JPS5912744B2 - スパッタコ−ティング方法およびこれに使用する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパッタリング室内で化合物を高周波スパッタ
リングすることにより基板材料をスパッタコーティング
する方法およびこれに使用する装３５置に関するもので
ある。

本発明の分野に関する従来技術は米国特許第３８２９３
７３号および同第３８８４７８７号に被瀝されている。

簡単に言えば、かかる従来技術に包含されるスパッタリ
ングのタイプは、基板上にスバツタリングしようとする
材料で形成され１個以上の元素から構成される部材をタ
ーゲツトとして使用する技術である。

上述の米国特許に記載されている実施例では、硫化カド
ミウムを薄い可撓性ポリエステル樹脂材料の基板上にス
パツタリングするのが望ましい。スパツタリング室内の
雰囲気としてはアルゴンが好まし〈、アルゴンはイオン
化されるガスで、プラズマを提供する。このプラズマは
硫化カドミウム分子をターゲツトからたたき出して基板
まで駆動する原子を供給する。理論的にはターゲツトの
化学量論が完全である場合には、室内の雰囲気に付加的
材料を添加する必要はない。実際に、硫黄の蒸気圧はカ
ドミウムより小さい。従つてターゲツトの材料が衝撃下
に解離しまず硫黄が追出される傾向がある。この結果硫
黄が逃散し、室内の圧力を低く維持するよう作動してい
る真空ポンプにより排出される。バツクグラウンドガス
によつてターゲツト材料の分解を防止することは知られ
ている。

バツクグラウンドガスは、ターゲツトを構成する元素の
内最も揮発性の大きい元素と同一の成分を含有するガス
である。硫化カドミウムの場合には、この元素は硫黄で
、最も良〈使用されるバツクグラウンドガスは硫化水素
である。直径が約１５２．４７１１１１（６インチ）よ
り大きいターゲツトおよび基板を使用するスパツタリン
グ分野ではほとんど研究が行われていなかつた。

実際に分つている範囲では、本発明で使用する大きさの
基板上に多元素化合物を高周波スパツタリングすること
に関しては文献に何も報告されていない。本発明で使用
する基板はイ一・アイ・デユポン社から登録商標名「マ
イラ一（Ｍｙｌａｒ）」で市販されているようなポリエ
ステル材料の条片で、この条片は幅約５００１ｉ１！ｔ
で、その長さは障害とならずに室内に収容することので
きるロールの大きさのみによつて限定される。本発明に
おいては例えばそれぞれ露出面が２４０１ｉ１１×５６
０ｗｔの一対のターゲツトを使用する。このターゲツト
は普通に使用されている約１９３．５６ｃＡ（３０平方
インチ）のターゲツトとは著しく異なる。従つて本発明
で使用するターゲツトは普通に使用されるターゲツトよ
り１０倍程度大きい。スパツタリング室内の状態は、タ
ーゲツトおよびスパツタリングされた区域の大きさを著
しく増大する場合でも二倍にならない。

従つて、すべてのものをより大きくすることができ、ま
たより大きい収率を期待することができる。スパツタリ
ングされる区域が広いため種々の問題が生ずる。これら
の内最も重要な問題は堆積物の均一性および化学量論で
あるが、多くの付加的問題がありこれらの問題には本発
明の範囲内にない解決方法が必要である。バツクグラウ
ンドガスが必要であることは小型ターゲツトならびに大
型ターゲツトを使用するスパツタリング機械に共通のこ
とである。

小型スバッタリング装置の場合には、単にガスを室内に
導入し、最良の結果が得られるよう圧力を調整する。大
型スパツタリング装置の場合には、単にガスを導入し圧
力調整を試みるだけでは充分でないことが分つた。ター
ゲツトには孔が開き亀裂が入り、堆積物は均一でな〈、
化学量論は維持されない。例えば、化学量論が完全であ
つても、被覆の特性は熱処理をしても余り改善されない
。本発明の好適例では、バツクグラウンドガスを普通全
く考えられない場所に導入できるようにする方法および
構造上の変更により上述の種々の欠点をほとんど消滅し
かつすぐれた結果を得ることができる。

