JP3516949B2 - 回転マグネトロンスパッタリングシステムにおけるアーク抑制のためのシールディング - Google Patents

回転マグネトロンスパッタリングシステムにおけるアーク抑制のためのシールディング

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は一般的にはスパッタリングシステムに関
し、かつより詳細にはDC反応性スパッタリング法を利用
する、回転円筒状マグネトロンにおける絶縁材料のスパ
ッタリングに関する。
DC反応性スパッタリングは、建築および自動車のグレ
ージング（glazing）への熱制御コーティングの適用等
の広い範囲の商業用コーティング応用のために最も頻繁
に使用される方法である。この方法においては、被コー
ティング物は真空ロックにより互いから分離された一連
のインラインの真空チャンバを通される。これは連続イ
ンラインシステムまたは単にグラスコータと呼ばれ得
る。
チャンバの内部では、スパッタガス放出は約３ミリト
ルの圧力での部分真空に維持される。スパッタガスはア
ルゴン等の不活性ガスに、酸化物を形成するための酸素
等の反応性ガスを低い比率で混合したものを含む。
各チャンバは約−200ないし−1000ボルトの負の電位
に維持される１つまたは２つ以上のカソードを含む。こ
のカソードはその長さがチャンバの線の幅にわたる、長
方形の形でよい。カソードは典型的には幅0.10ないし0.
30mであり、かつ長さは1m以上である。スパッタされる
材料の層がカソードの表面に付与される。
この表面層または材料はターゲットまたはターゲット
材料として知られる。反応性ガスがターゲット材料と適
切な化合物を形成する。
スパッタガス放出からのイオンはターゲット内に加速
されかつターゲット材料内の原子を取りはらうかまたは
スパッタオフする。これらの原子が今度はターゲット下
を通る、ガラスシート等の基板上に堆積される。原子は
基板上で放出ガス内の反応性ガスと反応して薄膜を形成
する。
建築用ガラスコーティングプロセスは磁気的に強化さ
れた平らな（planar）マグネトロンの開発により商業的
に可能となった。このマグネトロンは閉ループの形に配
列されかつターゲット背後の固定位置に装着された磁石
のアレイを有する。閉ループの形の磁界がこうしてター
ゲット板の前に形成される。この磁界により放出ガスか
らの電子が磁界内に閉じ込められかつ螺旋状のパターン
で移動し、これによりより強いイオン化およびより高い
スパッタリング速度がもたらされる。ターゲットのオー
バヒートを防止するために適切な水による冷却が行なわ
れる。この平らなマグネトロンについては米国特許第4,
166,018号にさらに記載されている。
平らなマグネトロンの欠点は、ターゲット材料が磁界
により規定される狭い領域でしかスパッタされない点で
ある。これによりターゲット上に「レーストラック」
（racetrack）型スパッタ領域がつくり出される。こう
して、「レーストラック」型浸食領域がスパッタリング
の発生に従いつくり出される。これにより幾つかの問題
が生じる。たとえば、（１）局所的な高温ビルドアップ
（build−up）によりカソードが動作し得る出力が最終
点に制限されること、および（２）ターゲットを取り替
えなければならなくなる前にターゲット材料の約25％し
か実際に使用されないという点である。均一性および安
定性に影響するもう１つの重大な問題は浸食領域の外側
のターゲット上の酸化物の蓄積である。これによりガス
の放出状態を一時的に乱すアーク放電が生じるからであ
る。二酸化シリコンがシリコンの反応性スパッタリング
により堆積されている場合には、このアークの問題は大
変深刻である。
平らなマグネトロンに固有の問題の幾つかを克服すべ
く、ロータリまたは回転円筒状マグネトロンが開発され
た。回転マグネトロンは円筒状のカソードとターゲット
を使用する。カソードとターゲットがスパッタリング領
域を規定する磁気アレイの上を継続的に回転させられ
る。このようにして、ターゲットの新しい部分がスパッ
タリング領域に対し継続的に差し出され、冷却の問題を
緩和し、より高い動作力が可能となる。この冷却はより
効果的である一方、依然として回転マグネトロンカソー
ドが、錫、鉛、またはビスマス等の低融点ターゲット材
料、特にスパッタリング領域の端部においてはこれら材
料を溶かすのに十分な熱に至る可能性がある。「レース
トラック」の「ターンアラウンド」（turn around）に
より、出力密度が最も高いのはこの端部においてであ
る。
カソードとターゲットの回転も、浸食領域がスパッタ
リング領域により覆われるシリンダの全周縁部を含むこ
とを確実にする。これによりターゲットの利用度が高ま
りかつ浸食領域内でのターゲットからのアークが低減さ
れる。回転マグネトロンについては米国特許第4,356,07
