JPH06508001A - 線形磁電管スパッタリング方法及び装置 - 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】 線形磁電管スパッタリング方法及び装置技術分野 本発明は、磁電管スパッタリング方法及び装置に関し、特に、ターゲットの長手 方向に沿って均一なスパッタリング速度を得るとともに基板に均一な薄膜被覆を 形成させるように、延長型ターゲットに沿うプラズマシースの均一性を促進する ことのできる線形磁電管装置に関するものである。

技術背景 スパッタリングは、既に周知の方法である。この方法において、物体又は基板の 表面は、スパッタリングされる材料の薄膜で被覆されるが、当該スパッタリング 材料は、即ちイオン衝撃によってターゲットから物理腐食されて落ちる。通常、 スパッタリングは、低圧ガス雰囲気でターゲット材料の表面に電気プラズマを形 成させることによって行われている。

プラズマからのガスイオンは、電界によって加速されるので、ターゲット材料の 表面から原子を放出させることになる。これらの原子は、上記ガス環境のなかを 運動し、付着対象物とされる物体又は基板の表面に衝突し、被覆層を形成する。

スパッタリングは、半導体工業で最も広く応用されている。例えば、半導体基板 に金属薄膜を形成させて、各種の導体接触子や相互接続子を製造する。また、基 板に絶縁表面層を形成させる場合にも応用されている。しかし、最近では、スパ ッタリング方法によって被覆処理されている製品の種類は、日増しに増加しつつ ある。例えば、建築ガラス、コンピュータースクリーン、鋼板、サンガラス、自 動車部品、自動車の窓ガラス、外科用の移植組織片、工具類、プラスチック板、 織物、光学繊維などである。通常、上記のように被覆処理される物品は、平ら又 は平面構造を有するものである。

通常のＤＣ磁電管スパッタリング作業では、被覆材料とされるターゲットは、低 圧ガスプラズマに位置されるとともに陰極として接続されている。ガスからのイ オンは、普通、Ａｒなどの化学不活性希ガスであって、ターゲットの表面に衝撃 しターゲット材料の原子を撃ち落とす。被覆処理される物体は、通常、スパッタ リングされている原子の通路にあたるように陰極に応じて位置される。従って、 上記材料の薄膜は、物体の表面に付着される。このようなスパッタリング方法に おける原理は、スパッタリングされている原子が比較的に高エネルギーと高速度 でターゲット表面から離れ、基板表面を衝撃する際に基板表面の原子格子配列に 進入できるようになっている。

スパッタリング工程における総収量、即ち、各入射イオン毎にスパッタリングさ れている原子の数は、入射イオンのエネルギーに依存するが、全体のスパッタリ ング速度は、入射イオンのエネルギーに依存するだけではなく、ターゲット表面 に衝突するイオンの数にも依存する。イオンエネルギー及びイオン数は、ガスプ ラズマ（グロー放電）におけるイオン化の程度に依存するとともに、ターゲット 表面に応じてプラズマの位置にも依存する。そこで、好ましくは、プラズマの中 のイオンをターゲット表面の近くで発生させ、イオンのエネルギーが、導入され るガス原子との衝突で消耗されないようにすることである。

グロー放電によるスパッタリングの全体効率を向上させるために、一つの通常方 法としては、磁界を使用することによって電子を陰極ターゲット表面の付近に当 たるグロー区域内に制限する。磁界の増設によってイオン化速度が速められる。

この目的を達成する為に、種々様々な磁電管スパッタリング装置が開発されたこ とは、すでに周知の通りである。基本的には、ターゲットの表面において測定さ れているように、ターゲット表面から放出された電子は、上記電界及び磁界の方 向と直交する移動速度を加速している。はぼ全ての磁電管スパッタリング装置で は、これらの電子が移動する通路自体は、一つの閉回路を形成している。更に、 装置の中の磁界は通常、下記の通り設計されている。つまり、磁束のアーチング 線によって、電子が流動速度で通過する「トンネル」が、形成されている。即ち 、電子は通常、「リング」状又は「軌道」の形状で移動している。電子は、ター ゲット表面から発生した後、当該ターゲットとの近接区域で軌道状閉回路を囲む ようにして回っているため、スパッタリング速度を速めることになる。このよう な先行技術は、既に、米国特許４．１６６．０１８　（Ｃｈａｐｉｎ）、米国特 許４，１９８，２８３　（Ｃ１ａｓｓ）、米国特許３，９５６，０９３（ＭｃＬ ｅｏｄ）、及び米国特許３，８７８，０８５　（Ｃｏｒｂａｎｉ）に開示されて いる。

磁電管スパッタリング装置において、磁界に獲得された全ての電子は、ターゲッ トとの近接区域で、増加した有効通路の長さを有する。即ち、ターゲット表面か ら放出された各電子は、ターゲットと接近するときにより長い移動距離を有する 。その結果、電子は、ターゲットに接近している間、一層数多くのガス原子と衝 突することになる。従って、形成される高強度のプラズマは、より多いイオンを 有し、これらのイオンは、ターゲット表面に衝撃するので、スパッタリング速度 を一層速めることになる。スパッタリング速度を向上させるもう一つの方法は、 米国特許４，５８８゜４９０　（Ｃｕｏｍｏ）に開示されている。当該特許によ ると、もう一つの電極が加えられていることが判る。この種の電極は、「ホロー アーク」陰極と称され、第三電極及び分離バイアス電極として用いられ、通常、 ターゲットの付近で発生する電子の数及びエネルギーを増加している。しかしな がら、「ホローアーク」陰極の増設に伴って幾つかの欠点が生じている。

即ち、極めて高い温度で操作されるため、当該陰極は耐火金属で構成せざるを得 ない。また、この種の陰極は、陰極自体を通過するガス流の存在下で操作される ことが必要なので、正確に操作するために当該ガス流を正確に制御することも不 可欠である。更にもう一つの欠点は、増設される強電流の偏圧電源を適切な偏圧 レベルに設定することが必須となってくる。一方、Ｃｕｏｍｏは、正しい方向に 技術を開発しているので、確かにより高い速度のスパッタリングを達成している 。しかし、高速度のスパッタリングは、陰極表面から最も近い「より熱い」プラ ズマによって初めて達成される。

磁電管スパッタリングシステムは、様々な種類に分類されているが、装置におけ る共通点は、円形状、平面状又はシリンダー状のものが普通である。しかし、円 形状又は平面状の装置は、不均一な腐食という欠点を招いている。このような不 均一な腐食は、比較的に大量なターゲット材料がまだ残っていても、ターゲット が使用ができなくなる結果を来す。このような不均一性は、上述した「軌道」作 用の直接結果である。即ち、軌道区域におけるプラズマは、より激しくて、軌道 のすぐ下から離れている部分と比べ、遥かに高い速度で、軌道のすぐ下に当たる ターゲット材料をスパッタリングしている。ターゲット材料のこの部分が腐食に よって落ちた後、軌道の中心部及び縁側に当たる材料がまだ残っていても、ター ゲット全体は、取り替えられることになっている。それによって、スパッタリン グ装置が支持用冷却機構へ被害をもたらすことは避けられる。

しかし、数多くのスパッタリング装置には、高価な精製ターゲット材料が必要と なるため、経済上不合理かつ浪費である。プラズマ濃度は、ターゲットの表面に おいて必要に応じて変化するので、上記磁束−トンネルの電子閉回路又は軌道形 状を有する全ての従来スパッタリング装置は、ターゲットの不均一な腐食という 問題を抱えている。円形状及び平面状の磁電管におけるもう一つの欠点は、磁電 管が非常に分厚い磁石機構であるため、扱いに不便である。また、構造が分厚い ので、この種の磁電管は、凹面又はシリンダー構造内において均一な膜を形成さ せることができない。

上述のような円形状及び平面状装置に存在している不均一の問題を解決するため に、種類の異なる幾っがのレリンダー状磁電管スパッタリング装置が、既に開発 されている。開発された装置の共通点は、シリンダー装置におけるターゲット材 料はか、延長型チューブの形状を呈していることである。Ｐｅｎｆｏｌｄの米国 特許３，８８４．７９３及び４，０３１，４２４に開示されているように、ター ゲット内における複合体の分厚いソレノイドコイルによって区域制限用の磁界は 、磁電管チャンバーの外側を囲むように形成されている。Ｐｅｎｆｏｌｄは、ソ レノイドコイルを使うことによって、延長型陰極ターゲットの軸と平行な磁束線 を有する磁界を発生させる。この種のシリンダー磁電管は、腐食パターンがもっ と平坦ではあるが、望ましくない終端作用で、トラブルが起きている。つまり、 シリンダー磁電管のなかで、電子移動速度のベクトルが電子を、中心ターゲット 端子を囲むように回らせている。残念ながら、電子は、中心端子の各端部付近で 、それぞれの運動軌道から漏れ、或いは逃げるので、イオン化強度が低くなり、 シリンダー状ターゲットの各端部でスパッタリング速度は低下している。更に、 このようなシリンダー状の磁電管は、構成材料が高価であるとともに、大きな平 面面積の基板を被覆するのに適切ではない。

