JPH08511830A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 真空室を使用するスパッタ被覆装置（１０）。基板（３）を取付け、その上でこの基板を移動させるように適合された移動可能な表面（２）が室内に設けられる。少くとも一つのマグネトロンスパッタリング装置（５）が、基板ホルダーに隣接する作業部所に配置され、基板上に少くとも一つの選択された材料をスパッタリングするように適合される。第一の装置によって形成されたプラズマを強化させるためのプラズマ（１１）を提供するために、少くとも一つの第二の装置（６）が、第一の装置に隣接して配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 スパッタリング装置関連出願 本出願は、１９９１年５月３１日出願で、既に放棄された米国特許出願第０７ ／７０９，０３５号の一部継続出願である。発明の技術分野 本発明は、スパッタターゲットにおいてプラズマを強化するための装置及び方 法、並びに基板上に附着させた選択された材料を反応させるために、この強化さ れたプラズマを使用する方法に関する。発明の背景 反応性ＤＣマグネトロンスパッタリングを使用して、金属化合物の薄膜を附着 させることは、以前から知られている。このような反応性スパッタリングのほと んどは、基板を金属ターゲットの上方に固定し、金属原子の附着と同時且つ同箇 所において、附着金属膜の結合が生じるという形態で達成されている。合理的な 附着速度で化学量論的膜を達成するには、次に、基板上の膜が完全に結合し、且 つスパッタターゲット表面はそうならないように、条件を慎重に平衡させること が必要である。これは、このようなターゲットの「被毒化」に よりスパッタ速度が顕著に低下し、しばしばターゲット表面にアークを発生させ ることとなるためである。 Hartsoughの米国特許第４，４２０，３８５号には、金属化合物を附着させる べき基板を、スパッタターゲットの上方と反応雰囲気中とに交互に通過させる技 術が開示されている。この方法では、金属原子の附着と膜の結合とが、少くとも 部分的に時間的且つ空間的に分離される。この分離の程度は、スパッタリング領 域と結合領域との間の雰囲気の遮断の度合いによる。 Hartsoughはまた、反応速度を加速するために、結合領域においてプラズマを 使用することを教示している。よって、例えば、結合（酸化）領域内の酸素がプ ラズマによって活性化されると、励起された酸素種は、基準状態のＯ₂分子より もはるかに容易に金属膜と反応するため、酸化物膜の附着が強化される。 Scobeyらは米国特許第４，８５１，０９５号において、Hartsoughの開示した 一般的装置の特定の実施態様を開示している。Hartsoughは附着領域と反応領域 との分離を、その分離の度合いについては特定又は限定することなく、広く開示 しており、反応領域において活性化プラズマを使用することの利点について教示 しているが、Scobeyらは、反応領域としての局所化したプラズマを開示し、この プラズマを物理的且つ雰囲気的に附着領域から分離することの必要性を強調して いる。実際、Scobeyらは、反応領域と附着領域との物理的且つ雰囲気的分離を強 調している点で、Hartsoughの教示と は異なる。 上記の先行技術を実施による不可避的な結果として、いくつかの欠点が存在す る。これらの欠点の多くは、反応領域と附着領域とを物理的且つ雰囲気的に分離 する必要があることに直接関係している。例えば、この分離により明らかに、所 定の真空室内に配設し得るターゲットの数と反応領域が限定されるため、膜の総 附着速度が制限される。別の例として、Scobeyらに開示される二つの非連続的領 域間に未反応膜を露出すると、成長中の膜がバックグラウンドガスにより汚染さ れる結果となることがある。さらに別の例として、活性化プラズマとスパッタリ ングターゲットからのプラズマとの連続性及び結合によって得られる協働的利点 があるが、これら二つのプラズマ領域を物理的に分離すると、この利点を得るこ とができないことは明らかである。 本発明は、スパッタ領域と活性化領域とを、雰囲気的且つ物理的に合体させる と共に、バッフル又は差動ポンプを除くことにより、これら二つの領域を効果的 に結合して単一の連続するプラズマとし、このプラズマによってターゲットから の材料をスパッタさせ、且つ基板上でそれを反応させることによって、前記の欠 点を解消しようとするものである。発明の要旨 本発明は、スパッタターゲットにおいてプラズマを強化して空間的に広げるた めの装置及び方法と、この強化し、広げたプラズマを用いて選択された材料を基 板上にスパッタし、 基板上に附着した材料を反応させることにある。この装置は、米国特許第４，８ ５１，０９５号等によって示されるような種々の形態の真空室に組み込むことが できるが、真空室と、真空室内に回動可能に取り付けられたドラムとを含み、こ のドラムが真空室の円周上に配置された装置を越えて移動される基板を支持する 装置に、容易に組み込むことができる。 本発明は、選択された材料を基板上に附着させることができるマグネトロンス パッタ装置と、マグネトロン装置のすぐ近くに配置されたプラズマ発生装置とを 備える。プラズマ発生装置及びマグネトロンのどちらも、プラズマを発生させる ことができるが、実際には、これら二つの装置によって発生したプラズマは、相 互に拡散して、単一の連続する活性化スパッタリングプラズマを形成する。図面の簡単な説明 本発明の上記及びその他の特徴を以下の図面について説明する。 図１は、本発明を組み込んだドラム真空被覆器の簡略化した概略断面図である 。 図２は、中心部及び縁部の磁石を平衡させた従来の平衡型マグネトロンスパッ タ装置の簡略化した断面図である。 図３は、中心部及び縁部の磁石の平衡の欠如及びそれによってターゲットの上 方に形成される発散磁界を示す、不平衡マグネトロンスパッタ装置の簡略化した 断面図である。 図４は、プラズマ及び関連された発生装置を通る電流経路 を示す、本発明によって発生させた強化され、広げられたプラズマの概念図であ る。 図５は、隣接する補助プラズマのないマグネトロンスパッタ装置の電流電圧特 性、及び本発明の一実施態様によって操作されるマグネトロンスパッタ装置の電 流電圧特性を示すグラフである。 図６は、マイクロ波導入装置及び電子サイクロトロン共鳴磁界コイルの詳細を 示す、本発明の好ましい一実施態様の簡略化した概略図である。 図７は、線形ターゲットプラズマにより良く適合するように補助プラズマを広 げるようにしたマイクロ波形を示す、本発明の別の実施態様の簡略化した断面図 である。 図８は、シリコンターゲットについてスパッタリング収量と電圧との関係を示 す表である。 図９は、基板支持ドラム内に配置された、マグネトロンスパッタ装置とこれに 隣接し結合されるプラズマ発生装置とを示す簡略化した断面図である。 図１０は、基板支持ドラムの内側及び外側のマグネトロンスパッタ装置及びこ れに関連し隣接結合されるプラズマ発生装置を示す、簡略化した断面図である。 図１１は、基板支持回転ドラムの両面から被覆するために、マグネトロンスパ ッタ装置及び関連し、結合された補助プラズマ装置を共に収容する、円筒形の内 壁及び外壁を有する真空室の簡略化した断面図である。発明の詳細な説明 本発明の方法は、一般的に、Scobeyらの米国特許第４，８５１，０９５号に開 示される装置と同様の、回転ドラムを収容した真空室中において実施する。この 特許の開示は参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、本発明の実施 に当たり、Scobeyらと同様の真空ドラムは、図１に示すように変更してある。 図１を参照して、スパッタリング装置１０は、円周によって真空若しくは低圧 の環境を規定するハウジング１を備える。よって、ハウジング１は適当な真空ポ ンプ系統（図示せず）に接続することができる。