対するプラズマ放電の電子の直接的な接続のため
に、前記坩堝に隣り合って、暗部被覆に開口が設けられ
ており、該磁界被覆自体が陽極管に導電的に接続されて
いることによって解決された。

【０００６】本発明の更に別の構成、細部、特徴は、請
求項２以下の各項に記載してある。

【０００７】

【実施例】本発明には極めて種々の実施例が可能であ
る。そのうちの１つを添付図面に略示してある。

【０００８】本発明は、絶縁材又は金属であることがで
きる薄層の層特性を加減する装置と方法に関するもので
ある。

【０００９】この種の薄層が、保持体３０の保持するサ
ブストレート３１，３１′…に、真空室２内で蒸着又は
スパッタリングにより被覆される。この方法自体は、プ
ラズマを用いるプロセスを含んでおり、このプロセスの
さい、造成されてゆく薄層の特性は、プラズマ縁部の層
３２からのイオンの衝撃により加減される。

【００１０】本発明の装置は、全体を符号２９で示した
プラズマ発生装置（ＡＰＳ源）を有している。このプラ
ズマ発生装置２９内で、必要なプラズマ２８が発生せし
められ、適宜の磁界及び電界の助けにより装置２９から
抽出される。

【００１１】抽出後、プラズマ２８は、適宜の磁界に助
けられて装置２９からサブストレート保持体３０へ案内
され、拡散されて、保持体３０の区域に出来るかぎり均
等に分配される。プラズマ２８のイオンは、導管２０，
２１を介してプラズマ発生装置２９内へ導入されるガス
のイオンにより形成されるか、ないしは、イオン化され
た蒸着材料３３ないしはスパッタ材料から分裂せしめら
れる。これらの材料は、プラズマを横切るさいにイオン
化される。

【００１２】サブストレート保持体３０は、真空室２に
対して絶縁しておくか、もしくはスイッチ５７を介して
ＤＣパワーパック３５，４２又は（及び）ＨＦパワーパ
ック３４に接続しておく。このサブストレート保持体３
０は、蒸着防止部材２５を有することができ、この部材
により、絶縁材料のコーティング時に保持体３０の面の
一部が、この絶縁材料で被覆されるのを防止し、電荷を
保持体３０を介して放電することができる。

【００１３】真空室には、更に、薄層を生ぜしめる材料
の原子ないし分子、又はクラスタを生ぜしめる装置が備
えられている。図示の実施例の場合、この装置は、電子
ジェット蒸発器３７である。しかし、この装置は熱蒸発
器、ＨＦ又はＤＣスパッタリング陰極、イオンジェット
・スパッタリング陰極のいずれかでもよい。

【００１４】真空室には、更に、反応ガス、たとえばＯ
₂及びＮ₂を取入れるガス入口１９が設けられ、プラズマ
２８をプラズマ発生装置２９からサブストレート保持体
３０へ案内し、保持体３０の個所でプラズマ密度を適宜
に分配する電磁コイル４，７ないし２６，２７のシステ
ムが設けられている。

【００１５】真空室は、更に、一組の蒸着防止部材２５
を有し、これにより絶縁材料のコーティング時に荷電の
粒子の放電が可能になる。

【００１６】コーティング装置には、全体として符号２
９で示されているプラズマ発生装置（ＡＰＳ源）、すな
わち、薄層の層特性を加減するためのプラズマの霧を発
生させる装置が含まれている。

【００１７】このプラズマ発生装置２９内で、プラズマ
２８を発生させるため、高熱のグロー放電が生ぜしめら
れる。プラズマ発生装置２９は、そのために真空室に対
して絶縁された陰極ないし電子エミッタ１１を有してい
る。陰極１１は、たとえば黒鉛製のヒータ１２を備えて
いる。ヒータ１２は陰極１１の熱放射を介して間接的に
加熱を行なう。陰極１１は、加熱状態で電子の放出を可
能にする材料、たとえば６硼化シラン（ＬａＢ₆）から
成っている。陰極１１自体は、円筒形部分と、ふた状部
分とから成っているので、電子の放出は、プラズマ発生
装置の軸線に対し半径方向にも軸線方向にも、図示の例
では垂直方向にも、可能である。

