JPH0645872B2 - 陰極型マグネトロン装置 - Google Patents

陰極型マグネトロン装置

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JPH0645872B2
JPH0645872B2 JP1297797A JP29779789A JPH0645872B2 JP H0645872 B2 JPH0645872 B2 JP H0645872B2 JP 1297797 A JP1297797 A JP 1297797A JP 29779789 A JP29779789 A JP 29779789A JP H0645872 B2 JPH0645872 B2 JP H0645872B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は材料蒸着装置としてのスパッタリング装置に関
し、特に、スパッタリングに使用するマグネトロン装置
に関する。
［従来技術の説明］ スパッタリング装置はエッチングおよび蒸着プロセスに
広く用いられている。原子はターゲットの表面からたた
き出され、真空容器中を通過する。噴出された多数の原
子はターゲットをエッチングし、基板表面上に蒸着さ
れ、基板はターゲット材料でコーティングされる。
基板上への材料のスパッタ蒸着において、ターゲットお
よび基板の温度、ターゲット材料の利用形態および基板
上での蒸着均一性等スパッタリングシステムパラメータ
については市販のスパッタリングシステムでは十分では
ない。これらパラメータはターゲット表面近くの電子を
閉じ込め、イオン化効果を増加されるマグネトロンシス
テムを形成することによってターゲットに垂直電磁界を
与え、効果的に制御される。上記システムは、蒸着速度
を短縮し、粒子の衝撃による基板温度上昇を減少させ
る。
マグネトロン装置によるスパッタリングシステムは、タ
ーゲットの腐蝕パターンのためターゲット材料の使用効
率が悪く、ターゲット材料の大部分を使い残したまま、
ターゲット自信が使えなくなることが多い。平面型マグ
ネトロンの一般的な腐蝕パターンの１つに、レーストラ
ック腐蝕パターンがあり、ターゲット表面の楕円形部分
は消費されるが、ターゲット表面の他の部分は完全にも
とのままで比較的使われない。
作動中のマグネトロンシステムのターゲット材料は、大
きなイオン流が発生するために非常に高温となる傾向が
ある。従って、適切な作動を確保するために、マグネト
ロン装置を適切に冷却する必要がある。
同様に、コーティングされる基板表面上での衝突エネル
ギーによる過度の高温化を防ぐために、イオン化粒子の
軌道は制御される必要がある。
上記装置を商品化する場合、コストパフォーマンスを上
げるため、上記必要事項は全てマグネトロン装置内部で
実現されることが不可欠である。現在市販中のマグネト
ロン装置は、正確な寸法構造と複雑な冷却および電気シ
ステムを必要とするため、非常に高価である。
最も一般的なマグネトロン装置構成はシリンダ型、円型
および平面型の３種類である。円形および平面型構成は
局部浸蝕を受け易く、材料が使用可能な状態でもターゲ
ットが使用不能になる。シリンダ型マグネトロン装置は
より均一に浸蝕を受けるが、高価なため大平面型領域を
有する基板をコーティングするのは適当でない。シリン
ダ型マグネトロンは、シリンダ内壁をターゲットとし、
基板をシリンダ内に配置するというように反転すること
も可能である。中空陰極マグネトロンと呼ばれる上記マ
グネトロン基板両側を効果的にスパッタし、中空陰極の
内部によって決定される領域の中でスパッタリングを行
う。それらは内壁からスパッタされるターゲット材料を
有する中空シリンダ型ターゲットを必要とし、磁界生成
には複雑なソレノイド構成を用いることが代表的であ
る。
（発明の概要） 中空陰極型反転シリンダマグネトロン装置構成は２つの
独立ユニットで設計され、各ユニットが直角Ｃ型あるい
は直角チャネル型断面を有する。２つのＣ型ユニットは
結合されて中空方形トンネルあるいは方形平行パイプ型
穴を形成し、スパッタ対象物は上記方形穴を通過する。
単純な形からなる単純な要素のボルト締め構造により、
