JPH05504373A - 広面コーティング用の円筒状回転マグネトロン - 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】 コーティング　の円−ａ−マグネトロン発所Ω背景 本発明は、広くは、スパッタリングによる基板物品のコーティング技術に関し、 より詳しくは、そのようなコーティング作業に使用される円筒状回転マグネトロ ンの改良された構造的特徴に関する。

建築用ガラス、自動車用風防ガラス（ウィンドシールド）等の広面基板のコーテ ィングは、以前は、平板伏マグ矛トロンを用いたスパッタリング法により行われ ていた。このようなコーティングとして、商業用ビルの窓に広く使用されている 多層太陽光制御コーティングがある。コーティングすべきガラスの表面積が大き いため、コーティング機械は非常に大型である。

最近では、このようなコーティングの目的のために、円筒状回転マグネトロンが 示唆されている。しかしながら、そのような大型装置を作ることができ且つ効率 的に作動できる方法で、高真空及び静止磁界中の円筒状スパッタリングターゲッ トを水冷しながら回転させるという条件は未だ満たされていない。

従って本発明の主目的は、長い大規模の工業用スパッタリングに適用できる改良 された円筒状回転マグネトロン構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、小さな目標物上に皮膜（フィルム）を首尾よく効率的にス パッタリングするのに使用できる改良された円筒状回転マグネトロン構造を提供 することにある。

本発明の更に他の目的は、誘電体皮膜のスパッタリングに特に適した円筒状回転 マグネトロン構造を提供することにある。

発咀塁！約 本発明の上記及び他の目的は、個別的に又は組み合わせて使用できる本発明の種 々の構造的技術及び特徴により達成される。本発明の１つの特徴によれば、真空 チャンバ内には、円筒状のスパッタリングターゲットがその両端部で支持されて おり、一端の支持組立体が、冷却液をシリンダ内に供給し且つシリンダ内から排 出させるようになっており且つシリンダを回転させる駆動機構を収容している。

一方、他端の支持機構はターゲツト面への給電接点を収容している。シリンダを その一端のみで軸線方向に拘束することにより、シリンダの熱膨張及び熱収縮を 許容できるようになっている。真空チャンバから冷却流体を分離させておくロー タリシールは、シリンダの一端のみに必要とされる。

本発明の他の特徴は、ターゲツト面と同し電位にある支持構造体の一部としての あらゆる導電性表面を最小にして、誘電体皮膜のスパッタリング時に、支持構造 体のこれらの導電性表面上への誘電体（誘電物質）の形成を回避し、好ましくな い電弧（アーキング）の発生を低減できることである。電弧を回避するため、こ のようなすべての導電性表面には、セラミック板又は充分な酸化物コーティング 等の誘電体層が設けられる。

本発明の別の特徴によれば、円筒状のターゲット支持構造体が真空チャンバの壁 に電気的に接続されており且つプラスチック部品を用いて円筒状ターゲットの一 端を回転自在に支持している。一方の支持構造体のプラスチック部品は、回転タ ーゲット内の液体通路に連結された液体クーラント（冷却液）の入口及び出口を 形成している。

本発明の他の特徴によれば、円筒状回転ターゲットの上方に水冷形のアノードが 配置されている。このアノードは、その縁部があらゆる導電性表面から間隔を隔 てて配！されており、結果として生しるプラズマをそのような導電性表面から遠 くに向けるように構成されている。

本発明の他の特徴は、回転ターゲラトンリンダ内に磁石を静止支持することであ る。この静止支持は、回転しない冷却液搬送導管への磁石の取付けと、回転シリ ンダの内面上に載るローラであって、両端部のみで主に支持される長い構造体の 撓みに対する支持体を形成するローラとの使用との組合せにより達成される。

本発明の更に他の特徴は、逆の極性が互いに対面するように配置された磁石をも つ互いに隣接したシリンダを備えた２つの円筒状回転マグネトロンを設けたこと である。この構成により、成る環境においては好ましくないプラズマの集中を防 止することができる。

本発明の他の目的、利点及び特徴は、添付図面を参照して述べる本発明の好まし い実施例についての以下の詳細な説明により明らかになるであろう。

凹皿Ω固車久説労 第１図は、本発明が活用されている形式の円筒状回転マグａトロンスパッタリン グ装置を示す概略構成図である。

第２図は、第１図の装置に使用された形式の円筒状スパッタリングターゲットの 中央部を通る断面図であり、本発明の種々の特徴を備えた構造の第１実施例を示 すものである。

第３図は、第２図の実施例の３−３線に沿う断面図である。

第４図は、第２図の実施例の４−４ｍに沿う断面図である。

第５図は、第２図の実施例の５−５線に沿う断面図である。

第６図は、第１図の装置に使用された形式の円筒状スパッタリングターゲットの 中央部を通る断面図であり、本発明の種々の特徴を備えた構造の第２実施例を示 すものである。

第７図は、第６図の装置に組み込まれた部品を、第６図の７−７線に沿って断面 した断面図である。

しい　の量り 最初に第１図を参照すると、ここには、本発明による改良を使用した形式のスパ ッタリング装置が概略的に示されている。閉鎖された反応チャンバ１０内には真 空が維持されており、この反応チャンバ１０内には、基板１２が反応チャンバ１ ０を通って移動するときに、基板１２上に薄い皮膜材料を蒸着させることを目的 としてプラズマが形成される。基板１２は、この上に皮膜を蒸着できる殆ど全て の材料を使用でき、通常は、金属、ガラス及び成る種のプラスチック等の真空適 合材料が使用される。皮膜はまた、基板表面上に前に形成されている他の皮膜す なわちコーティング上にも蒸着することができる。

カソード組立体１４は全体として長い回転可能な円筒管１６からなり、該円筒管 １６は反応チャンバ１０内に取り付けられており且つターゲツト面２ｏを備えて いる。円筒管１６内には、その下部に長い磁石組立体１８が支持されているが、 該磁石組立体１８が円筒管１６と一緒に回転することはない。一般に、円筒管１ ６の内部は後述のようにして水冷され、装置が高出力レヘルで作動できるように する９円筒管１６は水平位置に支持されており且つ駆動装置２２によりその長手 方向軸線の回りで一定速度で回転される。

