KR890001032B1

KR890001032B1 - High rate sputtering system equipment and method

Info

Publication number: KR890001032B1
Application number: KR8203138A
Authority: KR
Inventors: 디이 크랭크 제이므즈
Original assignee: 원본미기재; 암펙크스 코오포레이션
Priority date: 1981-07-16
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1989-04-20
Also published as: IT1148359B; PT75222A; MX152639A; NL8202878A; JPH0236675B2; GB2101638B; KR840000665A; IE821649L; FR2509755A1; PT75222B; JPS5825476A; BR8204080A; FR2509755B1; IT8248820A0; DE3226717A1; IE53214B1; DE3226717C2; GB2101638A

Abstract

The apparatus for high rate sputtering of a selected magnetic target material in a vacuum comprises a vacuum chamber having a movable cathode comprising the cathode material. A cooled structure slidably supports the portion of the movable cathode within the active plasma between the anode and cathode portion. Further cooling of the cathode is provided outside the active plasma. In the making of magnetic tape the cooling minimises target erosion and extends target life and performance. Only a relatively small portion of the target is exposed to the plasma at any given time. The target speed can be selected w.r.t. a required current density and cooling rate.

Description

High rate sputtering apparatus and method

제1도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 도식도.1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention.

제2도는 제1도에 도시된 장치의 일부분의 확대도.2 is an enlarged view of a portion of the device shown in FIG.

제3도는 제2도에 도시된 부분의 부분 사시도.3 is a partial perspective view of the portion shown in FIG.

제4도는 제3도에 도시된 부분의 개조예의 단면도.4 is a cross-sectional view of a modification of the part shown in FIG.

제 5도는 본 발명의 제2실시예를 나타내는, 제2도와 유사한 도면.FIG. 5 is a view similar to FIG. 2 showing a second embodiment of the present invention. FIG.

제6a도는 본 발명의 제3실시예를 나타내는 개략적인 평면도.6A is a schematic plan view showing a third embodiment of the present invention.

제6b도는 제6a도의 선 7b-7b에 따른 수직 단면도.6b is a vertical section along line 7b-7b of FIG. 6a.

제7도는 본 발명의 제4실시예의 확대도.7 is an enlarged view of a fourth embodiment of the present invention.

제8a도는 제7도의 선 8a-8a에 따른 단면도.8a is a sectional view along line 8a-8a in FIG.

제8b도는 제7도에 도시된 예의 변형 구조를 나타내는, 제8a도와 유사한 단면도.FIG. 8B is a cross-sectional view similar to FIG. 8A showing a modified structure of the example shown in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,26 : 진공실 2,29,43,76 : 차폐물1,26: vacuum chamber 2,29,43,76: shield

8 : 양극 10 : 음극8: anode 10: cathode

11,12 : 공급 및 권취 리일 14 : 모우터 구동부11,12: supply and winding rail 14: motor drive unit

15 : 받침 구조물 22 : 스퍼터링 건 조립체15: supporting structure 22: sputtering gun assembly

27 : 기질 30 : 자석27: substrate 30: magnet

35 : 냉각 장치 44 : 플라스마 지역35 cooling device 44 plasma area

48 : 자속선 51 : 자석48: magnetic flux line 51: magnet

60 : 드럼 61,73 : 받침 구조물60: drum 61,73: supporting structure

63,64 : 구동 로울러 67,68,71,72 : 냉각판63,64: driving roller 67,68,71,72: cooling plate

70 : 디스크 74 : 양극70: disk 74: positive

78 : 모우터 구동부 81 : 양극78: motor drive portion 81: anode

82 : 음극 86 : 자석82: cathode 86: magnet

91 : 봉 전진기구 93 : 슬리이브91: rod forward mechanism 93: sleeve

96 : 자속선 101 : 전기장96: magnetic flux line 101: electric field

102 : 자기장102: magnetic field

본 발명은 타겟트의 수명이 연장되는 고율 스퍼터링(high rate sputtering)장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 자기적으로 증강된 스퍼터링장치 또는 다른 타입의 스퍼터링 장치들에서 넓은 범위의 물질들을 스퍼터링하는데 적당하다. 스퍼터링 기술에서, 타겟트 (tareget)의 침식은 그 타겟트의 수명을 제한하는 중대한 문제이다. 또 다른 문제는 타겟트의 과열인데, 이러한 과열은 예를 들어 타겟트의 출력 밀도를 하강시킴에 의해 감소될 수 있으나, 이러한 방식은 물질 부착 비율을 감소시킨다. 또한, 자기적으로 증강된 스퍼터링 장치에 의해 자석 물질을 스퍼터링 할때, 타겟트의 두께는 플라스마 한정 (confining)자장의 전환 및 그에 따른 플라스마의 약화를 방지하기 위해 비교적 작아야 한다. 그러한 단점들은 타겟트외 재료의 고체에 기인한 빈번한 작동 중단 때문에 자석 물질과 비자석 물질 모두를 스퍼터링하는데 있어서의 종래 장치의 성능 및 효율을 제한한다.The present invention relates to a high rate sputtering apparatus and method for extending the life of a target. The present invention is suitable for sputtering a wide range of materials in magnetically enhanced sputtering devices or other types of sputtering devices. In sputtering techniques, erosion of a target is a significant problem that limits the lifetime of that target. Another problem is overheating of the target, which can be reduced, for example, by lowering the target's power density, but this approach reduces the rate of material adhesion. In addition, when sputtering a magnetic material by a magnetically enhanced sputtering apparatus, the thickness of the target should be relatively small to prevent the conversion of the plasma confining field and thus the weakening of the plasma. Such drawbacks limit the performance and efficiency of conventional devices in sputtering both magnetic and non-magnetic materials because of frequent shutdowns due to the solids of the non-target material.

예를 들어, 현재 사용되는 종래 기술의 장치에 의해 얻어지는 스퍼터링율이 낮기 때문에 특히 자기 기록 및 재생을 위한 테이프를 제조하는 것과 같은 연속작업이 불편하다. 그리하여, 스퍼터링에 의해 자기 테이프를 제조하는 비율, 즉, 생산성을 증가시키기 위해 더 높은 스퍼터링을 얻는 것이 요구된다.For example, since the sputtering rate obtained by the prior art devices currently used is low, continuous operations such as making tapes for magnetic recording and reproduction are particularly inconvenient. Thus, it is required to obtain higher sputtering to increase the ratio of producing magnetic tape by sputtering, that is, productivity.

따라서, 본 발명의 목적은 타겟트가 긴 수명을 갖는 고율 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 타겟트 침식을 최소화하고 타겟트 성능을 연장시키기 위해 냉각이 행해지는 이동 가능한 타겟트를 이용하는 고율 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a high rate sputtering apparatus and method in which the target has a long life. Another object of the present invention is to provide a high rate sputtering apparatus using a movable target where cooling is performed to minimize target erosion and extend target performance.

본 발명의 또 다른 목적은, 타겟트의 비교적 작은 부분만이 소정 시간에 플라스마에 노출되며 활성 플라스마에 대해 연속적으로 공급되는 타겟트를 가진 고율 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is a further object of the present invention to provide a high rate sputtering apparatus and method having a target which is exposed to the plasma at a given time, and only a relatively small portion of the target is continuously supplied to the active plasma.

본 발명의 또 다른 목적은, 타겟트를 냉각하여 음극/타겟트의 전류 밀도를 증가시키는 고성능 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a high performance sputtering apparatus and method for cooling a target to increase the current density of the cathode / target.

본 발명의 또 다른 목적은, 미리 정해진 비율로 플라스마 한정 지역내로 공급되고, 자기적으로 증강된 스퍼터링 장치 및 다른 타입의 스퍼터링 장치를 포함하는 직류 (DC) 또는 고주파(RF)바이어스 스퍼터링 시스템에 사용하는데 적당한 이동 타겟트를 가진 고성능 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to use in direct current (DC) or high frequency (RF) bias sputtering systems, which are fed into a plasma confinement zone at a predetermined rate and include magnetically enhanced sputtering devices and other types of sputtering devices. It is to provide a high performance sputtering apparatus and method having a suitable moving target.

본 발명의 또 다른 목적은, 긴 수명을 가지며 주위 플라스마 한정 자장을 전환시키지 않는 자석물질의 이동 가능한 타겟트를 가지는 자기적으로 증강된 고율 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a magnetically enhanced high rate sputtering apparatus and method having a movable target of magnetic material which has a long lifetime and does not convert the surrounding plasma confining magnetic field.

본 발명의 또 다른 목적은, 예를 들어 자기 테이프 및 유사한 제품을 제조하는데 사용하기 위한 기질(substrate)상에의 자석물질의 고속 부착에 적당한 향상된 효율의 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is a further object of the present invention to provide an improved efficiency sputtering apparatus and method suitable for high speed attachment of magnetic materials onto a substrate, for example for use in making magnetic tapes and similar products.

본 발명의 상기 및 기타 다른 목적들은, 본 발명에 따른 양극 및 이동 가능한 음극/타겟트가 진공실내에 각각 배치되고 진공에서 기질에 선택된 타겟트 물질을 고율 스퍼터링 하는 장치 및 방법에 의해 달성된다. 그 음극 및 양극의 전극들 사이에 활성 플라스마가 형성되고, 이동 가능한 음극/타겟트가 기질로부터 일정 간격을 가지고 배치된다. 또한, 그 음극/타겟트의 일부분이 스퍼터링 작동중 소정의 시간동안 활성 플라스마내에 배치되는 반면에 음극/타겟트의 다른 인접부분은 활성 플라스마 외측에 배치되는 방식으로 음극/타겟트를 활성 플라스마에 대하여 이동시키는 수단이 제공되어 왔다.The above and other objects of the present invention are achieved by an apparatus and method in which the anode and the movable cathode / target according to the invention are respectively placed in a vacuum chamber and high rate sputtering of the selected target material on the substrate in vacuum. An active plasma is formed between the electrodes of the cathode and anode, and the movable cathode / target is placed at regular intervals from the substrate. In addition, a portion of the cathode / target is placed in the active plasma for a predetermined time during the sputtering operation, while the other adjacent portion of the cathode / target is placed outside the active plasma so that the cathode / target is directed to the active plasma. Means for moving have been provided.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징과 잇점들은 본 발명의 바람직한 예들을 나타내는 첨부도면과 관련하여 기술된 하기 설명으로부터 명백하게 될 것이다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description set forth in connection with the accompanying drawings which illustrate preferred examples of the invention.

먼저, 본 발명의 장치 및 방법의 전체적인 설명을 제1도를 참조하여 기술하고, 각종 실시예들의 보다 상세한 설명이 제2도-제8b도를 참조하여 후술될 것이다.First, a general description of the apparatus and method of the present invention will be described with reference to FIG. 1, and a more detailed description of various embodiments will be described below with reference to FIGS. 2-8B.

