JPH06220631A - マイクロ波強化スパッタリング装置 - Google Patents
マイクロ波強化スパッタリング装置Info
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- JPH06220631A JPH06220631A JP5237343A JP23734393A JPH06220631A JP H06220631 A JPH06220631 A JP H06220631A JP 5237343 A JP5237343 A JP 5237343A JP 23734393 A JP23734393 A JP 23734393A JP H06220631 A JPH06220631 A JP H06220631A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
- C23C14/357—Microwaves, e.g. electron cyclotron resonance enhanced sputtering
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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- H01J37/32192—Microwave generated discharge
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- H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
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-
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/80—Apparatus for specific applications
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波強化スパッタリング装置を提供す
ることである。 【構成】 本スパッタリング装置においては、ハウジン
グ内にマグネトロン陰極が配置され、またターゲットが
下地と対向している。ターゲットの両側にはそれぞれ、
空洞共振器に結合されている導波管からなるマイクロ波
入口が設けられている。導波管は、マイクロ波がターゲ
ット表面に平行に伸びるように実現されている。ターゲ
ットの周囲には第１の磁石コイルが巻かれていて第１の
磁界を生成し、導波管のＬ字形端の周囲には第２の磁石
コイルが巻かれている。
ることである。 【構成】 本スパッタリング装置においては、ハウジン
グ内にマグネトロン陰極が配置され、またターゲットが
下地と対向している。ターゲットの両側にはそれぞれ、
空洞共振器に結合されている導波管からなるマイクロ波
入口が設けられている。導波管は、マイクロ波がターゲ
ット表面に平行に伸びるように実現されている。ターゲ
ットの周囲には第１の磁石コイルが巻かれていて第１の
磁界を生成し、導波管のＬ字形端の周囲には第２の磁石
コイルが巻かれている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波強化スパッタ
リング装置に関する。
リング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの技術分野においては薄い層を付着
させることが要求される。例えば特別な特性を与えるた
めにガラス板を被膜したり、それ程貴ではない材料製の
時計のケースを貴材料の層で被膜したりする。
させることが要求される。例えば特別な特性を与えるた
めにガラス板を被膜したり、それ程貴ではない材料製の
時計のケースを貴材料の層で被膜したりする。
【０００３】薄い層を下地（もしくはサブストレート）
に付着させるための種々のプロセスは既に示唆されてい
るところであり、これらのプロセスの中のプラズマによ
る電気めっき及び被膜だけを説明することにする。プラ
ズマによる被膜は、様々な材料が被膜材料として使用で
きるために近年益々重要になってきている。
に付着させるための種々のプロセスは既に示唆されてい
るところであり、これらのプロセスの中のプラズマによ
る電気めっき及び被膜だけを説明することにする。プラ
ズマによる被膜は、様々な材料が被膜材料として使用で
きるために近年益々重要になってきている。
【０００４】被膜に適するプラズマを発生させるための
種々のプロセスも示唆されている。これらのプロセスの
中でスパッタリングとも呼ばれる陰極スパッタリングプ
ロセスは、その高い被膜速度の故に極めて興味深いもの
である。もしスパッタされる陰極の前の領域にマイクロ