提供しやすい安価な構成となっている。
このマグネトロン構成は、ターゲット材料背後に平面ア
レー状に同一の方位で配置される永久磁石を用いる。従
って、磁力線は表面付近の基板表面に平行で、基板の加
熱が最小限となる。冷却剤あるいは磁石とターゲット材
料との間に点在する冷却剤搬送チユーブによって冷却が
行われる。
この装置は磁界を形成し、ほぼ方形穴の内部でスパッタ
リングを行ない。理想的にはすべての大きさの平面基板
に対し、両面同時蒸着が可能である。またそれはターゲ
ットの利用およびスパッタされる粒子の捕獲効率を最大
にする。
（実施例の説明） 第１図に、本発明の原理を具体化するマグネトロン装置
を示す。マグネトロン装置はシールドサポートあるいは
ベースサポート部材１０１を有し、マグネトロン装置の
各部品は同部材上に載置され、サポートされる。ベース
サポート部材１０１はアルミニウムのような非磁性材料
からなり、熱伝導に適した十分な厚みであることが望ま
しい。２つのエンドシールドサポート部材１０２、１０
３はサポート部材１０１に係合され、マグネトロンのエ
ンド部材を形成する。エンドシールドサポート部材１０
２、１０３の主平面は、シールドサポート部材１０１の
主平面と垂直をなす。またエンドシールドサポート部材
１０２、１０３はアルミニウム製であり、容易に熱伝導
する厚みを有する。電気伝導サイドシールド部材１０４
は、複数のネジによってシールドサポート部材１０１、
１０２、１０３の両エッジサイドに固定され、装置構造
を形成する。第２サイドシールド１０５はシールドサポ
ート部材１０１、１０２、１０３の反対側のエッジサイ
ドに固定され、基礎的サポート構造を形成する。サイド
サポートプレート１０４と１０５は非磁性ステンレス鋼
材のような非磁性材料で構成される。シールドサポート
部材１０１、１０２、１０３、サイドシールド１０４、
１０５は電位的に陽極である。
エンド磁束路プレート１０６、１０７、ベース磁束路プ
レート１０８（軟鉄あるいは軟質スチールのような高透
磁性材料で構成される）は、シールドサポート部材１０
１、１０２、１０３の内側に平行に配置される。プレー
ト１０６、１０７、１０８はセラミックスタンドオフ１
３８によって部材１０１、１０２、１０３から絶縁され
ている。複数の永久棒磁石１１０はエンド磁束路プレー
ト１０６、１０７およびベース磁束路プレート１０８の
内側露出表面上に載置されている。上記永久棒磁石は互
いに平行で、そのＮ−Ｓ磁極方向がすべて同方向をさす
ように配置されている。この方向は、個々のマグネトロ
ン装置の全形を形成する方向チャネルの縦軸に平行であ
る。
銅のような熱および電気伝導材料、あるいは冷却チュー
ブに適する他の材料からなる複数の冷却剤搬送チューブ
１１５、１１６、１１７は永久棒磁石１１０のトップに
載置され、接触する。冷却剤搬送チューブ１１５、１１
６、１１７は液体あるいは気体冷却剤で充填され、マグ
ネトロン装置内の温度を所定の範囲内に保つ。冷却剤搬
送チューブ１１５、１１６、１１７は電気的に陰極であ
る。
永久棒磁石１１０および冷却剤搬送チューブ１１５、１
１６、１１７は、背面磁気サポートプレート１２１およ
びエンド磁気サポートプレート１２２、１２３（第１図
では見えない）によってマグネトロン装置の磁束路プレ
ート１０６、１０７、１０８に固定される。磁気サポー
トプレート１２１、１２２、１２３は、永久棒磁石とと
もに磁束路プレート１０６、１０７、１０８にネジによ
って固定される。
スパッタされる非磁性特殊材料からなるターゲットプレ
ート１３１、１３２、１３３はそれぞれ冷却剤搬送チュ
ーブ１１５、１１６、１１７の上部に載置される。ター
ゲットプレートの材料はスパッタに適する銅、金、クロ
ム、あるいは非磁性バナジウムニッケル等の非磁性材料
である。
角型あるいはＬ字型断面を有する磁力線保持装置１２５
は、ターゲットプレート１３１、１３２と１３３、エン
ド磁束路プレート１０６と１０７およびバック磁束路プ
レート１０８のサイドエッジに沿って配置され、よって
Ｌ字型のアームの一方は永久棒磁石１１０の極片端を支
え、又他のアームは、それら極片端に隣接、接続する。