제1도는 본 기술에 잘 알려진 바와 같이 진공 방식으로 기부판(3)에 부착되고 또한 접지된 하우징(21)에 의해 둘러싸인 진공실(26)을 나타낸다. 진공펌프(5)와 예를 들어 알곤과 같은 적당한 가스공급원(23)이 진공실(26,1)에 각각 연결되어 있다. 선택된 타겟트 물질에 의해 스퍼터링될 기질(substrate)(27)이 스퍼터링건(gun) 조립체 (22)로부터 일정 거리에서 기부(28)에 부착된다. 그 기질(27)은, 예를들어 자기 테이프 제조 기술에 잘 알려진 바와 같이 적당한 플라스틱 물질로 만즐어진 가요성 테이프와 같이 이동 가능하여도 좋고, 또는 고정적이어도 좋다. 플라스틱 테이프 형태의 이동 가능한 기질이 이용되는 경우, 그 기질은 2개의 리일(9)사이에서 기부(28)위를 지나 이송될 수 있다. 그 리일은 제1도에 점선으로 나타낸 바와 같이 차폐물(29)에 의해 불필요한 스퍼터링으로부터 보호될 수 있다. 스퍼터링 건 조립체(22)는 음극(10)(후술되는 바와 같이 이동 가능하게 만들어짐)과 양극(8)을 포함한다. 특정 적용예에 따라, 양극(8)에 전력을 공급하는 대신, D.C 또는 R.F.전원(도시의 간략화를 위해 제1도에는 도시안됨)이 기질(27)과 기부(28)의 조합체에 연결될 수도 있다. 이때 그 조합체가 본 기술에 잘 알려진 바와같이 스퍼터링의 실제 목적을 위한 양극으로 된다. 전기장이 화살표(101)로 나타낸 방향으로 양극(8)과 음극(10)사이에 제공된다.1 shows a vacuum chamber 26 attached to the base plate 3 in a vacuum manner and surrounded by a grounded housing 21 as is well known in the art. A vacuum pump 5 and a suitable gas source 23, for example argon, are connected to the vacuum chambers 26, 1, respectively. Substrate 27 to be sputtered by the selected target material is attached to base 28 at a distance from sputtering gun assembly 22. The substrate 27 may be movable or fixed, such as, for example, a flexible tape made of a suitable plastic material, as is well known in the art of making magnetic tapes. When a movable substrate in the form of a plastic tape is used, the substrate can be transported over the base 28 between two rails 9. The rail can be protected from unnecessary sputtering by the shield 29 as indicated by the dashed line in FIG. The sputtering gun assembly 22 includes a cathode 10 (movably made as described below) and an anode 8. Depending on the particular application, instead of powering the anode 8, a DC or RF power source (not shown in FIG. 1 for simplicity of illustration) may be connected to the combination of substrate 27 and base 28. . The combination then becomes an anode for the actual purpose of sputtering as is well known in the art. An electric field is provided between the positive electrode 8 and the negative electrode 10 in the direction indicated by arrow 101.

특정 적용예에 따라, 음극(10)은 전체가 기질에 스퍼터링 될 선택된 타겟트 물질로 형성될 수 있고, 또 다르게는 그 음극의 표면 부분만이 타겟트 물질로 만들어지고 다른 부분 즉, 하측 부분은 다른 적당한 물질로 만들어질 수도 있다.Depending on the particular application, the cathode 10 may be formed of a selected target material that will be entirely sputtered to the substrate, or alternatively only the surface portion of the cathode may be made of the target material and the other portion, i.e., the lower portion, may be It may also be made of other suitable materials.

설명을 간략화하기 위해, 이 명세서에서 음극의 상기한 바와 같은 가능한 다른 구조물을 포괄하여 나타내도록 ″음극/타겟트″라는 용어를 사용한다.For the sake of simplicity, the term ″ cathode / target ″ is used herein to encompass other possible structures of the cathode as described above.

본 발명의 특징의 중요 특징은, 활성 플라스마로 불리는 고에너지 글로우(glow)방전이 양극과 음극 사이에 형성된다는 것이다. 그 음극은 본 발명의 스퍼터링 장치에 따라 이동 가능하다. 그러한 특긱이 제1도에 도시되어 있고, 여기서, 음극(10)이 예를 들어 2개의 공급 및 권취 리일(11,12)사이에서 이송되는 이동 가능한 리본 형태로 제공되어 있다. 그 리본형의 음극(10)의 통로는 구동로울러 또는 가이드로울러(33,34)와 냉각된 받침 구조물(15)를 포함하며, 그 받침구조물(15)는 음극(10)에 접촉하여, 특정 스퍼터링 적용예에서의 요구에 따라 양극(8)으로부터 소정의 밀접한 간격을 두고 그 음극(10)을 안내한다. 적당한 D.C. 또는 R.F.전원이 전선(32a,32)를 통해 양극(8)가 음극(10)에 연결되어 그들 전극들 사이에 글로우 방전을 제공한다. 그리하여, 그들 전극들 사이 지역(44)에 고온, 고에너지의 플라스마가 발생되어 가스 공급원(23)으로부터의 적당한 불활성가스의 가속화된 입자들을 이용하게 된다.An important feature of the features of the present invention is that a high energy glow discharge called active plasma is formed between the anode and the cathode. The cathode is movable in accordance with the sputtering apparatus of the present invention. Such a feature is shown in FIG. 1, where the cathode 10 is provided in the form of a movable ribbon, for example transferred between two feed and take-up rails 11, 12. The passage of the ribbon cathode 10 includes drive rollers or guide rollers 33, 34 and cooled bearing structures 15, the bearing structures 15 being in contact with the cathode 10, for sputtering. The cathode 10 is guided at a predetermined close distance from the anode 8 as required by the application. Suitable D.C. Or an R.F. power source is connected to the cathode 10 via wires 32a and 32 to provide glow discharge between those electrodes. Thus, high temperature, high energy plasma is generated in the region 44 between these electrodes to utilize the accelerated particles of a suitable inert gas from the gas source 23.

본 발명에 따라 리본형 음극(10)이 고온의 플라스마지역(44)를 통해 연속적으로 이동하기 때문에, 음극(10)의 비교적 적은 부분만 이 소정 시간 플라스마내 조건에 노출된다. 냉각된 받침 구조물(15)외에, 부가적인 복사 냉각장치(35)가 플라스마지역 (44)외측의 음극(10)의 통로를 따라 배치된다. 따라서, 고정된 음극/타겟트를 갖는 종래 장치와 비교하여, 리본형 음극/타겟트의 냉각이 상당히 향상되고 그리하여 본 발명 의 장치의 전류밀도 및 스퍼터링들 이 스퍼터링 장치와 작동시간을 부당하게 제한함이 없이 크게 증가될 수 있다. 차폐물(2), (29) 및 (43)은 후술되는 바와 같이 요구되는 지역 외측에서의 스퍼터링을 방지하는데 이용된다.Since the ribbon cathode 10 moves continuously through the hot plasma region 44 in accordance with the present invention, only a relatively small portion of the cathode 10 is exposed to the conditions within the plasma for a given time. In addition to the cooled backing structure 15, an additional radiation cooler 35 is disposed along the passage of the cathode 10 outside the plasma zone 44. Thus, compared to conventional devices with fixed cathodes / targets, the cooling of the ribbon type cathodes / targets is significantly improved and thus the current density and sputterings of the device of the present invention unduly limit the sputtering device and operating time. It can be greatly increased without this. Shields 2, 29 and 43 are used to prevent sputtering outside the required area as described below.

음극/타겟트가 이동 가능하게된 특징은 자기적으로 증강된 스퍼터링 기술을 이용하여 자석물질을 스퍼터링할때 종래 기술보다 더 개량된 점을 제공한다. 특히, 본 발명에 따라, 예를 들어 대략 1-50밀(mill)의 비교적 작은 두께(100)(제2도)을 갖는 가요성의 리본, 중공 드럼 또는 디스크 형태의 자기 타겟트가 이용될 수 있다. 이러한 얇은 타겟트는 플라스마 한정(confining)자장에 의해 쉽게 과포화될 수 있어, 글로우 방전의 요구되는 집중 및 조절을 얻을 수 있고 그리하여 잘 알려진 바람직한 스퍼터링 조건을 제공할 수 있다. 본 설명에서 ″과포화″란 용어는 플라스마 한정 자장(이 자장은 타겟트 물질을 자기적으로 포화시키는데 필요한 것보다 크다)내에 존재함으로써 자기적으로 포화되는 비교적 얇은 자석 타겟트 물질의 상태를 설명하기 위해 사용된다. 또 다른 잇점은, 이동 가능한 타겟트의 속도가 타겟트의 특정 물질과 관련하여 요구되는 전류 밀도와 얻어질 수 있는 냉각 비율에 관련하여 선택될 수 있다는 것이다. 그리하여, 타겟트의 단위 표면당 출력 밀도의 요구량이 증가함에 따라, 이동 가능한 타겟트의 속도가 증가될 수 있어 그의 과열을 방지 할 수 있다.The ability of the cathode / target to be movable provides a further improvement over the prior art when sputtering magnetic materials using magnetically enhanced sputtering techniques. In particular, according to the invention, magnetic targets in the form of flexible ribbons, hollow drums or discs having a relatively small thickness 100 (FIG. 2) of approximately 1-50 millimeters can be used, for example. . Such thin targets can be easily supersaturated by a plasma confining field to obtain the required concentration and control of the glow discharge and thus provide a well known and preferred sputtering condition. In this description, the term ″ supersaturated ″ is used to describe the state of a relatively thin magnetic target material that is magnetically saturated by being in a plasma confining field (which is greater than necessary to magnetically saturate the target material). Used. Another advantage is that the speed of the movable target can be selected in terms of the current density required with respect to the specific material of the target and the cooling rate that can be obtained. Thus, as the required amount of output density per unit surface of the target increases, the speed of the movable target can be increased to prevent its overheating.

제 2로는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1도의 스퍼터링 건 조립체(22)의 개략도를 나타낸다. 그 스퍼터링 건 조립체(22)는, 측벽(2a), 상부벽(2b) 및 기부판 (3)의 일부분으로 이루어진 외측 차폐물(2)에 의해 둘러싸인 내측 진공실(1)을 가진다. 개방부(2c)가 상부벽(2b)에 형성되어 있고, 그 개방부는 원형,장방형 또는 다른 편리한 형태일 수 있다. 개방부(2c)는 선(40)(제1도)으로 나타내어진 바와 같이 고정기질 또는 이동 가능한 기질(27)에 부착되도록 스퍼터링 건 조립체에 의해 가속된 타겟트 물질의 입자들을 위한 오리피스로 작용한다. 그 기질(27)은 개방부(2c)로부터 소망의 간격을 두고 배치된다.2 shows a schematic view of the sputtering gun assembly 22 of FIG. 1 in accordance with a preferred embodiment of the present invention. The sputtering gun assembly 22 has an inner vacuum chamber 1 surrounded by an outer shield 2 consisting of a side wall 2a, an upper wall 2b and a part of the base plate 3. An opening 2c is formed in the upper wall 2b, which opening may be circular, rectangular or other convenient form. Opening 2c acts as an orifice for particles of target material accelerated by the sputtering gun assembly to attach to fixed substrate or movable substrate 27 as shown by line 40 (FIG. 1). . The substrate 27 is arranged at a desired distance from the opening 2c.