Ｐｅｎｆｏｌｄが開示したシリンダー状磁電管に関するもう一つの欠点は、延長 型ターゲットを、形状不規則物体の輪郭に合わせて形状加工することができない 。Ｐｅｎｆｏｌｄが開示したようなシリンダー磁電管におけるターゲットを、形 状不規則物体の輪郭に合わせて曲げたり形状加工したりした場合に、ターゲット 表面の上方における磁界の強度は、不均一になり、プラズマシースに不均一性を 招（ので、ターゲット表面のスパッタリング速度に不均一性が生じている。また 、磁界は、軸方向に方向づけられ、ターゲット組立体における延長型陰極の長軸 と平行しているので、カーブ状又は弯曲状のターゲット表面の上方で、均一な磁 界強度を維持するように磁界を再形成することが困難である。従って、軸方向に 方向づけられている磁界を有するシリンダー状スパッタリング装置は、形状不規 則な物体を均一に被覆処理する作業に適していない。ＭｅＫｅｌｖｅｙの米国特 許４，４４５．９９７は、非平面状表面に対し一つの解決案を提示しているが、 彼の解決案によると、装置は大量の部品を必要とするとともに、ターゲット表面 を形成するのに高純度の材料が不可欠である。シリンダー状スパッタリング装置 に関する更に一つの欠点は、これは小口径鋼管の内表面を被覆するのに適用でき ない。その理由は、鋼管の外側におけるソレノイドによって発生する磁界が、当 該鋼管の内部区域へ進入することができないからである。

Ｚｅｇａの米国特許４，３７６．０２５は、ＰｅｎｆｏｌｄＯ軸方向と対向して 、延長型の棒状ターゲット材料の軸を円周状に囲むように、磁束線を再方向づけ ることによって、上述したシリンダー状磁電管スパッタリング装置に関する一部 の問題を解決しようとするものである。ここでＺｅｇａは、管状ターゲット陰極 に設けられた管状導電電極を用いたシリンダー状磁電管装置を開示している。Ｚ ｅｇａは、離れて設けられたソレノイドコイルを使ってプラズマ制限用の磁界を 発生させる訳ではなくて、管状ターゲット内に設けられた強電法凹面導電体を使 うことによって、管状ターゲットを囲む円周状磁界を発生させる。Ｚｅｇａが提 示したデーターによると、この種の装置では非常に劣った被覆均一性しか得られ ないことが判る。一方、磁界発生のだめのＡＣ駆動用電位によって、ある程度の 改善が成されているが、平坦な被覆付着は依然として不可能である。Ｚｅｇａの 装置に関するもう一つの欠点は、シリンダー状の磁電管は、大きい平面状表面を 被覆することが出来ない。Ｚｅｇａの磁電管では、劣化したスパッタリング均一 性しか得られないが、従来の磁電管と違う点は、閉回路磁束トンネルに依存しな いことである。

Ｃｏｒｂａｎｉの米国特許３，８７８．０８５は、確かに類似な工夫をして平面 状の表面を被覆しようとするものである。彼の特許における一つの実施例は、閉 回路磁界を有さない開放式の磁電管構造を開示している。しがし、彼自身も下記 の問題点を語っている： ［図６に示された実施例は、通路が開始端と終端を有し、放電された粒子が当該 終端から射出されてしまうという欠点を抱えている。また、開始端があることか ら、通路の長手方向に沿って開始端との隣接部分でスパッタリングが発生できず 、装置の一部は、スパッタリングされた材料の形成に所定の機能を発揮すること ができない。」Ｃｏｒｂａｎｉの装置に関する欠点は、表面に沿って長軸方向に おいて大小が異なるスパッタリング速度を形成している。操作時に、Ｃｏｒｂａ ｎｊの装置は、Ｚｅｇａの米国特許４，３７６．０２５の図２に示された速度曲 線と類似曲線を示している。

上述した先行技術をまとめて見ると、従来のＤＣ磁電管スパッタリング装置は、 下記のような問題が残っている。即ち、ＭｃＫｅｌｖｅｙが開示した装置のよう に、大変な工夫や莫大な出費をしない限り、形状不規則なターゲットの表面全体 にわたって、均一なスパッタリング速度が得られない。

そのため、上記の表面を被覆するために簡単に改造できる安価な装置が重要視さ れている。しかし、これを達成するためには、被覆処理される物体の「シルエッ ト」を描くように形状加工されたターゲットが必要となってくる。それによって 、被覆処理される物体は、当該物体における全ての表面点とターゲットとの間の 距離が基本的に同じとなるように、ターゲットへ接近して（る。残念ながら、従 来のスパッタリング装置は、極めて高価な費用を必要とするとともに、構造も複 雑である。場合によって、まだ使えるターゲットの使用をやめたり電力を無駄に したりすることや、真空システムへ大きな表面積を有する大量な部品を導入する ことなどが避けられない。その結果、システム全体のコストが上り、装置の複雑 性は深刻化してくる。更に、大きな表面積や大量な部品は、形成される膜に望ま しくない不純物を混入させるので、質や純度の高い被覆膜を形成するのに不利で ある。

また、上述した従来の装置は、必要以上な長さと直径を有する大きなターゲット を必要としている。その目的は、ターゲット表面において、高度に均一化したプ ラズマシースを形成させることによって、基板の表面に対し、少なくとも最小限 必要な程度の均一性を有する被覆膜を付着させることにある。

従って、ランプの内表面、シリンダーの内径面、自動車の窓ガラス、急カーブさ れたレンズなど、様々な形状を有する物体の表面にターゲット材料の薄膜を均− 且つ効率的に付着させることのできるスパッタリング装置は、広く望まれている 。このような装置は、均一な腐食及び高速度のスパッタリングを得るために、タ ーゲットの表面全体にわたって、必要な強度を有する均−且つ平坦なプラズマシ ースを形成することが必要である。更に、付着効率を向上させ、真空システムに ある物体をスパッタリングしているターゲット原子による問題を緩和するように 、当該装置にとっては、被覆処理されている表面と簡単に接近できるターゲット が必要である。好ましくは、この種のスパッタリング装置では、色々な形状、サ イズ、長さ、幅のターゲット陰極表面を使えるとともに、ターゲット陰極表面の 長さ全体にわたって、スパッタリングされている均一な原子束を維持することで ある。更に、このような装置は、汚染されたり微粒子を発生したりしないように 構成され、比較的に簡単且つ安価に製造できるのが望ましい。しがし、本発明が 案出されるまで、このような装置は存在していなかった。

発明の開示 従って、本発明の目的は、ターゲットの表面全体にわたって均一なスパッタリン グ速度が得られるスパッタリング装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、被覆処理されている物体の表面に非常に均一な被覆 を付着させることができるスパッタリング装置を提供することにある。

更に、本発明は、形状不規則なターゲットの長さ全体にわたって均一なプラズマ シースを維持すると共に、種々雑多な形状に順応できるターゲットを有する磁電 管スパッタリング装置を提供する。

また、本発明は、制限用磁界を発生させるように、ＡＣ又はＤＣ電流を効率に使 用できる磁電管スパッタリング装置を提供する。

本発明における特定の目的は、平面状表面に均一な付着が行える磁電管スパッタ リング装置を提供することにある。

本発明におけるもう一つの特定目的は、カーブ又は湾曲された延長型ターゲット の表面に締まりばめプラズマシースを形成し、カーブ又は弯曲された延長型ター ゲットの長さ全体にわたって、高度な均一性を有する高速度のスパッタリングを 発生させることができる磁電管スパッタリング装置を提供することにある。

更に、本発明の特定目的は、電子放出増進装置を使うことによって均一なプラズ マシース及び均一なスパッタ１ルグ速度が得られる磁電管スパッタリング装置を 提供することにある。

また、本発明におけるもう一つの特定目的は、被覆処理されている物体の表面に 対しスパッタリングされているターゲット材料の均一な被覆を維持するとともに 、高速度のスパッタリング及びターゲット材料の充分な利用を図るように、非常 に近い作業距離で操作できる磁電管スパッタリング装置を提供する。

更に、本発明の特定目的は、スパッタリングされる大きなサイズの粒子を減少す ることにある。

また、本発明におけるもう一つの特定目的は、パイプ、糸、棒、ワイヤ、光学繊 維及び他の延長型又は管状の材料の外表面を被覆することのできる磁電管スパッ タリング装置を提供することにある。

更に、本発明の特定目的は、非常に小さな直径を有するパイプ類又は細管類の内 表面から不純物を除去することができる磁電管スパッタリング装置を提供するこ とにある。

また、本発明におけるもう一つの特定目的は、磁気材料と併用した場合でも高速 度のスパッタリングが得られる磁電管スパッタリング装置を提供することにある 。

本発明における他の目的は、真空スパッタリングチャンバーに装入しなければな らなかった部品や大表面部材の多くを省略するとともに、真空チャンバーの壁部 を貫通する回転フィードスルー及び歯車伝動装置の数を低減することにある。