磁力線保持装置１２５の長アーム部位の終端は、エンド
磁束路プレート１０６と１０７およびベース磁束路プレ
ート１０８の平面表面に隣接、接続する。磁力線保持装
置１２５は透磁性鉄あるいは軟鋼からなり、磁束路プレ
ート１０６、１０７、１０８とともに永久棒磁石の磁力
線配置を制御する。これらの磁力線保持装置は陽極であ
る。
第４図において、第１図で示したマグネトロン装置構成
の断面および磁力線配置を示す。磁力線４００はターゲ
ットプレート１３１の両サイドに配置された磁力線保持
装置１２５で終端する。この磁力線配置は、第３図に示
されるような隣接する２つのマグネトロンテバイス構成
３０１、３０２間のスパッタリング領域中の自由電子お
よびイオンの軌跡を含む。これらの粒子は、２つの隣接
するマグネトロン装置３０１と３０２によって決定され
る平行パイプ型スパッタリング領域内の楕円形パス内、
およびスパッタ中の通過領域の搬送パス方向３０３に垂
直な面内を移動する。
ステンレス鋼等の非磁性材料からなるサイドシールド部
材１０４は曲げられ、磁力線保持装置１２５の上部に延
長し、セラミックススタンドオフ１３８によって磁力線
保持装置から絶縁され、陽極電位を有する。シールド部
材はアーム１３６を有するＬ字形をなし、磁力線保持装
置１２５をプラズマ中にスパッタされる原子による衝撃
から保護する。
永久棒磁石１１０冷却剤搬送チューブ１１５、１１６と
１１７、磁気サポートプレート１２１、１２２と１２
３、磁力線保持装置１２５、および磁束路プレート１０
６、１０７と１０８はすべて陰極であり、電気的絶縁セ
ラミックスタンドオフ１３８中に挿入されたネジ１３９
によって、シールドサポート部材１０１、１０２と１０
３およびサイドシールド１０４と１０５（これらは陽
極）にスタンドオフの穴を通して固定され、上記のセラ
ミックスタンドオフは陰極コンポーネントとを陽極コン
ポーネントから電気的に分離する。
第１図において、マグネトロン装置構造は第２図に示さ
れるハッチプレート２５０上に載置される。ハッチプレ
ート２５０は、マグネトロン装置構造の処理区画内貫通
用穴２６１において、ハッチプレートを処理区画側壁２
６０に固定し、マグネトロン装置をスパッタリング処理
区画中に挿入する。マグネトロン装置はネジ２４２によ
ってハッチプレート２５０のネジ穴に固定され、ハッチ
プレート２５０はネジ２５２によって処理区画側壁２６
０のネジ穴に固定される。マグネトロン装置背面から突
出する冷却チューブ２５３は、冷却剤源および電源に接
続するため外部に延長ができる。上記チューブはハッチ
プレート２５０内の真空密閉穴２６３を通過する。
第３図において、第１図に示されるマグネトロン装置構
成３０１と３０２は、互いに隣接して処理区画内に配置
され、直角の平行パイプ型スパッタリング領域３０５を
形成する。２つのマグネトロン装置の隣接するレッグは
接触あるいはわずかに分離し、圧力で固定されるハッチ
プレート２５０が処理区画側壁２６０とともに空気密閉
部を形成できる。
隣接マグネトロン装置構成３０１と３０２からなる装置
は実質上従来の中空陰極スパッタリング装置と同等に作
動するが、作成が容易で、コストも安価である。磁界は
スパッタリング領域３０５内に含まれるため、スパッタ
動作は同領域内に限定される。
上記の装置は従来の中空陰極型マグネトロン構成の長所
の多くを有しながらも、従来の中空陰極装置ほどコスト
が高くないことは明白である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のマグネトロン装置の直角Ｃ型コンポ
ーネントの斜視図、 第２図は、制御中の処理区画内に第１図のマグネトロン
装置を載置中の分解斜視図、 第３図は、中空陰極マグネトロン装置として作動するた
めに一体化された第１図のマグネトロン装置の斜視図、 第４図は、第１図のマグネトロン装置の片側断面図およ