외측 차폐물(2), 기부판(3) 및 하우징(21)은 스테인리스강 또는 알루미늄과 같은 비자성 전도성 물질로 만들어지는 것이 바람직하고 접지된다. 따라서, 그 외측 차폐물, 기부판 및 하우징은, 높은 음극 또는 양극 전위에 있는 진공실(26) 내측의 나머지 요소들로부터 잘 알려진 수단에 의해 전기 절연되어야 한다. 이미 언급한 바와 같이, 진공 펌프(5)가 통상의 방식으로 도관(4)에 의해 진공실(26)에 연결되어 있고 예를들어 알곤인 적당한 불활성 가스 공급원(23)이 도관(47)에 의해 진공실(1)에 연결되어 있다. 제3도에 상세히 도시된 바와 같이, 진공실(1)내에는 고정된 양극(8)이 설치되어 있다. 그 양극은 예를 들어 적당한 강 물질로 만들어진 2개의 평행한 봉 형태로 되는 것이 바람직하다. 음극(10)은 양극(8)에 평행히 그로부터 적당한 간격을 가지고 배치되어 있다. 리본형인 음극(10)의 전체 물질은 예를들어 80%코발트와 20%니켈인 금속 자석물질로 만들어지는 것이 바람직하고, 기질(27)(제1도)에 스퍼터링에 의해 부착된다. 그 음극(10)의 그러한 비교적 작은 두께(100)(약1-50밀)은 바람직한 예의 자기적으로 증강된 스퍼터링 장치에서 소망의 과포화 상태를 얻는데 필요하다. 그러나, 본 발명은 상기한 구조에 한정되지 않고, 또 다르게는, 음극의 표면, 즉, 양극으로 향한 그의 측면만이 타겟트 물질로 형성될 수도 있다.The outer shield 2, base plate 3 and housing 21 are preferably made of nonmagnetic conductive material such as stainless steel or aluminum and are grounded. Thus, the outer shield, base plate and housing must be electrically insulated by well known means from the remaining elements inside the vacuum chamber 26 at a high cathode or anode potential. As already mentioned, a suitable inert gas source 23 is connected to the vacuum chamber 26 by a conduit 4 in a conventional manner, for example argon, by means of a conduit 47. It is connected to (1). As shown in detail in FIG. 3, a fixed anode 8 is provided in the vacuum chamber 1. The anode is preferably in the form of two parallel rods, for example made of a suitable steel material. The cathode 10 is arranged parallel to the anode 8 with a suitable distance therefrom. The entire material of the ribbon cathode 10 is preferably made of a metal magnetic material, for example 80% cobalt and 20% nickel, and is attached by sputtering to the substrate 27 (FIG. 1). Such a relatively small thickness 100 (about 1-50 mils) of the cathode 10 is necessary to obtain the desired supersaturated state in the magnetically enhanced sputtering apparatus of the preferred example. However, the present invention is not limited to the above-described structure, and alternatively, only the surface of the cathode, that is, its side toward the anode may be formed of the target material.

음극(10)은 그의 양단에서 2개의 공급 및 권취 리일(11,12)에 각각 감겨있고, 그 리일들은 양극(8)로부터 먼쪽 내측 진공실(1)의 하단부에 배치되어 있다. 공급 및 권취 리일(11,12)는 적당한 가역 모우터 구동부(14)와 벨트(13)에 의해 서로 함께 구동되거나, 또 다르게는, 각 리일이 별도의 리일 구동 모우터(도시안됨)에 의해 별도로 구동될 수도 있다. 그러나, 다른 적당한 구동 시스템이 이용될 수도 있다.The cathode 10 is wound around two supply and winding rails 11 and 12 at both ends thereof, and the rails are disposed at the lower end of the inner vacuum chamber 1 far from the anode 8. The feed and take-up rails 11, 12 are driven together with each other by a suitable reversible motor drive 14 and belt 13, or alternatively, each rail is separately separated by a separate rail drive motor (not shown). It may be driven. However, other suitable drive systems may be used.

음극(10)이 양극(8)의 부근 플라스마 지역(44)를 통과할때 그 음극(10)은 프레임(16) 및 상부판(17)을 포함하는 냉각된 받침 구조물(15)(제3도)에 의해 지지된다. 즉, 그 상부판(17)이 음극(10)에 미끄럼 접촉한다. 받침 구조물(15)는 예를 들어 스테인리스 강 또는 알루미늄과 같은 비자성 전기전도 물질로 만들어진다. 냉각튜브 (18)이 상부판(17)내측에 적당한 통로를 천공하여 그 통로내에 설치되거나, 또 다르게는 음극(10)의 보다 효과적인 전도 냉각을 달성하기 위해 상부판(17)외측에서 그 상부판에 접촉하여 배치될 수도 있다. 냉각수와 같은 적당한 냉각액체가 단부들(19,20)을 거쳐 냉각튜브(18)을 통해 순환된다. 그 단부들(19,20)은 본 기술에 잘 알려진 바와 같이 외부 냉각 시스템(도시안됨)에 연결되는 것이 바람직하다.As the cathode 10 passes through the plasma region 44 near the anode 8, the cathode 10 is cooled backing structure 15 comprising a frame 16 and a top plate 17 (FIG. 3). Supported by). That is, the upper plate 17 is in sliding contact with the cathode 10. The backing structure 15 is made of a nonmagnetic electrically conductive material, for example stainless steel or aluminum. Cooling tube 18 is installed in the passage by drilling a suitable passage inside the top plate 17 or alternatively its top plate outside the top plate 17 to achieve more effective conduction cooling of the cathode 10. It may be arranged in contact with. Suitable cooling liquid, such as cooling water, is circulated through the cooling tube 18 via the ends 19, 20. The ends 19, 20 are preferably connected to an external cooling system (not shown) as is well known in the art.

지역(44)내에 활성 플라스마를 한정시켜 스퍼터링 과정을 증진시키도록 영구 자석(30)이 이용된다. 그러나, 본 발명의 스퍼터링 장치 및 방법은 자기적으로 증강된 시스템에 제한되지 않고 다이오드, 트리오드 및 다른 형태의 잘 알려진 스퍼터링 기술에도 이용될 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 본 발명은 자석물질을 포함하여 넓은 범위의 타겟트 물질과 함께 사용될 수 있다. 바람직한 예에서, 활성 플라스마를 증강시키는데 이용되는 자석(30)은 제3도에 상세히 도시된 바와 같이 음극(10)의 폭과 같은 폭을 갖는 봉 형태로 되어있다. 자석(30)의 배치 방향은 자속선(48)로 나타내어지고 예를들어 ″브라이언 채프맨″저 ″글로우 방전 과정″(존 월리 앤드 선스, 1980년 뉴욕에서 발행, 268페이지)에 기술된 바와 같은 소망의 형상의 자장을 플라스마 지역(44)내에 얻도록 선택된다. 자속선(48)의 방향은 제1 및 2도에서 화살표(101)로 나타낸 전기장의 방향에 수직임을 제2도로부터 알 수 있다. 그리하여, 화살표(102)는 자석(30)에 의해 제공된 자장의 방향을 나타낸다.Permanent magnets 30 are used to confine the active plasma within zone 44 to enhance the sputtering process. However, the sputtering apparatus and method of the present invention is not limited to magnetically enhanced systems but can also be used in diodes, triodes and other forms of well known sputtering techniques. As already mentioned, the present invention can be used with a wide range of target materials, including magnetic materials. In a preferred example, the magnet 30 used to enhance the active plasma is in the form of a rod having a width equal to the width of the cathode 10 as shown in detail in FIG. The direction of placement of the magnet 30 is represented by magnetic flux lines 48 and as described, for example, in ″ Brian Chapman ″ by the ″ Glow Discharge Process ″ (John Wally & Sons, New York, 1980, page 268). The magnetic field of the desired shape is selected to obtain within the plasma region 44. It can be seen from FIG. 2 that the direction of the magnetic flux line 48 is perpendicular to the direction of the electric field indicated by arrow 101 in the first and second degrees. Thus, arrow 102 indicates the direction of the magnetic field provided by magnet 30.

이동 가능한 리본형 음극(10)은 예를 들어 보호된 전선(32)에 의해 외부의 고전압 직류(D.C.)또는 고주파(R.F.)전원(31)에 연결되어 있다. 그 전선(32)는 예를 들어 납땜에 의해 받침 구조룰(15)에 전도적으로 연결된다.The movable ribbon type cathode 10 is connected to an external high voltage direct current (D.C.) or high frequency (R.F.) power source 31 by, for example, a protected wire 32. The electric wire 32 is electrically connected to the supporting structure rule 15 by, for example, soldering.

구동 로울러로 작용할 수 있고 핀치 로울러(58,59)(점선으로 나타냄)을 포함할 수 있는 가이드 로울러(33,34)가 냉각된 받침구조물(15)의 양 측부에 하나씩 배치되어 리본형 음극(10)을 양극(8)으로부터 소망의 간격을 두고 상부판(17)과 접촉시킨 채 미리 정해진 통로를 따라 안내한다. 그 간격은 특정 스퍼터링 적용예에 따라 정해진다. 가이드 로울러(33,34) 및 핀치 로울러(58,59)와, 요구되는 정밀도로 미리 정해진 통로를 통하여 가요성의 리본형 음극(10)을 이송하는데 필요할 수 있는 다른 적당한 요소들(도시안됨)을 포함하는 음극 안내기구는 타겟트 표면의 꼬임, 접힘 또는 다른 방식의 뒤틀림이 없도록 그 음극(10)에 필요한 장력을 유지하는 구조로 설계되는 것이 중요하다.Guide rollers 33 and 34, which may act as drive rollers and may include pinch rollers 58 and 59 (indicated by dashed lines), are arranged on both sides of the cooled support structure 15 one by one to form a ribbon cathode 10. ) Is guided along a predetermined passage while contacting the top plate 17 at a desired distance from the anode 8. The spacing is determined by the particular sputtering application. Guide rollers 33 and 34 and pinch rollers 58 and 59 and other suitable elements (not shown) that may be needed to transport the flexible ribbon type cathode 10 through a predetermined passage with the required precision. It is important that the negative electrode guide mechanism is designed to maintain the tension necessary for the negative electrode 10 such that there is no twisting, folding or other twisting of the target surface.