スパツタリングが起る，につれてバックグラウンドガス
をプラズマ形成性ガスと共にターゲツトの一方の縦端縁
から直接ターゲツトの表面上を通るようターゲツトに供
給し、その後にはじめてバツクグラウンドガスを室内に
流入させる。従つて、本発明は、ターゲツト電極を遮蔽
体で取囲み、この遮蔽体を前記ターゲッ｝電極から所定
距離離間させて前記ターゲツト電極の外側端縁と前記遮
蔽体との間に間隙を形成し、前記ターゲツト電極を取囲
む雰囲気にガスを導入し、この際前記ガスを前記ターゲ
ツト電極の後方においてこの電極と前記遮蔽体との間に
導入して前記ターゲツト電極の前記外側端縁と前記遮蔽
体との間の前記間隙から流出させることにより基板材料
をスパツタコーテイングするに当り、前記ガスを前記タ
ーゲツト電極の外側端縁と前記遮蔽体との間の前記間隙
から前記ターゲツト電極の実質的に一方の端縁のみを通
つて流出させ、操作中前記ガスが前記間隙を離れた直後
に前記ターゲツト電極と前記基板材料との間の間隙区域
内で前記ガスを前記ターゲツト電極の表面に沿つて前記
ターゲツトを横断して実質的に一方向のみに均一に流す
ことを特徴とするスパツタコーテイン ごグ方法を提供
する。

また、本発明は、容器を具え、この容器にターゲツト、
陽極、および前記容器からパイプラインを経て前記容器
にガスを導入する手段を設け、さらに前記ターゲットを
その側方｝よび後方におい １，て遮蔽体によつて一方
が遮蔽されないように取囲んで材料をスパツタさせるべ
きターゲット面を形成し、前記ターゲツト電極の端縁と
前記遮蔽体との間に間隙を形成し、前記ターゲツトの後
方に封入空間を形成し、前記間隙によつて前記封入空間
１と前記容器内の室とを連通し、陽極を前記ターゲツ
ト面と平行にこれから離間させてスパツタリング間隙区
域を形成し、前記容器の壁を貫通する有孔導管を前記容
器の外部の前記ガスの供給源と適当に連結した、基板材
料のスパツタコーテイングン装置において、導管を前記
遮蔽体に取付け、前記導管を前記ターゲツトの後方の封
入空間に開口させて、供給ガスを前記室内に流入する前
にまず前記封入空間内に流入させ、前記封入空間から前
記間隙の少くと 二も部分を経て前記ターゲツト面上の
スパツタリング空間内に流入させ、前記ターゲツト面上
を前記ターゲツトの一方の端縁のみから実質的に横断す
る方向に一方向に均一に流れるようにしたことを特徴と
するスパツタコーテイング装置を提供する。

次に本発明を図面を参照して例につき説明する。第１図
および第２図には、スバツタリング装置１０を、適当な
緊締装置、ガスケツト等により１６において適当な骨組
１４上に取付けたステンレス製等の容器１２として示す
。骨組１４は系を適当に作動するために使用する電気的
機構、機械的機構等を収容することができる。容器１２
によつて室１８を形成し、室１８内に適当に支承したド
ラム２０を配置し、ドラム２０を骨組１４により支持さ
れる適当な支持体土に２２において取付ける。

このドラムもまたステンレス鋼製とし、適当な液体によ
り適当に冷却または加熱できるようにする。このドラム
はスバツタリング系の陽極の作用をする。この場合には
非反応性の高周波型スパツタリング系である。換言すれ
ば、室１８内では反応は予定されてないが、また本発明
の方法および装置を使用することにより反応性スパツタ
リングを充分改善することもできるこの場合にスバツタ
リングされた物質で被覆しようとする装置の基板は透明
な可撓性ポリエステル樹脂材料の細長い条片２４で、こ
の条片を供給ロール２６上に支持し、ドラム２０の底部
円周部分の周りに導き、巻取ロール２８により巻取る。