円筒管１６は、その外側円筒面（ターゲツト面）２０上に露出されるターゲット 材料の性質及び組成に基づいて、多数の種々の形態のうちの１つの形態に構成さ れる。１つの構造は、実質的に全体が中実ターゲット材料で作られた壁を有する ものである。他の構造は、例えば黄銅又はステンレス鋼等の適当な非磁性材料か らなるコアで形成されたものであり、遂行すべき特定の作業に要求される直径、 壁厚及び長さを有している。コアの外面には、コーティングされる基板１２上に 蒸着すべく選択されたターゲット材料２０の層が付着される。両場合共、円筒管 １６及びターゲット材料２０の層は、従来の平り−ゲフトに代わる管状ターゲッ トすなわちスパッタリング源を構成する。

長い磁石（磁石組立体）１８は、円筒管１６内で長手方向に配置された組立体で 構成されている。この磁石組立体１８は、円筒管１６の周囲に沿って交互に変化 する３つの極性２４．２６．２８が生し且つこれらの極性２４．２６．２８が円 筒状回転ターゲット１４の底部に維持されるように設計される。第１図に示す構 成は、断面がｒＷＪ形の磁石形状を有している。他の構成として、後述のｒＵＪ 形断面形状がある。いずれの場合でも、磁石は、それらの力線が１つの極性から 円筒管１６を通り抜け、且つ湾曲した円筒管１６を通って隣接の極性に戻るよう に、円筒管１６に対して配置されている。この構成により、隣接極性間にいわゆ る「磁気トンぶル」が形成される。この磁気トンネルは、スパッタリング速度を 増大させるだけでなく、トンネルの内部よりも早くターゲット材料２０を除去す る。

スパッタリングを生じさせるのに充分なカソード電位は、１ｆｉｌ１３０から、 慣用的な電気ブラシによる円筒管１６との摺動接点３４を備えた給電線３２を介 して供給される。説明例では直流形の電ｆ１３０を用いているが、この構造に交 ｆＬｔ源を用いることもできる０反応チャンバ１０の包囲体は導電性材料で形成 されており且つ電気的に接地されている。スパッタリング工程において、反応チ ャンバｌＯの包囲体はアノードとして機能する。後述のように、別のアノードを 用いて正の低電位に維持することは任意である。

コーティング作業を行うのに必要な低圧を得るため、反応チャンバ１０には真空 ポンプ３８に連通している出口管３６が設けられている。

コーティング作業に必要なガスを反応チャンバ１０に供給するため、ガス供給装 置が設けられている。コーティングチャンバ（反応チャンバ）１０内には、不活 性ガス源４２からの第１ガス供給管４０が延入している。入口管４０に連結され たノズル４４は、不活性ガスを回転カソード１４の上方の領域に分配する。ター ゲツト面２０と接地したチャンバ包囲体との間に形成される電界の影響を受けて 帯電イオンを破壊するのは不活性ガスである。＋イオンは、磁界によりこれらが 閉し込められる領域（磁石組立体１８に対向する円筒管１６の底部において円筒 管１６の長さに沿って対向する各極性の間の領域で、主として２つの平行なスト リップ内の領域）において、ターゲツト面２０に引きつけられてこれに衝撃を与 える。

反応チャンバ１０内には、反応ガス源４８からの第２ガス供給管４６が延入して いる。入口管４６に連結されたノズル５０は、コーティングされる基板１２の幅 に近接しており且つこれを横切る領域に反応ガスを分配する。イオン衝撃の結果 として、反応ガスの分子はターゲツト面からスパッタリングされた分子と結合し 、基板１２の上面に蒸着される所望の分子を形成する。

図示のガス供給装置は実際に種々の変更が可能である。供給源４２．４８からの 不活性ガス及び反応ガスは、共通管及びノズル対を通して反応チャンバ１０内に 供給することもできる。この場合には、供給管は、供給管は、回転ターゲット管 １６の一側面に沿ってその長手方向軸線に平行に配置するのが好ましい。このよ うな供給管は２本使用し、ターゲット管１６の各側において液管１６の長手方向 軸線に平行に１本ずつ配置することができる。各供給管は、同し組合せの不活性 ガス及び反応ガスを供給する。また、１着すべき皮膜に基づいて、１種類以上の 反応ガスを同時に供給することができる。

第２図は円筒状回転ターゲット構造体の第１実施例の横断面図であり、該構造体 に関連する幾つかのエレメントが示しである。第２図の組立体は、第１図に全体 を概略的に示したスパッタリング装置に使用できる。電気的に接地した金属包囲 体５１は、この中に真空チャンバ５３を形成している。包囲壁（包囲体）５１の 外部には大気室温及び圧力が存在している。コーティングされる基板５５　（例 えばガラスシート）が、例えばローラ５７等の複数の支持ローラにより、紙面に 垂直な方向に、円筒状回転マグネトロン構造体を通るように前進される。

シリンダ５９の外面６１は、特定のスパッタリング方法に望まれるターゲット材 料で形成されている。例えば、ガラス基板５５の表面上にシリコンをヘースとす る配合物（コンパウンド）を皮膜として形成したい場合には、表面導電性を付与 すべく小割合の不純物を含有するシリコンで円筒面を形成する。ガラスコーティ ングの種々の通用に使用される他のポピユラーなターゲット材料として、亜鉛及 びチタンがある。一般に、平マグネトロンに使用されているターゲット材料は、 本発明の回転カソードにも使用することができる。

ターゲツト面６１を形成する別の技術として、管５９の全体をターゲット材料で 鋳造する技術、及び、黄銅等の適当な非磁性材料からなる支持管に、プラズマ溶 射又は液体溶射等によりターゲット材料からなる外側層をコーティングする技術 がある。強く望まれることは、ターゲット材料とシリンダ面との結合が良好で、 支持シリンダとの良好な臥的接触が得られ、シリンダ５９内を循環する水により 充分に冷却できるようにすることである。冷却が充分であると、構造体を高出力 レヘルで作動でき、この結果、基板への皮膜材料の高速層着が可能になる。