음극(10)의 부가적인 냉각은, 제2도에 도시된 바와 같이 리본 통로의 일측 또는 양측에서 활성 플라스마지역(44) 외측에 배치되는 예를 들어 방열기 냉각 플래터 (platter)형태의 냉각 장치(35)에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 그 냉각장치(35)는 외부의 냉각 시스템(도시안됨)에 연결된 튜브(36,37)에 의해 적당한 냉각 액체를 순환시킴에 의해 냉각될 수 있다. 더 부가적인 냉각이 요구되는 경우, 부가적인 냉가 튜브 (38,39)가 냉각튜브(18) 및 냉가장치(35)를 참조하여 전술한 바와 유사한 방식으로 가이드 로울러(33,34) 내측에 제공될 수도 있다. 각 튜브(18,36,37,38,39)는 본 기술에 알려진 바와 같이 하우징(21) 외측에 위치된 하나 이상의 외부 냉각장치(도시안됨)에 연결될 수 있다. 진공실(26)의 내측과 그의 외부 사이에 제공된 도관(4,7,47) 및 전선(32)는 물론, 어떤 필요한 연결 튜브들은 전체 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 진공 밀폐 시일(seal)(45)를 가져야 한다.Additional cooling of the cathode 10 is provided in the form of a radiator cooling platter, for example in the form of a radiator cooling platter, which is disposed outside the active plasma region 44 on one or both sides of the ribbon passage as shown in FIG. Is preferably provided by The chiller 35 may be cooled by circulating a suitable cooling liquid by tubes 36 and 37 connected to an external cooling system (not shown). If additional cooling is required, additional cooling tubes 38 and 39 may be provided inside the guide rollers 33 and 34 in a manner similar to that described above with reference to cooling tube 18 and cooling device 35. It may be. Each tube 18, 36, 37, 38, 39 may be connected to one or more external chillers (not shown) located outside the housing 21 as known in the art. Conduits 4, 7, 47 and the wires 32 provided between the inside of the vacuum chamber 26 and the outside thereof, as well as any necessary connecting tubes, can be seen in the vacuum seal seal 45 as can be seen in the overall drawing. Should have

음극(10)의 두께를 연속적으로 측정하기 위한 장치(41)과, 음극(10)의 단부를 감지하기 위한 장치(42)가 음극(10)의 통로의 일단 또는 양단에 배치될 수 있다. 양장치(41,42)는 자기 테이프 기록 분야 및 유사한 적용예에서 대개 이용되는 것과 같은 예를 들어 광학적인 통상의 비접촉 타입일 수 있다. 예를 들어, 음극(10)은 공급 및 권취 리일(11, 12)에 의해 보유된 양단에서 투명하게 만들어지거나 천공될수 있다. 리본형 음극의 단부가 장치(42)에 접근할때, 그 투명 부분이 그 장치에 의해 감지되고 제어 신호가 모우터 구동부(14)에 보내져 그의 회전을 역전시키고 그리하여 공급 및 권취리일 (11 및 12)사이의 리본 주행 방향을 역전시킨다. 유사하게, 측정장치(41)은 음극(10)의 두께가 미리 정해진 최소치에 도달한때 제어 신호를 발생하여 타겟트 보충 필요성을 지시한다.A device 41 for continuously measuring the thickness of the cathode 10 and a device 42 for sensing the end of the cathode 10 may be disposed at one or both ends of the passage of the cathode 10. Both devices 41 and 42 may be of a conventional non-contact type, for example optical, as commonly used in magnetic tape recording applications and similar applications. For example, the cathode 10 may be made transparent or perforated at both ends held by the supply and take-up rails 11, 12. As the end of the ribbon cathode approaches the device 42, its transparent portion is sensed by the device and a control signal is sent to the motor drive 14 to reverse its rotation and thus supply and take-up rails 11 and 12. Reverse the ribbon travel direction between Similarly, the measuring device 41 generates a control signal when the thickness of the cathode 10 reaches a predetermined minimum value, indicating the need for replenishing the target.

내측 진공실(1)내에 접지된 차폐물(43)이 이용되고 제2도에 도시된 바와 같이 차폐물(2)에 연결되는 것이 바람직하다.A shield 43 grounded in the inner vacuum chamber 1 is preferably used and connected to the shield 2 as shown in FIG.

차폐물(43)은 스테인리스 강 또는 알리미늄을 만들어지는 것이 바람직하고, 외측 진공실(26)과 내측 진공실(1)사이에 소망의 차압을 유지하는 것을 보조하는데 이용될 수 있다. 그 차압은, 스로틀 밸브(25)를 통해 내측 진공실(1)에 연결된 가스 공급원 (23)을 이용하여 미리 정해진 압력하에 알곤을 공급함에 의해 얻어지는 것이 바람직하며, 그 압력은 외측 진공실(26)의 것보다 상당히 높고, 진공실(26)내 압력은 그에 연결된 진공펌프(5) 및 스로틀 밸브(24)에 의해 유지된다. 예를 들어, 진공실(26)은 0.1 내지 5×10^-6밀리토르(millitorr)의 압력을 가질 수 있고, 진공실(1)은 10 내지 300밀리토르의 압력을 가질 수 있다. 따라서, 차폐물(43)은, 내측 진공실(1)내에 배치되어 있으나 활성플라스마 지역(44)내에 직접 포함되지 않은 요소들, 즉, 공급 및 권취리일 (11,12), 가이드 로울러(33,34), 냉각장치(35)들을 타겟트 물질에 의한 불필요한 스퍼터링으로부터 보호한다.The shield 43 is preferably made of stainless steel or aluminum and can be used to assist in maintaining the desired differential pressure between the outer vacuum chamber 26 and the inner vacuum chamber 1. The differential pressure is preferably obtained by supplying argon under a predetermined pressure using the gas supply source 23 connected to the inner vacuum chamber 1 through the throttle valve 25, the pressure of which is the outer vacuum chamber 26. Even higher, the pressure in the vacuum chamber 26 is maintained by the vacuum pump 5 and the throttle valve 24 connected thereto. For example, the vacuum chamber 26 may have a pressure of 0.1 to 5 × 10 ⁻⁶ millitorr, and the vacuum chamber 1 may have a pressure of 10 to 300 millitorr. Thus, the shield 43 is arranged in the inner vacuum chamber 1 but not included directly in the active plasma area 44, ie the feed and take-up rails 11, 12, the guide rollers 33, 34. The chillers 35 are protected from unnecessary sputtering by the target material.

양극(8), 소정시간 활성 플라스마 지역(44)내에 존재하는 이동 가능한 리본형 음극(10)의 부분, 및 자석(30)을 포함하고 음극(17)의 상기 부분을 상기 부분을 지지하는 냉각된 받침 구조물(15)는 각각 차폐물(43)내에 배치된다. 이미 언급한 바와 같이 잘 알려진 기술에 의해, 접지된 차폐물로부터 하우징(21)내 배치된 모든 요소들을 전기적으로 절연하는 것이 필요하다. 예를 들어, 접지된 차폐물로부터 절연될 각 요소들은 적당한 세라믹 물질과 같은 비전도성 물질로 만들어진 절연 지지 브라켓트상에 설치될 수 있다.A portion of the movable ribbon-like cathode 10 present in the active plasma region 44 for a predetermined time, and a magnet 30 and cooled to support the portion of the cathode 17. The backing structures 15 are each disposed in the shield 43. As already mentioned, by well known techniques it is necessary to electrically insulate all elements arranged in the housing 21 from a grounded shield. For example, each element to be insulated from a grounded shield may be installed on an insulating support bracket made of a non-conductive material such as a suitable ceramic material.

따라서, 다른 요소들중, 높은 전위에 있는 음극(10)을 그 음극이 통과하도록 차폐물(43)에 제공된 구멍(46,50)에서 차폐물(43)으로부터 잘 알려진 방식으로 충분히 절연하는 것이 필요하다. 필요한 경우, 제2도에 도시된 바와같이 차폐물(43)에 의해 둘러싸인 지역내까지 직접 연장하여 있는 도관(7)을 가진 보충적인 제2알곤 공급원(6)이 제공될 수도 있다. 또 다르게는, 역전 가능한 공급 및 권취 리일(11,12)를 이용하여, 리본 단부가 장치(42)에 의해 감지된 때 마다 리본 주행을 역전시키는 대신에 음극(10)을, 미리 정해진 시간동안 또는 두께(100)의 최소 두께부분이 측정장치(41)에 의해 감지될때까지 선택된 방향으로 주행될 수 있는 무단 테이프로 만드는 것도 가능하다.Thus, among other elements, it is necessary to sufficiently insulate the cathode 10 at a high potential from the shield 43 in a well known manner at the holes 46 and 50 provided in the shield 43 for the cathode to pass therethrough. If desired, a supplemental second argon source 6 may be provided with a conduit 7 extending directly into the area enclosed by the shield 43 as shown in FIG. Alternatively, using reversible supply and take-up rails 11 and 12, instead of reversing ribbon travel each time the ribbon end is detected by the device 42, the negative electrode 10 can be replaced for a predetermined time or It is also possible to make an endless tape that can travel in the selected direction until the minimum thickness portion of the thickness 100 is detected by the measuring device 41.

제4도에, 제2 및, 3도의 냉각된 받침 구조물(15)의 다른 구조가 도시되어 있다. 제4도에서, 활성 플라스마 지역(44)가, 남극 및 북극(52,53)은 리본형 음극(10)의 폭을 가로질러 플라스마 지역(44)의 양측에 각각 배치되어 있는 V자형 자석 또는 전자석(51)에 의해 둘러싸여 있다. 그 자석의 남극 및 북극(52,53)은 리본형 음극(10)의 면에 평행하고 양극(8)과 음극(10)사이 전기장을 나타내는 화살표(101)의 방향에 수직인 화살표(102)로 나타낸 방향으로 자기장을 발생시킨다. 그 자석(51)은 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 만들어진 비자성이고 전기전도성인 받침구조물(54)에 부착되어 있고, 그 받침 구조물(54)는 보호 차폐물로 작용한다. 그 받침 구조물(54)의 중앙부분의 상부 평면(55)이 이동 가능한 리본형 음극(10)을 지지한다.In FIG. 4 another structure of the cooled backing structure 15 of the second and third degrees is shown. In FIG. 4, V-shaped magnets or electromagnets with active plasma regions 44 disposed on both sides of the plasma region 44 across the width of the ribbon-shaped cathode 10, with the south and north poles 52 and 53 respectively. It is surrounded by 51. The south and north poles 52, 53 of the magnet are arrow 102 parallel to the plane of the ribbon cathode 10 and perpendicular to the direction of arrow 101 indicating the electric field between the anode 8 and the cathode 10. Generate a magnetic field in the direction shown. The magnet 51 is attached to a nonmagnetic, electrically conductive backing structure 54 made of stainless steel or aluminum, and the backing structure 54 serves as a protective shield. The upper plane 55 of the central portion of the backing structure 54 supports the movable ribbon-shaped cathode 10.