本発明に関する他の目的と特徴は、一部は、次の詳細な説明に確定されているが 、一部は、次の説明に対する当業者の理解によって明白であり、或いは本発明の 実施によって判るものである。また、本発明の目的及び特長は、後記の請求範囲 に記載されている手段によって理解できるとともに達成できるものである。

上述したような本発明の目的を達成するために、次に具体的に説明しであるよう に、線形磁電管装置は、電子放出増進手段を有すると共に、ターゲット材料に囲 まれた延長型陰極を含む。ターゲット材料は、スリーブ状のものでも、延長型陰 極を囲繞しているワイヤでも良い。当該陰極が棒状のものであった場合、ターゲ ット材料は、他の形状を有する延長型陰極に付着又は固定された溶接シート又は プレートである。或いは、上記二種の場合において、陰極は、完全にターゲット 材料で構成されても良い。延長型陰極の先端部付近に設けられた電子放出増進装 置は、陰極によって電子の放出を増進し、ターゲット材料の長さ全体にわたって 高均一性のプラズマシース及びスパッタリング速度を形成させる。延長型陰極に 接続されている低圧高電流のＡＣ又はＤＣ磁界発生用電源は、陰極の長さ全体を 囲むプラズマ制限用の磁界を発生させて、その効率を更に促進する。ＡＣ磁界発 生用電源を使用した場合、電子放出増進装置は、延長型陰極の各端部に設けられ ることが必要である。或いは、ターゲット材料の単一な延長型管状物を、陰極と 電子放出増進装置及び操作端部に順応させても良い。操作端部は、ターゲット材 料で被覆処理されている物体表面の形状に順応するように、あらゆる形状のもの に加工されることが可能である。

本発明の方法は、スパッタリングチャンバーに延長型陰極とターゲットと陽極と を設けることと、陰極によって電子の放出を増進することと、延長型陰極を囲む 軸方向の磁界を発生させるように、延長型陰極を通過して電流を供給することと 、ターゲットを囲む密着な薄型のプラズマシースを形成させることなどを含んで いる。

図面の簡単な説明 ここに添付し明細書の一部となる図面は、本発明における最良実施態様を示し、 また、次の記載と共に本発明の詳細な説明するものである。

図１は、本発明における線形磁電管スパッタリング装置の第一実施態様を示す略 正面断面図であり、延長型の棒状陰極、同軸中空型の陰極電子放出増進器、端部 終了器、トリミング陽極を示している。

図２は、円周状断面を有するターゲット材料被覆用陰極を示す略正面断面図であ り、ターゲット材料を囲む磁力線が如何にしてプラズマをターゲット材料の付近 に制限するかを示している。

図３は、方形又は長方形の断面を有するターゲット材料被覆用陰極の略正面断面 図であり、ターゲット材料を囲む磁力線が如何にしてプラズマをターゲット材料 の付近に制限するかを示している。

図４は、本発明における線形磁電管スパッタリング装置の第二実施態様を示す略 正面断面図であり、延長型の棒状陰極、同軸中空型の陰極電子放出増進器、及び 同軸中空型の陰極電子放出増進器を囲む単一陽極を示している。

図５は、本発明における線形磁電管スパッタリング装置の第三実施態様を示す略 正面断面図であり、延長型の棒状陰極、同軸中空型の陰極電子放出増進器、スパ ッタリングチャンバーの反対端に設けられている単一陽極を示している。

図６は、図４の実施態様に類似し、本発明における線形磁電管スパッタリング装 置の第四実施態様を示す略正面断面図であり、離れて設けられた電子発生源に接 続されている偏平板状の電子放出増進器を示している。

図７は、大きな平面状表面を被覆するための、特定形状を有する陰極を示す略平 面図であり、一体化した同軸中空型の陰極電子放出増進器を有することを示して いる。

図８は、図７に示された特定形状の陰極の第二実施例を示す略正面平面図であり 、被覆処理される物体の曲面にほぼ合う湾曲した加工部を有することを示してい る。

図９は、Ｕ字断面を有する中空型の陰極電子放出増進器を形成するように、その 一端が折り曲げられているもう一つの特定形状の陰極を示す斜視図である。

図１Ｏは、本発明における線形磁電管スパッタリング装置の第五実施態様を示す 略正面断面図であり、被覆処理されている物体が真空スパッタリングチャンバー 及び陽極となることを示している。

本発明の最良実施態様 本発明における線形磁電管スパッタリング装置１ｏは、図１に示されている。シ リンダー壁部１４及び両端壁１６．１８によって形成された真空チャンバーには 、延長型棒状陰極１２が設けられている。被覆処理される平面状ガラス２０は、 真空チャンバーの中で陰極１２に接近するように、支持部材２２及び２４に支持 されている。それによって、ガラス基板２ｏの表面２６がスパッタリング金属で 被覆される。スパッタリングされる金属材料は、ターゲット２８から供給される が、当該ターゲットは、延長型陰極１２の外表面に設けられたスリーブ状のもの でも金属材料の厚被覆でも良い。

或いは、ターゲット材料２８は、陰極１２を囲繞しているワイヤでも良い。

そして、ターゲット材料２８を、陰極１２に連接されている溶接シート又は板状 表面材にすることも可能である。一対の環状「トリミング」陽極３゜及び３２は 、陰極１２の各端部を囲むように任意に配置され、次に記載されているように、 ターゲット２８を囲むプラズマシースの密度を整理或いは微調整している。電子 放出増進装置、例えば、同軸中空型陰極３４は、以下に記載されるように、陰極 １２の「開始部」又は先端部５５に設けられている。端部終了器３６は、陰極１ ２の反対端に設けられている。適切なスパッタリングガス、例えばアルゴン３８ は、パルプ４ｏ及び引込パイプ４２を通過して真空チャンバーに導入される。引 出パイプ４４に接続された適切な真空ポンプ（図示せず）は、スパッタリングチ ャンバー内の圧力を所定値に維持する。

操作時に、スパッタリングチャンバーは真空状態にされ、アルゴンガス３８は、 引込パイプ４２を通過してスパッタ１ルグチヤンノく−に導入される。スパッタ リング電源４６からの高電圧は、次に詳述するように、分圧器４８を経由して陰 極１２及び二つのトリミング陽極３０と３２に接続されている。或いは、次の説 明で判るように、トリミング陽極３０及び３２は、省略されても良い。このとき 、スパツタリングチャンノく−の外壁１４は、陽極として使うことができ、そし て物体そのものも、陽極として使える。但し、本発明に対する説明を続けるため に、トリミング陽極３０及び３２が使用されると仮定する。陰極１２と陽極３０ 及び３２との間の高電圧は、陰極１２のターゲット表面２８の近くで、アルゴン ガスにおけるグロー放電及びプラズマを発生させ、ターゲット材料２８を囲むプ ラズマシースを形成させる。要するに、電子が陰極１２から高いエネルギーでア ルゴンガスへ放出されるとともに、アルゴン原子が電子を失いイオン化された状 態のプラズマを形成する。プラズマにあるアルゴン原子は、激しく励起されイオ ン化し、陰極１２へ向かって加速しターゲツト材料２８を衝撃するので、ターゲ ット材料２８から原子をスパッタリングし又は腐食（撃ち落とす）することにな る。ターゲット材料２８から撃ち落とされた原子も、非常に高いエネルギーを有 し、物体２０の表面２６に移動し、表面２６に入り込み、メッキされる。それと 同時に、プラズマからの使用済状態の低エネルギー電子は、陽極３０及び３２に 移動し、プラズマ発生電気回路を完成する。

スパッタリング効率を向上させるために、更に、プラズマにおける高エネルギー イオンが、被覆処理されている物体２０の表面２６などの表面を腐食することが ないように、陰極１２のターゲツト材料を緊密に囲む区域にグロー放電及びプラ ズマシースを制限することが極めて重要である。

グロー放電及びプラズマシースに対するこのような制限は、陰極１２を電気導電 体として使い、陰極１２とターゲット材料２８を囲む磁界を形成させることによ って、達成できる。低圧高流の磁界発生用電源５０は、陰極１２の両端部に接続 されていて、陰極１２を軸方向に流れる高電流を形成させる。基本の電磁原理に よると、陰極１２を流れる電流は、その磁力線が陰極１２を集中的に囲む磁界を 発生させる。好ましくは、ターゲットを囲む磁界の強度は、ターゲットの表面か ら約１ｍｍのところで測定するとすれば、少なくとも２５０ガウスである。陰極 １２を囲む高密度の磁界と同時発生の電界との組合せは、高電圧誘起のプラズマ 発生用の電子流を制限することになっている。当該電子流は、磁界誘起用の、陰 極１２を軸方向に流れる低電圧電流と異なって、基本的には螺旋状ではあるが、 やや放射状に見える部分を含む。しかし、大部分は、陰極１２を囲む軸方向の部 分であるので、グロー放電及びプラズマシースを、ターゲット材料２８を緊密に 囲む区域に制限する。最後に、陰極１２の開始部又は先端部に設けられた同軸中 空型陰極３４は、陰極１２への電子放出を増進するために使われ、電子流が陰極 １２の表面を囲むプラズマシースに安定できるように、当該電子流を飽和レベル まで増進する。飽和状態の電子流は、陰極１２の全体にわたって均一なイオン発 生を達成させるので、ターゲット材料２８は、陰極１２がカーブ形状か不規則形 状に湾曲されたかは関係なく、高度に均一なスパッタリング速度を得られる。