3号および第4,422,916号にさらに記載されており、同特
許の全開示についてここで引用により援用する。
回転マグネトロンは幾つかの問題を解決はするが、同
時に他の問題を生じさせる。これら問題には、二酸化シ
リコンならびに酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウ
ム等の類似する材料をCD反応性スパッタリングする際に
特に厄介な、新たなアーク現象が含まれる。二酸化シリ
コン等の絶縁材料は、多層の反射防止コーティングおよ
び多層の強化アルミニウム反射材等の、高品質で、精度
の高い光学コーティングを形成するのに特に有用であ
る。このようなコーティングはインラインのCD反応性ス
パッタリングプロセスにより適用されることが可能であ
れば、よりその製造はかなり経済的になると考えられ
る。
連続的インラインのスパッタリング方法の真の利点
は、作業効率に関する限り、このプロセスが許容可能な
製品を製造すべく継続的に動作され得る場合に初めて実
現されるものである。アークの発生時にコーティングし
たものはほとんどの場合不良品になるので、アークによ
るスパッタリング条件の乱れは費用効率のよい作業には
特に有害である。たとえば、被コーティング物はアーク
から生じる残骸によって汚染されるかもしれず、または
放電状態の一時的混乱により引き起こされる不正確な膜
厚を伴う領域ができるかもしれない。さらに、アークの
発生が動作時間に伴って増大し、かつ最終的にはシステ
ムを洗浄および維持管理するために閉じなけれればなら
ないレベルまで達する。
例として、ある回転マグネトロンの構成において、シ
リコンターゲットからの二酸化シリコンを堆積する間の
カソード端部およびベアリング構造からのアークがスパ
ッタリングが開始されてから１時間もたたないうちに発
生した。アークの発生は動作時間とともに急速に増大
し、２時間足らずで１分あたり約100アークの頻度にま
で達した。これにより放電状態の永久的な乱れが引き起
こされ、機械を閉じて保守点検を行なうことが必要とな
った。この回転マグネトロン構成については、真空コー
タ学会、第32回年次総会予稿集「回転円筒状マグネトロ
ンを使用するDC反応性スパッタリング」J.ホフマン（Ho
ffman）第297頁−300頁（1989）（J.Hoffman,“DC Reac
tive Sputtering Using a rotating Cylindrical Magne
tron",Proceedings of the 32nd Annual Conference of
Society of the Vacuum Coaters,pp.297−300（198
9））に記載されている。
上記に鑑み、本願発明の目的はDC反応スパッタリング
により堆積する、絶縁性の高い二酸化シリコンおよび他
の材料のためのDC反応性スパッタリングプロセスの効果
を改善することである。
本願発明のもう１つの目的は、回転円筒状マグネトロ
ンにおけるアークの発生を実質的に低減またはなくすこ
とである。
本願発明のもう１つの目的は、低融点ターゲット材料
に関する堆積速度を増大させることである。
本願発明の追加的目的および利点については以下の説
明に示されており、かつ部分的には記載から明らかにな
るかまたは本願発明の実施により理解されるであろう。
この発明の目的および利点は請求項に特定的に指摘され
る手段および組合せにより実現されかつ入手され得る。
発明の要約 本願発明はマグネトロンがカソード体の全長にわたっ
て延びかつその比較的狭い領域に沿って周辺に延びるス
パッタ領域を提供する、回転円筒状マグネトロンのため
のカソード体に向けられる。カソード体はその外側表面
にターゲット材料を有する長くのびる管状部材を含む。
アークを抑制するための手段が管状部材の少なくとも一
方端に存在する。
アークを抑制する基本的手段はターゲット材料とは違
うカラー材料（collar material）の表面を有するカソ
ード体の各端部上に円筒状領域を含む。円筒状領域は典
型的には約２インチの距離にわたってスパッタリング領
域内に延びる。カラー材料はターゲット材料がスパッタ
されるとともにスパッタされるが、典型的にはその速度
はより遅い。スパッタされたカラー材料は絶縁特性が劣
った膜を形成する。これらの膜は、ターゲットからスパ
ッタされる材料よりむしろ、カソード端部、暗黒部シー
ルディングおよび支持構造上に堆積する。これら絶縁性
の劣る膜を介する漏電が電荷の蓄積とアークをかなり低
減する。
回転円筒状マグネトロンは排出可能な（evacuable）
コーティングチャンバ内に配置されてもよく、かつスパ
ッタリング領域を過ぎてスパッタされた材料を受けるべ
く被コーティング物を輸送するための手段を設けてもよ
い。
図面の簡単な説明 本願発明に組込まれかつその一部をなす添付図面は、
本願発明の好ましい実施例を模式的に示しており、上記