물과 같은 적당한 냉각 액체를 이송하기 위한 튜브(56)이 음극을 보다 효과적으로 냉각시키기 위해 그 음극(17)에 밀접히 받침 구조물(54)의 상부 표면(55) 바로 아래에 배치되어 있다. 차폐물(57)은 받침 구조물(54), 자석(51), 양극(8) 및 음극(10)의 일부분을 둘러싸고 있다. 제4도의 차폐물(57)은 제2도의 내측 차폐물(43)과 근본적으로는 유사하고, 제2도를 참조하여 전술한 바와 같이 차압을 유지하는 것은 물론, 그 차폐물 외측에 위치된 요소들 (제4도에 도시안됨)을 스퍼터링으로부터 보호하도록 작용한다.A tube 56 for transporting a suitable cooling liquid, such as water, is disposed just below the upper surface 55 of the backing structure 54 in close proximity to the cathode 17 to more effectively cool the cathode. The shield 57 surrounds a portion of the backing structure 54, the magnet 51, the positive electrode 8 and the negative electrode 10. The shield 57 of FIG. 4 is essentially similar to the inner shield 43 of FIG. 2 and maintains the differential pressure as described above with reference to FIG. 2, as well as elements located outside the shield (see FIG. (Not shown in FIG. 4) to protect against sputtering.

제3 및 4도의 지지구조물의 각 구조들은 본 발명의 교시에 따라 제공될 수 있는 많은 가능한 구조들중 2가지 만을 나타낸 것이다.Each structure of the support structures of FIGS. 3 and 4 represents only two of the many possible structures that can be provided in accordance with the teachings of the present invention.

본 발명에 따른 바람직한 실시예의 고율 스퍼터링 방법을 제1 및 2도를 참조하여 이하 상세히 설명한다. 스퍼터링 작동을 시작하기 전에, 진공펌프(5)를 작동시켜 진공실(26)내 압력을 10-5밀리토르 또는 그 이하로 낮게한다.The high rate sputtering method of the preferred embodiment according to the present invention is described in detail below with reference to FIGS. Before starting the sputtering operation, the vacuum pump 5 is operated to lower the pressure in the vacuum chamber 26 to 10-5 millitorr or less.

그후, 공급원(23)으로부터 알곤을 내측 진공실(1)내에 주입하여 진공실(26)내 상기 압력보다 높은 압력, 예를 들어 20밀리토르 또는 그 이상의 압력으로 되게한다. 필요한 경우 공급원(6)으로부터 부가적인 알곤을 지역(44)내로 주입할 수도 있다. 상기 압력치들은 주어진 스퍼터링 적용예에 따라 변경될 수 있다. 하나 이상의 외측 냉각장치를 작동시켜 소망의 저온으로 냉각된 냉각 액체를 튜브(18,36,37,38,39)에 통과시킨다.Argon is then injected from the source 23 into the inner vacuum chamber 1 to a pressure higher than the pressure in the vacuum chamber 26, for example 20 millitorr or more. If desired, additional argon from source 6 may be injected into zone 44. The pressure values may be varied depending on the given sputtering application. One or more external chillers are operated to pass the cooling liquid of the desired low temperature through the tubes 18, 36, 37, 38, 39.

또한, 모우터 구동부(14)를 작동시켜 음극(10)을, 가이드 로울러(33,34) 및 핀치 로울러(58,59), 상부판(17) 및 냉각장치(35)를 포함하는 미리 정해진 통로를 따라 공급 및 권취리일(11,12)사이에서 연속적으로 이동시킨다. 가이드 로울러(33,34)가 구동되는 경우, 해당 모우터 구동부(도시안됨) 역시 작동된다.In addition, the motor drive unit 14 is operated to guide the cathode 10 to a predetermined passage including the guide rollers 33 and 34 and the pinch rollers 58 and 59, the top plate 17 and the cooling device 35. It moves continuously between the feed and take-up days 11 and 12 along. When the guide rollers 33 and 34 are driven, the corresponding motor driver (not shown) is also activated.

음극(10)의 속도는, 그 음극(10)의 선택된 타겟트 물질에 대한 특정냉각 요구 사항을 만족시키고 소망의 스퍼터링율에 필요한 특정 전류 밀도를 얻도록 선택된다.The speed of the cathode 10 is selected to meet the specific cooling requirements for the selected target material of the cathode 10 and to obtain the specific current density required for the desired sputtering rate.

음극/타겟트의 평방 인치 면적당 약 500왓트-5킬로왓트 또는 그 이상의 전류밀도가 본 발명의 고율 스퍼터링 건조립체에 의해 얻어질 수 있는 것으로 판단된다.It is believed that a current density of about 500 Watts-5 kilowatts or more per square inch area of the cathode / target can be obtained by the high rate sputtering dry granules of the present invention.

비교를 위해, 공지의 종래 장치에서는, 전류 밀도가 평방 인치당 약 250왓트로 제한된다. 음극(10)의 속도는 스퍼터링 장치 및 적용예는 물론 음극의 특정물질, 크기, 전류밀도 및 다른 특성들에 따라 필요한 냉각을 얻도록 분당 5인치(12.7cm)이상인 것으로 판단된다.For comparison, in known conventional devices, the current density is limited to about 250 watts per square inch. The speed of the cathode 10 is determined to be at least 5 inches (12.7 cm) per minute to obtain the required cooling depending on the sputtering device and application, as well as the specific material, size, current density and other characteristics of the cathode.

주어진 스퍼터링 적용에 필요한 진공실내 조건, 즉, 소망의 차압, 냉가 조건 및 다른 필요한 스퍼터링 조건을 포함한 조건이 확립된후, 전원(31)(제2도)로부터 소망의 D.C. 또는 R.F. 전력을 음극(10) 및 양극(8)에 공급하여 그들 전극 사이에 글로우 방전이 발생되게 한다. 본 발명의 스퍼터링 장치에서 글로우 방전은 상부판(17)에 의해 지지되고 소정기간 활성 플라스마 지역내에 존재하는 이동 가능한 음극(10)의 부분과 양극(8)과의 사이 활성 플라스마 지역(44)에서 발생된다. 음극(10)이 활성 플라스마 지역(44)를 통하여 연속적으로 이동하기 때문에, 플라스마지역내 타겟트 물질이 연속적으로 보충된다. 타겟트 물질의 요구되는 냉각 강도는 소망의 전류밀도 및 선택된 타겟트 물질에 대한 다른 관련 매개 변수는 물론, 음극/타겟트의 속도를 선택함에 의해 얻어질 수 있다.After the vacuum chamber conditions necessary for a given sputtering application are established, i.e., including the desired differential pressure, cold conditions and other necessary sputtering conditions, the desired D.C. Or R.F. Power is supplied to the cathode 10 and the anode 8 so that a glow discharge is generated between these electrodes. In the sputtering apparatus of the present invention the glow discharge is generated in the active plasma region 44 between the anode 8 and the portion of the movable cathode 10 supported by the top plate 17 and present in the active plasma region for a period of time. do. Since the cathode 10 moves continuously through the active plasma region 44, the target material in the plasma region is continuously replenished. The required cooling strength of the target material can be obtained by selecting the speed of the cathode / target as well as the desired current density and other relevant parameters for the selected target material.

예를들어, 각각 절연된 전선(32)(32a)(제3도)를 통하여 -500V 내지 -4KV의 직류전류가 음극에 공급되고 +500V 내지 +4KV의 전류가 양극에 공급될 수 있다. 기질(27)은 제로 전위로 유지될 수 있다. 또 다르게는, 적응예에 따라, 기질(27)은 양극 전위로 유지될 수 있고 따라서 양극(8)이 생략될 수도 있다. 후자의 경우, 그 전위 및 활성 플라스마는 받침 구조물(15)에 의해 지지된 음극(10)의 부분과 기질(27)사이에서 발생되어 유지된다.For example, a direct current of -500 V to -4 KV may be supplied to the cathode and a current of +500 V to +4 KV may be supplied to the anode through the insulated wires 32 and 32a (FIG. 3), respectively. Substrate 27 may be maintained at zero potential. Alternatively, depending on the adaptation, the substrate 27 may be maintained at the anode potential and thus the anode 8 may be omitted. In the latter case, the potential and the active plasma are generated and maintained between the substrate 27 and the portion of the cathode 10 supported by the support structure 15.

제2도의 예에서, 전선(32)는 전도성의 냉각된 받침 구조물(15)에 연결되어 그 받침 구조물의 전도성 상부판(17)을 통해 음극(10)에 연결된다. 예를 들어 MYLAR 테이프와 같은 연속적으로 이동하는 플라스틱 테이프가 기질(27)로 사용될 때는 -2000볼트 D.C 가 음극에, 그리고 +2000볼트 D.C.가 양극에 공급될 수 있다. 제2도의 리본형 음극/타겟트를 위해 전술한 금속 자석 물질을 허용할때는, 분당 2×10⁴옹그스트롬 정도의 물질 부착비율이 본 발명의 스퍼터링 건조립체에 의해 얻어질수 있는 것으로 판단된다. 그 부착 비율은 자기 테이프를 제조하는데 이용되는 공지의 스퍼터링 장치와 비교하여 2배 증진된 것이다.In the example of FIG. 2, the wire 32 is connected to the conductive cooled backing structure 15 and to the cathode 10 via the conductive top plate 17 of the backing structure. For example, when a continuously moving plastic tape such as MYLAR tape is used as the substrate 27, -2000 volt DC can be supplied to the cathode and +2000 volt DC to the anode. When allowing the above-described metal magnetic material for the ribbon type cathode / target of FIG. 2, it is believed that a material adhesion ratio of about 2 × 10 ⁴ Angstroms per minute can be obtained by the sputtering granules of the present invention. The adhesion rate is a twofold improvement compared to the known sputtering apparatus used to make the magnetic tape.

그리하여, 본 발명에서 음극/타겟트의 냉각이 종래 장치에 비해 상당히 개선되기 때문에, 그에 따라 음극/타겟트의 전류밀도 역시 증가되어 스퍼터링 비율을 중가시킬 수 있다. 또한, 주어진 타겟트에서 스퍼터링된 물질의 양 및 작동시간의 길이가 고정 타겟트와 비교하여 상당히 증대되는데, 이는 타겟트의 냉각 및 그에 따른 타겟트의 수명이 연장되기 때문이다.Thus, in the present invention, since the cooling of the cathode / target is considerably improved compared to the conventional apparatus, the current density of the cathode / target is also increased, thereby increasing the sputtering ratio. In addition, the amount of sputtered material and the length of operating time in a given target is significantly increased compared to the fixed target, since the cooling of the target and thus the life of the target is extended.

제 5도는 본 발명의 다른 예의 스퍼터링 건 조립체(22)를 나타낸다. 본 명세서에 기술된 각종 바람직한 예들의 비교를 용이하게 하기 위해, 유사 부분들은 유사한 번호로 나타내었고 그들의 설명을 반복하지 않았다. 이예에서, 이동 가능한 음극/타겟트가 제2도의 리본형 음극, (10)대신 이용되는 연속적으로 회전하는 중공드럼(60)의 형태로 제공되어 있다. 제 5도의 예는, 타겟트가 비가요성이고 부서지기 쉬운 물질이나 또는, 가요성 리본 형태로 이용될때는 취성(brittleness), 피로파괴, 등에 기인한 기계적 손상을 받기 쉬운 물질로 만들어진 적응예에 특히 적당하지만, 그에 한정되지는 않는다. 그러한 물질의 예로는 텅스텐, 페라이트 및 유사한 단단하고 부서지기 쉬운 물질이 있다.5 shows another example sputtering gun assembly 22 of the present invention. In order to facilitate the comparison of the various preferred examples described herein, like parts are indicated by like numbers and their description has not been repeated. In this example, a movable cathode / target is provided in the form of a ribbon-shaped cathode of FIG. 2, a continuously rotating hollow drum 60 used instead of (10). The example of FIG. 5 is particularly suitable for applications where the target is made of an inflexible and brittle material, or a material susceptible to mechanical damage due to brittleness, fatigue failure, etc. when used in the form of a flexible ribbon. However, it is not limited thereto. Examples of such materials are tungsten, ferrite and similar hard and brittle materials.