これらのロールをそれぞれ３０および３２で示す適当な
装置により取付け、駆動する。駆動装置は図示しないが
、骨組１４内に設けることができる。ターゲツト３４が
室１８の底部に存在しているため、スパツタリングが行
われる。これらのターゲツトは陰極を構成し、室１８の
外側の高周波電源により適当な接続線を経て電気的に駆
動される。太い導管３６によつてターゲツトの電気的接
続および機械的連結を示す。ターゲツト３４を容器１２
卦よび遮蔽体３８から電気的に絶縁し、また遮蔽体３８
をアースする。導管３６を容器１２の外側の突出部４０
と連結し、導管３６が容器と掛合するそれぞれの個所に
圧力密封鎖を設ける。次にスバツタリング装置１０の作
動を説明する。室１８を排気した後にアルゴン雰囲気を
室１８に導入する。高周波電界をターゲツト３４とドラ
ム２０との間に設けて間隙区域４２を横切つてプラズマ
を発生させることによりアルゴンをイオン化する。アル
ゴンイオンはターゲツトを構成する材料の分子をたたき
、これらの分子は間隙区域４２を横切つて飛び、これら
の個所でドラム２０を被覆する基板２４に衝突する。間
隙区域を経て基板２４を緩徐に移動し、ターゲツト材料
で基板を被覆する。ターゲツト材料としていく種類かの
元素から成る化合物を使用する場合には、比較的低い圧
力のバツクグラウンドガスを導入してターゲツト材料の
分解を防止し、均一な化学量論的堆積物を形成すると共
にターゲツト自体を破壊しないようにする実際の装置で
は、それぞれ約２４０ＷＩＸ５６０薦の表面を有する２
個のターゲツトを周囲方向に約１５０〜２００７Ｈ１１
離間させる。

ドラム２０の軸線方向の幅を５４０７！Ｉｌｌとし、基
板２４を厚さ約０．１２７１ｇｔ（５ミル）および幅５
００１ｇｔとする。間隙区域４２を４〜５０１ｎとし、
ドラムの直径を約５００ｍとする。スパツタリングする
間の全内部ガス圧を１０〜２０１ｇｔＨ９（ミリトール
）とする。大部分の作業は圧力１０７１ｇｔＨｆ１（ミ
リトール）で行う。ターゲツト材料としては、超高純度
硫化カドミウム（ＣｄＳ）を使用し、これをいくつかの
長方形部片に圧縮焼成し、耐食性にするためニツケル鍍
金した銅の裏板上にこれらの部片を接着してモザイクと
した。ステンレス鋼裏板も使用したが冷温に維持するの
が容易でなかつた。ターゲツトおよび遮蔽体用水冷装置
は図示しなかつた。

同様にドラム用熱油加温導管も図示しなかつた純硫化水
素（Ｈ２Ｓ）ガスから成るバツクグラウンドガスをアル
ゴン約１５．７部対硫化水素１部の割合となるように室
に導入しアルゴンガスと混合する。

従つで硫化水素は混合ガスの約６（Ｆ６である。かかる
混合ガスは商業的供給者により１個の加圧タンク内で予
備混合し供給することができる。Ｈ２Ｓの目的は硫化カ
ドミウムの分解を防止して化学量論的に正しい分子形態
で堆積されるようにすることである。室内のガス圧は約
９．５〜１０期Ｈ９（ミリトール）に維持するが、場合
によつて圧力を２０Ｗ．Ｈ９（ミリトール）まで上昇さ
せることがある第３図および第４図にターゲツト３４の
一方およびその遮蔽体３８を示す。

ターゲット３４は硫化カドミウムのモザイクをニッケル
鍍金した銅の裏板４４Ｋ接着して作り、裏板４４を支持
部材４６に取付け、部材４６を導管３６に通す。ターゲ
ツト３４およびその取付板４４を装置の残部から絶縁し
、支持部材４６には高周波でターゲツトを駆動するため
の電気的接続線を入れる。遮蔽体３８は銅または他の良
熱伝導性材料で作つた箱形構造とし、適当に鍍金して腐
食または汚染を防止する。遮蔽体３８は導管３６で支持
し、アースする。側壁４８，５０，５２｝よび５４ＶＣ
はターゲツト３４の外側端縁から離間し同一平面にある
端縁を設けてターゲツトの全周囲にフレーム状間隙５６
を形成する。遮蔽体３８の目的け材料のターゲツトから
ターゲツトの側方および後方へのスパツタリングを防止
することである。間隙５６の寸法はターゲツトの側方お
よび後方へのスパツタリングが生じないよう選定する。
ターゲツトの後方を５８で示すように閉止してターゲツ
ト板４４の後部の逆スパツタリングを防止する。

