JPH02185969A - 陰極型マグネトロン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は祠料蒸若装置としてのスパッタリング装置及び
スパッタリング方法に関し、さらにスパッタ蒸着装置及
びスパッタリングを含む層の生成方法において用いられ
るマグネトロン装置に関する。

［従来技術の説明］ スパッタリング装置はエツチング及び蒸むプロセスに広
く用いられている。原子はターゲットの表面にぶっつけ
られ、真空区画中を通過する。噴出しされた多数の原子
はターゲットをエツチングし、基板表面上に蒸ｉ′Ｊさ
れ、ターゲット飼料でコートする。

ＭｉｔＭ上への祠Ｆ［のスパッタ蒸行において、ターゲ
ット及び基板の温度、ターゲット材料の利用形態及び基
板上での蒸着均−性等スバッタリングシステムパラメー
タについては市販のスノくツタリングシステムでは十分
ではない。これらパラメータはターゲット表面近くの電
子を閉じ込め、イオン化効果を増加させるマグトロンシ
ステムを形成することによってターゲットに垂直電磁界
を与え、効果的に制御される。上記システムは、蒸告速
度を短縮し、粒子の衝撃による基板温度上昇を減少させ
る。

マグネトロン装置によるスパッタリングシステムは、タ
ーゲットの腐蝕パターンのためターゲット祠￥−１の使
用効率が悪く、ターゲット材料の大部分を使い残したま
ま、ターゲット自身が使えなくなることが多い。平面型
マグネトロンの一般的な腐蝕パターンの１つに、レース
トラック腐蝕パターンがあり、ターゲット表面の楕円形
部分は消費されるが、ターゲット表面の他の部分は完全
にもとのままで比較的使われない。

作動中のマグネトロンシステムのターゲット材料は、大
きなイオン流が発生するために非常に高温となる傾向が
ある。従って、適切な作動を確保するために、マグネト
ロン装置を適Ｑ」に冷却する必要がある。

同様に、コートされるム（成層面上での衝突エネルギー
による過度の高温化を防ぐために、イオン化粒子の軌道
は制御される必要かある。

上記装置を商品化する場合、コストパーフォーマンスを
上げるため、上記必要事項は全てマグネトロン装置内部
で実現されることが不可欠である。

現在市販中のマグネトロン装置は、正確な（ｊ法１７．
Ｓ造と複雑な冷却及び′１は気システムを必要とするた
め、非常に高価である。

最も一般的なマグネトロン装置構成はシリンダー型、円
型及び平面型の３ＦＴ！類である。円型及び平面型構成
は局部浸蝕を受は易く、材料が使用可能な状態でもター
ゲットが使用不能になる。シリンダー型マグネトロン装
置はより均一に浸蝕を受けるが、高価なため人事面型領
域を−Ｈする基板をコートするのには適当でない。シリ
ンダー型マグネトロンは反転し、シリンダー内壁がター
ゲットであり、基板はシリンダー内に配置される。中空
陰極マグネトロンと呼ばれる上記マグネトロン基板両側
を効果的にスパッタし、中空陰極の内部によって決定さ
れる領域の中でスパッタリングを行なう。それらは内壁
からスパッタされるターゲット材料をＨする中空シリン
ダー型ターゲットを必要とし、磁気フィールド生成には
複雑なソレノイド構成を用いることが代表的である。

（発明の概要） 中空陰極型反転シリンダーマグネトロン装置構成は２つ
の独立ユニットで設計され、各ユニットが直角Ｃ型ある
いは直角チャネル型断面を有する。

２つのＣ型ユニットは結合されて中空方形トンネルある
いは方形平行パイプ型穴を形成し、スパッタ対象物は上
記方形穴を通過する。単純な形からなる単純な要素のボ
ルト締め構造により、提供しやすい安ｆ＋ｔｌｉな構成
となっている。

このマグネトロン構成は、ターゲット材料背後に甲面ア
レー状に同一の方位で配置される永久磁石を用いる。従
って、力線は表面付近の基板表面に平行で、基板の加熱
が最小限となる。冷却剤あるいは磁石とターゲット材料
との間に点在する冷却剤搬送チューブによって冷却が行
われる。