예를들어, 드럼(60)은 공지의 기술을 이용하여 소망의 두께(100)의 비교적 얇은 중공 드럼 형태의 균일한 구조물을 얻기 위해 텅스텐 또는 코발트를 진공 주조함에 의해 제조될 수 있다. 그 드럼(60)은 제2 및 3도의 받침 구조물(15)와 유사한 냉각된 받침 구조물(61)에 의해 지지된다. 그 받침 구조물(61)의 상부판(62)는 드럼(60)의 표면의 곡률과 일치하는 곡률을 가진다. 그러한 특징에 의해, 회전 가능한 드럼(60)과의 양호한 접촉이 얻어져 그 드럼의 양호한 냉각이 달성된다. 냉각된 받침 구조물(61)은 회전하는 드럼(60)을 미끄러질수 있게 지지한다. 제5도의 냉각 튜브(18), 자석 (30), 양극(8) 및 차폐물(43)은 제2도의 스퍼터링 건 조립체(22)의 전술한 예와 유사한 방식으로 각각 배치된다.For example, the drum 60 may be manufactured by vacuum casting tungsten or cobalt to obtain a uniform structure in the form of a relatively thin hollow drum of the desired thickness 100 using known techniques. The drum 60 is supported by a cooled backing structure 61 similar to the backing structure 15 of the second and third degrees. The top plate 62 of the backing structure 61 has a curvature that matches the curvature of the surface of the drum 60. By such a feature, good contact with the rotatable drum 60 is obtained and good cooling of the drum is achieved. The cooled backing structure 61 slidably supports the rotating drum 60. The cooling tube 18, magnet 30, anode 8 and shield 43 of FIG. 5 are each arranged in a manner similar to the above example of sputtering gun assembly 22 of FIG.

드럼(60)은 차폐물(43)의 양측에서 그 차폐물의 외측에 배치된 구동 로울러 (63,64)에 의해 구동되는 것이 바람직하다.The drum 60 is preferably driven by drive rollers 63 and 64 disposed on the outside of the shield 43 on both sides of the shield 43.

필요한 경우, 제 5도에 점선으로 도시된 핀치 로울러(65,66)이 구동 로울러 (63,64)와 드럼(60)사이의 슬립핑을 방지하기 위해 사용될 수도 있다. 구동로울러 (63,64)는 적당한 모우터(도시안됨)에 의해 구동되어, 화살표(69)로 나타낸 선택된 방향으로 또는 그에 반대의 방향으로 드럼(60)을 회전시킨다. 회전하는 드럼(60)에 인접히 고정 냉각판(67,68)이 배치되어 있다. 그 냉각판들은 제2도의 냉각장치(35)와 유사한 방열기 타입일 수 있다. 그 냉각판(67,68)은 드럼(60)을 보다 효과적으로 냉각시키도록 그 드럼의 표면의 곡면에 맞도록 만곡되어 있다. 드럼(60)은, 기질의 크기, 및 특정 스퍼터링 적용에 관련된 다른 해당 매개변수에 따라 수인치 정도의 어떤 적당한 길이 및 직경을 가질 수 있다.If necessary, pinch rollers 65 and 66, shown in dashed lines in FIG. 5, may be used to prevent slipping between drive rollers 63 and 64 and drum 60. FIG. The drive rollers 63 and 64 are driven by a suitable motor (not shown) to rotate the drum 60 in the selected direction indicated by the arrow 69 or vice versa. Fixed cooling plates 67 and 68 are disposed adjacent to the rotating drum 60. The cooling plates may be of a radiator type similar to the cooling device 35 of FIG. The cooling plates 67 and 68 are curved to fit the curved surface of the surface of the drum to cool the drum 60 more effectively. The drum 60 may have any suitable length and diameter, on the order of several inches, depending on the size of the substrate and other relevant parameters related to the particular sputtering application.

제 6a 및 6b도는 본 발명의 또 다른 예의 개략적인 평면도 및 수직 단면도를 나타낸다. 특허, 이 예의 스퍼터링 건 조립체(22)는, 소성의 두께(100)을 가지며 전체가 선택된 타겟트 물질로 만들어진 연속적으로 회전하는 디스크(70)형태인 이동하는 음극/타겟트를 가지고 있다. 디스크(70)은 턴테이블을 회전시키기 위해 알려진 것과 같은 적당한 모우터 구동부(78)에 연결된 샤프트(77)에 의해 회전된다. 냉각판(71,72)는 디스크(70)의 선택된 부분에 인접하여 그 디스크의 양측부에 배치될 수 있다. 그 디스크(70)의 다른 부분은 양극(74)로부터 소정의 간격을 두고 그 양극에 인접히 위치되어 있다. 디스크(7)의 상기 후자의 부분은 냉각된 받침 구조물(73)에 의해 미끄럼 가능하게 지지된다. 원형인 것이 바람직한 양극(74)는 제 5도의 양극(8)과 유사하며, 냉각된 받침 구조물(73)은 평판한 상부판(79)를 가진 것을 제외하고는 제 5도의 받침 구조물(61)과 유사하다. 양극(74)는 원형 또는 장방형 단면을 가질 수 있다. 받침 구조물 (73)은 제2도 또는 5도에 대하여 전술한 바와 같이 활성 플라스마를 증강시키도록 자기장(102)를 제공하는 자석들(도시안됨)을 가질수 있다. 전술한 바와 같이 전기장(101)을 제공하도록 제2도의 전원(31)에 상응하는 전원(도시안됨)으로부터 적당한 D.C. 또는 R.F. 전류가 회진하는 디스크(70)형태의 음극 및 양극(74)에 공급된다. 냉각판 (71,72) 및 그에 의해 냉가된 디스크(70)의 인접부분이 접지된 차폐물(76)에 의해 각각 둘러싸여 있다. 제 6a 및 6b도에 도시된 전체 조립체는 제1도의 진공실(26)과 같은 진공실내에 배치된단. 제 6a 및 6b도의 양극(74)와 디스크(70)(음극)사이 지역(44)에 글로우방전을 발생시키도록 하는 조건을 제공하는데 필요한 다른 용소들은 제1, 2 및 5도를 참조하여 앞에서 설명한 것들과 유사하다.6A and 6B show schematic plan and vertical cross-sectional views of another example of the present invention. The patent, sputtering gun assembly 22 of this example has a moving cathode / target in the form of a continuously rotating disk 70 having a thickness 100 of firing and made entirely of the selected target material. The disc 70 is rotated by a shaft 77 connected to a suitable motor drive 78 as known to rotate the turntable. The cooling plates 71 and 72 may be disposed on both sides of the disk adjacent to the selected portion of the disk 70. The other part of the disk 70 is located adjacent to the anode at a predetermined distance from the anode 74. The latter part of the disc 7 is slidably supported by the cooled backing structure 73. The anode 74, which is preferably circular, is similar to the anode 8 of FIG. 5, except that the cooled backing structure 73 has a base structure 61 of FIG. 5 except that it has a flat top plate 79. similar. The anode 74 may have a circular or rectangular cross section. The backing structure 73 may have magnets (not shown) that provide the magnetic field 102 to enhance the active plasma as described above with respect to FIGS. 2 or 5. A suitable D.C. power source from the power source (not shown) corresponding to the power source 31 of FIG. 2 to provide the electric field 101 as described above. Or R.F. Current is supplied to the cathode and anode 74 in the form of a disk 70 that rotates. The cold plates 71 and 72 and the adjacent portions of the disks 70 cooled by them are surrounded by grounded shields 76, respectively. The entire assembly shown in FIGS. 6A and 6B is disposed in a vacuum chamber such as the vacuum chamber 26 of FIG. Other components required to provide a condition for generating a glow discharge in the region 44 between the anode 74 and the disk 70 (cathode) of FIGS. 6A and 6B are described above with reference to FIGS. 1, 2 and 5. Similar to them.

제 6a 및 6b도의 스퍼터링 방법에 따라, 모우터 구동부(78)은 소정의 속도로 화살표(75)로 나타낸 바와 같이 디스크(70)을 회전시켜, 냉각된 받침 구조물(73) 및 필요한 경우 또한 냉각판(71,72)에 의해 그 디스크의 필요한 냉각을 행한다.According to the sputtering method of FIGS. 6A and 6B, the motor driver 78 rotates the disk 70 as indicated by the arrow 75 at a predetermined speed, so that the cooled support structure 73 and, if necessary, also the cooling plate. Required cooling of the disk is performed by (71, 72).

제6a 및 6b도의 예에서, 회전하는 디스크(70)(음극)의 일부분은 작동중 소정시간 플라스마 지역(44)내에 존재하고, 다른 부분은 플라스마 지역의 외측에서 냉각될 수 있다. 그리하여, 회전 디스크의 매우 효과적인 냉각이 본 발명의 상기 바람직한 예에 의해 달성된다. 디스크(70)의 직경 및 두께와, 회전속도는 전류밀도, 스퍼터링 비율, 타겟트 수명 및 유사한 다른 고려사항에 따라, 그리고 필요한 냉각에 따라 선택될 수 있다. 대부분의 적용예에서 디스크(70)의 대략적인 표면속도는 분당 5인치(12.7cm)이상이다.In the example of FIGS. 6A and 6B, a portion of the rotating disk 70 (cathode) is present in the plasma region 44 for some time during operation, and the other portion may be cooled outside the plasma region. Thus, very effective cooling of the rotating disk is achieved by the above preferred example of the present invention. The diameter and thickness of the disk 70 and the rotational speed can be selected according to the current density, sputtering ratio, target life and similar other considerations, and depending on the required cooling. In most applications, the approximate surface speed of disk 70 is greater than 5 inches (12.7 cm) per minute.

제6a 및 6b도의 예는, 제2도의 리본형 음극에서 발생되는 것과 같은 굽힘 및 휨에 의한 응력에 견딜 수 없는 타겟트 물질에 사용하는데 특히 적당하지만 그에 한정되는 것은 아니다. 디스크(70)은 예를들어 텅스텐 또는 코발트에 의해 진공 주조로 만들어질수 있다.The examples of FIGS. 6A and 6B are particularly suitable for use in, but are not limited to, target materials that cannot tolerate stresses due to bending and bending, such as those occurring in the ribbon cathode of FIG. 2. The disk 70 may be made by vacuum casting, for example by tungsten or cobalt.