の一般的説明とともに以下の好ましい実施例の詳細な説
明と合わせて本願発明の原則を説明せんとするものであ
る。
図１は磁気アレイに関連してスパッタ領域と浸食領域
とを示すロータリ円筒状マグネトロンの模式図である。
図２はマグネトロンが一方端でのみ支持される、本願
発明の原則に従い構成されるロータリ円筒状マグネトロ
ンカソードを示すコーティングチャンバを破断した模式
的縦方向断面図である。
図３はシールドの装着を示す拡大模式断面図である。
図４は両端で支持されるマグネトロンを有する図２に
類似する図である。
図５は各端部での直径が減らされたカソード体を有す
る本願発明の実施例の模式図である。
図６はスリーブをスパッタされた材料による汚染から
保護するための突出し部を伴うカラーを有する本願発明
の実施例の模式図である。
図７はその各端部のカソード体上に装着されたスリー
ブを伴う本願発明の実施例の模式図である。
好ましい実施例の詳細な説明 この発明について幾つかの異なる実施例の観点から説
明することにする。図面を詳細に参照するが、幾つかの
図面においては同じ参照番号が同じ部分を示しており、
まずここで図１を参照して、本願発明の原則について説
明する。
図１に示すとおり、回転またはロータリ円筒状マグネ
トロン10は、その外側表面にターゲット材料16を有する
管または管状部材14を含む、カソード体12を含む。わか
るとおり、磁気アレイまたはバー20がカソード体内のそ
の全長の一部にわたって延在する。カソード体12は、磁
気アレイ20が静止している間、軸18の周りを回転する。
通常は、磁気アレイ20はカソード体12のそれぞれの端
部まで完全に延びていない。これはシール、冷却水導管
およびベアリング部材がカソード体の一方端に取り付け
られるからである。結果として、マグネトロンのスパッ
タリング領域15はカソード体の端部まで延びていない。
図１に示されるとおり、スパッタリング領域15は円周
線24まで延び、およそ磁気アレイ20の端部に匹敵する。
カソード体の回転によりカソード体12の円周の周りに延
びる均一な浸食領域26がつくり出される。これによりス
パッタされない領域28を浸食領域の外側および円周線24
を越えたところに残す。この領域28はこうして円周線24
からカソード体12の端部25まで延びる。同様のスパッタ
リングされない領域（図示せず）がカソード体の対向す
る端部の側にも存在している。したがって、カソード体
の端部はスパッタされない。こうして、酸化膜が端部で
積み重なり、遅かれ早かれ、スパッタリングされる材料
に依存して、カソード体のこれからスパッタされない領
域からアークが生じることになる。
例として、カソード体は長さ約54インチでかつ直径約
６インチでよい。磁気アレイは約51インチの長さを有し
得る。このように、スパッタおよび浸食領域が約52イン
チの長さを有すると考えられる。そこでスパッタされな
い領域はカソード体に沿ってその各端部で約１インチ延
在する。
酸化チタン、酸化亜鉛および酸化錫インジウム等の幾
つかの材料は、反応性スパッタリングをされると、劣っ
た誘電特性または半導電性さえも有する結晶膜を形成す
る。これらの膜がカソードのスパッタされない領域上に
蓄積し、電荷がそれらを通って簡単に漏洩し得る。これ
によりアークをつくり出すかもしれないと考えられる電
荷の蓄積が防止される。数ミクロンのオーダで、これら
の膜が比較的厚い場合にのみアークの問題が生じる。こ
れはしかしながら数時間の作業を経た後でなければ生じ
ないかもしれない。
しかしながら、シリコンから反応性スパッタリングさ
れた二酸化シリコンの膜は実質的に非結晶の形状で堆積
しかつ優れた電気絶縁体である。酸化アルミニウムおよ
び酸化ジルコニウムの反応性スパッタリングされた膜は
類似する特性を有する。このような絶縁膜がカソードの
スパッタリングされない領域、たとえば円周線24を越え
たところに形成する場合には、正の電荷が急速に蓄積し
得る。こうして、膜を横切る電荷の蓄積により生じた高
い電界の下、絶縁膜がブレークダウンするとアークが生
じるかもしれない。絶縁特性が優れていれば優れている
ほど、アークの発生は急速であり、一般的には１時間の
動作内に生じる。
図１に示されるとおり、本願の発明は、その最も簡素
な形式では、カラー32を含む。カラー32はカソード体12
と接触状態にありかつ円周線34を越えて浸食領域26内に
延びる。好ましくはかつ例としては、シリコンをスパッ
タリングする際には、このカラーは約２インチ浸食領域
内に延びる。このようなカラーはカラー本体の各端部に
形成される。
カラー材料は高い融点を有する必要がある。高い融点
により、アークが発生した場合のカラーへの損傷の確率
が低減される。カラーに対する損傷がさらなるアークの
引金となるかもしれない部位を提供すると考えられる。
カラー材料はスパッタリングガスの反応性成分と化合