この装置は磁界を形成し、はぼ方形穴の内部でスパッタ
リングを行ない、理想的にはすべての大きさの平１ｉｌ
ｉ基板に対し、両面同時蒸若が可能である。またそれは
ターゲットの利用及びスパッタされる粒子の捕獲効率を
最大にする。

（実施例の説明） 第１図において、本発明の原理を具体化するマグネトロ
ン装置を示す。マグネトロン装置はシールドサポートあ
るいはベースサポート部材１０１を白゛し、マグネトロ
ン装置の各部品は同部材上に載置され、サポートされる
。ベースサポート部＋４’　Ｉ　Ｏｌはアルミニウムの
ような非磁性材料からなり、熱伝導に適した十分な厚み
であることが望ましい。

２つのエンドシールドサポート部材１０２．１０３はサ
ポート部材１０１に係合され、マグネトロンのエンド部
材を形成する。エンドシールドはサポート部材１０２．
１０３の主平面は、シールドサポート部材！０１の主平
面と垂直をなす。またエンドシールドサポート部材＋０
２．１０３はアルミニウム製であり、容品に熱伝導する
厚みをａする。電気伝導サイドシールド部材１０４は、
複数のネジによってシールドサポート部材ｌｏｔ　、１
０２．１０３の両エツジサイドに固定され、装置ｆ＋？
／造を形成する。第２サイドシールド１０５はシールド
サポート部材１０１．１０２．１０３の反対側のエツジ
サイドに固定され、基礎的サポート構造を形成する。サ
イドサポートプレート１０４と１０５は非磁性ステンレ
ス鋼材のような非磁性材料で構成される。シールドサポ
ート部材１０１．１０２．１０３　、サイドシールド１
０４．１０５は電位的に陽極である。

エンドフラックスバスプレート１０６．１０７、ペース
フラックスパスプレート１０８は（軟質鉄あるいは軟質
スチールのような高透磁性材料で構成され）、シールド
サポート部材１０１　、１０２　、＋０３の内側に平行
に配置される。プレート１０６．１０７．１０８はセラ
ミックスタンドオフ１３８によって部材＋０１　、＋０
２　、＋０３から絶縁されている。複数の永久棒磁石１
１０はエンドフラックスパスプレートｌＯＧ　、　＋０
７及びペースフラックスバスプレート１０８の内側露出
表面上に載置されている。上記永久棒磁石は互いに平行
で、そのＮ−３磁極方向がすべて同方向をさすように配
置されている。この方向は、個々のマグネトロン装置の
全形を形成する方形チャネルの縦軸に平行である。

銅のような熱及び電気伝導飼料、あるいは冷却チューブ
に適する他の飼料からなる１夏数の冷却剤搬送チューブ
１１５．１１Ｇ　、１１７は永久棒磁石１１０のトップ
に載置され、接触する。冷却剤搬送チューブ１１５　、
Ｉｌ［ｉ　、１１７は液体あるいは気体冷却剤で充填さ
れ、マグネトロン装置内の温度を所定の範囲内に保つ。

冷却剤搬送チューブ１１５．１１Ｂ、１１７は電気的に
陰極である。

永久棒磁石＋１０及び冷却剤搬送チューブ１１５、＋１
［ｉ　、１１７は、背面磁気サポートプレート１２１及
びエンド磁気サポートプレート１２２．１２３　　（第
１図では見えない）によってマグネトロン装置のフラッ
クスバスプレート１０６．１０７．１０８に固定される
。磁気サポートプレート１２１　、１２２　、＋２３は
、永久棒磁石と共にフラックスバスプレート１０６．１
０７　、ｌｏｇにネジによって固定される。