シリンダ５９の一端には小径のスピンドル軸６３が取り付けられており、該スピ ンドル軸６３は第１支持組立体６５により支持されている。同様に、シリンダ５ ９の反対側端部も同様な小径のスピンドル軸６７により支持されており、該スピ ンドル軸６７は第２支持組立体６９により支持されている。支持組立体６５．６ ９は、協働して、円筒状ターゲット５９を所望の回転位Ｉに保持し、その長手方 向軸線の回りで回転させ、冷却流体の供給源を形成し且つここから温かい流体を 排出させ、且つターゲット５９を直流高電圧に電気的に接続する。これらの全て の機能は、真空と、加圧された冷却流体（殆どの場合、普通の水である）との間 の適正なシール及び相互連結を維持しながら、支持組立体６５．６９により与え られる。特に、１０フイート（約３−）以上のシリンダ５９を支持する必要があ る大規模な工業的適用の場合には、支持構造体（支持組立体）６５．６９に関す る要求が多くある。この長さは、幅広のターゲツト面を形成し、このターゲツト 面の下を、オフィスビルの窓ガラス板のような基板５５が通り且つその全幅面を 一度にコーティングできるようにする上で必要である。

５１の上壁の下面には金属ブロック７１が取り付けられているが、該金属ブロッ ク７１はプラスチック部材７３により包囲体５１がら電気的に絶縁されている。

導管部材７５は、供給源（図示せず）からの水を開ロア７がら導入する。長い管 ７９は、その中心軸線が回転シリンダ５９の中心軸線と一致するようにして導管 部材７５の壁に固定されている。管７９の目的は、シリンダ５９を通して水をシ リンダ５９の反対側端部まで導くことにあり、この反対側端部において水は開口 ８１から排出される。管７９は、スピンドル軸６７がシリンダ５９と共に回転す るときに、管７９の外側を包囲しているスリーブ又はローラヘアリング８３によ り所定位置に支持される。管７９の端部がら排出される水は、シリンダ５９の内 部を通って戻され、これによりターゲツト面６１を冷却した後、支持組立体６５ のチャンバ８５内に流入する。チャンバ８５には、液体戻し導管８７　（第５図 ）が設けられている。第１支持組立体６５の導電性エレメントは、ターゲットシ リンダ５９の負の高電圧に維持されているので、導管７５は、包囲体５１に接触 しないようにして該包囲体５１の頂板の開口に通されている。包囲体５１のこの 開口は、絶縁板（プラスチック部材）７３の受入れ溝内に支持された。リングシ ール８７．８９によりシールされている。

導管構造体（導管部材）７５及び支持ブロック（金属ブロック）７１は、真空チ ャンバの外壁構造体（金属包囲体）５１に固定されているため、シリンダ５９の スピンドル軸６３は、その長手方向軸線の回りで回転できるように外壁構造体５ １により支持されている。円筒状の金属シールハウジング９１が、支持ブロック ７１及び管構造体（導管部材）７５に確実に固定されており、且つ、シールハウ ジング９１の円筒状外面に形成された溝内に支持された複数の０リング（例えば ○リング９３）により支持ブロック７１及び管構造体７５に対してシールされて いる。これらのシール９３は、加圧水を収容するブレナム（チャンバ）８５を、 真空チャンバ５３から充分に遮断できるものでなくてはならない。

円筒状のシールハウジング９１の内面は環状空間になっている。この環状空間９ ２内にはヘアリング及びシールが支持されており、ローラベアリング９５が、静 止のシールハウジング９１に対してスピンドル軸６３を自由に回転できるように している。環状空間９２はまた、該空間９２の両端部に隣接して配置されたシー ル９７．９８のような複数のダイナミツクリカップシールを支持している。これ らのダイナミックシール９７．９８の目的は、チャンバ８５内の加圧水を真空チ ャンバ５３から遮断することにある。環状空間９２内には、そのようなシールを できる限り多く設けるａ・要がある。

両シール９７．９８間の環状空間９２の領域は、ベント９６を介して大気に通じ ている。従って、シール９７を遣って漏洩する全ての水は、環状空間９２内に存 在して反対側端部のシール９８に対し圧力を作用することなく、環状空間９２か ら流出する。従って、真空チャンバ５３内への水の漏洩が防止される。

シリンダ５９がその長手方向に沿って移動しないように安定化させたいという− ＩＩ的理由に加え、加圧されてシリンダ５９内に強制供給される水クーラントに より、シリンダ５９を有効に拘束する付加的必要性が発生される。シリンダ５９ のこの拘束は、スピンドル軸６３の外面により支持された円筒状スリーブナ９の 垂直指示面により与えられる。スリーブ９９とシールハウジング９１の外面との 間に形成されるギャップ内には、ローラベアリング１０１が収容されている。シ リンダ５９を支持構造体６５から外れる方向に移動させようとする軸線方向の力 がシリンダ５９に加えられると、スリーブ９９はギア１０３の表面と摩擦係合す る。これにより、スリーブ９９がスピンドル軸６３と一緒に回転される。このと き、ローラベアリング１０１は、シールハウジング９１に対してスリーブ９９が 自由に回転できるようにする。これにより、水圧の影響を受けてシリンダ５９の 構造体全体が移動することが制限される。

ローラヘアリング９５は円筒状の回転構造体の全重量を支持する。従って、力を 分散し且つシールハウジング９１に磨耗溝が形成されないようにするため、ロー ラヘアリング９５はボールよりも長いシリンダの形態に構成するのが好ましい。

このための好ましい材料はポリアセタールであり、ｒＤｅｌｒｉｎ　（デルリン ）」の商標で市販されている。これらのローラは、ローラ同士を互いに間隔を隔 てて保持するため、同し材料で作られた普通の形式のヘアリングケージにより回 転可能に捕捉されている。非導電性のプラスチックベアリング及びシールの使用 により、ターゲットシリンダ５９と支持構造体６５との間に流れることがある電 流による影響を受けないという付加的利益が得られる。このような電流は、金属 ヘアリングとこれに隣接する金属部品との表面を腐食させて、これらの寿命及び 性能を制限する傾向がある。