【００１８】プラズマ発生装置２９には、加えて、真空
室と陰極１１とに対して絶縁された管状の陽極３８が備
えられている。この陽極は、たとえば、水の通る冷却蛇
管８を有している。電流は、同じく真空室に対して絶縁
された冷却管２２を介して流される。

【００１９】プロセスガス自体は、たとえばＡｒなどの
希ガス、又はＯ₂などの反応ガス、あるいは又両者の混
合物を用いる。双方のガス供給管２０，２１は、真空室
自体と電気絶縁されている。

【００２０】更に、プラズマ発生装置２９には、２つの
水冷式大電流ブッシング３９，４０と、管状陽極３８の
上にはめ込まれているソレノイド磁石７とが備えられて
いる。この磁石７は、プラズマ発生装置２９の垂直軸線
と平行に軸方向磁界を生じさせる。

【００２１】この磁石７により、電子の可動性が、半径
方向では著しく低減せしめられ、垂直方向では著しく高
められる。長いソレノイド磁石７の上端には、短いソレ
ノイド４が付加されており、このソレノイド４が長いソ
レノイド磁石７の端部の磁界を強化する。こうすること
で、この磁界は一層均質になる。なぜなら、一方のソレ
ノイドの軸方向磁界は、その中心から端部に向って半減
するからである。プラズマ発生装置２９から真空室内へ
のプラズマ２８の抽出は、したがって、前述の配置によ
って改善される。

【００２２】プラズマ発生装置２９の、長尺のソレノイ
ド磁石７には、弱磁性材料製の円筒形被覆管５がかぶせ
られている。この被覆管５は、プラズマ２８が発生装置
２９内で、真空室内に発生しうる漂遊磁界（たとえば電
子ジェット蒸発器に起因する）に妨害されないようにす
るのに役立っている。プラズマ発生装置２９には、加え
て、暗部被覆３が設けられ、発生装置２９の外部に、望
ましくない副次プラズマが発生しないようにされてい
る。

【００２３】プラズマ発生装置２９とサブストレート保
持体３０とは、それぞれパワーパック３４，３５，４２
に接続可能である。発生装置２９の機能形式やプラズマ
２８の特性は、このパワーパックにより決定可能であ
る。加えて、陰極１１のヒータ１２用の特別の加熱器４
１が備えられている。

【００２４】更に、発生装置２９は、放電電流用の給電
源ないしパワーパック３５を有している。この放電電流
により陰極１１と陽極３８との間、ないしは真空室２と
サブストレート保持体３０との間の電位差が確定され
る。

【００２５】発生装置２９には、最後に、電圧供給源な
いしパワーパック４２が備えられている。この供給源４
２により、たとえば発生装置２９と真空室２又は保持体
３０との間に“バイアス”電位差を生ぜしめることがで
きる。それによって、サブストレート３１，３１′…に
衝突するイオンのエネルギーとプラズマ電位とに影響を
与えることができる。

【００２６】サブストレート保持体３０には、高周波電
圧供給源ないしパワーパック３４が備えられ、この供給
源により、絶縁サブストレート３１，３１′…にもプラ
ズマ２８に対する付加的なＤＣバイアス電圧をかけるこ
とでサブストレート３１，３１′…に衝突するイオンの
エネルギー及び電流強度を高めることができる。

【００２７】図示の回路設定の場合、プラズマ発生装置
は、“反射アーク”源として働いている。管状陽極３８
は、放電給電源３５のプラス極と直接に接続されてい
る。このため、放電電流は、陽極３８を介してのみ流れ
ることができる。プラズマ発生装置２９は、真空室の他
の部分に対して絶縁配置されている。陰極１１から放出
される電子は、ソレノイド磁石７の軸方向磁界により、
直接に陽極３８に達するのが阻止され、磁界線に沿って
発生装置２９から出て、プラズマ２８を生じさせる。発
生装置２９全体は、この目的のために、真空室の他の部
分に対してプラスの電位となるように調節される。この
結果、電界が形成され、この電界により発生装置２９の
外で電子が反射され、電界線に沿って陽極３８へ戻され
る。

【００２８】この動作形式の場合、サブストレート保持
体２０は、たとえばイオンめっき法の場合のようにマイ
ナスのバイアス電位になるようには調節しない。サブス
トレート保持体３０は、＋２Ｖから＋５Ｖの範囲に調節
するのが通例である。その場合、イオンのエネルギー
は、陽極３８と保持体３０との間の電位差を介して得ら
れる。