波を放射すれば、被膜速度を更に増加させることができ
る。
種々のプロセスも示唆されている。これらのプロセスの
中でスパッタリングとも呼ばれる陰極スパッタリングプ
ロセスは、その高い被膜速度の故に極めて興味深いもの
である。もしスパッタされる陰極の前の領域にマイクロ
波を放射すれば、被膜速度を更に増加させることができ
る。
【０００５】マイクロ波強化スパッタリングのための幾
つかの装置が公知である（例えば、US-A-4,610,770、US
-A-4,721,553、DE-A-3,920,834）。これらの装置では、
マイクロ波は下地表面に平行に、または直角か任意の角
度でプラズマ領域に導かれる。マグネトロンの磁界とマ
イクロ波との協働によって電子サイクロトロン共振（Ｅ
ＣＲ）が確立され、これがプラズマ粒子の電離を増倍さ
せる。
つかの装置が公知である（例えば、US-A-4,610,770、US
-A-4,721,553、DE-A-3,920,834）。これらの装置では、
マイクロ波は下地表面に平行に、または直角か任意の角
度でプラズマ領域に導かれる。マグネトロンの磁界とマ
イクロ波との協働によって電子サイクロトロン共振（Ｅ
ＣＲ）が確立され、これがプラズマ粒子の電離を増倍さ
せる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら公知の殆
どの装置の欠点は、下地の領域程には粒子の励振を必要
としないスパッタ陰極の付近にＥＣＲ状態が発生するこ
とである。この欠点を解消するために、DE-A-3,920,834
による装置ではマイクロ波を下地上に放射し、下地自体
を永久磁石の磁力線が通過するようにしてある。このよ
うにすると下地の直上にＥＣＲ状態が実現される。しか
しながらこの公知の装置では、所与の最低電圧以上で且
つ所与の最低圧力以上にしなければプラズマ放電を発生
させることができない。ターゲット表面に極めて強い磁
界を印加したとしても、プラズマ点弧電圧をそれ以上低
下させることはできない。しかしながらこのような高い
放電電圧は、例えば不活性ガスが下地構造内に含浸され
るような望ましくない効果、または放射破壊をもたら
す。
どの装置の欠点は、下地の領域程には粒子の励振を必要
としないスパッタ陰極の付近にＥＣＲ状態が発生するこ
とである。この欠点を解消するために、DE-A-3,920,834
による装置ではマイクロ波を下地上に放射し、下地自体
を永久磁石の磁力線が通過するようにしてある。このよ
うにすると下地の直上にＥＣＲ状態が実現される。しか
しながらこの公知の装置では、所与の最低電圧以上で且
つ所与の最低圧力以上にしなければプラズマ放電を発生
させることができない。ターゲット表面に極めて強い磁
界を印加したとしても、プラズマ点弧電圧をそれ以上低
下させることはできない。しかしながらこのような高い
放電電圧は、例えば不活性ガスが下地構造内に含浸され
るような望ましくない効果、または放射破壊をもたら
す。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って本発明は、マグネ
トロン陰極放電の動作範囲を、低放電電圧及び作業圧力
の両者または何れか一方に向けて拡張しようとするもの
である。
トロン陰極放電の動作範囲を、低放電電圧及び作業圧力
の両者または何れか一方に向けて拡張しようとするもの
である。
【０００８】上記課題を解決するマイクロ波強化スパッ
タリング装置は、ａ）真空室と、ｂ）この真空室内にあ
って、電源に接続されている電極に接続されているター
ゲットと、ｃ）磁界がターゲットから出て再びその中へ
入るようにする磁石装置と、ｄ）ターゲットの領域内に
案内されるマイクロ波とを具備し、ｅ）電磁石をターゲ
ットの周囲に配置したことを特徴とする。
タリング装置は、ａ）真空室と、ｂ）この真空室内にあ
って、電源に接続されている電極に接続されているター
ゲットと、ｃ）磁界がターゲットから出て再びその中へ
入るようにする磁石装置と、ｄ）ターゲットの領域内に
案内されるマイクロ波とを具備し、ｅ）電磁石をターゲ
ットの周囲に配置したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明がもたらす利点は、特に、低陰極電圧に
おいて高いプラズマ密度と比較的低い粒子エネルギ放電
を可能ならしめたことである。放電開始点における圧力
も極めて低い。更に、反応プロセスの場合には反応粒子
の付勢によって反応ガス分圧の顕著な低下がもたらされ
る。例えば反応ガスとして酸素を使用するのであれば、
望ましくない後方スパッタリング効果が低下する。
おいて高いプラズマ密度と比較的低い粒子エネルギ放電
を可能ならしめたことである。放電開始点における圧力
も極めて低い。更に、反応プロセスの場合には反応粒子
の付勢によって反応ガス分圧の顕著な低下がもたらされ