シール９７のような回転シールは、後で真空グリース（υａｃｕ＋Ｉｍ　ｇｒｅ ａｓｅ）が充填されるｒＵＪ形の断面形状をもつｒＮｉｔｒｉｄｅ　Ｊの商標の プラスチック材料からなる連続リングの形態に構成するのが好ましい。これらの シールを形成するのに、いかなるばねも使用しない。ベアリングとシールとの組 合せにより、加圧冷却水と真空チャンバとの間を有効に遮断できると同時に、シ リンダ構造体を支持構造体６５内で自由に回転させることができる。

この回転を与える動力は、シリンダの一端における支持構造体６５を介しても与 えられる。第２図及び第５図に示すように、スピンドル軸６３にはウオームギア １０３が固定されている。軸１０７によりウオーム１０５が支持されている。

該軸１０７は垂直方向に配向されており、且つ真空チャンバ壁５１のオーバーサ イズ開口を通って上方に延びているスリーブ１０９内で回転される。また、軸１ ０７はへルトブーリ１１１に終端している。プーリ１１１は、都合のよい便利な 駆動ａ（図示せず）により一定速度で駆動されるヘルド１１３を支持している。

スリーブ１０９とこれを包囲するブロック材料７１との間には適当なスタティッ ク０リングシールが設けられており、チャンバ８５内の加圧水を大気から隔絶し ている。また、スリーブ１０９内には適当な回転シール（図示せず）が設けられ ており、回転軸１０７とスリーブ１０９の内部との間の水の漏洩を防止している 。前述のように、スリーブ１０９が通っている真空チャンバ壁５１のオーバーサ イズ開口は、絶縁片（ブロック）７１及びその０リングシールによりシールされ ている。

支持組立体６５を上記のように構成することにより、円筒状構造体の反対側端部 における第２支持組立体６９は非常に簡単に構成することができる。加圧冷却水 はこの端部における円筒状のターゲット構造体内に完全に収容されるので、真空 チャンバ５３と加圧冷却水とを隔絶するのにいかなる回転シールも不要である。

また、上記のように冷却水が収容されるため、冷却水通路と真空チャンバの外部 の大気圧とを隔絶するためのいかなる回転シールも不要である。スピンドル軸６ ７を回転自在に支持すること以外の支持構造体６９の主要機能は、シリンダ５９ と外部電圧源とを電気的に接続することである。

支持組立体６９は、支持組立体６５の場合と同様に、電気的絶縁層１１９を介し て真空チャンバ５１の頂壁の下面に支持された支持材料からなるブロック１１５ を有している。ブロック１１５には、端カバー板１１７がボルト止めされており 且つ０リングシールされている。ブロック１１５にはチャンネルが設けられてお り、該チャンネル内には電気ブラシ１２１及び支持体１２３が収容されている。

包囲体５１のシールされた開口には導電線１２５が通されており、負の電圧源に 接続されている。ブラシ１２１は回転するスピンドル軸６７と広面積で接触でき る形状を有しており、銅含浸グラファイトで作るのが好ましい、この接触は、チ ャンバ５３内の真空により生しる差圧により維持される。

スピンドル軸６７は、支持構造体６５と同様にして、支持構造体６９により回転 可能に支持されている。金属シールハウジング１２７が、ブロック１１５の受入 れ開口により支持されており且つ一連のＯリングシールによりブロック１１５に 対してシールされている。ソールハウジング１２７の内面には環状空間１２８が 設けられており、該環状空間内にはヘアリング及びシールが収容されている。

環状空間１２８内には１組のローラヘアリング１２９が配置されている。また、 環状空間１２８内には、前述の形式からなる１つ以上のＵカップ回転シール１３ １が支持されている。しかしながら、この場合には、シールがそれ程重要ではな く、多数は不要である。これらのシール１３１の主要目的は、ブラシ１２１とス ピンドル軸６７との摩擦接触により発生する粒子が、基板５５上にスパッタリン グされる皮膜の品質を低下させないように、真空チャンバ５３から電気ブラシ組 立体を隔絶することにある。ターゲットシリンダ５９の反対側端部における相手 側のスピンドル軸６３は支持組立体６５により軸線方向に移動しないように拘束 されているけれども、スピンドル軸６７は支持組立体６９により拘束されてはい ない。

従って、いかなる不利な効果を生しさせることもなく、熱膨張及び熱収縮を吸収 することができる。温度変化による移動が行えるようにすることは、シリンダ５ ９の長さが非常に幅広の基板にスパッタリングできる充分な長さをもつ場合には 特に必要である。

本発明の構造は、スパッタリングを行うのに、導電線１２５を介してシリンダ５ ９の表面６１に供給される交流電流又は直１ｉｔｉ流を使用することができる。

種々の適用に対し交流及び直流の両方を使用できるが、基板上への皮膜の蒸着速 度を大きくしたい工業用の適用例の場合には、通常は直流の実施例の方が好まし い。

本願の説明に係る実施例は直流装置である。

直流装置の場合には、真空チャンバ５３の外側壁５１が電気的に接地される。

これらの外側壁５１の内面はアノードとしてｍ能するけれども、場合によっては 、導＠ＭＡ　１３５を介して僅かに正の電圧＃Ｉ（図示せず）に接続された別の 浮動アノード１３３を設けるのが望ましいこともある。そのような浮動アノード を使用する場合には、浮動アノードは、図示のように、シリンダターゲット５９ の僅かに上方に配置される平板の形態に構成するのが好ましい、また、高出力レ ヘルを用いる場合には、通常冷却するのが好ましい。冷却は、浮動アノード１３ ３に取り付けられた銅製チューブ１３７に水を通すことにより達成される。この 冷却は、アノード１３３を適正温度に維持するだけでなく、真空チャンバ５３を 全体的に冷却する補助をする。