【００２９】この場合の代表的な数値： Ｐａｒ＝２・１０^-4mbarプラズマ発生装置内 Ｐｏ₂＝４・１０^-4mbar真空室内 Ｕ陰極−陽極＝６０Ｖ Ｕ陽極−真空室＝＋７５Ｖ Ｉ放電＝４５Ａ 図から分かるように、管状陽極３８も中空円筒形の磁界
被覆５も、セラミック製の絶縁板６の上に配置されてい
る。絶縁板６は、銅製の接触板１６に支えられている。

【００３０】ヒータ１２は、クランプリング１３を介し
て帽子状の電子エミッタ、すなわち陰極１１と固定結合
されている。その場合、２個の接触ボルト１４，１５が
備えられており、これらの接触ボルトを介して、ヒータ
１２が、一方では接触板１６に、他方では接触ピン４７
に支えられている。

【００３１】接触板１６は、ピン１７を介して大電流ブ
ッシング３９と接続されている。ブッシング３９は、絶
縁体５３を介して真空室２の壁部に保持され、加えて、
水の通る冷却管２３を有している。接触板１６は、大電
流ブッシング４０に対しセラミック製リング１８により
電気絶縁されている。このブッシング１８も冷却管２４
を有し、ピン４７を介して接触ボルト１４に導電接触し
ている。大電流ブッシング４８は、絶縁体５５を介して
真空室の底部に保持され、水の通る冷却管２２を取囲ん
でいる。冷却管２２はＤＣエリミネータ３５と接続され
ている。管２０，２１は、入口接続管９ないし１０と接
続され、双方が、電気絶縁チューブ中間片５０ないし５
１を有している。

【００３２】真空室２の底部のプラズマ発生装置２９の
横に配置された蒸発器３７は、架構４６と、蒸発するコ
ーティング材料を入れた、架構上側に保持されている坩
堝４５と、材料を融解し蒸発させる電子銃４４と、電子
ジェットの方向を整えるフィルタ５６とを有している。
したがって蒸発させるために電子ジェット蒸発器３７を
使用すると、坩堝４５内に蒸発のために存在している材
料は、電子銃４４で生ぜしめられる電子が打込まれるこ
とによって溶融される。この場合には溶融しようとする
材料に電子が打込まれることで２次電子が発生させられ
る。真空室２と同じ電気的なポテンシャルにある電子ジ
ェット蒸発器３７の近くに例えばＡＰＳ源２９を使用す
ると、前記２次電子の助けで、電子ジェット蒸発器３７
とＡＰＳ源２９の陽極管３８との間にプラズマが発生さ
せられる。この場合、ＡＰＳ源２９、ひいては陽極管３
８はバイアス電網装置４２と導線５８，５９との助けで
当該装置に対して相対的に高いポテンシャルが与えられ
る。この場合には同時に、ＡＰＳ源２９においてプラズ
マが発生させられかつ当該装置内へ搬送される。このた
めには暗部被覆３にて、電子ジェット蒸発器３７に正確
に向き合わせて開口６１を設ける必要がある。電子ジェ
ット蒸発器３７の坩堝４５から発生した電子６０は最短
距離で、陽極ポテンシャルにある磁界被覆５に達しかつ
プラズマ６０を発生させることができる。このようにし
て坩堝の上に発生させられたプラズマの霧は蒸発材料の
付加的なイオン化に役立つ。この結果、施された薄い層
のコーティング特性が改善されかつサブストレート保持
体に亘った分配の改善が得られる。何故ならばイオンは
プラズマと当該装置内にある磁界とを介してサブストレ
ート保持体へ導かれるからである。特別な実施例（図示
せず）においては図示の開口６１を特別に設けないで、
プラズマ流が坩堝４５から、暗部被覆３のカバー部分の
上方の中央開口内へ上から流入しかつ陽極管３８内へ直
接に達するようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコーティング装置の構成を略示した
図。