電子放出増進器、例えば、同軸中空型陰極３４を使うと共に、陰極１２を囲む磁 界も同時に使うことによって得られる主な利点は、ＤＣ磁界発生用電流の場合で も、陰極１２の長さ全体にわたって高度に均一なスパッタリング速度を容易に確 保できることにある。更に、陰極１２は、磁界を発生させるために使われるので 、当該陰極を様々な形状に加工することによって、形状不規則な平面状物体に対 し、高密度のスパッタリング及び高付着効率を与えることができ、陰極を囲むプ ラズマシースの均−性及び密着性に不利な影響がない。つまり、プラズマシース は、基本的には、陰極１２における弯曲部やカーブ部にあうように形成している 。ここに一つ重要なポイントは、本発明における線形磁電管スパッタリング装置 は、高速度且つ均一なスパッタリングを得るための閉回路を必要としない。例え ば、次の記述でも判るように、図７に示されたような延長型の陰極回路は、一端 が閉塞されているパイプの内面を被覆処理することができる。

図１、図２及び図３によって、本発明における線形磁電管スパッタリング装置は 、既に詳細に説明しである。上記の説明によって判るように、スパッタリング用 ターゲット２８は、陰極１２と一体になっているので、ターゲット２８は、陰極 のあらゆる弯曲部や輪郭に合うようになっている。

ターゲット２８は、陰極１２外表面に形成されるスリーブ材又は金属材料の厚被 覆でもよい。或いは、陰極１２は、ターゲット材料２８に完全に含まれても良い 。例えば、ターゲット材料２８が銅であった場合、陰極１２は銅材細管でも良い 。更に、図１に示すように、水、液体又は気体状の冷媒を陰極１２の端部から任 意に導入することが可能であり、冷媒は陰極の中を流れた後、出口５４から出る 。

磁界発生用電源５０からの電流は、陰極１２を軸方向に流れ、図２に示すように 、陰極１２及びターゲット２８を囲む磁力線４１を有する磁界を形成させる。こ こで注意して欲しいのは、陰極及びターゲットは、はとんどあらゆる断面を有す ることが可能である。例えば、陰極とターゲットの断面は、正方形または長方形 のものでも良い。また、図３に示すように、磁界の磁力線４１は、基本的に上記 の断面形状に順応している。ＤＣ磁界発生用電源を使用するとき、発生源の負極 又は負端子を端部５４に、正極を端部５２に接続することによって、磁界発生用 電源５０を陰極１２に接続させる。このような極性によって、陰極１２の端部５ ４は開始端となり、同軸中空型の陰極３４は電子増進器として働く。陰極１２は また、高圧スパッタリング発生源４６の負端子に接続され、高圧スパッタリング 発生源の正端子は、分圧器４８を経由して陽極３０及び３２に接続されている。

二つの発生源４６及び５０を作動させるとともに、約５　ｘ　１０”　トールの アルゴン気圧をかけることによって、延長型ターゲット２８の表面に強度なグロ ー放電及びプラズマシースが形成される。

作業時に、ターゲット材料２８の先端部５５から大量な電子が放出される。当該 先端部は、同軸中空型陰極３４に囲まれているが、陰極３４は更に、陰極１２と 物理的に及び電気的に接触している。従って、陰極１２の先端部５５は、同軸中 空型陰極３４の内部電極となっている。そこで、同軸中空型電極３４は、電子源 及び光子源として働き、ターゲット２８の先端部５５への電子放出を増進する。

このように、陰極１２の先端部５５へ過多な電子増進は、電子流を飽和させるの で、電子流は、ターゲット材料２８の表面におけるプラズマシース内で安定して いる。換言すれば、プラズマシースにおける電子流は、プラズマシースに安定な 電子流が形成できる程度の値まで盛り上げられている。このような条件ができて こそ、均一な厚さと密度を有するプラズマシースを形成することが可能となり、 ターゲット２８の長さ全体にわたって均一速度のスパッタリングを得られるよう になる。

特に、ターゲット材料２８と同軸中空型陰極３４が共に銅であり、スパッタリン グ用ガスがアルゴンであった場合に、同軸中空型陰極３４は、６インチの長さを 有すれば、充分である。しかし、ターゲット材料の放出性は、特殊なターゲット 材料に依存すると共に、スパッタリングチャンバーの表面不純物、ガス圧力、活 性ガスの分圧などにも依存する。従って、均一なプラズマシースを得るために、 同軸中空型陰極３４の長さを調整することが必要である。或いは、ソレノイド又 はコイル（図示せず）を同軸中空型陰極３４を囲繞させることによって、一層多 くの電子を放出するように刺激することも可能である。即ち、このようなソレノ イドでの電子流の増加は、陰極１２の電子放出を増加することになる。斯かる電 子放出の増加は、ターゲット材料２８に沿って５８及び６０など全ての表面点に 対するスパッタリング速度が再び均一になるまで、進んでいる。一つの利点とし ては、スパッタリング操作時に、ターゲット２８の表面にあるプラズマシースの 厚さを測定することによって、ターゲット２８のすべての表面点に対するスパッ タリングの相対速度を光学手段で監視できるようになる。例えば、光学マイクロ メータ（測微計）望遠鏡システムを使って、ターゲット２８の全ての表面点に当 たるプラズマシースの厚さを測定することができる。厚さの差異が検出された場 合、上述したように、同軸中空型陰極あを囲繞しているソレノイドの電子流を調 整することによって、均一なプラズマシースを得られる。或いは、トリミング陽 極３０及び３２に接続されている分圧器４８を調整することによって、トリミン グ陽極３０及び３２と陰極１２との間の相対電位を変化させ、プラズマ厚さに対 する微調整を行うと共に、スパッタリング速度に対する微調整も行うことができ る。場合によって、同軸中空型陰極３４による電子放出および端部終了器３６に よる電子吸収は、それぞれの部材自体を次々に加熱してしまうので、冷却コイル ６２及び６４を、同軸中空型陰極３４及び端部終了器３６とをそれぞれ囲むよう に、増設することが必要である。

この実施態様において、端壁１６及び１８を構成する材料は、非導電性のものが 望まれている。それによって、陰極１２は、スパッタリングチャンバーの壁部１ ４からの電位が異なった場合でも、働くことが可能である。

安全のために、壁部１４は、通常、接地しである。従って、遮蔽部材６６及び６ ８は、中空陰極３４及び端部終端器３６をそれぞれ円周状に囲むように、設けら れている。それによって、スパッタリングされた導電性薄膜は、中空陰極３４又 は端部終了器３６と壁部１４との間に、連続性の導電通路を形成させないように なる。図１に示す磁電管スパッタリング装置におけるもう一つの利点は、上述し たように、これには、ＤＣ磁界発生用電源またはＡＣ磁界発生用電源を使うこと ができる。ＡＣ磁界発生用電源を使った場合に、中空型陰極３４及び端部終端器 ３６は、それぞれ自らの機能を変えることになる。即ち、ＡＣ周期の前半期に、 同軸中空型陰極３４は端部終端器となり、端部終了器３６は電子放出増進器とな るが、ＡＣ周期の後半期には、状態はちょうど逆である。従って、本発明の装置 は、ＡＣ又はＤＣという両方の操作に適用されて、部品の変更や取替えは一切必 要ではない。更に、このような磁電管スパッタリング装置１ｏを使うことによっ て、強磁性のターゲット材料を付着することも可能であり、付着速度は、非強磁 性の導電性ターゲット材料の場合とほぼ同じである。

図４は、線形磁電管スパッタリング装置の第二実施態様である。これは、ＤＣ操 作用だけであって、シリンダー状物体の内表面を被覆処理するために用いられる 。上記の第一実施態様と同じように、ターゲット材料１２８で被覆された陰極１ １２は、シリンダー状壁部１１４及び端壁１１６と１１８によって限定されたス パッタリングチャンバーに、設けられている。シリンダー状物体１２０は、陰極 １１２を取り囲むように、スパッタリングチャンバーに位置づけられているので 、物体１２０の内表面１２６はターゲット材料１２８で被覆処理されるようにな っている。しがし、この第二実施態様においては、ただ−個の環状陽極１３０は 、中空型陰極１３４を囲むように設けられている。アルゴンガス１３８は、中空 型陰極１３４を経由してスパッタリングチャンバーに導入される。遮蔽部材１６ ６は、陰極１１２の反対端を囲むように設けられ、隣接の端壁をスパッタリング に起因する破壊から保護している。第二実施態様１１０の操作は、基本的に第一 実施態様と同様であるが、相違点としては、陰極１１２に対し、ＤＣ電源の磁束 流だけが適用される。その理由は、反対極性を有するＡＣ周期の半分のために使 われる同軸中空型の陰極として働く反対端の終了器が設けられていないからであ る。