通常操作では、ハウジング１内 の圧力は一般的に１０^-4〜１０^-2Torrの範囲である。マグネトロンスパッタ装置 ５は、室１の真空ハウジングの円周上に、プラズマ発生装置６に近接して配置さ れている。 操作において、アルゴン等の不活性スパッタリングガスを入口４から室内に導 入する。さらに、酸素等の結合ガスも４から導入する。回転ドラム２に支持され る基板３が、より大きいプラズマ１１の領域９内に回転により進入すると、ター ゲット５からスパッタされた金属膜が附着する。ターゲット５の下方の領域９に おいて膜が附着すると、この膜と結合ガスとの反応が直ちに開始する。基板がプ ラズマ発生装置６の下方のプラズマの領域８内へ進入する間、この反応は継続し 、膜の所望理論比の誘電体への転化が完了する。実際には、本発明を実施する際 の顕著な特徴は、ターゲット材料の異なる化学的種（誘電体）への転化の５０％ 以上が、ターゲット５ から金属膜がスパッタされる領域内において生じることである。これは、誘電体 の形成が、実質的に全てマグネトロン／ターゲット組立体から隔離された領域に おいて生じるScobeyらとは明らかに対照的である。 明らかなように、上述し、図１に示したシーケンスは、ドラムを回転させるこ とにより反復可能であり、所望の厚さの誘電体膜を形成することができる。追加 のスパッタターゲット−プラズマ発生装置を設けることにより、種々の材料の多 層膜を基板３に形成することができる。 前述したように、本発明は、プラズマ１１がターゲット５及びプラズマ発生装 置６上に空間的に連続しており、膜の結合がプラズマ１１中で連続的に達成され るという点で、この形式の従来の装置とは顕著に異なる。本発明の別の顕著な特 徴は、ターゲット５及び装置６上のプラズマが単一の連続体１１を形成し、その 連続体中では一貫してプラズマ１１の自由電子密度が少くとも１０⁸／cm³である ことである。実際、プラズマ１１はターゲット及びプラズマ発生装置と電気的に 結合している。このこともまた、スパッタリングターゲットと反応領域との物理 的且つ雰囲気的な分離を教示しているScobeyらとは明らかに対照的である。 好ましい実施態様によれば、プラズマ発生装置６（図１）は、２．５４ＧＨｚ で操作するマイクロ波装置である。その場合、プラズマ１１はマイクロ波とスパ ッタターゲットとの協働によって作りだされる。領域８内のプラズマの自由電子 密度が、通常用いられる周波数である２．５４ＧＨｚのマイ クロ波の臨界密度よりも高いと、プラズマはマイクロ波に対して実質的に不透明 となり、領域８内のプラズマと領域９内のプラズマとの相互拡散によって、連続 したプラズマとなる。電子密度を臨界密度よりも低くするか、或いはいわゆるホ イッスラーモードが成立するように、円形分極モードにおいてマイクロ波を作動 させることにより、プラズマをマイクロ波に対して充分透明にすると、プラズマ １１は、プラズマ１１中のマイクロ波の相互拡散と吸収との両方により、連続し たプラズマとなる。 ターゲットとプラズマ発生装置との間の前述の電気的結合は、常に存在してい るが、所望であれば、スパッタターゲットにおける磁界の設計によって強化する ことができる。慣用のマグネトロンスパッタリングターゲット（図２）では、磁 界線１８は、ターゲット１９の直上の領域に実質的に閉じ込められている。これ は中心部の磁石２０の幅を外側の磁石２１の幅の二倍とし、外側の磁石の全磁束 が中心部の磁石２０を通るようにすることによって達成される。より新しい装置 （図３）、いわゆる「不平衡マグネトロン」の場合には、中心部の磁石２４は、 より小型化されるか、もしくは透磁性の材料によって置換されるため、磁束２２ の一部がターゲット２３から逸れるように「押される」。この辺縁部の磁界は、 プラズマの一部をターゲットから離れる方向且つ基板３及び連続プラズマ発生装 置６（図１）に向かって導く。この不平衡モードの操作は、スパッタ活性化プラ ズマの電気的連続性を増加させるだけでなく、以下に述べるように他の有益な効 果を有し得る。 プラズマ１１は空間的に連続しているので、電気的にも連続しており、プラズ マ１１のより大きい領域８及び９は電気的に結合されている。つまり、このプラ ズマの結合により、スパッタターゲットとマイクロ波装置との電気的結合が存在 する。これはScobeyらとは明らかに対照的である。このことを示すために、図１ のプラズマ１１を図４においてプラズマ１６として詳細に示す。プラズマ１６中 の電流は、イオンと電子成分とからなり、複雑である。しかしながら、アース１ ７を経て電源１５へ至る外部電流及び電源を経てスパッタターゲット１３へ至る 外部電流は、全て電子である。従って、電源１５中を通過する電流に等しい正味 電子電流が、プラズマ１６を通る。よってプラズマは抵抗性電流搬送素子として 作用する。図４に示すように、電子電流は、装置形態、補助装置、及びその他の 条件によって、プラズマからいくつもの点１２においてアースへと移行し得る。 しかしいかなる場合にも、ターゲット１３に電圧を印加すると、電子電流はプラ ズマから引き出される。 所定の操作条件について、プラズマ−アース−電源−ターゲット回路は、ター ゲットがプラズマを発生する特定の電圧を示す。この電圧未満では電流は存在し ない。しかし、プラズマが発生するとすぐに、電源がプラズマから電流を引出し 始め、ターゲットの電圧の増加に伴い電流が増加する。 ５”×１５”（１２．７０×３８．１ｃｍ）のシリコンターゲットについての 代表的な電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）曲線を 図５に曲線Ａとして示す。ここではマイクロ波装置はプラズマ発生には寄与して いない。つまり、マイクロ波は曲線Ａの発生には使用されていない。実験データ より得られたこの曲線は、ターゲットがプラズマを発生する特定の電圧（この場 合４１０ボルト）未満では、電流は存在しないが、プラズマが発生すると、電源 がプラズマから電流を引出し始めることを示す。 これと対照するために、図５の曲線Ｂを参照するが、この曲線は、スパッタタ ーゲットの電圧を最初０に設定し、マイクロ波装置のみを使用してプラズマを発 生させることにより得れらたデータに基づいている。視覚的には、このプラズマ はスパッタターゲットを包囲するように延長することが認められた。スパッタタ ーゲット電源への電圧を０から増加すると、電源はすぐにマイクロ波発生プラズ マから電流を引出始めた。ターゲットに向かって加速される陽イオンによってタ ーゲット表面から二次電子放出が生じるように、さらに電圧を上げると、スパッ タ電源はプラズマに寄与し始めた。このような条件のもとで電圧Ｖを増加させな がら電流Ｉを測定すると、曲線Ｂが得られた。 曲線ＡとＢとを比較すると、二つのことがわかる。第一に、ターゲットプラズ マが発生する前にも、顕著な電流がマイクロ波プラズマから引き出されることが 明らかである。第二に、ターゲットに電圧を印加する前にマイクロ波プラズマが 発生すると、ターゲットプラズマがより低い電圧において発生する。実際には、 曲線Ｂにおいて、どの点においてプラズマが 発生しているのか明らかでないことがある。これは曲線Ａの場合と対照的である 。 上記二点の考察より、スパッタマグネトロン及びマイクロ波装置は、プラズマ 発生において一体のユニットとして操作し、一方を変化させることは他方の操作 に影響を与えることは明らかである。このことは、例えばマイクロ波電力を増加 させると、マグネトロンスパッタ供給部を通る所定電流を維持するのに必要な電 圧が減少することからも、さらに明らかである。これは、マイクロ波電力を増加 させるとプラズマの抵抗が低下することによって説明される。 本発明の装置及び方法は、従来の装置と比較してより高いスパッタ速度を達成 することができる。より高いスパッタ速度は、プラズマのマイクロ波に誘導され た部分から電流を引き出すスパッタ陰極の能力から導かれるものである。