예로서, 디스크(70)은 수인치 이상의 직경을 가지며 분당 약 1 내지 300 회전의 속도로 회전할 수 있고, 500V 내지 4KV의 전압이 그 디스크에 공급될 수 있으며 분당 2×10⁴옹그스트롬 이상의 스퍼터링 비율이 얻어질 수 있다.By way of example, disk 70 may have a diameter of several inches or more and may rotate at a speed of about 1 to 300 revolutions per minute, a voltage of 500 V to 4 KV may be supplied to the disk and sputtering of 2 × 10 ⁴ Angstroms or more per minute The ratio can be obtained.

본 발명의 상기 각종 실시예에서, 양극, 기질 및 차폐물중 어느 하나가 본 기술에 잘 알려진 수단에 의해 냉각된 구조물로 제공될 수 있다. 제2도-제6b도의 실시예들이 본 기술에 잘 알려진 바와 같이 자기적으로 증강된 스퍼터링 기술을 이용하는 예로서 기술되었으나, 본 발명의 상기 및 다른 예들은 다른 타입의 스퍼터링 장치에도 이용될 수 있다. 예를 들어 제3 및 4도의 자석 구조물을 이용하는 대신에, 종래 기술의 트리오드 (triode)스퍼터링 장치로부터 잘 알려진 바와 같이 핫트 필라멘트(hot filament)와 함께 부가적인 양극이 스퍼터링을 증강시키는데 사용될 수 있다.In the various embodiments of the present invention, any one of an anode, a substrate and a shield may be provided as a cooled structure by means well known in the art. Although the embodiments of FIGS. 2-6B have been described as examples using magnetically enhanced sputtering techniques as are well known in the art, the above and other examples of the present invention may be used in other types of sputtering apparatus. Instead of using the magnetic structures of the third and fourth degrees, for example, additional anodes with hot filaments can be used to enhance sputtering, as is well known from the prior art triode sputtering apparatus.

제 5도의 드럼(60) 또는 제6a, 6b도의 더스크(70)의 재료가 자석일때 타겟트들은 요구되는 과포화를 얻기 위해 1 내지 50밀 정도의 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다는 것을 제1 및 2도의 상기 설명으로부터 알 수 있다.When the material of the drum 60 of FIG. 5 or the dust 70 of FIGS. 6a and 6b is a magnet, it is preferable that the targets preferably have a thickness as small as 1 to 50 mils in order to obtain the required supersaturation. It can be seen from the above description.

본 발명의 스퍼터링 건 조립체(22)의 또 다른 예가 제7, 8a 및 8b도에 도시되어 있다. 제7도의 스퍼터링 건 조립체(22)는 양극(81)과 음극(82)를 포함하며, 그 음극(82)는 양극(81)을 양분하는 면(80)에 수직인 종축(83)을 갖도록 배치되는 봉 형태로 되어 있다. 음극(82)는 제7도에 도시된 코일(99)에 의해 전자석을 형성하는 자석물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 음극(82)의 상단부의 남극(84)은 그의 상부면 (105)가 양극(81)로부터 소정의 밀접한 간격을 두고 배치되고, 북극(95)는 음극(82)의 하단부에 형성된다.Another example of the sputtering gun assembly 22 of the present invention is shown in FIGS. 7, 8a and 8b. The sputtering gun assembly 22 of FIG. 7 includes an anode 81 and a cathode 82, the cathode 82 being arranged with a longitudinal axis 83 perpendicular to the plane 80 that bisects the anode 81. It is in the form of a rod. The cathode 82 is preferably made of a magnetic material that forms an electromagnet by the coil 99 shown in FIG. The south pole 84 of the upper end of the cathode 82 has its upper surface 105 disposed at a predetermined close distance from the anode 81, and the north pole 95 is formed at the lower end of the cathode 82.

제7도의 예에서, 남극(84)는 스퍼터링을 증강시키는데 이용되는 자석회로의 일부를 형성한다. 그 자석회로의 다른 부분은 제8a도에 도시된 바와 같은 U자형 자석 (86)이나, 또 다르게는, 제8b도에 도시된 바와 같은 다수의 U자형 자석(86a)들에 의해 형성된다. 그 자석(86) 또는 자석들(86a)는 양극(81)과 음극(82)의 남극(84)를 둘러싸고 있다. 자석(86) 또는 (86a)는, 그들의 남극(89)가 음극(82)의 남극(84)에 인접한 양극(81)의 부분에 배치되는 한편, 북극(90)은 양극(81)의 반대측부에 배치되도록 하는 방식으로 자화된다.In the example of FIG. 7, the south pole 84 forms part of a magnet circuit used to enhance sputtering. Another portion of the magnet circuit is formed by a U-shaped magnet 86 as shown in FIG. 8A, or alternatively a plurality of U-shaped magnets 86a as shown in FIG. 8B. The magnet 86 or magnets 86a surround the south pole 84 of the anode 81 and the cathode 82. The magnets 86 or 86a have their south poles 89 disposed in the portion of the anode 81 adjacent to the south pole 84 of the cathode 82, while the north pole 90 is the opposite side of the anode 81. Magnetized in such a way that it is placed in the.

음극(82)는 예를 들어 코발트, 철, 니켈, 크롬등을 포함하는 자석 타겟트 물질 또는 적당한 자성 합금들로 만들어질 수 있다. 또 다르게는, 음극(82)가 예를들어 구리, 알루미늄, 등의 비자성 타겟트 물질 또는 적당한 비자성 합금으로 만들어질 수도 있다. 그러나, 후자의 경우, 전술한 바와 같이 종축(83)에 평행한 방향으로의 소망의 강도의 자속을 갖는 강한 자장이 얻어지도록 자석(86)을 설치하는 것이 필요하다. 봉형태의 음극(82)의 직경은 예를들어 0.25인치(6.35mm)로부터 수인치 까지의 범위에서 선택될 수 있고, 음극(82)의 길이는 수인치일 수 있다. 예를 들어 스테인리스 강 또는 알루미늄으로된 차폐물(87)이 일측의 양극(81) 및 남극(84)과 타측의 자석(56) 또는 (8a)사이의 공간에 배치되어, 각 자석들을 스퍼터링으로부터 보호한다.Cathode 82 may be made of magnetic target material or suitable magnetic alloys including, for example, cobalt, iron, nickel, chromium, or the like. Alternatively, the cathode 82 may be made of a nonmagnetic target material such as copper, aluminum, or the like, or a suitable nonmagnetic alloy, for example. However, in the latter case, as described above, it is necessary to provide the magnet 86 so that a strong magnetic field having a magnetic flux of a desired intensity in the direction parallel to the longitudinal axis 83 is obtained. The diameter of the rod-shaped cathode 82 can be selected, for example, from 0.25 inch (6.35 mm) to several inches, and the length of the cathode 82 can be several inches. For example, a shield 87 made of stainless steel or aluminum is disposed in the space between the anode 81 and the south pole 84 on one side and the magnet 56 or 8a on the other side to protect each magnet from sputtering. .

그 차폐물(87)은 접지되는 것이 바람직하고 필요한 경우 냉각될 수 있다.The shield 87 is preferably grounded and can be cooled if necessary.

제7도의 자석회로는, 자속선(96)이 화살표(106)의 방향으로 플라스마 지역 (44)내 최대 강도의 자장을 얻기 위해 종축(83)에 거의 평행하도록 제공된다.The magnetic circuit of FIG. 7 is provided such that the magnetic flux lines 96 are substantially parallel to the longitudinal axis 83 to obtain a magnetic field of maximum intensity in the plasma region 44 in the direction of the arrow 106.

봉 전진기구(91)이 봉형태의 음극(92)를 화살표(92)의 방향으로 전진시키는데 이용된다. 예를 들어 랙크 및 피니온 기구, 스크류 또는 다른 잘 알려진 적당한 장치가 봉 전진기구(91)로 이용될 수 있다. 그 봉 전진기구는 수동으로 제어되거나 또는 그에 연결된 적당한 제어장치(도시안됨)를 갖는 적당한 모우터(92)에 의해 제어될 수 있다. 음극(82)는 적당한 세라믹 물질과 같은 열저항 물질로 된 절연 슬리이브(93)에 의해 미끄럼 이동 가능하게 지지되는 것이 바람직하다. 또한 그 슬리이브(93)은 필요한 경우 냉각 장치로서 제공 될 수도 있고, 그 경우, 적당한 냉각 액체가 전술한 예들과 유사한 방식으로 그 슬리이브를 통과할 수 있다.The rod advance mechanism 91 is used to advance the rod-shaped cathode 92 in the direction of the arrow 92. For example, rack and pinion instruments, screws or other well known suitable devices may be used as the rod advancement mechanism 91. The rod advancement mechanism may be controlled by a suitable motor 92 having a suitable control device (not shown) or manually connected thereto. The cathode 82 is preferably slidably supported by an insulating sleeve 93 of a heat resistant material such as a suitable ceramic material. The sleeve 93 may also be provided as a cooling device if necessary, in which case a suitable cooling liquid may pass through the sleeve in a manner similar to the examples described above.

전원(31)이 전술한 예에서와 유사한 방식으로 보호된 전선(32)에 의해 음극(82)의 하단부에 연결될 수 있다. 전술한 예들의 것과 유사한 제7도의 다른 부품들은 중복을 피하기 위해 설명하지 않는다.The power source 31 may be connected to the lower end of the cathode 82 by a protected wire 32 in a similar manner as in the above example. Other parts of FIG. 7 similar to those of the foregoing examples are not described to avoid redundancy.

제7, 8a 및 8b도의 실시예에 따른 스퍼터링 방법을 설명한다. 제1도의 진공실 (26)내 스퍼터링을 달성하는데 필요한 조건들이 얻어진때, 활성 플라스마로 불리는 글로우 방전이 양극(81)과, 봉 형태의 음극(82)의 상단부의 면(105)가 스퍼터링 과정에 의해 점차적으로 침식되기 때문에, 음극(82)는 화살표(92)의 방향으로 봉 전진기구 (91)에 의해 활성 플라스마 지역(44)내로 전진된다.A sputtering method according to the embodiment of Figs. 7, 8a and 8b will be described. When the conditions necessary for achieving sputtering in the vacuum chamber 26 of FIG. 1 are obtained, a glow discharge called an active plasma is caused by the sputtering process of the anode 81 and the top surface 105 of the rod-shaped cathode 82. As it is gradually eroded, the cathode 82 is advanced into the active plasma region 44 by the rod advance mechanism 91 in the direction of the arrow 92.

제7, 8a 및 8b도의 실시예에 의해, 약 2000가우스 이상의 고강도 자장이 활성 플라스마 지역(44)내에서 침식되고 다른 부분은 활성 플라스마 지역 외측에 배치되는 것이 매우 중요한 잇점이다. 또한, 음극(82)의 상기 침식된 부분은 음극(82)를 플라스마 지역내로 전진시킴에 의해 연속적으로 보충되는 것이 중요한 잇점이다.With the embodiments of FIGS. 7, 8a and 8b, it is very important that at least about 2000 gauss of high intensity magnetic fields are eroded in the active plasma region 44 and other portions are disposed outside the active plasma region. It is also important that the eroded portion of the cathode 82 is continuously replenished by advancing the cathode 82 into the plasma region.