図５は、線形磁電管スパッタリング装置の第三実施態様であり、ＤＣ操作用だけ である。この第三実施態様２１０は、上記の第二実施態様１１Ｏと同様であるが 、相違点としては、陽極２３０はスパッタリングチャンバー内の反対端に設けら れているだけである。陽極２３０を第三実施態様のように位置するとき、磁界発 生用電源２５０の正極は、必ず、同軸中空型陰極２３４を有する陰極２１２の端 部に接続される。第二実施態様と同じように、この第三実施態様も、ＤＣ電源の 磁束流を使うようになっている。

図６は、線形磁電管スパッタリング装置の第四実施態様３１０である。第四実施 態様３１０は、違うタイプの電子放出増進器を使ってプラズマの電子増進を行っ ている。この種の電子増進器３３５は、基本的に偏平プレート状の物であって、 外接された電子源電源３５１に接続されている。

上述した実施態様は、全て真っ直な棒状ターゲットを使っているが、プラズマシ ースは、延長型ターゲットのあらゆる輪郭、弯曲部やカーブ部などに緊密に合う ようになるので、はとんどあらゆる形状のターゲットの使用が可能となっている 。また、ターゲット自体を折り曲げて閉回路状にすることも可能である。例えば 、図７は、本発明における陰極／ターゲット結合４１２の特定配列を示す。この ような陰極／ターゲット結合４１２の配列は、大きな板ガラスなどの平面状表面 を被覆処理するのに適用されている。大きなプレート４２０は、矢印４４３で示 された紙面と平行な方向で、陰極／ターゲット結合４１２の作業部の上方又は下 方を通過できるようになっている。延長型の加工部４１３は、長さに関する規制 がないが、好ましくは、被覆処理されている物体と同じ長さにすることである。

加工部４１３と非常に近い状態で物体を通過させることが容易にできるので、ス パッタリングされているターゲット材料の原子大部分は、平面状物体の表面に付 着することになり、付着効率が向上する。ただ−回の通過だけで、均一な被覆層 が平面状物体の表面に形成されるだけではなくて、加工部４１３の上方又は下方 を通過する物体の速度によって、被覆層の厚さも制御できるようになっている。

或いは、この実施態様を使用することによって、一端が閉塞されているパイプや シリンダー状物体の内表面を被覆することができる。なぜならば、シリンダー状 物体などの開口端がら内部の方へ加工部４１３を挿入することができ、閉塞され ている端部に回路を形成するための開口を必要としないがらである。

図７に示すように、陰極／ターゲット結合４１２は、ターゲット材料で、例えば 、アルミニウム、金、銅などで構成されている。端部プレート４１６は、陰極／ ターゲット結合４１２を支持すると共に、被覆処理される物体４２０を収容でき る程度の真空スパッタリングチャンバー（図示せず）を搭載している。当該特定 の配列４１０においては、陰極／ターゲット結合４１２の先端部４５５は、絶縁 フィードスローを経由しスパッタリングチャンバーに入る端部となっている。他 の実施態様と同じように、磁界の発生は、適切な磁界発生用電源（図示せず）に よって行われる。コネクター４５４は、磁界発生用電源の負極に接続され、コネ クター４５２は、同じ発生源の正極に接続されている。また、適切な冷媒は、矢 印４５６で示されているようにパイプに導入される。当該特定配列４１０におけ るーっ重要な特徴は、複数のコイル４３４によって、陰極／ターゲット結合４１ ２の先端部４５５を囲む中空型陰極の電子放出増進器が形成されるので、他に部 品の必要性がなくなり、製造コストが低下する。加工部４１３は、−直線的にス パッタリングチャンバーに入り、大きな平面状表面を被覆することができるよう になっている。加工部４１３を構成するそれぞれのチューブ４１１及び４１５は 、少なくともチューブ直径の３〜４倍の距離で、互いに離れている（矢印４４１ で示されている）。それによって、磁界圧縮と中空陰極作用は、チューブ４１１ と４１５のそれぞれの対向面しかスパッタリングできないという結果を招かない 。一方、チューブ部の対向面のスパッタリングについては、幾つかの例がある。

例えば、図７に示された平面と垂直の方向で、薄型物体をチューブ部４１１と４ １５との間を通過させることによって、当該薄型物体の両面をメッキすることに なる。

図８は、上記実施態様４１０から変更した形態５１０である。当該実施態様５１ ０は、基本的に実施態様４１０と同様であるが、違う点は、ターゲット／陰極結 合５１２は、カーブ状又は湾曲状の加工部５１３を有する。加工部５１３は、必 要に応じてカーブされ、加工部５１３のところで図の紙面と垂直の方向に通過さ れるカーブ状ガラスプレートのカーブ状輪郭に合うように、形状加工されている 。ターゲットの加工部５１３と物体表面５２６との間の均一な距離によって、均 一な被覆処理及び高付着効率を確保することができる。

本発明におけるスパッタリング用のターゲット／陰極結合は、上述した実施態様 ４１０及び５１０以外に、他の形状も可能である。例えば、図９は、スパッタリ ング用のターゲット／陰極結合のもう一つ可能な形状６１０である。この実施態 様６１０では、ターゲット／陰極結合６１２の断面は、長方形を有し、また、実 施態様４１０及び５１０で示されたものと同じように、チャンバーと対向してい る。そして、当該ターゲット／陰極結合６１２は、閉回路になるような折り曲げ はされていないが、被覆処理されているパイプは一端が閉塞されていれば、上記 のような折り曲げ加工は可能である。ターゲット／陰極結合６１０は、管状物又 は円筒状物などの延長型物体の内表面を被覆処理するときに使われる。この場合 、被覆処理される物体に合うように、陰極６１２全体を適切に加工することがで きる。もし、当該陰極６１２をＤＣ操作に使用すれば、中空型陰極電子放出増進 部６３４は、加工部６１３の先端部にだけ形成すれば良い。また、図９に示すよ うに、必要な形状は、陰極６１２の端部６２７を折り曲げることによって得られ る。陰極６１２をＡＣ操作に使用するとき、同様な中空型陰極電子放出増進部は 、端部６２９を折り曲げることによって形成される。図９は、ただ、ターゲット ／陰極結合６１２だけを示しているが、上述した他の実施態様と同じように、電 気接続部材、電圧電流発生源、スパッタリングチャンバーを併用することが必要 である。

本発明における線形磁電管スパッタリング装置に関しては、上記以外の形態も使 用可能である。例えば、図１０に示された実施態様７１０は、管状物体７２０の 内表面を被覆処理するのに理想的なものである。この場合、管状物体７２０自体 は、真空付着用のチャンバーとなるので、別の真空チャンバーを必要としない。

管状物体７２０は、更に電圧源７４６に接続されるので、陽極となっている。勿 論、別の陽極を使用することも可能である。二枚の端部プレート７１６及び７１ ８は、管状物７２０の両端にそれぞれ配置され、内部を密封することによって、 スパッタリングを形成させる。

この実施態様７１０において、端部プレート７１６及び７１８は、図１０に示す ように、延長型陰極７１２及び中空型陰極電子放出増進器７３４を位置づけると きにも役立っている。

操作時に、管状物体７２０と端部プレート７１６及び７１８によって形成された スパッタリングチャンバーは、真空ポンプシステム（図示せず）によって排気さ れ、不活性ガス７３８はスパッタリングチャンバーに導入される。真空ポンプシ ステムは、端壁７１８を経由してスパッタリングチャンバーに接続され、上述し たように、当該スパッタリングチャンバーを所定の圧力に維持する。実施態様７ １０における主な利点は、被覆処理されている管状物体は、真空スパッタリング チャンバーを形成するので、大きくて高価な真空チャンバーを使わなくても、長 い管状物体を被覆処理することが容易にできる。例えば、次の部材の内表面に対 する被覆処理ができる。これらの部材は、油井浴用の外管、石油化学工業、化学 工業、薬品工業、原子カニ業、廃棄物処理工業、食品及び飲料工業用の管類、射 出成形機の筒状部材、色々な武器用の筒状部材、超清浄環境用の管類、高圧用管 類、耐食性反応器などである。

実施態様７１０におけるもう一つの主な利点は、これは「逆」の状況で使用する ことが可能であり、表面部７２６についている不純物をスパッタリング除去する ことによって、管状物体７２０の内表面７２６を完全に清浄化することができる 。管状物体７２０の内表面７２６を清浄化するとき、物体７２０は陰極として接 続されるが、ターゲット材料７１２は陽極として接続される。比較的大量な不活 性ガス７３８は、スパッタリングチャンバーを流れ、スパッタリングによって落 ちている不純物を捕捉し、真空ポンプシステムによってスパッタリングチャンバ ーから除去する。それによって、不純物がターゲット／陽極結合体７１２に付着 することは防止される。このように内表面７２６を清浄化したあと、電気接続部 材を再び逆の接続状態に戻すことによって、ターゲット７１２は陰極として再接 続され、管状物体７２０は陽極として再接続される。従って、当該実施態様７１ ０は、新しく清浄化された内表面７２６にターゲット材料７２８をスパッタリン グするときに適用される。スパッタリング作業は、清浄化作業の直後に行われる ので、内表面７２６へ再汚染する可能性を最小限にすることができる。