この速 度の増加は、マイクロ波プラズマなしのスパッタターゲット発生電圧よりも低い 電圧において明らかである。再び図５を参照して、ターゲット電源のみでプラズ マを発生させるのに必要な４１０ボルトよりも低い、３７０ボルトにおいて、マ イクロ波装置によって発生するプラズマなしでは、スパッタ率はゼロである（曲 線Ａ）。しかしながら３７０ボルトにおいて、本発明に従って操作すると、顕著 なスパッタ速度が得られる（曲線Ｂ）。 本発明の、低電圧においてプラズマからイオン電流を引き出すことのできる能 力により、対応する従来技術の装置よりも低い電圧においてスパッタリングを行 なうことができる。 スパッタされた原子のエネルギー分布は、スパッタイオンエネルギーの増大に伴 ってより高い値にシフトするので、この能力は、より高いエネルギーでスパッタ される原子の数を少なくして、成長中の膜に対する損傷を最小とする点において 特に有利である。 プラズマの発生電圧よりも高い電圧において、スパッタ速度が増加することも 認められた。これは、スパッタされた材料の収量曲線、及びスパッタ速度が収量 及び電流に依存することを考察することによって理解し得る。「収量」とは、単 にターゲットに衝突する各イオンによってスパッタされるターゲットの原子の数 を意味する。 被毒されないモードにおいてターゲットを操作すると、毎秒原子数で表わした スパッタ速度は、基本的に下記式（１）によって示される。 Ｒ＝Ｃ₁Ｙ （１） 式中、Ｃ₁はターゲットの形状に依存する定数、 Ｉはターゲットイオン電流（アンペア）、 Ｙはターゲットに入射する各イオンについてスパッタされる原子数で表わ した収量である。 収量Ｙはターゲット電圧Ｖの関数である。この関数は測定することができ、図 ８においてアルゴン中でスパッタされたシリコンについて示さされる。検討によ りこの関数は下記式（２）によって近似されることが示される。 Ｙ＝１．８５×１０^-2Ｖ^1/2 （２） 式（１）を式（２）に代入すると、下記式（３）が得られる。 式中、Ｐ＝ＩＶは電力、Ｃ₂＝１．８５×１０^-2Ｃ₁（定数）である。 ところで実際のシステムでは、最大スパッタ速度は、後板からの剥がれ（debo nding）、又は過熱による反りによる損傷なしに、ターゲットに与え得る電力に よって制限される。よって、最大スパッタリング速度を達成するには、電力を可 能な限り最大まで増加させる。本願発明が、この最大電力においてより高いスパ ッタ速度を実現することを理解するために、Ｒ’及びＩ’が、マイクロ波装置が プラズマ発生に寄与しない場合の速度及び電流とすると、Ｐ＝Ｐ’（実現可能な 最大電力）であるため、前記等式（３）より下記式（４）が得られる。 マイクロ波装置なしに最大電力において必要となる電圧Ｖ’は、マイクロ波装 置において必要とされる電圧Ｖより大きいので、スパッタ速度Ｒはスパッタ速度 Ｒ’よりも大きくなる。 このより高いスパッタリング能を、好ましい実施態様の一つにおけるマイクロ 波発生プラズマ等の効率的な酸化装置の使用と組み合わせると、従来よりも酸化 物附着速度を著しく高めることができる。例えば、本発明の装置を使用すると、 透明なＳｉＯ₂が１８０Å／秒を越えるターゲット上の速度において附着し、こ の速度は米国特許第４，４２０，３８５号に報告された値のほぼ２倍である。こ れは以下の説明からもわかるように、他の材料についても同様である。 本発明によれば、ターゲット表面が酸化物層によって完全に被覆される前に、 つまりターゲットが「被毒」される前に、真空室内に導入し得る酸素又は他の反 応性ガスが増加することが認められている。これは、強化されたプラズマが成長 中の膜と容易に反応する活性酸素種を生成する能力に起因する。この膜は実際に は、反応性ガスのための第二のポンプであり、真空システムポンプが第一のボン プである。第二ポンプのポンピング速度は、酸素、又は他の反応性ガスをより反 応性とすることにより、より高くなる。一つの実施態様において、装置は長さ８ 〜１０インチ（２０．３〜２５．４ｃｍ）のプラズマ上に分布される２〜３ＫＷ のマイクロ波電力において操作する。これは、例えば米国特許第４，４２０，３ ８５号に記載される２０〜２５インチ（５０．８〜６３．５ｃｍ）上に分布され た数１００Ｗと顕著に対照的である。本発明の 広く且つ強化されたプラズマへのこの高い入力電力は、反応性ガスを励起し、よ って成長中の膜のポンピング速度を増加させるのに特に効果的である。 ターゲットが被毒する前に最大可能反応性ガスによって装置を操作することが しばしば望ましいが、時にはそれが望ましくないこともある。本発明の強化プラ ズマ装置は、活性種を発生させるのに効果的であるので、ターゲット被毒レベル よりも充分に低い反応性ガス流において完全な酸化又は窒化等を提供する。この 操作モードは、非常に安定した操作が望ましい場合、つまり装置曲線の被毒屈曲 部から離れたところでの操作が望ましい場合に、しばしば好適である。 本発明によれば、いくつかの実施態様において、マグネトロンスパッタリング に通常使用されるよりもはるかに低い圧力でプラズマを発生させることができる ことがさらに観察される。代表的には、ＤＣマグネトロンは１０^-3Torrを越える 圧力を必要とするが、本発明では、１０^-4Torrよりもかなり低い圧力においてプ ラズマを発生させることができる。したがって、本発明は、平均衝突行程が５０ ｃｍよりも大きな圧力において、スパッタリング電流を引き出すことができる。 これは、見通し（line-of-sight）附着が必要な場合、つまりスパッタされた原 子の散乱が成長中の膜にとって有害である場合に有利となり得る。これによって 、例えば多孔性膜又は応力を受けた膜を生じる原因となる可能性のある、高入射 角の附着を防止することができる。 プラズマ強化装置としてマイクロ波発生器を使用すること により、低圧操作が達成される。図１を参照して、６を通して装置内に入ったマ イクロ波は、金属ドラム２から反射され、プラズマが必要とされる領域であるド ラム２の上方の領域において、強力な定在波を発生させる。従ってドラム２は高 Ｑマイクロ波空洞の一部分となり、この空洞中において、約５×１０^-4Torrの圧 力までプラズマを発生させることができる強力な場が発生維持され得る。 １０^-4Torr未満の圧力において本発明を操作させるには、電子サイクロトロン 共鳴（ＥＣＲ）操作が必要である。ＥＣＲは周知の現象である。これは、印加さ れた一定の磁界Ｂの周りの電子の回転周波数が、重畳された電磁界の周波数と一 致した時に発生する。この電子サイクトロトン周波数は下記式（５）によって得 られる。 式中、ｅ及びｍは電子の電荷及び質量を表わす。マイクロ波周波数ｆが、マイク ロ波オーブンマグネトロンが容易に入手可能であるために通常使用される２．５ ４ＧＨｚの場合、上記式（５）中のｆは８７５ガウスである。 本発明において、ＥＣＲ操作のための磁界Ｂは、種々の方法で発生させること ができる。例えば電流搬送コイルを真空室に入るところでマイクロ波導波管に巻 きつけてもよい。別の方法としては、室のマイクロ波窓の領域に永久磁石を配置 するだけでよい。このようにすると、ＥＣＲ誘導プラズマが、 磁界が８７５ガウスである磁石の周りの領域で発生する。 本発明によれば、従来の技術を用いた場合よりも、一層効果的にある種の非酸 化物誘電体を附着させることができる。例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）は耐摩耗 性被覆としてしばしば使用される周知の被覆材である。これは、その最適な耐摩 耗性形態において、導電性であり、金黄色である。一方、二酸化チタンは、光学 フィルターにしばしば使用される透明な被覆材である。チタン金属は酸素と容易 に反応するが、窒素とは基本的に反応しない。良好なＴｉＮ膜を得るためには、 窒素を励起し、より反応性とするためのプラズマが必要であり、また酸素をでき る限り附着系から取り除くことが必要である。 