び磁力線構成を示す。 １０１……ベースシールドサポート部材 １０２，１０３……エンドシールドサポート部材 １０４，１０５……サイドシールド １０６，１０７……エンド磁束路プレート １０８……ベース磁束路プレート １１０……永久棒磁石 １２１……バック磁気サポートプレート １２２，１２３……エンド磁石サポートプレート １２５……磁力線保持装置 １３１，１３２，１３３……ターゲットプレート １３６……張出し １３８……セラミックススタンドオフ １３９，２４２，２５２……ネジ ２５０……ハッチプレート ２５３……冷却管 ２６０……側壁 ２６１……間 ２６３……密閉穴 ３０１，３０２……マグネトロン装置 ３０５……スパッタリング領域 ４００……磁力線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１ヨーク部材（１０１）と、第１ヨーク
    部材に垂直で、その両端に配置された第１および第２の
    エンド部材（１０２、１０３）とを有する第１ターゲッ
    ト（１３１）と、内部に磁界を発生する第１手段（１１
    ０）とを有する第１陰極ユニット（３０１）と、 第２ヨーク部材と、第２ヨーク部材に垂直で、その両端
    に配置された第３および第４のエンド部材とを有する第
    ２ターゲットと、内部に磁界を発生する第２手段とを有
    する第２陰極ユニット（３０２）とからなり、 第１ターゲットの第１エンド部材と第２ターゲットの第
    ３エンド部材、および、第１ターゲットの第２エンド部
    材と第２ターゲットの第４エンド部材の自由端がそれぞ
    れほぼ隣接するよう構成されて、第１および第２の陰極
    ユニットが互いに隣接して配置され、 それによって、ターゲット材料でコーティングされる被
    処理部材が通過できるような方形断面を有する通路が第
    １および第２陰極ユニットの内部に形成されることを特
    徴とする陰極型マグネトロン装置。
  2. 【請求項２】第１および第２手段は、それぞれ第１およ
    び第２陰極ユニット内に配置された複数の永久棒磁石か
    らなり、 これらの棒磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸は、方形断面を有
    する通路に沿って、陰極ユニットの長軸方向に平行に配
    置されることを特徴とする請求項１の装置。
  3. 【請求項３】通路の入口および出口でのターゲットのエ
    ッジは、磁界を通路の中に閉じ込めるように作用する磁
    性材料製の磁力線保持装置（１２５）で画成されている
    ことを特徴とする請求項２の装置。
  4. 【請求項４】冷却剤搬送用チューブ（１１６）を、第１
    手段と第１ターゲットの間、および、第２手段と第２タ
    ーゲットの間のそれぞれに有し、 第１および第２陰極ユニットに電位を与えるためにチュ
    ーブに電位が与えられることを特徴とする請求項３の装
    置。
  5. 【請求項５】磁力線保持素子をカバーし、それから絶縁
    され、陽極電位に保たれるサイドシールド（１０４、１
    ０５）を有する特徴とする請求項４の装置。
JP1297797A 1988-11-21 1989-11-17 陰極型マグネトロン装置 Expired - Lifetime JPH0645872B2 (ja)

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US273,766 1988-11-21
US07/273,766 US4915805A (en) 1988-11-21 1988-11-21 Hollow cathode type magnetron apparatus construction

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JPH02185969A JPH02185969A (ja) 1990-07-20
JPH0645872B2 true JPH0645872B2 (ja) 1994-06-15

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ID=23045309

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