上述したように、電気接続部材を選択的且つ断続的に反転し、管状物体７２０と ターゲット７２８とを陽極又は陰極と変わるように変化させることによって、濃 度変化を有するターゲット材料膜が、内表面７２６に付着される。即ち、管状物 体の表面における管材成分の１００％から、被覆層の表面におけるターゲツト材 成分の１００％まで、濃度の変化は形成されている。

本発明における線形磁電管スパッタリング装置は、詳細な説明及び各種実施態様 によって説明したが、しかし、本発明における線形磁電管スパッタリング装置の 構成部分は、上記以外の配列も可能である。本発明に関する詳細な説明を詳しく 了解した当業者にとって、ここに記載されていない他の配列も自明である。例え ば、ここに四種類の電子放出増進器が挙げられているが、それ以外の種類も本発 明に範囲に入っている。また、本発明は、大きな平面状表面、カーブされた板ガ ラス、管状物及びシリンダー状物体の被覆処理に限ることなく、上述の実施態様 は、容易に変更できるので、他に無数の物体を均一に被覆処理することが可能で ある。

更に注意して欲しいのは、「付着非能率」と言う概念は、あらゆるタイプのスパ ッタリング装置に適用される。即ち、スパッタリング作業中のどんな時でも、原 子がターゲット表面からスパッタリングされ、励起されているので、被覆処理さ れている表面の隣接表面にも付着されている。

これは、付着損失と思われるので、ターゲットと被覆処理面との間の距離を縮小 することが重要である。しがし、本発明におけるターゲットによって、ターゲッ トと被覆処理面との間の距離を最小限に縮小することができるので、付着の効率 を最大限に向上することができる。

上記の記載で、ただ本発明の詳細な説明した。本発明に対する数多くの修正や変 更は、当業者にとって容易にできるので、本発明は、上記の構造や操作に限定さ れることなく、あらゆる修正や変更は、全て次の特許請求項で定められた範囲に 入る。

ト 賦 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）１、国際出願番号　ＰＣ Ｔ／ＵＳ　９２１０３１３３２、発明の名称　線形磁電管スパッタリング方法及 び装置３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、コロラド　８０３０１．ボールダ。

コニストーガ　ストリート　１７２７ 名　称　サーフイス　ソリューションズ　インコーホレーテッド代表者 国　籍　アメリカ合衆国 ５、補正書の提出年月日 １９９２年９月２８日 ６、添付書類の目録 請求の範囲 １．　物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付のスパッタリ ング用陰極装置において、 第−及び第二端部で終端している延長型陰極と、上記延長型陰極を囲むとともに 当該陰極と電気接触していて、スパッタリング面を形成するターゲット材料と、 上記延長型陰極の第一端部と放射状に間隔をおいて設けられた電子放出増進手段 を備え、当該電子放出増進手段は、上記延長型陰極の第一端部と放射状に対向す る位置に設けられた表面を有し、当該表面を、延長型陰極の第一端部に対し向け て露出させることによって、上記ターゲット材料のスパッタリング面への電子放 出を増進するようにしたことと、上記延長型陰極及び上記ターゲット材料を囲ん で円周状に向けられた磁界ベクトルを有する磁界を発生させるための、延長型陰 極を流れる電流を供給する手段と、 を備えていることを特徴とするスパッタリング用陰極装置。

２、　上記電子放出増進手段は、延長型陰極の第一端部に搭載されるとともに当 該端部と電気接触している同軸中空型陰極を含み、当該同軸中空型陰極は、延長 型陰極の第一端部と上記ターゲット材料を囲むように形成していることを特徴と する請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。

３、　延長型陰極を流れる電流を供給する手段は、負端子が延長型陰極の第一端 部に接続され正端子が延長型陰極の第二端部に接続されている低電圧ＤＣ磁界発 生用電源を含んでいることを特徴とする請求項２記載のスパッタリング用陰極装 置。

４、　上記延長型陰極は、中空のものであることを特徴とする請求項３記載のス パッタリング用陰極装置。

５、　上記延長型陰極は、完全にターゲット材料で構成され、延長型陰極とター ゲット材料は、実質上、一つの部材になっていることを特徴とする請求項４記載 のスパッタリング用陰極装置。

６、　請求項５記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用い たスパッタリング装置において、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極と 被覆処理される物体とをハウジングすることができる気密性スパッタリングチャ ンバーと、陽極と、 上記延長型陰極の第一端部に接続されている負端子と上記陽極に接続されている 正端子とを有するＤＣ高電圧スパッタリング発生源と、を備えていることを特徴 とするスパッタリング装置。

７、　所定の圧力でスパッタリング用ガスをスパッタリングチャンバーに導入す るための手段を備えていることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装置 。

８、　上記延長中空型陰極を通過して冷媒を循環させる手段を備えていることを 特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。

９、　上記スパッタリングチャンバーは、陽極として上記ＤＣ高電圧スパッタリ ング発生源に接続されていることを特徴とする請求項８記載のスパッタリング装 置。

１０、上記陽極は、上記延長型陰極の第一端部付近に設けられていることを特徴 とする請求項８記載のスパッタリング装置。

１１、上記陽極は、上記延長型陰極の第二端部付近に設けられていることを特徴 とする請求項８記載のスパッタリング装置。

１２、上記陽極は、延長型陰極の第一端部付近に設けられた第一トリミング陽極 と、延長型陰極の第二端部付近に設けられた第ニドリミング陽極とを含み、第− 及び第ニドリミング陽極は、分圧器を経由して上記ＤＣ高電圧スパッタリング発 生源に接続され、第−及び第ニドリミング陽極と延長型陰極との間の電位を変化 することができるようになっていることを特徴とする請求項８記載のスパッタリ ング装置。

１３、ターゲット材料のスパッタリング面からの電子を阻止するための、上記延 長型陰極の第二端部に接続された端部終了語手段を備えていることを特徴とする 請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。

１４、上記電子放出増進手段は、延長型陰極の第一端部に搭載されるとともに当 該端部と電気接触している同軸中空型陰極を含み、当該同軸中空型陰極は、延長 型陰極の第一端部と上記ターゲット材料を囲むように形成されており、上記端部 終了語手段は、上記延長型陰極の第二端部に搭載されるとともに当該端部と電気 接触している同軸中空型の端部終了器の外郭部材を有し、また、当該中空型端部 終了器の外郭部材は、延長型陰極の第二端部及びターゲット材料を囲むように形 成されていることを特徴とする請求項１３記載のスパッタリング用陰極装置。

１５、延長型陰極を流れる電流を供給する手段は、第一端子が延長型陰極の第一 端部に接続され第二端子が延長型陰極の第二端部に接続されている低電圧ＡＣ磁 界発生用電源を含んでいることを特徴とする請求項１４記載のスパッタリング用 陰極装置。

１６、上記延長型陰極は、中空のものであることを特徴とする請求項１５記載の スパッタリング用陰極装置。

１７、上記延長型陰極は、完全にターゲット材料で構成され、延長型陰極とター ゲット材料は、実質上、一つの部材になっていることを特徴とする請求項１６記 載のスパッタリング用陰極装置。

１８、請求項１７記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用 いたスパッタリング装置において、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極 と被覆処理される物体とをハウジングすることができる気密性スパッタリングチ ャンバーと、陽極と、 上記延長型陰極の第一端部に接続されている負端子と上記陽極に接続されている 正端子とを有するＤＣ高電圧スパッタリング発生源と、を備えていることを特徴 とするスパッタリング装置。

１９、　所定の圧力でスパッタリング用ガスをスパッタリングチャンバーに導入 するための手段を備えていることを特徴とする請求項１８記載のスパッタリング 装置。

２０、上記延長型陰極を通過して冷媒を循環させる手段を備えていることを特徴 とする請求項１９記載のスパッタリング装置。

２１、上記スパッタリングチャンバーは、陽極として上記ＤＣ高電圧スパッタリ ング発生源に接続されていることを特徴とする請求項２ｏ記載のスパッタリング 装置。

２２、上記陽極は、上記延長型陰極の第一端部付近に設けられていることを特徴 とする請求項２０記載のスパッタリング装置。

２３、上記陽極は、上記延長型陰極の第二端部付近に設けられていることを特徴 とする請求項２０記載のスパッタリング装置。

２４、上記陽極は、延長型陰極の第一端部付近に設けられた第一トリミング陽極 と、延長型陰極の第二端部付近に設けられた第ニドリミング陽極とを含み、第− 及び第ニドリミング陽極は、分圧器を経由して上記ＤＣ高電圧スパッタリング発 生源に接続され、第−及び第ニドリミング陽極と延長型陰極との間の電位を変化 することができるようになっていることを特徴とする請求項２ｏ記載のスパッタ リング装置。