本発明を用いてＴｉＮ薄膜を附着させる場合、チタンターゲットを使用し、最 初にポンプダウンした後、系内に窒素ガスを導入する。ポンプダウンにより系か ら酸素が除去される。この場合、温度及び真空室の経歴は、所要時間を定める上 で重要な変数である。例えば、室の壁に前回の操作によって厚い多孔性の被覆が あると、水蒸気をその壁面から取り除くのに長い時間が必要となることがある。 そのため、系内には常に残留酸素が存在し、スパッタされたＴｉ膜との反応にお いて、この酸素が窒素と競合する。酸素は窒素よりもはるかに高反応性であるの で、ごく少量でも有害となり得る。 ＴｉＮを附着させるために本発明を操作する場合、例えば３０ｒｐｍで回転す るドラム上に基板を配置する。図１に示すように、マイクロ波源をマグネトロン スパッタターゲット の反時計回り側に配置するとすると、Ｔｉ金属は、マグネトロンの付近において のみスパッタされ、その後基板はマイクロ波装置によって管理される領域中に直 接移行する。そのため、ターゲットの部位において開始した反応は、マイクロ波 装置の部位において完了し、マイクロ波入力領域を通過した後は反応に利用可能 な遊離Ｔｉは存在しないので、バックグラウンド酸素への露出は最小限となる。 ドラムが時計回りに回転すると、Ｔｉはスパッタターゲットの下方で部分的に 反応し、この部分的に反応した膜は、約２秒間未満程度の間、酸素バックグラウ ンドに対して露出される。この時間は基板がマイクロ波装置に到達するまでドラ ムを回転させるのに必要な時間である。これによって、膜が潜在的に酸化される 。 上記の説明からわかるように、スパッタターゲット領域とマイクロ波反応領域 とを物理的に分離した、米国特許第４，８５１，０９５号に示される方式に従っ て操作する場合、金属が比較的容易に酸素と反応する非酸化物／金属膜を附着さ せる際に、系内から残留酸素を排除するためにより多くの注意を払う必要がある 。活性領域の間の自由な空間において消費される時間は、単一の連続した活性化 領域が存在する本発明を実施する場合のようには、従来技術の方法では最小とす ることができない。この実際的な結果として、本発明によれば、従来の技術によ る場合に比べて、ポンプダウン時間が短くなり、装置の清浄さに気を使う必要性 が減少するため、経済的に有利である。 本発明の他の利点は、図３について前述したように、スパッタターゲットを不 平衡モードに形成した実施態様によって得られる。薄膜の品質は、附着の間の活 性原子による膜のボンバードに影響される。これらの原子のエネルギーは、成長 中の膜上で原子を移動させるのに充分大きいが、膜の著しいスパッタリングを避 けるのに充分小さい。換言すると、原子の可動度を高め、且つその再スパッタリ ングを避けることが望ましい。これは、ボンバード種のエネルギーが約１０〜１ ００電子Ｖである場合に、最も良く達成される。図３の不平衡マグネトロンは、 このエネルギー範囲において基板にイオンを提供する。これは、ターゲットの上 方の発散磁界中のプラズマの部分中の自由電子が、この磁界により基板の方向へ 案内されることによって生じるものである。これらの電子は、より弱い磁界域に 向かって移動する間に、磁気ミラー効果によってエネルギーを獲得する。好まし い基板ボンバードエネルギーを与えることが望まれる種である陽イオンは、重過 ぎて、発散磁界によって充分に案内できないため、両極性拡散によって基板に向 かって加速される。つまり、負に電荷された電子がイオンを同伴する。 本発明のスパッタターゲットとして、不平衡マグネトロンを使用することがで き、例えば好ましい実施態様の一部として上記に説明したマイクロ波装置によっ て、プラズマ強化及び拡張を行なう。また不平衡マグネトロンは、連続スパッタ ターゲットと組み合わせて、補助的プラズマ発生装置として使用することができ 、この場合ターゲット自体は不平衡型で も平衡型でもよい。このモードでは、不平衡の補助装置は、被毒モードで操作し て、強力なプラズマを提供すると共に、低速でスパッタリングを行ない、スパッ タターゲット自体は、非被毒モードで操作し、高速で所望の金属原子を提供する 。一方は被毒され、他方は被毒されていない二つのターゲットのこの複式の操作 は、単に一方のスパッタターゲットは被毒しない程度の高い電力で操作し、補助 のスパッタターゲットは被毒するのに充分な低電力で操作することによって、反 応性ガス圧力が両方のターゲットについて同一であったとしても、容易に達成さ れる。 平衡又は不平衡スパッタターゲットを、スパッタプラズマを強化し、広げるた めの補助装置として使用する場合、どのような材料で補助ターゲットを作成する かについて問題が生じる。上記の説明では、補助ターゲットは主スパッタターゲ ットと同じ材質であり、従ってこれからスパッタされた材料は単に成長中の膜に 付加され、これを汚染しないものと想定していた。これはプラズマを強化する際 に望まれるよりも不都合であったり、非効率的であったりする場合がある。後者 の場合は、補助ターゲットの被毒された表面層を清浄にせずに、不充分な電力を 与えた場合である。しばしば用いられる別のアプローチは、スパッタ収量が低い か、若しくは成長中の膜内に少量が組み込まれても実質的に影響がない別の材料 で、補助ターゲットを作成することである。よって、例えばＡｌ₂Ｏ₃を附着させ る場合には、補助として被毒Ｓｉターゲットを使用し、主ターゲットとして非被 毒アルミニウムター ゲットを使用することができる。シリコンは非被毒状態においてもアルミニウム の半分以下のスパッタリング収量であるため、膜内に組み込まれるのはごく少量 のシリコンであり、それもＳｉＯ₂としてである。大半の用途においてＡｌ₂Ｏ₃ 中のこのように少量のＳｉＯ₂は有害ではない。 本発明の好ましい実施態様においては、図１のプラズマ強化装置６として、マ イクロ波発生器を使用する。一実施態様を、真空室２５、及び基板２７を載置し た回転ドラム２６の側面図として、図６に示す。例えば溶融石英からなる透明な マイクロ波の窓３０は、室の壁に取り付けられている。導波管２８は窓３０を通 してマイクロ波を指向し、プラズマ３１を強化する。 マイクロ波の周波数は２．５４ＧＨｚであり、導波管及び窓はこの周波数に適 合した大きさを有する。従って、導波管はＷＲ２８４であり、矩形で３インチ× １．５インチ（７．６ｃｍ×３．８ｃｍ）の大きさである。窓は円形であり、直 径約３インチ（７．６ｃｍ）である。マイクロ波電源は３ＫＷのマイクロ波電力 を発生させることができる。これは、導波管２８内のスタブチューナー２９を用 いてプラズマ３０に同調されている。 一実施態様中のスパッタターゲット（図６には示さない）は５”×１５”（１ ２．７ｃｍ×３８．１ｃｍ）であり、マイクロ波の窓３０に隣接して真空室２５ の外周上に配置される。ターゲットと窓との距離は、代表的には約１０インチ未 満であり、プラズマ３１がマイクロ波の窓３０の領域とター ゲット領域との間に容易に拡散することを許容するため、本発明の前述した利点 が実現される。操作後に真空室を検査すると、マイクロ波窓のところに虹様被膜 が認められる。これは、スパッタターゲットの金属原子及び酸素によって形成さ れた金属酸化物の被膜であり、ターゲットとマイクロ波発生装置とにおいて発生 されたプラズマの結合、及び連続プラズマの全領域において金属原子及び酸素原 子が顕著に励起されたことを証明する。 約０．５ミリTorr未満の圧力における操作が望まれる場合、導波管２８の周囲 に巻きつけた電流搬送コイル３３によってプラズマ３１中に磁界３２を発生させ る。このコイル中のアンペア回数は、プラズマ３１中のある面に渡って８７５Ｇ の磁界強度を発生させるのに充分であり、この表面にＥＣＲ操作を生じさせる。 これを達成するために、７５巻に渡る４００アンペアが充分であることがわかっ ている。 磁界３２は、ＥＣＲ操作を提供するだけでなく、高温のプラズマ３１を窓３０ から離しておく磁気ミラーとして作用することができ、それにより窓又は真空シ ールを損傷することなく、より大きな電力を許容する。