多くの通用例に対し、単一の円筒状の回転ターゲットで満足のいく成果が得られ る。しかしながら、蒸着速度が大きい場合には、２つ以上のターゲット組立体を 互いに近接した縦列（タンデム）に配置するのが好ましいことがある。第３図及 び第４図の断面図には、そのような２つのターゲ−／　ト組立体の構成が示され ている。各ターゲット組立体は、第２図及び第５図に関連して述べたターゲット ｍ立体と実質的に同じ構造を有している。第３図及び第４図の断面図において、 第２ターゲフト＆ｌｌ立体の構成エレメントは、第１ターゲット組立体の構成エ レメントに使用した番号にダッシュ（′）を付した番号で示されている。

第３図及び第４図の断面図はまた、円筒状回転ターゲット５９内に支持された磁 石組立体７２の詳細を示している。磁石１４１は、ターゲットシリンダ５９の実 質的に全長にわたって延びている。磁石１４１は、Ｕ形の強磁性材料１４３から なる剛体片により支持されていて、磁界の通路を形成している０Ｍ１石１４１の 両側には絶縁体１４５．１４７が配置されているけれども、磁石１４１の頂面ば 強磁性材料１４３と接触している。強磁性材料１４３は鉄が好ましく、磁石１４ １はセラミックＶｌｌ＋材料が好ましい。通常、磁石材料は矩形の断面形状をも つ短い部片に形成され、そのような多数の磁石部片が円筒状回転ターゲット５９ の長さに沿って端と端とを突き合わせて配置される。任意ではあるが、磁石１４ １の両側の強磁性材料の部片１４３の底部には、磁石１４１の極性とは逆の極性 をもつ小さな断面形状の磁石を取り付けることができる。第３図及び第４図に示 すｒＵＪ形の磁石構造とは異なり、第１図に概略的にしめしたｒＷＪ形の磁石構 造を用いることができる。

磁石構造体（磁石組立体）７２は市販されている実施例に用いられており、その 支持体は価値のないものではない。適正なスパッタリング作業を行うためには、 磁石は、回転ターゲットシリンダ５９の底部に沿って固定された状態に維持する 必要がある。Ｍ１石１４１をできる限りターゲットシリンダ５９の内面に近接さ せて保持することも好ましいことである。２つの形式の支持体が示されているけ れども、これらの画形式は、磁石構造体７２の長さに沿う異なる位置に好都合に 使用できる。

これらの支持機構の１つが第３図に示されている。水を搬送する内部の水導管７ ９が、回転しないように支持構造体６５により支持され且つキー止めされている 。磁性材料１４３は、剛性板１４９及びストラツプ１５１で作られたブラケット により、導管７９に沿う周期的位１において該導管７９に取り付けられている。

これにより、磁石がシリンダ５９と一緒に回転することが防止される。

非常に長い磁石構造体の場合には、磁石構造体７２及び支持管（水導管）７９の 長さ方向に沿って生じる撓みのため、ブラケット支持では充分でない、従って、 極性面が回転管５９の内面をこすることがないようにして極性面を回転管５９の 内面に近接させるには、そのように長いスパンの中央に向いたローラ支持体を用 いるのが好ましい。これが第４図に示されている０図示のように、１対のブラケ ット１５３．１５５が磁性材料１４３に取り付けられており且つ該磁性材料１４ ３から水平方向に延びている。これらのブラケット１５３．１５５の各々に、そ れぞれローラ１５７．１５９が支持されている。これらのローラ１５７．１５９ は回転するターゲットシリンダ５９の内面上に載っていて、磁石１４１とシリン ダ５９との間の距離を維持している。

所与の装置に単一の回転マグネトロン組立体を使用する場合には、磁石組立体７ ２のＮ極とＳ極との相対位置をどのようにするかは問題でない、しかしながら、 ２つ以上のターゲット組立体を互いに隣接させて使用する場合には、隣接するユ ニットの極性方向を交互に変えることが好ましい。これが、第３図及び第４図の 各々に示されている。互いに隣接するターゲット組立体のうちの一方の組立体で は、極性がＮ−３−Ｈに配置されているのに対し、隣接する他方のターゲット組 立体では５−Ｎ−３の極性に配置されている。このような互いに異なる極性配置 は、磁石１４１をそれらの長手方向軸線の回りで単に１８０＠回転させることに より達成される。このように配置することにより、成る条件下では、コーティン グされる基板５５の表面近くに生じるプラズマの位置及び形状の好ましい制御が できることが判明している。

図示の実施例において、支持組立体６５．６９の各々が、それらの強度及び作業 性のために金属エレメントを使用している。互いに隣接する金属部品間に電弧が 発生しないようにするため、これらの支持組立体６５．６９は、回転ターゲット 組立体と同じ電位に電気的に接続されている。従ってこれらの金属部品には、タ ーゲ７）面６１の負の高電圧も存在する。成るコーティング作業においては、コ ーティングされる材料に基づいて、当該電圧における重要な大きさをもつ導電性 材料の表面積を、いつ、真空チャンバ５３内に露出させるがという問題が生じる 。基板５５に誘電体皮膜を蒸着させる場合には、この誘電体皮膜の成る量は、露 出表面（例えば、端ブロック７１．１１５の露出面）上に蒸着されてしまう。

このため、好ましくない粒状物質を生じさせる電弧が発生され、蒸着すべき皮膜 の品質が低下される。

数ある邪魔物質のうちの最悪の邪魔物質が二酸化ケイ素である場合には、基板５ ５上に所望の誘電体皮膜を著着することができる。この場合には、ターゲツト面 ６１は最初はシリコンであり、反応ガスは酸素である。二酸化ケイ素は良好な絶 縁物であるので、そのような高電圧露出面上に、電弧を生しさせるような非常に 熱い薄着がなされることはない。