かかる構成にすることにより内部空間６０を有する密閉
箱形構造が形成される。

本発明においてぱ、バツクグラウンドガス（この場合は
Ｈ２Ｓである）および混合したアルゴンガスの両者を空
間６０に導入し、間隙５６を経て排出する。このことは
、これらのガスをできる限り早い時期にターゲツト表面
に密接させてターゲツトおよびここから出現する分子の
分解を防止する際の硫化水素の作用を最も効果的にする
ことを意味する。これらのガスを空間６０に導入する好
適方法はガス導管６２を容器１２の外側から気密取付具
６４を介して端壁５０に設けた取付具６５に導〈ことで
、従つて前記端壁５０を経て導〈ことである。

空間６０の内部に細長い管６６を設け、この管６６には
６８で示すようにその頂部に沿つて孔を開け、その自由
端に栓７０を設ける。従つて、管６６はマニホルドとし
て作用し、導入されるガスは空間６０に入り、好ましく
は壁４８の側面に沿つて間隙５６を通り、ターゲツト３
４の表面上を通る。このことが起つている場合には、ド
ラム２０および基板２４がターゲツト表面から僅かな距
離しか離わていないので、ガスは第３図および第４図に
示す矢に従つてターゲツト表面を流れ、このような移動
に限定される。

若干のガスけターゲツトから流れ去るが、ターゲツト上
を流れるガスは極めて有効でターゲツトを保護し目的と
する均一な堆積物を提供する。本発明の構成を使用しな
い場合には、ターゲツトの分解を防止するのが極めて困
難で、欽被覆ｉはり示される結果は均一でない。第２図
から明らかなように、右のターゲツトがその右側にマニ
ホルド６６を具え、左のターゲツトが左側にマニホルド
６６を具えている場合には、左のマニホルドからのガス
がそのターゲツトから流れ去る傾向は極めて望ましくな
いという訳ではない。この理由ぱかかるガスが右のター
ゲツトの方に流れるからである。本発明は非反応性スパ
ツタリングに適用できるほか、これが本発明の価値ある
点であるが導入ガスがターゲツトにできるだけ接近して
いる場合に有効であるということが必須条件となる装置
に適用することができる。

またマニホルド６６を遮蔽体内に配置することにより、
ターゲツト材料をマニホルド上にスパツタリングするこ
となくターゲツトの近くにガスを放出することができる
。従つてマニホルド｝よびその孔は清浄な状態を維持す
るなお、本発明は次の態様で実施することができる（１
）前記間隙を経て同時に前記ターゲツトのほぼ全長に沿
つて前記ガスを放出させる特許請求の範囲第１項記載の
方法。

（２）複数個のターゲツトを使用し、かかるターゲツト
の同一の側からそれぞれのターゲツト上に前記ガスを流
す特許請求の範囲第１項または前項記載の方法。

（３）前記一端縁に沿つた複数個の離間した点で前記ガ
スを放出させる特許請求の範囲第１項並びに前記第１ま
たは２項記載の方法。

（４）前記ターゲツトの前記一側から前記ターゲツトを
横断する方向に前記ガスを流す特許請求の範囲第１項並
びに前記第２，３または 項記載の方法。

（５）バツクグラウンドガスの方向を、確実に前記−端
縁に沿つて前記ガスを放出し前記ターゲツトを均一に横
断して掃過するようにする特許請求の範囲第１項並びに
前記第２，３，４または５項記載の方法。

（６）前記導管を、前記封入空間６０内に配置され前記
ターゲツト３４の長さに沿つて延在する細長い有孔マニ
ホルド６６で構成し、その孔６８を前記連通間隙５６に
開口させた特許請求の範囲第２項記載の装置。

（７）前記ターゲツト３４｝よび遮蔽体３８に平行に合
致する対向面を設けて前記封入空間を形成し、前記導管
６２を前記一端縁に近い前記封入空間内に配置した細長
いマニホルド６６で終端させ、前記導管６２にその長さ
に沿つて形成され前記連通間隙５６の方に開口する少く
とも−列の開口を設けた特許請求の範囲第２項記載の装
置。

（８）少くとも２個のターゲツト３４を設け、各ターゲ
ツトにはこれを取囲みそのスパタリング表面の周囲を取
巻〈連通間隙５６を形成する遮蔽体３８を設け、各遮蔽
体３８にはこのなかのガスを導くための導管を設け、こ
の導管に前記ターゲツトの一方の側のみに沿つて縦に配
置した有孔マニホルド６６として形成した連続部を設け
、各マニホルドを導管６２からその関連するターゲツト
のスパツタリング表面上にガスを通すのに適合させた特
許請求の範囲第２項並びに前記第６または７項記載の装
置。