実際に、磁気ミラー効果 は、ＥＣＲ操作に必要なレベルよりも低い磁界レベルで発生し、本発明は所望で あればそのように操作することができる。 図６に示すような単一のマイクロ波入力の場合、８〜１２インチ（２０．３〜 ３０．５ｃｍ）離隔した基板２７上に附着した膜を反応させることができるが、 正確な幅はプラズマ電力によるものである。これはプラズマ３１の反応性種が、 ３インチ（７．６２ｃｍ）のマイクロ波の窓３０を越えた領域に容易に拡散する ためである。より広い領域に渡る活性化の達成が望まれる場合には、例えば図６ に示したものと同一の、より大きな負荷と、マイクロ波入力の数を用いてもよい 。例えば、２５”（６３．５ｃｍ）のターゲットについて用いる場合、３個のそ のような源で充分であり、３個のプラズマ領域は、相互に並びにターゲットの下 方の領域に拡散する。 このような別個の入力の代わりに、本発明は、図７に示すようなマイクロ波ホ ーンを使用することができる。この実施態様において、マイクロ波はＷＲ２８４ 導波管３５を通してマイクロ波ホーン３６内へ導入される。ドラムに沿ったこの ホーンの長さは、２５”（６３．５ｃｍ）のターゲットと共に使用する場合、約 １５インチ（３８．１ｃｍ）である。室壁３８に設けられるマイクロ波窓３７は 、矩形で、１５インチ×５インチ（３８．１ｃｍ×１２．７ｃｍ）である。この 配置によれば、長いプラズマ３９が形成され、それにより基板４０上の膜が活性 化され、スパッタターゲット（図示せず）との協働操作を行なうことができる。 マイクロ波を室内に導入するための別の配置、例えば、カリフォルニア州モデ ストのGerling Laboratoriesにより販売されている辺縁磁界アプリケータの使用 も、当業者には明らかであろう。実施例１ 基板３上にＴｉＮ膜を形成するために、図１に断面図で示 す装置に、チタン金属ターゲットを取付け、表１に示す附着条件を設定した。 ドラム２をまず反時計方向に回転させて試料Ａを作成し、次に回転方向を時計 方向に反転して、試料Ｂを作成した。得られた膜は部分的に透明であったが、試 料Ｂは試料Ａよりも透明であった。試料Ａの導電度は、１０オーム／平方、試料 Ｂの導電度は、２５オーム／平方であった。これらの測定により、試料Ａが試料 Ｂよりも窒化度が高いことが明らかとなる。換言すれば、試料Ｂは酸素バックグ ラウンドに対してより長時間露出されたため、部分的に酸化していた。実施例２ 基板３上にＳｉＯ₂膜を形成するために、図１に示す装置に、表２に示す附着 条件のもとに、シリコンターゲット及びマイクロ波プラズマ発生器を取付けた。 この条件のもと、１８０Å／秒のターゲット上附着速度において、完全に酸化さ れた透明なＳｉＯ₂膜を得た。これは、別個のスパッタ領域と附着領域を用いた 米国特許第４，８５１，０９５号によっ て達成された１００Å／秒よりもはるかに優れていた。 実施例３ 五酸化タンタルを附着させるために、図１に示す装置にタンタル金属のターゲ ットを取付け、表３に示す附着条件を設定した。この条件のもと、１２０Å／秒 のターゲット上速度で、透明なＴａ₂Ｏ₅膜が附着し、これは、附着後にその部分 を焼成することなく達成された。これは米国特許第４，８５１，０５１号に教示 される薄膜の酸化の完成に普通に用いられる方法である。 実施例４ 膜の反応を完了させるため、つまり膜から残留吸収を除去するために、附着後 焼成を用いることができる場合、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅等の多くの材料について、 附着速度を上昇させることができる。これは本発明についても該当する。Ｔａ₂ Ｏ₅を附着させるために、装置を図１に示すように構成し、表４に示す附着条件 を設定し、１μｍの膜を２１０Å／秒の速度で附着させた。この膜は被覆室から 取り出した時は吸収したが、６００℃で３０分間焼成した後は透明になった。こ れは米国特許第４，８５１，０９５号において達成された１５０Å／秒とは対照 的である。 実施例５ ＡｌＮ膜を形成するために、図１に示す装置にアルミニウムターゲットを取付 け、表５に示す附着条件を設定した。この条件のもと、６０Å／秒のターゲット 上附着速度で、厚さ３．５μｍの硬質で透明なＡｌＮ膜が形成された。この膜は 透明耐摩耗性被覆材として非常に好適であった。 本発明は、多層干渉フィルタ、不透明耐摩耗性被覆、透明耐摩耗性被覆、積層 極薄コヒーレント構造（ＬＵＣＳ）、透明導電性被覆、その他、広範囲に適用す ることができる。これらの用途のうちいくつかについて、以下に簡単に説明する 。 本発明に従って、錫ターゲット及びマイクロ波によって発生した補助プラズマ を用いて、導電性酸化錫を附着させた。得られた被膜は、透明で、導電度１０^-4 オーム−ｃｍであった。 本発明は、ランプ上にフィルタを附着させるのにも適している。例えば、可視 域において透過性であり、約２μｍまで赤外域において反射するフィルタを、白 熱灯特にタングステンハロゲンランプのためのエネルギー装置として使用した。 反射した赤外エネルギーは、低い入力電極において、フィラメント温度を所定の レベルに保つことによって、低コストで可視光を発生させる。このようなフィル ター及びランプは周知である。これらは、General Electric Co.によって量産さ れ、米国特許第４，８５１，０９５号に記載されている。こ れらのランプ用ＩＲ反射フィルターは、スパッタリング−活性化プラズマを通し てランプを移動させる際に、適宜の補助装置によってランプを回転させることに より、本発明に従って附着させることができる。フィルターを形成するための組 合せ材料として、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂を用いた。 多くの製品は、可視光域において高反射を、赤外域において透過をそれぞれ必 要とするため、反射光は「低温」光である。例として、歯科用ミラー及び焦点に ランプを取り付けた小型の放物線形反射器が挙げられる。いわゆるＭＲ１６型は 後者の例である。これらは横方向に１６／８インチ長の半放物線である。これは 例えば、オーバーヘッドプロジェクターに使用される。本発明は、これらＭＲ１ ６を被覆するのに特に好適である。この高附着速度により、非常に安定した酸化 物をこの製品に経済的に附着させることができる。 補助プラズマ発生器に結合した二つ以上のターゲットを使用することにより、 ドラム回転速度及びスパッタ速度を制御して、異なる材料の極薄層を交互に容易 に附着させることができる。例えば、６ÅのＳｉＯ₂層と１０ÅのＴｉＯ₂層とを 交互に積層して、総膜厚１μｍとした構造を、ドラムの回転速度１０ｒｐｍ、並 びにシリコンターゲット及びチタンターゲットの電力３ｋｗ及び５ｋｗにおいて 容易に作成できる。 図１に示すドラムの形状は、本発明を使用するのに有利な形態であるが、本発 明はこれのみに限定されるものではない。米国特許第４，８５１，０９５号のい ずれの形態にも、本発 明を有利に適用することができる。 例えば、基板を取り付けた回転ドラム２の内側の、スパッタターゲット５に連 結される補助プラズマ発生装置６を図９に示す。別の例として、基板を取り付け たドラム２の内側及び外側の、連結された補助装置６とスパッタターゲット５を 図１０に示す。 図１１は、新規な「ドーナッツ」形状を示し、真空室１は円筒形内側及び外側 真空壁１を有し、結合された補助装置６とスパッタターゲット５が壁１に取り付 けられている。このような形態により、ドラムの内側又は外側のどちらに指向し た基板をも被覆することができるため、負荷サイズを有効に２倍とすることがで きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．