従って、そのような材料が使用されたターゲット組立体では、そのように露出さ れる導電性表面の大きさは良好に小さくなる。このように小さくする１つの方法 は、支持組立体６５．６９のそれぞれの絶縁体７３．１１９を下方に移動させて 、支持組立体６５．６９のソールハウジング９１．１２７に近接させることであ る。低位置での電気的接続を遮断することにより、絶縁体より上の支持構造体が 接地電位に保持され、これらの表面上に好ましくない誘電体１着が生しることは ない。他の可能性ある方法は、金属の端片７１．１１５の代わりに、セラミンク のような誘電材料を用いることであるが、セラミックはしばしば加工が困難であ る。

別のアプローチは、第２図に示した構成における端ブロック７１．１１５の金属 露出面を少なくとも０．２５インチ（約６．４ｎｍ）の厚さのセラミック板で覆 うことである。このようにすれば、誘電体層の直ぐ後ろに高電圧面が形成されな いため、そのような絶縁板への誘電体の著着によって電弧が発生されることはな い。露出領域を覆うべく金属表面に対してＫａｐｔｏｎブラスチフク層を位！決 めすることにより、誘電体板の間に存在することのあるいかなる小さなギャップ をも覆うことができる。他の技術は、これらの露出面上に酸化アルミニウム層を プラズマ溶射することである。端ブロック７１．１１５がアルミニウム材料で作 られている場合の別のアプローチは、露出面を硬質陽極酸化することである。こ れらの技術の目的は、好ましくない誘電体が形成される傾向を低減させることに ある。

蒸着される誘電体皮膜のターゲット面上への形成は、磁石の近くに位置する表面 の衝撃時に、誘電体皮膜の一定除去により回避される。シリンダ５９が一回転す ると、実質的に全表面がこのような衝撃を受ける。回転ターゲツト面６１自体は 自己浄化する傾向がある。シリコンをベースとする誘電体皮膜の蒸着に円筒状回 転マグネトロンを用いることは、１９９０年１１月８日付出願の−ｏ１ｆｅ等の 係属中の米国特許出願第４３３．６９０号（名称ｒＭｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｃｏ ａｔｉｎｇ　５ｕｂｓｔｒａｔｅｓ　ｗｉｔｈＳｉｌｉｃｏｎ　Ｂａ５ｅｄ　Ｃ ｏｍｐｏｕｎｄ　（シリコンをベースとする配合物で基板をコーティングする方 法）」）の要旨であり、本願はこれを参考にしている。

第６図は、円筒状回転ターゲット構造体の第２実施例の断面図である。この実施 例は、第２図〜第５図に関連して前述した実施例と同様のものであるが、主な相 違点は、円筒状のターゲット端部支持構造体と、これに関連する冷却、回転及び 電気的付勢機構とにある。第６図の第１支持構造体２０１及び第２支持構造体２ ０３は、それぞれ、第２図の第１支持構造体６５及び第２支持構造体６９に相当 する。主な相違点は、この第２実施例の支持構造体２０１．２０３が金属で作ら れていて、両方共、真空チャンバの壁２０５に機械的及び電気的に接続されてい ることである。スピンドル軸２０７．２０９は、それぞれ、第２図の実施例にお けるスピンドル軸６３．６７に相当する。管２１１は、円筒状ターゲット及びそ のスピンドル軸の長さにわたって延びており、第２図の実施例における管７９の 対応部分と同様に、回転しないように固定され且つ円筒状ターゲット構造体のク ーラント通路を形成している。電気的な絶縁材料で作られたスリーブベアリング ２１２は、スピンドル軸２０９と管２１１とを互いに分離した関係に保持する。

円筒状ターゲット構造体を真空チャンバの壁２０５から電気的に絶縁するため、 円筒状ターゲット構造体の端スピンドルは、２つの真空シールハウジング２１５ ．２１７により支持構造体内に支持されている。水シールハウジング２１３も設 けられている。これらの３つの部片２１３．２１５．２１７は、市販されている ポリエチレンテレフタレートからなる非導電性材料を機械加工して製造すること ができる。

プラスチック部片２１５．２１７の主な機能は、それぞれのスピンドル軸２０７ ．２０９を回転自在に支持することである。この目的のため、それぞれのプラス チ１．り部片２１５．２１７には適当なヘアリング組立体２１９．２２１が設け られている。これらのプラスチック部片２１５．２１７の他の機能は、チャンバ 内の真空と、それらのプラスチック部片のそれぞれの支持組立体２０１．２０３ 内の大気圧との間の空気圧シールを形成することである。これを達成するため、 適当なダイナミックリカ２１回転シール２２３．２２５が設けられている。プラ スチック部片２１５．２１７には、それぞれ、電気的な絶縁体からなるベアリン グリテーナ２２４．２２８が取り付けられている。ヘアリング及びシールに充分 なグリースを供給してこれらが最適作動できるようにするため、プラスチ、り部 片２１５．２１７にはそれぞれグリース供給管２２７．２２９が設けられており 、これらの供給管２２７．２２９はそれぞれのダクト２３１．２３３を介してベ アリング及びシールに連通している。

ヘアリングリテーナ２２４．２２８は、好ましくはセラミック材料で作り、それ ぞれ、プラスチック部片２１５．２１７の全面を覆うようにして、これらのプラ スチック部片２１５．２１７が対面するスパッタリングチャンバの環境からこれ らを保護できるようにする。保持板（ベアリングリテーナ）２２４．２２８はそ れぞれの支持構造体２０１．２０３の金属部分（通常はアルミニウム）上に延び ている。また、これらの保持板２２４．２２８の外縁部は、それぞれの溝２２６ ．２３０上に配置されることにより金属面との接触を回避できるように終端して いる。このように外縁部を終端させると、セラミック板上のあらゆる金属皮膜蒸 着が延びて金属と接触することを好都合に回避できる。