２５、電子放出増進手段は、 延長型陰極の第一端部付近に設けられた電子放出増進用プレートと、上記電子放 出増進用プレートに接続され、ターゲット材料のスパッタリング面への電子放出 を増進するために設けられた電子源供給手段と、を備えていることを特徴とする 請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。

２６、断面を有する物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付 のスパッタリング用陰極装置において、先端部と終端部とを有する延長中空型の 管状ターゲット／陰極閉回路を備え、当該延長型閉回路によって、加工用端部と 中空型陰極の電子放出増進器部分が形成され、当該中空型陰極の電子放出増進器 部分が、延長中空型の管状ターゲット／陰極閉回路の終端部を同一閉回路の先端 部を囲むように囲繞させることによって形成されて、それにより一つの環状スペ ースが、当該先端部と、終端部によって形成されたコイルとの間で、形成されて いることと、 作業端部の形状にあう磁界を発生させるように、延長中空型の管状ターゲット／ 陰極閉回路を通過して流れる電流を供給する手段を備えていることことを特徴と するスパッタリング用陰極装置。

２７、延長中空型の管状ターゲット／陰極閉回路における加工部は、被覆処理さ れている物体の表面に順応するように形成されてい名ことを特徴とする請求項１ ６記載のスパッタリング用陰極装置。

２８、電子放出増進手段付の陰極スパッタリング装置を用いて物体の表面に薄膜 を付着させる方法において、 延長型陰極と、スパッタリング面を形成させるように延長型陰極を囲むとともに 当該陰極と電気接触しているターゲット材料と、延長型陰極から遠く離れて設け られた少なくとも一つの陽極とを設けることと、ターゲット材料のスパッタリン グ面への電子放出を増進することと、上記延長型陰極及び上記ターゲツト面を囲 んで円周状に包囲する磁界ベクトルを有する磁界を発生させるために設けられ、 延長型陰極を流れる電流を供給することと、 スパッタリング面を囲むプラズマシースを発生させることと、を含んでいること を特徴とするスパッタリングによる付着方法。

２９、請求項１記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用い たスパッタリング装置において、被覆処理される物体によって、気密性スパッタ リングチャンバーが形成され、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極を収 容できるようになっていていること、 延長型陰極の第一端部に接続されている負端子と、陽極を形成する物体に接続さ れている正端子とを有するＤＣ高電圧スパッタリング発生源を備えていることを 特徴とするスパッタリング装置。

３０、所定の圧力でスパッタリング用ガスをスパッタリングチャンバーに導入す るための手段を備えている、請求項２９記載のスパッタリング装置。

３１、上記延長型陰極を通過して冷媒を循環させる手段を備えていることを特徴 とする請求項３０記載のスパッタリング装置。

３２、物体の表面からその材料成分がスパッタリングされるように、電子放出増 進手段付のスパッタリング用陰極は、陽極として接続され、スパッタリングチャ ンバーは、陰極として接続されていることを特徴とする請求項３１記載のスパッ タリング装置。

３３、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極とスパッタリングチャンバー とを、交替的に陰極又は陽極として接続することによって、ターゲット材料と物 体は、交替的にスパッタリングされるようになっていることを特徴とする請求項 ３２記載のスパッタリング装置。

３４、物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付のスパッタリ ング用陰極装置において、 第一端部及び第二端部を有する延長型ターゲット／陰極結合体を備え、第一端部 は、折り曲げられてＵ字形状を形成していて、一つのスペースが、延長型ターゲ ット／陰極結合体と折り曲げられた第一端部との間に形成され、中空型の陰極電 子放出増進部を形成させるようになっていることと、 延長型ターゲット／陰極結合体の形状にあう磁界を発生させるように、延長型の 管状ターゲット／陰極結合体を通過して流れる電流を供給する手段を備えている ことを特徴とするスパッタリング用陰極装置。

３５、電子放出増進手段は、上記延長型陰極の第一端部から横方向に離れて、当 該延長型陰極に搭載されるとともに相互電気接触している中空型の陰極手段を含 んでいることを特徴とする請求項１記載のスバ・ツタリング用陰極装置。

３６　上記中空型陰極手段は、上記延長型陰極の第一端部を折り曲げることによ って形成され、一つのスペースが延長型陰極と折り曲げられた第一端部との間に 形成されていることを特徴とする請求項３５記載のスパッタリング用陰極装置。

３７、上記中空型陰極手段は、上記第一端部付近で当該延長型陰極の第一端部を 当該陰極に囲繞させることによって、形成され、一つの環状スペースが、第一端 部と第一端部を囲繞ことによって形成されたコイルとの間で形成されていること を特徴とする請求項３５記載のスパッタリング用陰極装置。

３８、物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付のスパッタリ ング用陰極装置において、 第−及び第二端部で終端している延長型陰極と、上記延長型陰極を囲むとともに 当該陰極と電気接触していて、スパッタリング面を形成するターゲット材料と、 ターゲット材料のスパッタリング面への電子放出を増進するための、上記延長型 陰極の第一端部と放射状囲繞の関係で横方向に設けられた電子放出増進手段と、 上記延長型陰極及び上記ターゲット材料を囲んで円周状に向けられた磁界ベクト ルを有する磁界を発生させるための、延長型陰極を流れる電流を供給する手段と 、 を備えていることを特徴とするスパッタリング用陰極装置。

３９、上記電子放出増進手段は、上記延長型陰極の第一端部を折り曲げることに よって形成されていて、一つのスペースが、延長型陰極と折り曲げられた第一端 部との間に形成されていることとを特徴とする請求項３８記載のスパッタリング 用陰極装置。

４０、上記電子放出増進手段は、上記第一端部付近で延長型陰極を囲むように延 長型陰極の第一端部を囲繞させることによって形成されていて、一つの環状スペ ースが、上記第一端部と当該第一端部を囲繞させることによって形成されたコイ ルとの間に形成されていることを特徴とする請求項３８記載のスパッタリング用 陰極装置。

４１、上記電子放出増進手段は、 上記延長型陰極の第一端部付近に設けられた電子放出増進用プレートと、 ターゲット材料のスパッタリング面への電子放出を増進するように設けられ、上 記電子放出増進用プレートに接続されている電子供給源と、を備えていることを 特徴とする請求項３８記載のスパッタリング用陰極装置。

４２、上記電子放出増進手段は、延長型陰極の第一端部を囲む中空型陰極の表面 によって形成されていることを特徴とする請求項３８記載のスバッタリング用陰 極装置。

４３．　上記延長型陰極を通過して流れる電流を供給する手段は、延長型陰極の 第一端部に接続されている負端子と、延長型陰極の第二端部に接続されている正 端子とを有する低電圧ＤＣ磁界発生電源を備えていることを特徴とする請求項３ ８記載のスパッタリング用陰極装置。