真空室と、基板を取付け、該基板をその上で移動させるように適合した、前 記真空室内の手段と、基板を取り付けるための手段に隣接した作業部所に配置さ れ、前記基板上に少くとも一つの選択された材料をスパッタするように適合され た、少くとも一つのマグネトロンスパッタ装置と、前記第一の装置によって形成 されたプラズマを強化するためのプラズマを提供するために、前記第一の装置に 隣接して配置される少くとも一つの第二の装置とを備え、前記第一の装置と組み 合わせた前記第二の装置は、前記第一及び第二の装置のプラズマが単一のプラズ マの連続体を形成する反応性雰囲気を提供するように適合され、前記連続体内の 自由電子密度は、一貫して少くとも１０⁸／cm³であり、前記選択された材料を異 なる化学的種に転化し、該異なる化学的種への転化の５０％以上が前記マグネト ロンスパッタ装置において生じる、スパッタ被覆装置。 ２．前記第一の装置と組み合わせた前記第二の装置が、前記選択された材料を、 酸化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からな る群より選択される少くとも一つの要素に、少くとも部分的に転化するように選 択された反応性雰囲気を提供するように適合された、請求の範囲第１項に記載の 装置。 ３．前記第一の装置と組合わせた前記第二の装置が、前記選択された材料を、酸 化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物、 又は炭素含有合金、又は化合物からなる群より選択される少くとも一つの要素に 、完全に転化するように選択された反応性雰囲気を提供するように適合され、前 記転化は、前記第一の装置によって開始される、請求の範囲第１項に記載の装置 。 ４．前記マグネトロンスパッタ及び第二の装置が、雰囲気的且つ物理的に隣接し ている、請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．前記第二の装置が、基板をそのままで清浄化するように適合された、請求の 範囲第１項に記載の装置。 ６．前記第二の装置が、附着の間、活性化原子により前記選択された材料をボン バードするように適合された、請求の範囲第１項に記載の装置。 ７．前記第二の装置が、マイクロ波発生装置である、請求の範囲第１項に記載の 装置。 ８．前記第二の装置が、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）モードにおいて操作 するマイクロ波発生装置である、請求の範囲第７項に記載の装置。 ９．前記第二の装置が、基板に加熱を提供する、請求の範囲第７項に記載の装置 。 10．前記第二の装置が、イオンガン装置である、請求の範囲第１項に記載の装置 。 11．前記第二の装置が、平衡磁気モードで操作する線形マグネトロン装置である 、請求の範囲第１項に記載の装置。 12．前記第二の装置が、不平衡磁気モードで操作する線形マ グネトロン装置である、請求の範囲第１項に記載の装置。 13．前記線形マグネトロン装置が、選択された材料と同一の材料であるターゲッ ト材料を備え、被毒モードで操作する、請求の範囲第１１項に記載の装置。 14．前記線形マグネトロン装置が、選択された材料よりも低スパッタ収量の材料 であるターゲット材料を備える、請求範囲第１１項に記載の装置。 15．前記マグネトロンスパッタ装置が円筒形マグネトロン装置である、請求の範 囲第１項に記載の装置。 16．前記マグネトロンスパッタ装置が平面マグネトロン装置である、請求の範囲 第１項に記載の装置。 17．前記平面マグネトロン装置が、不平衡磁気モードで操作する、請求の範囲第 １６項に記載の装置。 18．前記第二の装置と組み合わせた前記第一の装置が、１０^-3Torr未満の圧力に おいて、選択された材料をスパッタ被覆するように適合された、請求の範囲第１ ７項に記載の装置。 19．前記第二の装置と組み合わせた前記第一の装置が、前記選択された材料を、 酸化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からな る群より選択される材料に、１０^-3Torr未満の圧力において転化するように適合 された、請求の範囲第１７項に記載の装置。 20．前記基板が、ドラム上で保持され、移動される、請求の範囲第１項に記載の 装置。 21．前記マグネトロンスパッタ装置及び前記第二の装置が、 ドラムの外側に配置される、請求の範囲第２０項に記載の装置。 22．前記マグネトロンスパッタ装置及び前記第二の装置が、ドラムの内側に配置 される、請求の範囲第２０項に記載の装置。 23．少くとも一つのマグネトロンスパッタ装置及び少くとも一つの第二の装置が 、ドラムの外側に配置され、少くとも一つのマグネトロンスパッタ装置及び少く とも一つの第二の装置が、ドラムの内側に配置される、請求の範囲第２０項に記 載の装置。 24．選択された基板又はその表面セグメントを回動自在に作業部所へ露呈するよ うに、前記ドラムの円周上に回動可能に取り付けられた基板支持手段をさらに備 える、請求の範囲第２０項に記載のスパッタ被覆装置。 25．前記回動可能に取り付ける手段が、ドラムの回転に伴って回動可能な遊星歯 車装置を備える、請求の範囲第２４項に記載のスパッタ被覆装置。 26．前記基板ホルダーに隣接する第二の作業部所又は一組の作業部所において、 少くとも一つの第二の材料を基板上に附着させるように適合された、少くとも一 つの第二のマグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装置をさ らに備える、請求の範囲第１項に記載のスパッタ被覆装置。 27．前記第二のマグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装置 に隣接して配置され、第二のマグネト ロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装置によって発生されたプラ ズマを強化するためのプラズマを提供するように適合された、少くとも一つの第 二の装置又は一組の第二の装置をさらに備える、請求の範囲第２６項に記載のス パッタ被覆装置。 28．基板上に少くとも一つの選択された材料をスパッタ附着させ、該材料を反応 させるためのマグネトロンスパッタリング装置であって、該装置は、真空室と、 基板を取付け、該基板を関連する選択された作業部所を越えてその上で回転させ るように適合された、該室内の手段とを備え、基板を取り付けるための該手段と 前記真空室とは、その間に比較的狭い細長い反応容積を規定し、前記装置はさら に、基板を取り付けるための前記手段に隣接する第一の作業部所に配置され、前 記基板上に少くとも一つの選択された材料をスパッタ附着させるために、前記反 応容積に渡って第一のプラズマを発生するように適合された、選択された材料の ターゲットを備える、少くとも一つのマグネトロンスパッタ装置と、前記第一の 作業部所位置に隣接して、且つ基板を取り付けるための前記手段に隣接して配置 され、前記スパッタ装置のプラズマを強化させるように適合された、少くとも一 つの第二のプラズマ装置とを備え、マグネトロンスパッタ装置及び第二のプラズ マ装置のプラズマは、単一のプラズマの連続体を形成し、該連続体内において、 自由電子密度は一貫して少くとも１０⁸／cm³であり、反応性ガスのイオンと前記 スパッタ附着された材料とを、前記反 応性ガスの比較的低い大気分圧において反応させ、前記第一の装置と組み合わせ た前記第二の装置は、前記選択された材料を異なる化学的種に転化するための反 応性雰囲気を提供するように適合され、前記異なる化学的種への転化の５０％以 上が、前記マグネトロンスパッタ装置において生じる、マグネトロンスパッタリ ング装置。 29．前記マグネトロンスパッタ装置及び前記第二のプラズマ装置が、前記選択さ れた材料を、酸化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は 化合物からなる群より選択される少くとも一つの要素に、少くとも部分的に転化 するように選択された反応性雰囲気を提供するように適合される、請求の範囲第 ２８項に記載の装置。 