第６図の実施例の第３プラスチック部品２１３は、ターゲット組立体の内部と、 冷却液供給管及び排出管との間のカップリングを形成する。この部片（プラスチ ック部品）２１３の断面図が第７図に示されている。この部片２１３はフレーム （真空チャンバの壁）２０５に係止されていて、内部のクーラント管２１１が回 転又は他の移動をしないように保持し、該クーラント管２１１が金属フレーム部 分から絶縁された状態に維持する手段をも形成する。また、この部片２１３は、 壁２３９により分離された２つの液体チャンバ２３５．２３７を有している。壁 ２３９は管２１１が通される開口を有している。管２１１の外面は壁２３９の開 口に対してシールされているため、液体が両チャンバ２３５．２３７の間を移動 することはない。チャンバ２３５には液体供給管２４１により液体が供給され、 この液体は、管２１１の適当な側壁開口を通って管２１１の内部に流入する。液 体は円筒状ターゲット構造体の長さ方向に沿って管２１１内を流れ、スピンドル 軸２０９内の反対側端部の開口から流出する。スピンドル軸及び円筒状ターゲッ ト内で且つ管２１１の外にある戻り通路により、冷却液はプラスチック部品２１ ３のチャンバ２３７内に流入し、排出管２４３から流出する。

スピンドル軸２０７を受け入れているプラスチック部品２１３の開口にはＵカッ プ回転シール２４５が設けられていて、水が支持構造体２０１の内部に漏洩しな いようにしている。プラスチック部品２１３には、プラスチックシール保持板２ ４６が取り付けられている。

回転ターゲットｍ立体を絶縁するプラスチック部品をこの回転ターゲット組立体 に直ぐ隣接して配宣し、従って支持構造体２０１．２０３を接地した金属材料で 作ることができるため、液体クーラントにより引き起こされるターゲット組立体 の軸線方向スラストに抗する機構を支持構造体２０１に設けることは具合のよい ことではない、むしろ、この実施例では、スピンドル軸２０９の端部に部片２４ ７を取り付けて、スラストボールベアリング２４９と協働するようにしである。

真空チャンバのフレーム２０５の端壁には、プラスチックディスク２５０が配置 されている。この構成により、第６図の実施例において、ターゲット組立体の右 方に作用する軸線方向スラストは、フレーム構造体自体により受け止められる。

第６図の実施例では、スピンドル軸２０９に取り付けられたスプロケット２５１ と、該スプロケット２５１と係合する電気的な絶縁材料からなる歯付き駆動ヘル ド２５３とを設けることによりターゲット組立体が回転される。複数の湾曲ブラ シ２５５．２５７等からなるブラシ組立体により電気的接点が形成されている。

湾曲ブラシ２５．５．．２５７は、プラスチック部片２６１によりフレーム２０ ５に対する回転が拘束された部片２５９により、回転しないように保持されでい る。

スピンｌ′ル軸２０９に１．、ｊ、ブラシ２５５．２５７の取付は面を形成する 適当なスリーブ２６３が支持されている。ブラシ２５５．２５７には、導電線２ ６５を介して電位がイ１与される。