物を形成する必要がある。たとえば、化合物はカラー材
料の酸化物または窒化物でよい。このような化合物が劣
った絶縁特性を有する膜を形成する。数十ミクロンの厚
さであっても、これらの膜を通って電荷の漏れが生じる
はずである。
カラー材料はターゲット材料よりも低いスパッタリン
グ速度を有する必要がある。カラー材料からスパッタさ
れた材料はカソード端部と支持構造物上に堆積されるの
みならず、ターゲットからスパッタされる材料と混ぜ合
わされる、コーティングされる基板の端縁上にも堆積さ
れる。基板端縁でのスパッタされるカラー材料の、スパ
ッタされるターゲット材料に対する比率はでき得る限り
低く保つことが望ましい。しかしながら、カラー材料の
スパッタリング速度は０にはなり得ない。さもなくば、
スパッタされたターゲット材料が支持構造上に最終的に
堆積することになりかつアークを引き起こすと考えられ
るからである。カラーからのスパッタリングはターゲッ
トからスパッタされた材料がこれら支持構造に到達する
ことを妨げない。むしろ、スパッタされたターゲット材
料がスパッタされたカラー材料と混ざってスパッタされ
たターゲット材料の絶縁特性が駄目になることを確実に
する。
どのようなカラー材料であっても、スパッタされた場
合に同じ条件下でスパッタされたターゲット材料よりも
アークを起こす傾向が少なければ、ある程度までは有用
である。適当なカラー材料には、スカンジウム、チタ
ン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニ
ッケル、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タン
タル、タングステン、ロジウム、プラチナ、およびイリ
ジウムが含まれる。シリコンターゲットから二酸化シリ
コンをスパッタする場合にはチタンが理想的なカラー材
料であることがわかっている。
高融点カラー材料から生じるさらなる利点は、このカ
ラーが、カソードに対して堆積した力が最も高い「レー
ストラック」型スパッタ領域の「ターンアラウンド」を
覆うためにスパッタ領域内に延長され得るという点であ
る。ターゲット材料が低融点材料の場合、ターゲット材
料の融点に達する前により高い力がカソード体に付与さ
れ得る。このようなカラーをカソード体に対して使用す
ることで、低融点材料に対してより高い堆積率が得られ
るのである。
カソード体12の端部に対しカラー32を付与するための
幾つかの方法が可能である。より詳細には、カラーは実
際にはカソード体に取り付けられる別個の円筒状ユニッ
トである必要はない。むしろ、本願発明の文脈において
使用されるカラーという用語は、カラー材料がターゲッ
ト材料と異なるカソード体の端部の周りの円筒状の領域
を意味する。たとえば、筒状部材14が適当なカラー材料
から製作される場合である。カラーは筒状部材14からタ
ーゲット材料を取り除くことより適切なセクションまた
は幾つかのセクションがカラーまたは複数のカラーを形
成すべく露出されたままにされるようにすることにより
形成され得る。筒状部材14がターゲット材料から製作さ
れるのであれば、材料の付加的な層がカラーを形成する
ためにターゲット材料に付与される必要があると考えら
れる。
スパッタ領域のどの範囲までカラーが延びるかを決定
するための特定的な公式というものはない。延長部分が
短いよりも長い方がターゲットからスパッタされた材料
がカソード体の端部および支持構造に達する可能性があ
る。しかしながら、延長部分が長ければ、ターゲット領
域はより狭くなりしたがってスパッタされたターゲット
材料でコーティングされ得る基板も狭くなる。含まれる
カラーとターゲット材料がまたその決定を左右する。シ
リコンとともに使用されるチタンのカラーに関しては２
インチの延長部分が実験的に決定された値を表わしかつ
他の材料を扱う場合のガイドラインとして使用され得
る。
円筒状マグネトロンのためのある種の装着構成におい
ては、カソード体の端部を暗黒シールドで囲むことが役
に立つ。これによりアークが低減される。このようなシ
ールドについて以下に議論する。しかしながら、カソー
ド体にカラーを付与しなければ暗黒シールドはコーティ
ング材料で急速に汚染されかつアークの源になることが
わかっている。
したがって、カラーはアークを低減するうえで最も効
果的な方法であるように思われる。カソード体の端部を
覆う暗黒シールドと組合わせれば、カラーが、二酸化シ
リコンの反応性スパッタの間のアークを実質的になくす
ことがわかっている。
たとえば、暗黒シールドまたはスリーブは、カソード
体12の周りに同心的にかつその表面から間隔をあけて配
設される。シールドはカソード体の端部25から暗黒部の
長さ（以下に述べる）とおよそ等しい距離だけ延びかつ
円周線24までまたはこれをちょうど過ぎるところまでス
パッタ領域の端縁へ延び得る。こうしてシールドがカソ