る。例えば反応ガスとして酸素を使用するのであれば、
望ましくない後方スパッタリング効果が低下する。
【００１０】
【実施例】以下に添付図面を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１１】図１は、プラズマ室１の一部を示し、その
ハウジング２は極く一部だけが示されている。このハウ
ジング２内では、被膜すべき下地３が支持具４の上に配
置されている。支持具４は電線５を通して電源６の正極
に接続されている。下地３のための取付具として役立っ
ている支持具４を静止して配置する必要がないことは明
白である。本実施例のこの支持具は、インライン設備に
おいては一般的であるように、可動キャリヤであっても
よい。また支持具４を必ずしも正電位に接続する必要は
なく、電気的に絶縁された素子として実現しても、また
は分離した電圧源に接続しても差し支えない。分離した
電圧源を使用する場合にはそれの援助によってバイアス
電圧を設定することができ、下地３に衝突する粒子の数
及びエネルギを合理的に制御することが可能になる。
ハウジング２は極く一部だけが示されている。このハウ
ジング２内では、被膜すべき下地３が支持具４の上に配
置されている。支持具４は電線５を通して電源６の正極
に接続されている。下地３のための取付具として役立っ
ている支持具４を静止して配置する必要がないことは明
白である。本実施例のこの支持具は、インライン設備に
おいては一般的であるように、可動キャリヤであっても
よい。また支持具４を必ずしも正電位に接続する必要は
なく、電気的に絶縁された素子として実現しても、また
は分離した電圧源に接続しても差し支えない。分離した
電圧源を使用する場合にはそれの援助によってバイアス
電圧を設定することができ、下地３に衝突する粒子の数
及びエネルギを合理的に制御することが可能になる。
【００１２】下地３に対向してスパッタ電極７が設けら
れ、電極７は陰極タブ８に接続されている。陰極タブ８
は電源６の負極に接続されている。陰極タブ８は電気絶
縁体９、１０の上に載っている。絶縁体９、１０自体は
ハウジング２の上側１１の凹みの中に埋込まれ、封止リ
ング４４、４５が設けられている。
れ、電極７は陰極タブ８に接続されている。陰極タブ８
は電源６の負極に接続されている。陰極タブ８は電気絶
縁体９、１０の上に載っている。絶縁体９、１０自体は
ハウジング２の上側１１の凹みの中に埋込まれ、封止リ
ング４４、４５が設けられている。
【００１３】陰極タブ８内には、ヨーク１３を有する３
つの永久磁石１４、１５、１６が配置されている。スパ
ッタ陰極７の両側にはそれぞれ１つの導波管１７、１８
が設けられ、これらの導波管の長手方向軸はスパッタ陰
極７の表面に平行に伸び、Ｌ字形金属シート１９、２０
で終端している。Ｌ字形金属シート１９、２０は、陽極
として機能する陰極遮蔽箱の前部分であり、この領域の
分布ダイヤフラムを表している。両導波管１７、１８は
90 °のベンド２１、２２を有し、これらのベンドにお
いて導波管は上方へ曲げられ、フランジ２３、２４を介
して空洞共振器２５、２６に結合されている。空洞共振
器２５、２６と導波管１７、１８との間には石英窓２
９、３０が設けられ、マイクロ波はこれらの窓を通して
進入することができるようになっている。これらの石英
窓２９、３０は、圧力に関してプラズマ室即ち真空室１
を外部環境から分離している。
つの永久磁石１４、１５、１６が配置されている。スパ
ッタ陰極７の両側にはそれぞれ１つの導波管１７、１８
が設けられ、これらの導波管の長手方向軸はスパッタ陰
極７の表面に平行に伸び、Ｌ字形金属シート１９、２０
で終端している。Ｌ字形金属シート１９、２０は、陽極
として機能する陰極遮蔽箱の前部分であり、この領域の
分布ダイヤフラムを表している。両導波管１７、１８は
90 °のベンド２１、２２を有し、これらのベンドにお
いて導波管は上方へ曲げられ、フランジ２３、２４を介
して空洞共振器２５、２６に結合されている。空洞共振
器２５、２６と導波管１７、１８との間には石英窓２
９、３０が設けられ、マイクロ波はこれらの窓を通して
進入することができるようになっている。これらの石英
窓２９、３０は、圧力に関してプラズマ室即ち真空室１
を外部環境から分離している。
【００１４】永久磁石１４、１５、１６のＮ極及びＳ極
の特別な構成によって円弧状の磁力線３１、３２が形成
され、マイクロ波が照射されると電子サイクロトロン共
振が発生する。導波管１７、１８は、Ｌ字形金属シート
１９、２０を通してターゲット７と下地３との間の領域
内へマイクロ波エネルギを直接導く。この領域において
マイクロ波は存在するガスに吸収される。ガス入口（図
示してない）を通して例えばアルゴンのような不活性ガ
ス、及び例えば酸素のような反応ガスの両者または何れ
か一方を導入できることは明白である。