30．前記第一の装置と組み合わせた前記第二の装置が、前記選択された材料を、 酸化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からな る群より選択される少くとも一つの要素に、完全に転化するように選択された反 応性雰囲気を提供するように適合され、前記転化が、前記第一の装置によって開 始される、請求の範囲第２８項に記載の装置。 31．前記マグネトロンスパッタ装置及び第二のプラズマ装置が、雰囲気的且つ物 理的に隣接する、請求の範囲第２８項に記載の装置。 32．前記第二のプラズマ装置が、基板をそのまま清浄化するように適合された、 請求の範囲第２８項に記載の装置。 33．前記第二のプラズマ装置が、附着の間、活性化原子によ って、選択された材料をボンバードするように適合された、請求の範囲第２８項 に記載の装置。 34．前記第二のプラズマ装置が、マイクロ波発生装置である、請求の範囲第２８ 項に記載の装置。 35．前記第二のプラズマ装置が、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）モードで操 作するマイクロ波発生装置である、請求の範囲第３４項に記載の装置。 36．前記第二のプラズマ装置が、基板に加熱を提供する、請求の範囲第３４項に 記載の装置。 37．前記第二のプラズマ装置が、イオンガン装置である、請求の範囲第２８項に 記載の装置。 38．前記第二のプラズマ装置が、平衡磁気モードで操作する線形マグネトロン装 置である、請求の範囲第２８項に記載の装置。 39．前記第二のプラズマ装置が、不平衡磁気モードで操作する線形マグネトロン 装置である、請求の範囲第２８項に記載の装置。 40．前記線形マグネトロン装置が、前記選択された材料と同一の材料であるター ゲット材料を備え、被毒モードで操作される、請求の範囲第３８項に記載の装置 。 41．前記線形マグネトロン装置が、前記選択された材料よりも低いスパッタ収量 の材料であるターゲット材料を備える、請求の範囲第３８項又は３９項に記載の 装置。 42．前記マグネトロンスパッタ装置が、円筒形マグネトロン装置である、請求の 範囲第２８項に記載の装置。 43．前記マグネトロンスパッタ装置が平面マグネトロン装置である、請求の範囲 第２８項に記載の装置。 44．前記平面マグネトロン装置が不平衡磁気モードで操作される、請求の範囲第 ４３項に記載の装置。 45．前記第二の装置と組み合わせた前記第一の装置が、１０^-3Torr未満の圧力に おいて、前記選択された材料をスパッタ被覆するように適合された、請求の範囲 第４４項に記載の装置。 46．前記第二の装置と組み合わせた前記第一の装置が、前記選択された材料を、 酸化物、窒化物、水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からな る群より選択される要素に、１０^-3Torr未満の圧力において転化するように適合 された、請求の範囲第４４項に記載の装置。 47．前記基板ホルダーがドラムである、請求の範囲第２８項に記載のマグネトロ ンスパッタリング装置。 48．前記強化されたプラズマ装置が、ドラムの外側に配置される、請求の範囲第 ４７項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 49．前記強化されたプラズマ装置が、ドラムの内側に配置される、請求の範囲第 ４７項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 50．少くとも一つの強化されたプラズマ装置が、ドラムの内側に配置され、少く とも一つの強化されたプラズマ装置が、ドラムの外側に配置される、請求の範囲 第４７項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 51．選択された基板又はその表面セグメントを、回動可能に作業部所へ露呈する ように、ドラムの円周に隣接して回動可能に取り付けられる基板支持手段をさら に備える、請求の範囲第４７項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 52．回動可能に取り付ける手段が、ドラムの回転に伴って回動可能である遊星歯 車装置を備える、請求の範囲第５１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置 。 53．前記基板ホルダーに隣接する一つの第二の作業部所又は一組の作業部所にお いて、少くとも一つの第二の材料を基板上に附着させるように適合された、少く とも一つの第二のマグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装 置をさらに備える、請求の範囲第２８項に記載のマグネトロンスパッタリング装 置。 54．前記第二マグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装置に 隣接して配置され、第二マグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパ ッタ装置によって発生されたプラズマを強化するためのプラズマを提供するよう に適合された、少なくとも一つの第二の二次プラズマ装置又は一組の第二プラズ マ装置をさらに備える、請求の範囲第５３項に記載のマグネトロンスパッタリン グ装置。 55．第一の装置並びに第一及び第二の装置の組合せを、選択的且つ連続的に操作 し、少くとも複数の層を備える複合被覆を形成することをさらに含み、各層の組 成は、第一金属、第二金属、第一金属の酸化物、第二金属の酸化物、第一金属と 第二金属との混合物、及び第一金属と第二金属との混 合物の酸化物からなる群より選択される少くとも一つの要素から選択される、請 求の範囲第５４項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 56．選択された複数のスパッタ陰極装置を連続的に操作し、基板上に選択された 材料の層をスパッタ附着させ、次に続く層のスパッタ附着の前に、少くとも選択 された複数の層の選択された反応を行なうために、選択された複数の第二装置を 、選択された反応性ガス又は選択された反応性ガスの組合せの供給と組み合わせ て、選択的且つ連続的に操作することをさらに含む、請求の範囲第５５項に記載 のマグネトロンスパッタリング装置。 57．前記選択された反応が、選択された層を、酸化物、窒化物、水和物、硫化物 、オキシ窒化物、又は炭素含有化合物又は混合物からなる群より選択される少な くとも一つの要素に転化することを含む、請求の範囲第５５項に記載のマグネト ロンスパッタリング装置。 58．前記選択された反応が酸化である、請求の範囲第５５項又は５６項に記載の マグネトロンスパッタリング装置。 59．高屈折率及び低屈折率を有し、略等しい光学的厚さを有する、複合材料の交 互の層を提供する材料の混合物が附着され、前記交互の層は一回以上繰り返され 、多層積層の効果的な四分の一波長の光学的厚さにおいて電磁照射の高反射率ピ ーク、並びに層のピーク反射率帯域の外側の長波長及び短波長における、広範囲 の高透過性を提供する多層被覆を形成する、請求の範囲第５５項又は第５６項に 記載の 装置。 60．各被覆層が、選択された材料又は反応済みの選択された材料の連続的に変化 する混合物を表わし、混合物中の高屈曲率を有する材料の屈曲率から、混合物中 の低屈曲率を有する材料の屈曲率へと連続的に変化する屈曲率を提供し、前記屈 曲率の変化は各連続する層について反転される、請求の範囲第５９項に記載のマ グネトロンスパッタリング装置。 61．