以−１二、本発明の好ましい実施例に関連して本発明の詳細な説明したが、本発 明は請求の範囲に記載された全範囲内で保護されることが理解されよう。

２コ ＦＩＧ、−５゜ ＦＩＧ、Ｊ。

Ｓ　ン　零 国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．シリンダの外面に形成されたターゲット面を有しており、シリンダが真空チ ャンバの壁内に配置されており且つシリンダ内には実質的にその全長にわたって 延びている磁石構造体が収容されており、ターゲット構造体を支持し、回転させ 、冷却し、且つ付勢する機構を更に有している形式のマグネトロンにおいて、 ターゲットシリンダの両端部から延びており且つ該両端部に固定された第１及び 第２延長部を有しており、これらの延長部が、前記ターゲットシリンダの軸線方 向中心線と一致する軸線方向中心線をもつ円筒状に形成されており、前記真空チ ャンバの壁に取り付けられており且つ前記第１延長部の軸線方向移動を拘束する ようにして該第１延長部を回転自在に支持している第１支持構造体と、 前記真空チャンバの壁に取り付けられており且つ前記第２延長部の軸線方向移動 を許容できるようにして該第２延長部を回転自在に支持している第２支持構造体 と、 前記ターゲットシリンダ内への冷却流体の供給及びターゲットシリンダ内からの 冷却流体の排出の両方を行うように、前記第１支持構造体の一部として設けられ た手段と、 前記ターゲットシリンダを回転できるように、前記第１支持構造体の一部として 設けられた手段と、 前記第２支持構造体の一部として設けられており且つ前記ターゲット面を電気的 に付勢すべく前記第２ターゲットシリンダの延長部と接触する電気的ブラシを備 えている手段とを更に有していることを特徴とするマグネトロン。
2. ２．前記第１及び第２支持構造体が、前記ターゲット面と実質的に同電位にある 導電性露出面を備えており、該導電性露出面が誘電材料でコーティングされてい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマグネトロン構造体。
3. ３．前記ターゲットシリンダ内に設けられた管を更に有しており、該管が前記冷 却流体手段に作動連結されていて流体をターゲットシリンダ内に搬送し、前記磁 石構造体の少なくとも一部が前記管により支持されていることを特徴とする請求 の範囲第１項に記載のマグネトロン構造体。
4. ４．前記磁石構造体が前記ターゲットシリンダと一緒に回転することを拘束すべ く前記ターゲットシリンダ内に設けられた手段を更に有しており、前記磁石構造 体が、これにより支持されており且つ前記ターゲットシリンダの内面上に載って いる複数のローラを備えており、前記磁石構造体と前記ターゲット構造体の内面 との間の分離を維持していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマグネ トロン構造体。
5. ５．前記真空チャンバ内において、前記第１支持構造体と第２支持構造体との中 間でこれらから一定距離を隔てて且つ前記ターゲット面から一定距離だけ上方に 隔てて保持されたアノード面を更に有していることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載のマグネトロン構造体。
6. ６．前記アノードを冷却すべく前記アノード構造体の一部として設けられた手段 を更に有していることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のマグネトロン構造 体。
7. ７．真空チャンバの包囲体内に構成される円筒状マグネトロンにおいて、互いに 隣接して配置された少なくとも２つの円筒状ターゲット構造体を有しており、該 ターゲット構造体がこれらの個々の長手方向軸線の回りで回転でき、前記各ター ゲット構造体の内部には長い磁石エレメントが配置されており、該磁石エレメン トはターゲット構造体の底部を向いており且つターゲット構造体とは一緒に回転 できないように保持されており、１つのターゲット構造体の磁石エレメントは、 その断面を横切る方向にＮ−Ｓ−Ｎの極性順序に配置された極性を備えており、 他のターゲット構造体の磁石エレメントは、その断面を横切る方向にＳ−Ｎ−Ｓ の硬性順序に配置された極性を備えており、前記ターゲット構造体間でマグネト ロン内に形成されるプラズマの拡大を回避できることを特徴とする円筒状マグネ トロン。
8. ８．真空チャンバの包囲体内に構成される円筒状マグネトロンにおいて、少なく とも１つの長い中空円筒状のターゲット構造体を有しており、該ターゲット構造 体がその長手方向軸線の回りで回転できるように前記真空チャンバ内に支持され ており、 前記ターゲット構造体をその前記長手方同軸線の回りで回転させるべく、前記タ ーゲット構造体に作動連結された手段と、前記ターゲット構造体内においてその 実質的に全長にわたって延びており且つターゲット構造体と一緒に回転できない ように拘束されている磁石構造体と、前記磁石構造体により支持されており且つ 前記ターゲット構造体の内面上に載っている複数のローラであって、前記磁石構 造体と前記ターゲット構造体の内面との間の分離を維持するローラとを更に有し ていることを特徴とする円筒状マグネトロン。
9. ９．前記ターゲット構造体内に配置されており且つ該ターゲット構造体の長さ方 向に延びている冷却流体導管を更に有しており、該冷却流体導管が、前記真空チ ャンバの包囲体との連結により、回転できないように拘束されており、前記磁石 構造体が、前記冷却流体導管への取付けにより、前記ターゲット構造体と一緒に 回転できないように拘束されていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の マグネトロン。
10. １０．前記複数のローラが、前記ターゲット構造体の長さ方向のほぼ中央の位置 にのみ配置されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のマグネトロン 。
11. １１．シリンダの外面に形成されたターゲット面を有しており、シリンダが真空 チャンバの壁内に配置されており且つシリンダ内には実質的にその全長にわたっ て延びている磁石構造体が収容されており、ターゲット構造体を支持し、回転さ せ、冷却し、且つ付勢する機構を更に有している形式のマグネトロンにおいて、 クーゲットシリンダの両端部から延びており且つ該両端部に固定された第１及び 第２の金属延長部を有しており、これらの延長部が、前記ターゲットシリンダの 軸線方向中心線と一致する軸線方向中心線をもつ円筒状に形成されており、 それぞれ、前記ターゲットシリンダの第１及び第２延長部を支持すべく、前記真 空チャンバの壁に機械的及び電気的に連結されており且つ互いに一定距離を隔て て配置された第１及び第２の金属支持構造体と、前記ターゲットシリンダを回転 できるように、前記第２支持構造体の一部として設けられた手段と、 前記ターゲットシリンダの実質的に全長に沿ってターゲットシリンダ内に配置さ れた長い中空管とを有しており、該管が、少なくとも前記第１円筒状延長部を通 って延びており且つ該第１円筒状延長部の開放端部から外に出ており、前記管が 、前記第１延長部の内面と前記ターゲットシリンダとの間で、前記管の外面の周 囲に液体通路を形成できる外径を有しており、前記液体通路と前記管の内面との 間で前記第２円筒状延長部に隣接する液体通路が設けられており、前記第１支持 構造体により支持された第１非導管性部分を有しており、該第１非導電性部分が 、開口を備えた壁により分離された互いに隣接する２つの液体チャンバを備えて おり、前記中空管が前記第１チャンバを通って延びており且つ中空管の外面を前 記壁に対してシールして前記壁の関口に通すことにより前記第２チャンバ内に開 口しており、前記第１円筒状延長部の開放端部が前記第１チャンバ内に開口して おり、 前記第１及び第２チャンバの一方に連結された液体供給管と、前記第１及び第２ チャンバの他方に連結された液体排出管とを有し、液体供給源から第１非導電性 部分を通ってターゲットシリンダ内に入り再び第１非導電性部分及び排出管を通 る閉流路を形成しており、 前記第２支持構造体により支持された第２非導電性部分を有しており、該第２非 導電性部分が、第２支持構造体から第２円筒状延長部を電気的に絶縁するように して第２円筒状延長部を回転自在に支持しており、前記第２支持構造体の一部と して設けられた、電気的ブラシを備えた手段を更に有しており、前記電気的ブラ シが前記第２円筒状延長部と接触して、前記真空チャンバの金属壁に対する電位 を前記ターゲット面に付与することを特徴とするマグネトロン。
12. １２．前記第１支持構造体により支持された第３非導電性部分を更に有しており 、該第３非導電性部分が、前記第１支持構造体から第１円筒状延長部を電気的に 絶縁するようにして第１円筒状延長部を回転自在に支持しており、前記第１非導 電性部分が、前記第１円筒状延長部の支持を回避するように形成されていること を特徴とする請求の範囲第１１項に記載のマグネトロン構造体。
13. １３．前記磁石構造体が前記ターゲットシリンダと一緒に回転することを拘束す べく前記ターゲットシリンダ内に設けられた手段を更に有しており、前記磁石構 造体が、これにより支持されており且つ前記ターゲットシリンダの内面上に載っ ている複数のローラを備えており、前記磁石構造体と前記ターゲット構造体の内 面との間の分離を維持していることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のマ グネトロン構造体。
14. １４．前記真空チャンバ内において、前記第１支持構造体と第２支持構造体との 中間でこれらから一定距離を隔てて且つ前記ターゲット面から一定距離だけ上方 に隔てて保持されたアノード面を更に有していることを特徴とする請求の範囲第 １１項に記載のマグネトロン構造体。
15. １５．前記アノードを冷却すべく前記アノード構造体の一部として設けられた手 段を更に有していることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のマグネトロン 構造体。