４４、請求項３８記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用 いたスパッタリング装置において、更に電子放出増進手段付のスパッタリング用 陰極と被覆処理される物体とを収容できるスパッタリングチャンバーと、陽極と 、 負端子が延長型陰極の第一端部に接続され正端子が上記陽極に接続されている高 電圧プラズマ発生源と、 を備えていることを特徴とするスパッタリング装置。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付のスパッタリン グ用陰極装置において、 第一及び第二端部で終端している延長型陰極と、上記延長型陰極を囲むとともに 当該陰極と電気接触していて、スパッタリング面を形成するターゲット材料と、 ターゲット材料のスパッタリング面ヘの電子放出を増進するための、上記延長型 陰極の第一端部に接続されている電子放出増進手段と、上記延長型陰極及び上記 ターゲット材料を囲む円周状磁界を発生させるための、延長型陰極を流れる電流 を供給する手段と、を備えていることを特徴とするスパッタリング用陰極装置。 ２．上記電子放出増進手段は、延長型陰極の第一端部に搭載されるとともに当該 端部と電気接触している同軸中空型陰極を含み、当該同軸中空型陰極は、延長型 陰極の第一端部と上記ターゲット材料を囲むように形成していることを特徴とす る、請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。 ３．延長型陰極を流れる電流を供給する手段は、負端子が延長型陰極の第一端部 に接続され正端子が延長型陰極の第二端部に接続されている低電圧ＤＣ磁界発生 用電源を含んでいることを特徴とする、請求項２記載のスパッタリング用陰極装 置。 ４，上記延長型陰極は、中空のものであることを特徴とする、請求項３記載のス パッタリング用陰極装置。 ５．上記延長型陰極は、完全にターゲット材料で構成され、延長型陰極とターゲ ット材料は、実質上、一つの部材になっていることを特徴とする、請求項４記載 のスパッタリング用陰極装置。 ６．請求項５記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用いた スパッタリング装置において、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極と被 覆処理される物体とをハウジングすることができる気密性スパッタリングチャン バーと、陽極と、 上記延長型陰極の第一端部に接続されている負端子と上記陽極に接続されている 正端子とを有するＤＣ高電圧スパッタリング発生源と、を備えていることを特徴 とするスパッタリング装置。 ７．所定の圧力でスパッタリング用ガスをスパッタリングチャンバーに導入する ための手段を備えていることを特徴とする、請求項６記載のスパッタリング装置 。 ８．上記延長中空型陰極を通過して冷媒を循環させる手段を備えていることを特 徴とする、請求項７記載のスパッタリング装置。 ９．上記スパッタリングチャンバーは、陽極として上記ＤＣ高電圧スパッタリン グ発生源に接続されていることを特徴とする、請求項８記載のスパッタリング装 置。 １０．上記陽極は、上記延長型陰極の第一端部付近に設けられていることを特徴 とする、請求項８記載のスパッタリング装置。 １１．上記陽極は、上記延長型陰極の第二端部付近に設けられていることを特徴 とする、請求項８記載のスパッタリング装置。 １２．上記陽極は、延長型陰極の第一端部付近に設けられた第一トリミング陽極 と、延長型陰極の第二端部付近に設けられた第二トリミング陽極とを含み、第一 及び第二トリミング陽極は、分圧器を経由して上記ＤＣ高電圧スパッタリング発 生源に接続され、第一及び第二トリミング陽極と延長型陰極との間の電位を変化 することができるようになっていることを特徴とする、請求項８記載のスパッタ リング装置。 １３．ターゲット材料のスパッタリング面からの電子を阻止するための、上記延 長型陰極の第二端部に接続された端部終了器手段を備えていることを特徴とする 、請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。 １４．上記電子放出増進手段は、延長型陰極の第一端部に搭載されるとともに当 該端部と電気接触している同軸中空型陰極を含み、当該同軸中空型陰極は、延長 型陰極の第一端部と上記ターゲット材料を囲むように形成されており、上記端部 終了器手段は、上記延長型陰極の第二端部に搭載されるとともに当該端部と電気 接触している同軸中空型の端部終了器の外郭部材を有し、また、当該中空型端部 終了器の外郭部材は、延長型陰極の第二端部及びターゲット材料を囲むように形 成されていることを特徴とする、請求項１３記載のスパッタリング用陰極装置。 １５．延長型陰極を流れる電流を供給する手段は、第一端子が延長型陰極の第一 端部に接続され第二端子が延長型陰極の第二端部に接続されている低電圧ＡＣ磁 界発生用電源を含んでいることを特徴とする、請求項１４記載のスパッタリング 用陰極装置。 １６．上記延長型陰極は、中空のものであることを特徴とする、請求項１５記載 のスパッタリング用陰極装置。 １７．上記延長型陰極は、完全にターゲット材料で構成され、延長型陰極とター ゲット材料は、実質上、一つの部材になっていることを特徴とする、請求項１６ 記載のスパッタリング用陰極装置。 １８．請求項１７記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用 いたスパッタリング装置において、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極 と被覆処理される物体とをハウジングすることができる気密性スパッタリングチ ャンバーと、陽極と、 上記延長型陰極の第一端部に接続されている負端子と上記陽極に接続されている 正端子とを有するＤＣ高電圧スパッタリング発生源と、を備えていることを特徴 とするスパッタリング装置。 １９．所定の圧力でスパッタリング用ガスをスパッタリングチャンバーに導入す るための手段を備えていることを特徴とする、請求項１８記載のスパッタリング 装置。 ２０．上記延長型陰極を通過して冷媒を循環させる手段を備えていることを特徴 とする、請求項１９記載のスパッタリング装置。 ２１．上記スパッタリングチャンバーは、陽極として上記ＤＣ高電圧スパッタリ ング発生源に接続されていることを特徴とする、請求項２０記載のスパッタリン グ装置。 ２２．上記陽極は、上記延長型陰極の第一端部付近に設けられていることを特徴 とする、請求項２０記載のスパッタリング装置。 ２３．上記陽極は、上記延長型陰極の第二端部付近に設けられていることを特徴 とする、請求項２０記載のスパッタリング装置。 ２４．上記陽極は、延長型陰極の第一端部付近に設けられた第一トリミング陽極 と、延長型陰極の第二端部付近に設けられた第二トリミング陽極とを含み、第一 及び第二トリミング陽極は、分圧器を経由して上記ＤＣ高電圧スパッタリング発 生源に接続され、第一及び第二トリミング陽極と延長型陰極との間の電位を変化 することができるようになっていることを特徴とする、請求項２０記載のスパッ タリング装置。 ２５．電子放出増進手段は、 延長型陰極の第一端部付近に設けられた電子放出増進用プレートと、上記電子放 出増進用プレートに接続され、ターゲット材料のスパッタリング面ヘの電子放出 を増進するために設けられた電子源供給手段と、を備えていることを特徴とする 、請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。 ２６．断面を有する物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付 のスパッタリング用陰極装置において、先端部と終端部とを有する延長中空型の 管状ターゲット／陰極閉回路を備え、当該延長型閉回路によって、加工用端部と 中空型陰極の電子放出増進器部分が形成され、当該中空型陰極の電子放出増進器 部分が、延長中空型の管状ターゲット／陰極閉回路の終端部を同一閉回路の先端 部を囲むように囲繞させることによって形成されて、それにより一つの環状スペ ースが、当該先端部と、終端部によって形成されたコイルとの間で、形成されて いることと、 作業端部の形状にあう磁界を発生させるように、延長中空型の管状ターゲット／ 陰極閉回路を通過して流れる電流を供給する手段を備えていることことを特徴と するスパッタリング用陰極装置。 ２７．延長中空型の管状ターゲット／陰極閉回路における加工部は、被覆処理さ れている物体の表面に順応するように形成されていることを特徴とする、請求項 １６記載のスパッタリング用陰極装置。 ２８．電子放出増進手段付の陰極スパッタリング装置を用いて物体の表面に薄膜 を付着させる方法において、 延長型陰極と、スパッタリング面を形成させるように延長型陰極を囲むとともに 当該陰極と電気接触しているターゲット材料と、延長型陰極から遠く離れて設け られた少なくとも一つの陽極とを設けることと、ターゲット材料のスパッタリン グ面ヘの電子放出を増進することと、延長型陰極とスパッタリング面とを囲む磁 界を発生させるように、当該延長型陰極を流れる電流を供給することと、スパッ タリング面を囲むプラズマシースを発生させることと、を含んでいることを特徴 とするスパッタリングによる付着方法。 ２９．請求項１記載の、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極装置を用い たスパッタリング装置において、被覆処理される物体によって、気密性スパッタ リングチャンバーが形成され、電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極を収 容できるようになっていていること、 延長型陰極の第一端部に接続されている負端子と、陽極を形成する物体に接続さ れている正端子とを有するＤＣ高電圧スパッタリング発生源を備えていることを 特徴とするスパッタリング装置。 ３０．所定の圧力でスパッタリング用ガスをスパッタリングチャンバーに導入す るための手段を備えている、請求項２９記載のスパッタリング装置。 ３１．上記延長型陰極を通過して冷媒を循環させる手段を備えていることを特徴 とする、請求項３０記載のスパッタリング装置。 ３２．物体の表面からその材料成分がスパッタリングされるように、電子放出増 進手段付のスパッタリング用陰極は、陽極として接続され、スパッタリングチャ ンバーは、陰極として接続されていることを特徴とする、請求項３１記載のスパ ッタリング装置。 ３３．電子放出増進手段付のスパッタリング用陰極とスパッタリングチャンバー とを、交替的に陰極又は陽極として接続することによって、ターゲット材料と物 体は、交替的にスパッタリングされるようになっていることを特徴とする、請求 項３２記載のスパッタリング装置。 ３４．物体の表面に薄膜を形成させるための、電子放出増進手段付のスパッタリ ング用陰極装置において、 第一端部及び第二端部を有する延長型ターゲット／陰極結合体を備え、第一端部 は、折り曲げられてＵ字形状を形成していて、一つのスペースが、延長型ターゲ ット／陰極結合体と折り曲げられた第一端部との間に形成され、中空型の陰極電 子放出増進部を形成させるようになっていることと、 延長型ターゲット／陰極結合体の形状にあう磁界を発生させるように、延長型タ ーゲット／陰極結合体を通過して流れる電流を供給する手段を備えていることを 特徴とするスパッタリング用陰極装置。 ３５．電子放出増進手段は、上記延長型陰極の第一端部から横方向に離れて、当 該延長型陰極に搭載されるとともに相互電気接触している中空型の陰極手段を含 んでいることを特徴とする、請求項１記載のスパッタリング用陰極装置。 ３６．上記中空型陰極手段は、上記延長型陰極の第一端部を折り曲げることによ って形成され、一つのスペースが延長型陰極と折り曲げられた第一端部との間に 形成されていることを特徴とする、請求項３５記載のスパッタリング用陰極装置 。 ３７．上記中空型陰極手段は、上記第一端部付近で当該延長型陰極の第一端部を 当該陰極に囲繞させることによって、形成され、一つの環状スペースが、第一端 部と第一端部を囲繞することによって形成されたコイルとの間で形成されている ことを特徴とする、請求項３５記載のスパッタリング用陰極装置。