被覆層が、多層被覆中の高位反射帯域の抑制に備えた、請求の範囲第６０項 に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 62．真空室と、基板を取付け、該基板をその上で回転させるように適合された、 前記室内の手段と、基板を取り付けるための前記手段に隣接する第一の作業部所 に配置され、前記基板上に少くとも一つの選択された材料をスパッタリングする ように適合された、少くとも一つのマグネトロンスパッタ装置と、前記基板を取 り付けるための装置に隣接して配置され、前記選択された材料と化学反応を行な わせて、該選択された材料を異なる化学的種に転化するためのプラズマを提供す るように適合された、少くとも一つのマイクロ波発生装置とを備え、前記マグネ トロンスパッタ装置及びマイクロ波発生装置のプラズマは、単一の連続したプラ ズマを形成し、該プラズマ内において、自由電子密度は一貫して少くとも１０⁸ ／cm³であり、前記異なる化学的種への転化の５０％以上が前記マグネトロンス パッタ装置にお いて生じる、スパッタ被覆装置。 63．前記マイクロ波発生装置が、前記選択された材料を、酸化物、窒化物、水和 物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からなる群より選択される少 くとも一つの要素に、少くとも部分的に転化するように選択された反応性雰囲気 を提供するように適合されている、請求の範囲第６２項に記載の装置。 64．前記マイクロ波プラズマ装置が、前記選択された材料を、酸化物、窒化物、 水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からなる群より選択され る少くとも一つの要素に、完全に転化するように選択された反応性雰囲気を提供 するように適合され、前記転化が、前記第一の装置によって開始される、請求の 範囲第６２項に記載の装置。 65．前記マイクロ波発生装置が、基板をそのまま清浄化するように適合されてい る、請求の範囲第６２項に記載の装置。 66．前記マイクロ波発生装置が、附着の間、活性化原子によって、前記選択され た材料をボンバードするように適合された、請求の範囲第６２項に記載の装置。 67．前記マイクロ波発生装置が、基板に加熱を提供する、請求の範囲第６２項に 記載の装置。 68．前記マイクロ波発生装置が、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）モードで操 作する、請求の範囲第６２項に記載の装置。 69．前記マグネトロン発生装置が、不平衡磁気モードで操作する平面マグネトロ ン装置である、請求の範囲第６２項に 記載の装置。 70．前記マイクロ波発生装置と組み合わせた前記マグネトロンスパッタ装置が、 １０^-3Torr未満の圧力において前記選択された材料をスパッタ被覆するように適 合された、請求の範囲第６９項に記載の装置。 71．前記マイクロ波プラズマ装置と組み合わせた前記マグネトロンスパッタ装置 が、１０^-3Torr未満の圧力において、前記選択された材料を、酸化物、窒化物、 水和物、オキシ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からなる群より選択され る要素の材料に転化するように適合される、請求の範囲第６９項に記載の装置。 72．前記基板を保持し、移動させるための手段が、ドラムである、請求の範囲第 ６２項に記載の装置。 73．前記マグネトロンスパッタ装置及びマイクロ波プラズマ装置が、ドラムの外 側に配置される、請求の範囲第７２項に記載の装置。 74．前記マグネトロンスパッタ装置及びマイクロ波プラズマ装置が、ドラムの内 側に配置される、請求の範囲第７２項に記載の装置。 75．少くとも一つのマグネトロンスパッタ装置及び少なくとも一つのマイクロ波 プラズマ装置が、ドラムの外側に配置され、少なくとも一つのマグネトロンスパ ッタ装置及び少くとも一つのマイクロ波プラズマ装置が、ドラムの内側に配置さ れる、請求の範囲第７２項に記載の装置。 76．選択された基板又はその表面セグメントを、作業部位に 回動自在に露呈するために、前記ドラムの円周に回動可能に取り付けられる、基 板支持手段をさらに備える、請求の範囲第７２項に記載の装置。 77．前記回動可能に取り付ける手段が、前記ドラムの回転に伴って回動可能であ る遊星歯車装置を備える、請求の範囲第７６項に記載の装置。 78．前記基板ホルダーに隣接する第二の作業部所又は一組の作業部所において、 基板上に少くとも一つの第二の材料を附着させるように適合された、少くとも一 つの第二のマグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装置をさ らに備える、請求の範囲第６２項に記載の装置。 79．前記第二のマグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネトロンスパッタ装置 に隣接して配置され、前記第二のマグネトロンスパッタ装置又は一組のマグネト ロンスパッタ装置によってスパッタされた前記選択された材料との化学反応を行 なわせるために、プラズマを提供するように適合された、少くとも一つのマイク ロ波プラズマ装置又は一組のマイクロ波プラズマ装置をさらに備える、請求の範 囲第７８項に記載の装置。 80．基板上に単一層膜及び多層複合物を形成するための、低温高速形成装置であ って、該装置は、真空室と、基板を取付け、該基板をその上で回転させるように 適合された、前記室内の手段と、基板を取り付けるための前記手段に隣接する作 業部所に配置され、基板上に少くとも一つの選択された材料をスパッタするよう に適合された、少くとも一つ のマグネトロンスパッタ装置と、前記マグネトロンスパッタ装置に隣接して配置 され、前記マグネトロンスパッタ装置のプラズマを強化するように適合され、反 応性ガスのイオンと前記スパッタによって附着された材料とを、前記ガスの比較 的低大気分圧において反応させる少くとも一つの第二の装置とを備え、前記第一 の装置と組合わせた前記第二の装置は、前記選択された材料を、異なる化学的種 に転化させる反応性雰囲気を提供するように適合され、マグネトロンスパッタ装 置及び第二の装置は、単一のプラズマの連続体を形成し、該連続体内において、 自由電子密度は一貫して少くとも１０⁸／cm³であり、前記選択された材料を異な る化学的種に転化するための反応性雰囲気を形成し、前記転化の少なくとも５０ ％が、前記マグネトロンスパッタ装置において生じる、低温高速形成装置。 81．前記基板上に材料の積層を連続的にスパッタ附着させ、次の連続する層をス パッタ附着させる前に、前記層の少くとも選択された複数の層を酸化させるため に、前記第二の装置を選択的に操作するための手段をさらに備える、請求の範囲 第８０項に記載のスパッタリング装置。 82．前記第二の装置が、前記選択された材料を、酸化物、窒化物、水和物、オキ シ窒化物、又は炭素含有合金、又は化合物からなる群より選択される少くとも一 つの要素に転化するために選択された、反応性雰囲気を提供するように適合され 、前記転化が前記第一の装置によって開始される、請求の範囲第８１項に記載の スパッタリング装置。 83．前記基板を保持し、移動させるための手段が、ウェブ−ツー−ウェブ被覆器 （web-to-web coater）中のウェブである、請求の範囲第１項に記載のスパッタ 被覆装置。 84．前記基板を保持し、移動させるための手段が、ウェブ−ツー−ウェブ被覆器 （web-to-web coater）中のウェブである、請求の範囲第２８項に記載のマグネ トロンスパッタリング方法。 85．前記基板を保持し、移動させるための手段が、ディスクである、請求の範囲 第１項に記載のスパッタ被覆装置。 86．前記基板を保持し、移動させるための手段が、ディスクである、請求の範囲 第２８項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。