ード体の端部およびカラー32の対応する部分を囲むこと
になると考えられる。
シールドはある空隙を形成すべくカラー32から間隔を
あけられる。この空隙を横切る距離は暗黒部の長さより
短いものである。暗黒部はカソードの次のガスの放出領
域である。ここでは、付与された動作電圧の下電子が加
速してスパッタガスのイオン化を引き起こすのに十分な
ほど付勢されている。暗黒部の長さはスパッタガスのタ
イプ、ガスの圧力および付与された電界の関数である。
暗黒部の長さは3mmのオーダでよい。
ダークスペースシールドはカソード体をガス放出およ
び結果として生じるイオンのボンバードメインから保護
する。カソード体の端部の周りのシールドにより、スパ
ッタガス放出がこの端部に接触することを防止し得る。
シールドは、以下に説明するとおり、適切な支持部材に
取り付けるためのフランジ等を備えている。シールドは
またこの装着面からは絶縁されており、かつしたがって
そこからは電気的に分離されている。
こうして、それは電気的に浮遊しかつガス放出の電位
を入手する。シールドの好ましい材料はステンレススチ
ールである。
図２に示されるとおり、回転円筒状マグネトロン40は
排出可能コーティングチャンバ44内にカンチレバーされ
た形で装着され得る。わかるとおり、コーティングされ
る基板Ｓは複合ローラ41上で円筒状マグネトロン40の下
を通る。基板は二酸化シリコンまたは他の材料の薄膜で
コーティングされてもよい。
円筒状マグネトロン40は回転可能真空封止ユニット42
に装着されるカソード体43を含む。当該技術分野では公
知のとおり、ユニット42はカソード体がコーティングチ
ャンバ44内を真空に維持しながら回転させられ得る構成
を提供する。真空ユニット42はまたマグネトロン40と真
空チャンバ外側の領域との間に必要な電気的、機械的か
つ流体接続状態をもたらす。真空ユニット42はチャンバ
44の側壁50内の開口内のフランジ54により配設されかつ
封止される。コーティングチャンバは適当な真空シール
46を有する上部カバー46により封止される。上部カバー
はチャンバ44のそれぞれの側壁50および52の間の距離に
わたる。わかるとおり、マグネトロン40は上部カバー46
を介してチャンバ44内に挿入されかつチャンバ44から取
り除かれ得る。
回転カソード体43のための駆動は支持ブラケット58上
に装着された電気モータ56により与えられる。この駆動
はプーリ60および62ならびに駆動ベルト64によりカソー
ド体に伝えられる。
冷却水は静止した管または導管を介してカソード体内
へ供給される。図示のとおり、管66は真空封止ユニット
42によりコーティングチャンバ44からその外部の位置ま
で延びる。管66はまた適切なブランケット72により管に
取り付けられる磁気アレイ70を支持する。冷却水は真空
封止ユニット42をも通過する管または導管68を経由して
取り除かれる。管68はまたマグネトロン40のための必要
な電気的接続を保持する。
わかるとおり、真空ユニット42に隣接するカソード体
の端部は封止プラグ78により封止される。冷却水管66お
よび68はこのプラグを介して延びる。封止プラグ80はカ
ソード体の対向する端部に位置する。それは窪みをつけ
られてカソード体がその周りを回転するベアリング82を
提供する。
なお、基板Ｓは複合ローラ41上の円筒状マグネトロン
40を過ぎて運ばれる。ローラはベアリング102内で回転
するシャフト100上に装着される。今度はベアリングが
コーティングチャンバの床または台板51上に装着され
る。約１フィートの距離で互いから分離される一連のこ
のようなローラシャフトは、基板の輸送の方向にコーテ
ィングチャンバ44の長さに沿って延びてもよい。これら
は図示されないチェーン駆動システムにより回転させら
れる。
上に述べたとおり、カソード体43はその外側表面にタ
ーゲット材料76を有する管状部材74を含む。管状部材は
ターゲット材料から形成されてもよいし、またはターゲ
ット材料がステンレススチール等の非ターゲット材料か
らなる管状部材に対しスプレーでコーティングされても
よい。
この実施例においては、カラー92および94はカソード
体43の各端部に形成される（図３も参照）。前述のとお
り、カラーはカソード体のそれぞれの端部から浸食領域
へ延びる。好ましくは、各カラー92、94がシリコンスパ
ッタのために約２インチの距離だけ浸食領域内に延び
る。
暗黒部シールドまたはスリーブ84および88はカソード
体43の各端部でそれぞれカラー92および94の周りに同心
的に配置される。スリーブは少なくとも１つの暗黒部の
長さにわたってカソード体に沿って延びる。暗黒部の長
さは、電子がガスのイオン化を開始するのに十分なエネ
ルギーを取得する前に、与えられたカソードの電位およ
びガス圧力下で移動する必要がある距離である。約500
ボルトの電圧と約３ミリトルのスパッタリング圧力で