の特別な構成によって円弧状の磁力線３１、３２が形成
され、マイクロ波が照射されると電子サイクロトロン共
振が発生する。導波管１７、１８は、Ｌ字形金属シート
１９、２０を通してターゲット７と下地３との間の領域
内へマイクロ波エネルギを直接導く。この領域において
マイクロ波は存在するガスに吸収される。ガス入口（図
示してない）を通して例えばアルゴンのような不活性ガ
ス、及び例えば酸素のような反応ガスの両者または何れ
か一方を導入できることは明白である。
【００１５】図１に示す構成では、例えば１μバールの
圧力においてグロー放電を生じさせるのに低電圧の電源
６で十分である。もし反応ガスを使用していれば、反応
分圧を大幅に低下させることができ、反応ガスが酸素で
ある場合には望ましくない後方スパッタリングの効果が
低下する。これは、高温超電導体で、またはインジウム
または錫酸化物層で被膜する場合に特に重要である。
圧力においてグロー放電を生じさせるのに低電圧の電源
６で十分である。もし反応ガスを使用していれば、反応
分圧を大幅に低下させることができ、反応ガスが酸素で
ある場合には望ましくない後方スパッタリングの効果が
低下する。これは、高温超電導体で、またはインジウム
または錫酸化物層で被膜する場合に特に重要である。
【００１６】これを強化する積極的な方策として第１の
電磁石４０及び第２の電磁石４１が設けられている。第
１の電磁石４０はターゲット７の周囲に環状に配置され
ているのに対して、第２の電磁石４１は導波管１７、１
８の端に、特定的にはＬ字形金属シート１９、２０の周
囲に配置されている。図１の電磁石４０、４１は矩形の
断面を有している。しかしながら、実際には電磁石の断
面は方形であることが好ましい。
電磁石４０及び第２の電磁石４１が設けられている。第
１の電磁石４０はターゲット７の周囲に環状に配置され
ているのに対して、第２の電磁石４１は導波管１７、１
８の端に、特定的にはＬ字形金属シート１９、２０の周
囲に配置されている。図１の電磁石４０、４１は矩形の
断面を有している。しかしながら、実際には電磁石の断
面は方形であることが好ましい。
【００１７】環状の代わりに、電磁石４０、４１はター
ゲット７の周囲に、または金属シート１９、２０の周囲
に矩形状に配置することもできる。
ゲット７の周囲に、または金属シート１９、２０の周囲
に矩形状に配置することもできる。
【００１８】図２は、図１に示す装置に不可欠な部分を
斜視図で示す。マイクロ波５０は発振器（図示してな
い）から分配器５１内へ導かれ、そこからポート５２、
５３を介して空洞共振器２５、２６内へ進む。更にマイ
クロ波は空洞共振器２５、２６から石英窓２９、３０を
通して導波管１７、１８へ導かれ、そこからターゲット
７の直下に電子サイクロトロン共振を実現することが可
能になる。
斜視図で示す。マイクロ波５０は発振器（図示してな
い）から分配器５１内へ導かれ、そこからポート５２、
５３を介して空洞共振器２５、２６内へ進む。更にマイ
クロ波は空洞共振器２５、２６から石英窓２９、３０を
通して導波管１７、１８へ導かれ、そこからターゲット
７の直下に電子サイクロトロン共振を実現することが可
能になる。
【００１９】空洞共振器２５、２６の石英窓２９、３０
にそれぞれ密着している壁２７、２８には、共振器２
５、２６内で発生する定在波の半波長の距離だけ離間し
たスリット３４、３５が設けられており、これらのスリ
ットを通してマイクロ波が出て行く。
にそれぞれ密着している壁２７、２８には、共振器２
５、２６内で発生する定在波の半波長の距離だけ離間し
たスリット３４、３５が設けられており、これらのスリ
ットを通してマイクロ波が出て行く。
【００２０】コイル４０、４２及び４１、４３は一緒に
なって１つの総合的な構造を構成しており、この構造に
よりターゲット表面に平行な概ね均一な磁界が陰極８の
マグネトロン磁界に畳重される。この型の磁界において
は、電子はマイクロ波と極めて効果的に相互作用するこ
とができる。これによりプラズマのさらなる電離がもた
らされる。更に、プラズマの分布が全体的により一層均
一になり、このことがまたターゲットの利用率をより高
めることになる。
なって１つの総合的な構造を構成しており、この構造に
よりターゲット表面に平行な概ね均一な磁界が陰極８の
マグネトロン磁界に畳重される。この型の磁界において
は、電子はマイクロ波と極めて効果的に相互作用するこ
とができる。これによりプラズマのさらなる電離がもた
らされる。更に、プラズマの分布が全体的により一層均
一になり、このことがまたターゲットの利用率をより高
めることになる。
【００２１】図３は、図２の一部の詳細図であって、例
えば 2.45 GHz の空洞共振器２５のような空洞共振器の
壁２７に設けられたスリット３４、３５の精密な位置を
示している。これらのスリット３４、３５は 90 °の角