【符号の説明】

２ 真空室 ３ 暗部被覆 ４ ソレノイド ５ 磁界被覆 ６ セラミック製絶縁板 ７ ソレノイド磁石 ８ 冷却蛇管 ９ 入口接続管（酵素） １０ 入口接続管（アルゴン） １１ 陰極（６硼化ランタン）ないし電子エミッタ １２ 黒鉛製ヒータ １３ 接触ボルト １４，１５ 接触ピン １６ 接触板 １７ 接触ピン １８ セラミック製リング １９ 管（酸素及び（又は）窒素） ２０ 管（酸素及び（又は）窒素） ２１ 管（アルゴン） ２２，２３，２４ 水の通る冷却管 ２５ かさ状の多孔板 ２６，２７ 環状の磁気コイル ２８ プラズマの霧 ２９ プラズマ発生装置 ３０ サブストレート保持体ないし陽極 ３１，３１′… サブストレート ３２ 蒸着材料（スパッタ材料） ３４ ＨＦパワーパック、ないしＨＦ発生器 ３５ ＤＣパワーパック、ないしプラズマ供給源 ３６ 蒸着防止部材、ないしかさ状薄板ブランク ３７ 電子ジェット蒸発器 ３８ 管状の陽極 ３９，４０ 大電流ブッシング ４１ 供給源 ４２ 電圧供給源（バイアス電圧） ４３ プロセス室 ４４ 電子銃 ４５ 坩堝 ４６ 蒸発器架構 ４７ 接触ピン ４８ 大電流ブッシング ４９ 軸 ５０，５１ 絶縁中間チューブ片 ５２，５２′… 孔 ５３，５４，５５ 絶縁体 ５６ フィルタ ５７ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01J 37/32 H05H 1/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室（２）内でサブストレート（３
   １，３１′…）をコーティングする装置であって、前記
   真空室（２）内に配置されたサブストレート保持体（３
   ０）と、プラズマの霧（２８）を発生させる装置（２
   ９）と、プラズマの霧（２８）をサブストレート（３
   １，３１′…）の表面に向ける磁石（２６，２７）とを
   有し、プラズマの霧（２８）を発生させる前記装置（２
   ９）が後置された管状の陽極（３８）を備えた電子エミ
   ッタ（１１）を有し、前記管状の陽極（３８）がプラズ
   マを点火するためのプロセスガス用の入口（１０）を備
   えかつ前記管状の陽極（３８）が方向づけして該陽極
   （３８）を通してプラズマをプロセス室（４３）へ導く
   ための磁石（４，７）を備えており、サブストレート
   （３１，３１″…）の上に層を形成するための材料の原
   子、分子又はクラスタを発生させるための装置が、プラ
   ズマの霧を発生させるための前記装置（２９）のすぐ横
   に前記サブストレート保持体（３０）に向き合って配置
   されており、原子又は分子又はクラスタを発生させるた
   めの前記装置から蒸発させられた材料（３３）又は飛散
   させられた材料（３３）が直接的にサブストレート（３
   １，３１′…）へ供給される形式のものにおいて、電子
   ジェット蒸発器（３７）の坩堝（４５）がプラズマのた
   めの陰極をかつプラズマ源（２９）の陽極管（３８）が
   プラズマのための陽極を形成するようにプラズマ放電装
   置の陰極と陽極とに接続されたＤＣ電網装置によって、
   プラズマ源（２９）と真空室（２）との間に電位差を形
   成することにより、電子ジェット蒸発器（３７）の坩堝
   （４５）とプラズマ源（２９）との間にプラズマ（６
   ０）が発生させられるようになっており、この場合、磁
   界被覆（５）に対するプラズマ放電（６０）の電子の直
   接的な接続のために、前記坩堝（４５）に隣り合って、
   暗部被覆（３）に開口（６１）が設けられており、磁界
   被覆（５）自体が陽極管（３８）に導電的に接続されて
   いることを特徴とする、真空室内でサブストレート（３
   １，３１′…）をコーティングする装置。
2. 【請求項２】 ＤＣ電網装置（４２）が一方の極で第１
   の導電路（５８）を介し高電流通電部（４８）に接続さ
   れ、該高電流通電部（４８）自体は導電性の冷却媒体管
   （２２）を介してプラズマ源（２９）の陽極管（３８）
   に接続されており、この場合、ＤＣ電網装置（４２）が
   他方の極で第２の導電路（５９）を介して、蒸発器（３
   ７）の坩堝（４５）を支持している蒸発器フレーム（４
   ６）に接続されている、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 暗部被覆（３）の前記開口（６１）がフ
   ラップ（６２）により閉鎖可能でありかつ蒸発器フレー
   ム（４６）が導線を介して給電装置（４２）と接続され
   ている、請求項２記載の装置。