は、暗黒部の長さは約3mmである。
図３により明らかに示されるとおり、スリーブ84は絶
縁ブシュ47およびネジ49により真空封止ユニット42の表
面に装着される。ナイロン等の絶縁体86がスリーブと真
空ユニットの表面との間に配設される。こうしてスリー
ブは、電気的に真空ユニットから分離される。
カソード体の他方端にはスリーブ88が絶縁ブシュ81お
よび絶縁ネジ83によりプラグ80に取りつけられる。ナイ
ロン等の電気的絶縁体90が、プラグ80にスリーブが取り
付けられる地点でプラグ80とスリーブ88との間に配置さ
れ、スリーブを部材から電気的に分離する。
また、既に述べたとおり、スリーブ84、88とカラー1
2、94との間に空隙83、85がそれぞれ形成される。これ
ら空隙を横切る距離は暗黒部の長さよりも小さい。こう
して、スパッタリングガス放出とカソード体上のスパッ
タされていない領域との間の接触が低減される。
ある種の応用では、シールドとカラーの構成はカソー
ド体の一方端のみに位置してもよい。また幾つかの応用
においては、スリーブはそれらの装着表面から電気的に
絶縁されている必要はない。ある種の装着構成において
は、暗黒部シールドまたはスリーブは不要かもしれな
い。
本願発明のもう１つの実施例が図４に示される。ここ
では、回転マグネトロン140のカソード体143はコーティ
ングチャンバ120内の端部ブロック114と116とに装着さ
れる。端部ブロックはマグネトロン140のためのベアリ
ング、電気的かつ水の接続部を収納する。わかるとお
り、端部ブロック114および116は適切な真空シール117
によりチャンバ120の上部壁面またはカバー110に装着さ
れる。上部壁面110は真空シール112によりチャンバの側
壁121および123に対し封止される。
カソード体143は支持ブラケット138によりチャンバ上
部壁110に装着される電気モータ118により駆動される。
モータ駆動はシャフト120によりギアボックス122に伝え
られる。シャフト124はギアボックスから、それが冷却
水管または導管128に機械的にリンクされる端部ブロッ
ク116内へ延びる。管128は冷却水のための出力管であ
る。冷却水取入管130は磁気バーまたはアレイ132のため
の支持物としての役割を果たす。この管もまた端部ブロ
ック116から延びる。磁気バー132はブラケット配列134
により管130に対し装着される。流体接続物126もまたブ
ロック116内のシール（図示せず）により管130内に水を
導入しかつ管128から水を流すために端部ブロック116上
に設けられる。端部ブロック114上の接続部154もまたマ
グネトロンに電力を導入するために設けられる。これは
駆動スピンドル170によりブロック114内でのブラシ接触
により行なわれる。
カソード体143はその外側表面にターゲット材料142を
有する管状部材144を含む。カソード体はそのそれぞれ
の端部でプラグ160および162により封止される。プラグ
160は管128により貫通され、管130のためのベアリング1
78を有するプラグ162が駆動スピンドル170に取り付けら
れる。
カラー146および148はカソード体の各端部に位置す
る。スリーブ150は端部ブロック114に取り付けられかつ
電気絶縁体172によりそこから分離される。スリーブ152
も端部ブロック116に取り付けられかつそこから絶縁体1
74により絶縁される。
上記の実施例を参照して議論したとおり、スリーブ15
0および152は少なくとも１つの暗黒部の長さにわたって
管状部材の長さ方向に沿って延びる。カラー146および1
48は浸食領域内に延びる。それぞれの空隙155および157
がカラー146、148とスリーブ150、152との間に形成され
る。各空隙を横切る距離は暗黒部の長さより小さい。こ
れらカラーおよびスリーブのための装着構成は図3Aのマ
グネトロンの駆動端部に示されるものと同様である。
この発明の他の実施例が図５に示される。ここでは、
回転マグネトロン195のカソード体190がカンチレバーさ
れた態様で装着されるところが示される。しかしなが
ら、この実施例によりもたらされる利点はダブルエンド
の装着構成に対しても等しく適用可能である。
図示のとおり、カソード体190はその直径が各端部で
縮小されている。各端部でのカラー192および193はカソ
ード体の輪郭に沿うべく形状化される。スリーブ194は
真空封止ユニット等の支持部材196上に装着される。ス
リーブは絶縁体198により支持部材196から絶縁される。
スリーブの外側の直径はカソード体の大きい方の外側の
直径に等しいかまたはこれより小さい。スリーブはカラ
ー193の周りに延在する。
カソード体の自由端では、スリーブ202が封止プラグ2
14上に装着されかつ絶縁体204によりカソード体から電
気的に分離される。スリーブ202はスリーブ194と同じ態