スパッタされる非磁性特殊材料からなるターゲットプレ
ート１３１　、１３２．１３３はそれぞれ冷却剤搬送チ
ューブ１１５．１１６　、１１７の上部に載置される。

ターゲットプレートの材料はスパッタに適する銅、金、
クロム、あるいは非磁性バナジウムニッケル等の非磁性
材料である。

角型あるいはＬ字型断面を有するフラックス保持装置１
２５は、ターゲットプレート１３１　、１３２と１３３
、エンドフラックスバスプレー目０６と１０７及びバッ
クフラックスバスプレート１０８のサイドエツジに沿っ
て配置され、よってＬ字型のアームの一方は永久棒磁石
１１０の極片端を支え、又他のアームは、それら極片端
に隣接、接続する。フラックス保持装置１２５の長アー
ム部位の終端は、エンドフラックスバスプレート１０６
と１０７及びベースフラックスバスプレート１０８の平
面表面に隣接、接続する。フラックス保持装置１２５は
透磁性鉄あるいはソフト鋼からなり、フラックスバスプ
レー）１０Ｇ　、１０７．１０Ｂと共に永久棒磁石のフ
ラックスジオメトリ−を制御する。これらのフラックス
保持装置は陽極である。

第４図において、第１図で示したマグネトロン装置構成
の断面及びフラックスジオメトリ−を示す。フラックス
４００はターゲットプレー１−１３１の両サイドに配置
されたフラックス保持装置１２５で終端する。このフラ
ックスジオメトリ−は、第３図に示されるような隣接す
る２つのマグネトロンテバイス構成３０１　、３０２間
のスパッタリング領域中の自由電子及びイオンの軌跡を
含む。これらの粒子は、２つの隣接するマグネトロン装
置３０１と３０２によって決定される平行パイプ型スパ
ッタリング領域内のイγ円形バス内、及びスパッタ中の
通過領域の搬送バス方向３０３に垂直な面内を移動する
。

ステンレス鋼等の非磁性＋１料からなるサイドシールド
部材１０４は曲げられ、フラックス保Ｆ、１７装置１２
５の上部に延長し、セラミックススタンドオフ１３８に
よってフラックス保持装置から絶縁され、陽極電位を有
する。シールド部材はアーム１３６を有するＬ字形をな
し、フラックス保持装置１２５をプラズマ中にスパッタ
される原子による衝撃から保護する。

永久棒磁石１１０冷却剤搬送チューブ１１５　、ｌｉＢ
と１１７、磁気サポートプレート＋２１　、＋２２と１
２３、フラックス保持装置１２５、及びフラックスバス
プレート１０６．１０７と１０８はすべて陰極であり、
電気的絶縁セラミックスタンドオフＨ８中に挿入された
ネジ１３９によって、シールドサポート部材１０１、　
、１０２と１０３及びサイドシール白０４と１０５（こ
れらは陽画）にスタンドオフの穴を通して固定され、上
記のセラミックスタンドオフは陰極コンポーネントを陽
極コンポーネントから電気的に分離する。

第１図において、マグネトロン装置構造は第２図に示さ
れるハツチプレート２５０上に載置される。

ハツチプレーＩ・２５０は、マグネトロン装置構造の処
理区側内貫通用穴２６１において、ノ）ソチプレートを
処理区画側壁２６０に固定し、マグネトロン装置をスパ
ッタリング処理区画中に挿入する。マグネトロン装置は
ネジ２４２によってハツチプレート２５０のネジ穴に固
定され、ノ１ツチプレート２５０はネジ２５２によって
処理区画側壁２６０のネジ穴に固定される。マグネトロ
ン装置背面から突出する冷却チューブ２５３は、冷却剤
源及び電源に接続するため外部に延長ができる。上記チ
ューブはハツチプレート２５０内の真空密閉穴２６３を
通過する。

第３図において、第１図に示されるマグネトロン装置構
成３０１　と３０２は、互いに隣接して処理区画内に配
置され、直角の平行バイブ型スパッタリング領域３０５
を形成する。２つのマグネトロン装置の隣接するレッグ
は接触あるいはわずかに分離し、圧力で固定されるハツ
チプレート２５０が処理区画側壁２６０と共に空気密閉
部を形成できる。

隣接マグネトロン装置構成３０１と３０２からなる装置
は実質上従来の中空陰極スパッタリング装置と同等に作
動するが、作成が容易で、コストも安価である。磁界は
スパッタリング領域３０５内に含まれるため、スパッタ
動作は同領域内に限定される。