９）前記マニホルドをこれらの関連するターゲツトの同
一の側に配置した前項記載の装置。

１０）前記マニホルドの孔をそれぞれのターゲツト遮蔽
体配置の連通間隙の方向に開口させて配置した前記第８
項記載の装置。

１１）基部材４４と、この上に形成したターゲツト材料
の個々の圧密部から成るモザイクとから前記ターゲツト
を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項並び
に前記第６，７，８，９または１０項記載の装置。

１２）スパツタ１１ング室と、このスパツタリング室内
の基板上に化合物としてスパツタリングしようとする少
くとも２種の元素からなる物質で形成した少くとも１個
のターゲツトと、、スパツタリングを前方に限定する前
記ターゲツトのスパツタリング面を除いて前記ターゲツ
ト全体を封入すると共に前記ターゲツトをフレームに入
れる金属遮蔽体と、スパツタリングされた前記物質の化
学量論を維持するのに必要なバックグラウンドガスを前
記室内に導入するための導管とを具えた、基板材料をス
パツタコーテイングする装置に｝いて、前記金属遮蔽体
３８によつて前記ターゲツト３４の少くとも一方の端縁
に沿つて前記スパツタリング面に連通する間隙５６を形
成し、前記導管６２を前記容器１２の外部から前記封入
容器６０の内部に導き、前記封入容器６０の内部に延在
し前記ターゲツト３４の下方にこの一端縁のみに沿つて
配置された有孔マニホルド６６を形成する部分を前記導
管６２に設け、孔６８を前記連通間隙５６に開口させて
前記バツクグラウンドガスを前記マニホルド６６の長さ
に沿つて放出させると共にほぼ前記一端縁のみに沿い前
記連通間隙５６に通し前記ターゲツト３４のスパツタリ
ング面上を通つてスパツタリング室４２に流入するよう
にしたことを特徴とするスパッタコーティング装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ターゲット電極を遮蔽体で取囲み、この遮蔽体を前
   記ターゲット電極から所定距離離間させて前記ターゲッ
   ト電極の外側端縁と前記遮蔽体との間に間隙を形成し、
   前記ターゲット電極を取囲む雰囲気にガスを導入し、こ
   の際前記ガスを前記ターゲット電極の後方においてこの
   電極と前記遮蔽体との間に導入して前記ターゲット電極
   の前記外側端縁と前記遮蔽体との間の前記間隙から流出
   させることにより基板材料をスパッタコーティングする
   に当り、前記ガスを前記ターゲット電極の外側端縁と前
   記遮蔽体との間の前記間隙から前記ターゲット電極の実
   質的に一方の端縁のみを通つて流出させ、操作中前記ガ
   スが前記間隙を離れた直後に前記ターゲット電極と前記
   基板材料との間の間隙区域内で前記ガスを前記ターゲッ
   ト電極の表面に沿つて前記ターゲットを横断して実質的
   に一方向のみに均一に流すことを特徴とするスパッタコ
   ーティング方法。 ２ 容器を具え、この容器にターゲット、陽極、および
   前記容器からパイプラインを経て前記容器にガスを導入
   する手段を設け、さらに前記ターゲットをその側方およ
   び後方において遮蔽体によつて一方が遮蔽されないよう
   に取囲んで材料をスパッタさせるべきターゲット面を形
   成し、前記ターゲット電極の端縁と前記遮蔽体との間に
   間隙を形成し、前記ターゲットの後方に封入空間を形成
   し、前記間隙によつて前記封入空間と前記容器内の室と
   を連通し、陽極を前記ターゲット面と平行にこれから離
   間させてスパッタリング間隙区域を形成し、前記容器の
   壁を貫通する有孔導管を前記容器の外部の前記ガスの供
   給源と適当に連結した、基板材料のスパッタコーティン
   グ装置において、導管６２を前記遮蔽体３８に取付け、
   前記導管６２を前記ターゲット３４の後方の封入空間６
   ０に開口させて、供給ガスを前記室１８内に流入する前
   にまず前記封入空間６０内に流入させ、前記封入空間か
   ら前記間隙５６の少くとも部分を経て前記ターゲット面
   上のスパッタリング空間４２内に流入させ、前記ターゲ
   ット面上を前記ターゲットの一方の端縁のみから実質的
   に横断する方向に一方向に均一に流れるようにしたこと
   を特徴とするスパッタコーティング装置。