様でカラー192の周りに配列される。磁気アレイ208なら
びに水冷却管210および212も図示される。
それぞれのシールドとカラーとの間の空隙200、201は
通常のスパッタ条件の下ではカソード暗黒部の長さより
も小さい。この実施例では、空隙200および201への入口
はカソード体のレベルよりも低い。したがって、カラー
192の外側表面上の空隙とターゲット材料206との間には
ラインオブサイト（line of sight）の接触はない。こ
のように、ターゲットからスパッタされた材料に関して
空隙200と201への直接のアクセスは存在しない。
本願発明のさらにもう１つの実施例が図６に示され
る。この実施例においては、カソード体210はその外側
表面にターゲット材料222を有する管状部材220を含む。
ターゲット材料に隣接する盛り上がった玉のようになっ
たセクションまたは部分224aを伴うカラー224、226が設
けられる。玉224a、226aはそれぞれスリーブ194、202と
カラー224、226との間の空隙200、201にスパッタされた
材料が入り込むことを防止するのに十分な高さに製作さ
れる。この玉がシールドを汚染から保護するのに役立
つ。
この実施例に記載された概念がまたダブルエンドの装
着構成に対しても適用可能である点は当業者にとり明ら
かであろう。
本願発明のさらにもう１つの実施例が図７に示され
る。この実施例はカソード体230内に完全に統合された
アーク抑制システムを提供する。カソード体はその外側
表面にターゲット材料234を有する管状部材232を含む。
既に記載したとおり、カラー236、238は管状部材の対向
する端部に取り付けられる。スリーブ240はネジでプラ
グ242に装着されかつ絶縁体244によりプラグから電気的
に分離される。第２のスリーブ246がプラグ272上に装着
されかつ図3Aのマグネトロンの自由端で示されるのと同
様の態様で絶縁体250により電気的に分離される。典型
的には暗黒部の長さより小さい隙間がシールドと、スピ
ンドル252と、カソード支持部材との間に設けられる。
カソード支持部材は図４に示すとおり、端部ブロック11
6および114でもよい。駆動スピンドル252は端部ブロッ
ク116から延び、かつ導管210および212は端部ブロック1
14から延びる。
この発明について幾つかの実施例の観点から記載して
きた。しかしながら、この発明は、描写されかつ記載さ
れたこれら実施例に限定されない。むしろ、本願発明の
範囲は添付の請求の範囲により規定されるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビョーナード，エリック・ジェイ アメリカ合衆国、55057 ミネソタ州、 ノースフィールド、エンドウッド・トレ イル、5590 (56)参考文献 特開 昭60−59067（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−19473（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガス放出を使用して、基板上に選択された
    コーティング材料の薄膜をスパッタするための回転円筒
    状マグネトロンスパッタ装置であって、排気可能なコー
    ティングチャンバと、その表面にターゲット材料の層を
    有し、その長さ方向の一部分に沿ってかつその円周的に
    比較的狭い領域に沿って延びるスパッタ領域を有し、そ
    の一端にスパッタされない領域を有する長尺の円筒状管
    状部材を含むカソードを含み、前記スパッタ領域が前記
    管状部材の周りにかつその長さ方向の一部分に沿って浸
    食領域を規定し、かつ前記ターゲット材料の層は前記浸
    食領域の一部分に沿って前記円筒状管状部材の表面に位
    置し、前記コーティングチャンバ内で前記管状部材を回
    転自在に支持するための手段と、スパッタされた材料を
    受けるべくスパッタされたターゲット材料をすぎて物体
    を輸送するための手段と、前記管状部材の少なくとも一
    方端上に設けられたアークを抑制するための手段を含
    み、 前記アークを抑制するための手段は、前記管状部材の表
    面に位置するアークを抑制するための材料の層を含み、
    前記アークを抑制するための材料の層は前記管状部材の
    一方端で前記ターゲット材料と隣接して設けられ、 前記アークを抑制するための材料は前記ターゲット材料
    と異なり、前記管状部材の周りの円筒状領域を規定し、
    前記スパッタされない領域から前記浸食領域内に延び 前記アークを抑制するための材料は、スパッタされた場
    合に、スパッタされる前記ターゲット材料よりもアーク
    を起こす傾向が少ない材料から選択される、装置。
  2. 【請求項２】前記アーク抑制手段が前記管状部材の一方