上記の装置は従来の中空陰極型マグネトロン構成の長所
の多くを有しながらも、従来の中空陰極装置はどコスト
が高くないことは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のマグネトロン装置の直角Ｃ型コンポ
ーネントの斜視図； 第２図は、制御中の処理区画内に第１図のマグネトロン
装置を載置中の分解斜視図； 第３図は、中空陰極マグネトロン装置として作動するた
めに一体化された第１図のマグネトロン装置の斜視図； 第４図は、第１図のマグネトロン装置の片側断面図及び
磁力線ＧＭ成を示す。 １０１・・・ベースシールドサポート部材１０２．１０
３・・・エンドシールドサポート部材１０４．１．０５
・・・サイドシールド１０６、１０７・・・エンドフラ
ックスバスフーレート１０８・・・ベースフラックスバ
スプレート１１０・・・永久棒磁石 ＋２１・・・バック磁気サポートプレート１２２、１２
３・・・エンド磁石サポーＩ・プレート１２５・・・フ
ラックス保持装置 １３１．１３２．１３３・・・ターゲットプレート１３
６・・・張出し １３８・・・セラミックススタンドオフ１３９．２４２
，２５２・・・ネジ ２５０・・・ハツチプレート ２５３・・・冷却管 ２６０・・・側壁 ２６１・・・隙間 ２６３・・・密閉穴 ３０１．３０２・・・マグネトロン装置３０５・・・ス
パッタリング領域 ４００・・・磁力線 ＦＩＧ、　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１ヨーク部材と、第１ヨーク部材に垂直で、そ
   の両端に配置される第１と第２のエンド部材とを有する
   第１ターゲット、及び、 第１陰極ユニット内に磁界を生成する第１手段を含む第
   １陰極ユニット； 第２ヨーク部材と、第２ヨーク部材に垂直で、その両端
   に配置される第３と第４のエンド部材とを有する第２タ
   ーゲット、及び、 第２陰極ユニット内に磁界を生成する第２手段を含む第
   ２陰極ユニット； 第１ターゲットの第１と第３エンド部材及び第２ターゲ
   ットの第２と第４エンド部材の自由端はほぼ隣接するよ
   う構成されて、第１及び第２の陰極ユニットは互いに隣
   接して配置され、 それによって方形断面を有する通路が第１及び第２陰極
   ユニットの内部で形成され、ターゲット材料でコートさ
   れる被処理部材がその通路内を通過できることを特徴と
   する陰極型マグネトロン装置。 （２）磁界を生成する第１及び第２手段は、第１及び第
   ２陰極ユニット内に配置される複数の永久棒磁石を含み
   、 全ての棒磁石は、方形断面を有する通路に沿う縦軸方向
   に平行に配置される南北極軸を有することを特徴とする
   請求項１記載の装置。 （３）通路の入口及び出口でのターゲットのエッジは、
   磁界を通路の中に閉じ込めるように動作する磁性材料製
   フラックス保持素子で拘束されていることを特徴とする
   請求項２記載の装置。 （４）冷却剤搬送用チューブを、磁界を生成する第１と
   第２手段の間、及び第１と第２ターゲットとの間に有し
   、 第１及び第２陰極ユニットに電位を与えるためにチュー
   ブに電位が印加されることを特徴とする請求項３記載の
   装置。 （５）フラックス保持素子をカバーし、それから絶縁さ
   れ、陽極電位に保たれるサイドシールドを有する特徴と
   する請求項４記載の装置。 （５）制御電磁界を領域内に閉じ込めるスパッタリング
   生成方法において、 被処理部材の進入が可能な解放対抗面を有し、平行パイ
   プを有する４面上で領域を形成する複数の平面ターゲッ
   トを配置するステップ、 複数の平面ターゲットの裏面に、対抗面に直交する方向
   にＮＳ極を有する複数の永久磁気源を配置するステップ
   、 平面ターゲットを電気的に陰極電位に励起するステップ
   、 陽極電位を有するシールドで平面ターゲットの周辺露出
   端をシールドするステップ からなることを特徴とするスパッタリング生成方法。 （７）高透磁材料のフラックス抑制構造で平面ターゲッ
   トの露出エッジを包むステップを有することを特徴とす
   る請求項９記載の方法。 （８）ターゲットを冷却するための冷却剤を提供するス
   テップ、 フラックスを領域内に閉じこめるために磁気源に隣接す
   る高透磁性フラックスパスを提供するステップ を有することを特徴とする請求項１０記載の方法。