제7, 8a 및 8b도의 실시예는, 음극이 제2도에 대하여 설명한 것과 같은 리본 형태로 만들어진 경우 일어나는 것과 같이 휨, 굽휨, 등을 받을때의 취성, 피로 파괴, 등에 기인한 기계적 손상을 받기 쉬운 타겟트 물질에 특히 적당하다.Embodiments of FIGS. 7, 8a, and 8b are subject to mechanical damage due to bending, bending, brittleness, fatigue failure, and the like, as occurs when the cathode is made in the form of a ribbon as described with respect to FIG. It is particularly suitable for easy target materials.

제7, 8a 및 8b도의 실시예의 장치 및 방법은 활성 플라스마 지역(44)에 대해 이동 가능한 음극(82)가 이용되고 그 타겟트 물질이 연속적으로 보충될 수 있다는 점에서 진술한 예들의 것과 유사하다. 그러나, 이 예는 음극(82)가 자석물질로 만들어진때 자장에 의해 과포화 되지 않고, 스퍼터링 과정을 증강시키는데 이용되는 자석 구조의 활성 부분을 형성한다는 점에서 전술한 예들과 다르다. 음극(82)의 상단부는 활성 플라스마 지역내에 있을때 높은 온도를 가지며, 그 상단부의 냉각이 이 실시예에서는 제공되지 않는다. 음극(82)는 플라스마 지역 외측에 있는 부분에서 냉각되는 것이 바람직하다.The apparatus and method of the embodiment of FIGS. 7, 8a and 8b are similar to those of the examples stated in that a cathode 82 movable relative to the active plasma region 44 is used and its target material can be continuously replenished. . However, this example differs from the above examples in that the cathode 82 is not supersaturated by a magnetic field when made of a magnetic material and forms an active part of the magnet structure used to enhance the sputtering process. The upper end of the cathode 82 has a high temperature when in the active plasma region, and cooling of the upper end is not provided in this embodiment. The cathode 82 is preferably cooled at a portion outside the plasma region.

전술한 예들과의 또 다른 차이는, 제7, 8a, 8b도의 봉 형태의 음극이 활성 플라스마 지역(44)를 통과하도록 되어 있지 않고 대신, 음극(82)가 플라스마 지역내로 이동 가능하고 그 안에서 점진적으로 침식되도록 되어 있다는 점이다.Another difference from the above examples is that the rod-shaped cathodes of FIGS. 7, 8a and 8b are not intended to pass through the active plasma region 44, but instead the cathode 82 is movable into and progressively within the plasma region. Is to be eroded.

제7도 실시예의 잇점은, 활성 플라스마 지역(44)내에 매우 높은 강도의 자장을 형성하도록 음극(82)의 상단부의 단면에 단위 표면당 매우 높은 자속 밀도가 제공된다는 것이다.An advantage of the FIG. 7 embodiment is that a very high magnetic flux density per unit surface is provided at the cross section of the upper end of the cathode 82 to form a very high intensity magnetic field in the active plasma region 44.

본 발명이 각종 바람직한 실시예들로 설명되었으나, 청구범위에 한정된 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 각종 개조 및 변경이 행해질 수 있음은 물론이다.While the invention has been described in various preferred embodiments, it is understood that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the claims.

Claims

Apparatus for high rate sputtering of a selected target material on a substrate in a vacuum, comprising: (a) a vacuum chamber having a power source for providing an active plasma between the anode, the cathode and their electrodes, and (b) the active at predetermined intervals from the substrate. A cathode that is movable through the plasma in the vacuum chamber and has the selected target material, and (c) passes through the active plasma such that a portion of the cathode is disposed within the active plasma and another adjacent portion of the cathode is disposed outside the active plasma. A high rate sputtering device comprising a motor driver for moving a cathode.

The high rate sputtering apparatus of claim 1, wherein the motor driver for moving the cathode is provided in a continuous movement type, and a portion of the cathode in the active plasma at a given time is considerably smaller than other adjacent portions of the cathode.

The high rate sputtering apparatus of claim 1, wherein a cooling member is disposed in close proximity to the movable cathode.

The method of claim 1, wherein the power source for providing the active plasma is arranged to provide an electric field between the positive electrode and the negative electrode, and the movable negative electrode is disposed in the active plasma so as to have a thickness extending in a direction parallel to the electric field, And a high rate sputtering device movable through the active plasma in a direction perpendicular to the electric field.

5. The negative electrode of claim 4, wherein the movable negative electrode has a magnetic target material, the device having a magnet for providing a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field to enhance the active plasma and disposed within the active plasma. A high rate sputtering device, wherein a portion of is supersaturated by the magnetic field.

6. The high rate sputtering apparatus of claim 5, wherein the thickness of the magnetic target material included in the cathode is small compared to its length and width.

4. The high rate sputtering apparatus of claim 3, wherein the cooling member comprises a cooling tube disposed closely to a portion of the cathode in the active plasma at a given time.

8. The high rate sputtering apparatus of claim 7, wherein a support structure is provided for slidably supporting a portion of the cathode in the active plasma at a given time, and the cooling tube is disposed within the support structure.

8. The high rate sputtering apparatus of claim 7, wherein the cooling tube is of conduction cooling type.

4. The high rate sputtering apparatus of claim 3, wherein the cooling member comprises a cooling device installed intimately at another adjacent portion of the cathode disposed outside the active plasma at a given time.

The high rate sputtering apparatus according to claim 10, wherein the cooling apparatus is of radiation cooling type.

The high rate sputtering apparatus according to claim 10, wherein a shield is provided for shielding the driving unit for moving the cathode and the cooling device from an active plasma.

2. The apparatus according to claim 1, wherein the cathode has an end and a device is provided for detecting the end of the cathode and reversing the direction of movement of the cathode when the portion of the cathode disposed in the active plasma is at a distance from the end. High rate sputtering device.

2. The high rate sputtering apparatus of claim 1, wherein a device for measuring the thickness of the movable cathode is disposed along a moving passageway roll of the cathode outside an active plasma.

2. The high rate sputtering apparatus of claim 1, wherein the movable cathode has a thickness selected to oversaturate the magnet target material of the portion of the cathode disposed in the active plasma at a given time.

The method of claim 1, wherein the cathode with the selected target material is in the form of a flexible ribbon moving through the active plasma at a predetermined rate and for storing another adjacent portion of the ribbon outside the active plasma. A high rate sputtering device, installed in rails, wherein the motor driver moves the ribbon through the active plasma between the rails.

17. The high rate sputtering apparatus of claim 16, wherein a cooled backing structure for slidingly supporting the ribbon portion passing through the given ***** active plasma is disposed at a distance from *****.

18. The high rate sputtering device of claim 17, wherein a cooling device is disposed in the ribbon passage close to the ribbon outside the active plasma.

18. The high rate sputtering apparatus of claim 17, wherein a device for sensing an end of the ribbon and providing a control signal for reversing the direction of movement of the ribbon is disposed along the ribbon passage outside the active plasma.

18. The high rate sputtering apparatus of claim 17, wherein an apparatus for sensing the thickness of the ribbon is disposed along the ribbon passageway outside the active plasma.

18. The high rate sputtering apparatus of claim 17, wherein a shield is provided between the elements and the active plasma to protect other elements disposed outside the active plasma from sputtering in the vacuum chamber.

The method of claim 1, wherein the cathode is provided in the form of a rotating drum containing the selected target material and continuously moving through the active plasma at a predetermined rate, the other adjacent portion of the drum being active plasma at a given time. A high rate sputtering apparatus, wherein a support structure for slidingly supporting a portion of the rotating drum in the same active plasma disposed outside is disposed at a predetermined distance from an anode, and wherein the motor driver rotates the drum at a predetermined speed. .

23. The high rate sputtering apparatus of claim 22, comprising a shield for shielding the drive from the active plasma for rotating the drum.

23. The high rate sputtering apparatus of claim 22, wherein a device for continuously sensing the thickness of the rotating drum is disposed along the passage of the rotating drum outside the active plasma.

23. The high rate sputtering apparatus of claim 22, wherein the rotating drum is disposed to have a longitudinal axis in a direction perpendicular to an electric field formed between the anode and the surface of the drum.

The method of claim 1, wherein the negative electrode is provided in the form of a rotating disk containing the selected target material and continuously moving through the active plasma at a predetermined rate, the other adjacent portion of the disk being outside the active plasma at a given time. And a support structure for slidably supporting a portion of the disk in an active plasma while at a predetermined distance from an anode, wherein the motor driver rotates the disk at a predetermined speed.

27. The high rate sputtering apparatus of claim 26, wherein a cooling plate is disposed in close contact with the rotating disk outside the plasma, and a shield for shielding the cooling plate from the active plasma and the driving portion for rotating the disk.

27. The high rate sputtering apparatus of claim 26, wherein a device for continuously sensing the thickness of the rotating disk is disposed along the rotating passage of the disk outside the plasma.

27. The high rate sputtering apparatus of claim 26, wherein the rotating disk is arranged to have a planar surface extending in a direction perpendicular to an electric field formed between the anode and the disk.

The method of claim 1, wherein the negative electrode comprises a magnetic target material, the device comprises a magnet that provides a magnetic field to enhance the active plasma, the thickness of the negative electrode is supersaturated target material in the active plasma A high rate sputtering device, preferably selected as small as compared to the other dimensions of the cathode.

A method for high rate sputtering of a selected target material on a substrate in vacuum, comprising: (a) forming an anode in a vacuum chamber and a cathode comprising the selected target material to provide the conditions necessary to obtain an active plasma between those electrodes; b) displace the cathode in the vacuum chamber at a distance from the substrate and (c) the active plasma such that a portion of the cathode is disposed within the active plasma and another adjacent portion of the cathode is disposed outside the active plasma. Moving the cathode through the high rate sputtering method.

32. The high rate sputtering method of claim 31, wherein the cathode is continuously moved.

32. The high rate sputtering method of claim 31, wherein the cathode is cooled in and out of active plasma.

34. The high rate sputtering method of claim 33, wherein a support structure is provided for slidably supporting the cathode in the active plasma, and cooling of the cathode in the active plasma is provided by the support structure.

32. The high rate sputtering method of claim 31, wherein a thickness of a target material included in the cathode is sensed outside the active plasma.

32. The high rate sputtering method of claim 31, comprising shielding the active plasma to protect from sputtering elements disposed outside the active plasma in the vacuum chamber.

32. The magnetic target material is selected as the target material, generates a magnetic field to enhance the active plasma, and at a given time a portion of the magnetic target material in the active plasma is supersaturated by the magnetic field. High rate sputtering method comprising selecting the thickness of the cathode.

32. The high rate sputtering method of claim 31, wherein a portion of the cathode in the active plasma at a given time is considerably smaller than other adjacent portions of the cathode.