    端の周りに導電性材料からなる少なくとも１つのカラー
    を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】アーク抑制手段が少なくとも１つの円筒状
    スリーブと、前記スリーブが、カソード暗黒部の長さよ
    り短い空隙を間に有して前記カラーの周りに実質的に同
    心的に配置されるように前記スリーブを装着するための
    手段とをさらに含み、前記スリーブが少なくとも１つの
    暗黒部の長さにわたって前記カソードに沿って延びる、
    請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記スリーブがカソードのための支持手段
    上に装着されかつ同手段から電気的に絶縁される、請求
    項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記スリーブがカソード上に装着されかつ
    そこから電気的に分離されている、請求項３に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】前記カラーがその円周に盛り上がった部分
    を有して前記スリーブ上へのコーティング材料の堆積を
    最小限にする、請求項３に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記管状部材の直径が前記スリーブにより
    覆われる端部で縮小されてその間の空隙におけるコーテ
    ィング材料の堆積を最小限にする、請求項３に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】スパッタされる材料がシリコン、アルミニ
    ウム、ジルコニウム、タンタルならびに錫および亜鉛の
    合金から本質的になるグループから選択される、請求項
    ２に記載の装置。
  9. 【請求項９】カラー材料がスカンジウム、チタン、バナ
    ジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、
    ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タ
    ングステン、ロジウム、プラチナ、およびイリジウムか
    ら本質的になるグループから選択される、請求項８に記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】管状部材がその各端部にカラーを有す
    る、請求項２に記載の装置。
  11. 【請求項１１】マグネトロンがカソード体の長さ方向に
    沿ってかつ円周をその比較的狭い領域に沿って延びるス
    パッタ領域を提供し、その外側表面にターゲット材料を
    有する長尺の管状部材と、前記管状部材の少なくとも一
    方端上にその前記一方端から前記スパッタ領域内へ前記
    管状部材の長さ方向に沿って延びる導電性材料のカラー
    とを含む、回転円筒状マグネトロンのためのカソード体
    であって、前記導電性材料は前記ターゲット材料と異な
    る、回転円筒状マグネトロンのためのカソード体。
  12. 【請求項１２】前記管状部材がその少なくとも一方端で
    縮小された直径を有する、請求項11に記載のカソード
    体。
  13. 【請求項１３】前記カラーが縮小された直径の形に沿
    う、請求項12に記載のカソード体。
  14. 【請求項１４】前記ターゲット材料が約700℃を下回る
    融点を有する金属である、請求項11に記載のカソード
    体。
  15. 【請求項１５】前記管状部材端部の一方がスリーブ内に
    適合する、請求項11に記載のカソード体。
  16. 【請求項１６】選択されたコーティング材料の薄膜をス
    パッタするための回転円筒状マグネトロンであって、そ
    の長さ方向および円周を比較的狭い領域に沿って延びる
    スパッタ領域を規定するための磁気手段を含む長尺の管
    状部材と、前記スパッタ領域のエリア内の前記管状部材
    の外側表面に設けられたターゲット材料と、前記管状部
    材の少なくとも一方端上にありかつ前記管状部材の円周
    に延びる導電性材料からなるカラーとを含み、前記カラ
    ーが前記一方端から前記スパッタ領域内に延びる、マグ
    ネトロン。
  17. 【請求項１７】前記管状部材の少なくとも一方端の円周
    に延びる導電性材料からなるスリーブをさらに含み、前
    記スリーブが少なくとも１つの暗黒部の長さにわたって
    前記管状部材に沿って延びる請求項16に記載の回転円筒
    状マグネトロン。
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