度をなし、中心間距離はλ/2である。これらのスリット
３４、３５は、壁２７に対して 45 °傾斜している。後
壁２７は、導波管即ち空洞共振器２５のダイヤフラム３
６と見ることができる。図３に示す壁２７は上方及び下
方の両方または何れか一方に伸び、すべてがその隣接す
るスリットからλ/2離間している他の複数のスリットを
含むことができることを理解されたい。従って長い構造
では、スリットは周期的に繰り返されることになる。ス
リットから出るマイクロ波強度は、共振器内のスリット
間の多少は収縮するダイヤフラム３６を介して制御する
ことができる。
えば 2.45 GHz の空洞共振器２５のような空洞共振器の
壁２７に設けられたスリット３４、３５の精密な位置を
示している。これらのスリット３４、３５は 90 °の角
度をなし、中心間距離はλ/2である。これらのスリット
３４、３５は、壁２７に対して 45 °傾斜している。後
壁２７は、導波管即ち空洞共振器２５のダイヤフラム３
６と見ることができる。図３に示す壁２７は上方及び下
方の両方または何れか一方に伸び、すべてがその隣接す
るスリットからλ/2離間している他の複数のスリットを
含むことができることを理解されたい。従って長い構造
では、スリットは周期的に繰り返されることになる。ス
リットから出るマイクロ波強度は、共振器内のスリット
間の多少は収縮するダイヤフラム３６を介して制御する
ことができる。
【図１】マグネトロン陰極及びマイクロ波照射を有する
プラズマ室の概要断面図である。
プラズマ室の概要断面図である。
【図２】プラズマ室内のマイクロ波の放射領域の斜視図
である。
である。
【図３】ＴＥ10空洞共振器内のスリット構造図である。
１ プラズマ（真空）室 ２ ハウジング ３ 下地 ４ 支持具 ５ 電線 ６ 電源 ７ スパッタ電極（ターゲット） ８ 陰極タブ ９、１０ 電気絶縁体 １１ ハウジングの上側 １３ ヨーク １４、１５、１６ 永久磁石 １７、１８ 導波管 １９、２０ Ｌ字形金属シート ２１、２２ ベンド ２３、２４ フランジ ２５、２６ 空洞共振器 ２７、２８ 壁 ２９、３０ 石英窓 ３１、３２ 磁力線 ３４、３５ スリット ３６ ダイヤフラム ４０、４２ 第１の電磁石（コイル） ４１、４３ 第２の電磁石（コイル） ４４、４５ 封止リング ５０ マイクロ波 ５１ 分配器 ５２、５３ ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローランド ゲシェ ドイツ連邦共和国 Ｄ−63500 ゼーリゲ ンシュタット フライヘル−フォム−シュ タイン−リング 26
Claims (9)
- 【請求項１】 真空室と、この真空室内にあって、電源
に接続されている電極に接続されているターゲットと、
磁界が前記ターゲットから出て再びその中へ入るように
する磁石装置と、前記ターゲットの領域内に案内される
マイクロ波とを具備し、電磁石を前記ターゲットの周囲
に配置したことを特徴とするマイクロ波強化スパッタリ
ング装置。 - 【請求項２】 マイクロ波が互いにある距離離間して配
置されている２つの空洞共振器内へ供給され、これらの
共振器からターゲットの前の領域に導びかれることを特
徴とする請求項１に記載のマイクロ波強化スパッタリン
グ装置。 - 【請求項３】 第１の導波管及び第２の導波管が設けら
れており、マイクロ波に対して透過性の窓が両導波管の
間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
マイクロ波強化スパッタリング装置。 - 【請求項４】 前記磁石装置が、ヨークによって互いに
接続されている３つの個々の磁石からなることを特徴と
する請求項１に記載のマイクロ波強化スパッタリング装
置。 - 【請求項５】 前記磁石装置及びヨークが、ある電位に
接続されている陰極タブ内に配置されていることを特徴
とする請求項１に記載のマイクロ波強化スパッタリング
装置。 - 【請求項６】 前記陰極タブが、絶縁体を介して真空室
のハウジングに結合されていることを特徴とする請求項
５に記載のマイクロ波強化スパッタリング装置。 - 【請求項７】 前記第２の導波管がその端に突起を含
み、その周囲に第２の電磁石が配置されていることを特
徴とする請求項３に記載のマイクロ波強化スパッタリン
グ装置。 - 【請求項８】 前記マイクロ波が、前記第１の導波管か
らスリットを通して前記第２の導波管へ導かれることを
特徴とする請求項３に記載のマイクロ波強化スパッタリ
ング装置。 - 【請求項９】 λをマイクロ波の波長として、スリット
の中心が互いにλ/2の距離離間していることを特徴とす
る請求項８に記載のマイクロ波強化スパッタリング装
置。
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