JPS596375A - 磁気強調スパツタリング用の円筒形カソ−ド及びスパツタリング方法 - 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】 本発明はターゲットの磁気強調スパッタリングに適する
円筒形カソードに関する。

現在一般的に提案されている管状基盤をコーティングす
るだめの円筒形磁気強調制御スパンタリングカソード方
式は所謂１円筒形マグネトロンスパッタリング”方式に
属しこれはＥＰ公報００４５８２２に提案されて居り、
磁束線が曲線上にスパッタリング面から出て又それに戻
り、スパッタリング面上にアーク状の磁束部分を形成す
る如き磁束線を有する磁界を生ぜしめるためにスパッタ
リング面に対向する管状ターゲットの背部の後に配置さ
れたマグネットを含んでいる。カソードターゲットとア
ノードの間にグロー放電により生起するプラズマイオン
での衝撃によるカソードターゲットのスパッタリングの
間、カソードにより放出される二次エレクトロンは磁界
により螺旋状に伸長した径路に拘束される。この伸長し
たエレクトロンの径路はペニン理論（Ｐｅｎｎｉｎｇ’
ｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　）によれば存在ガスの増加し
たイオン化可能性と、又、従って、ターゲットのスパッ
タリング率を強化することに役立つものである。

この様なマグネトロンでは、浸食を均一とするために永
久磁石をターゲットに関して回転させるか、又は揺動さ
せねばならない。マグネトロンの永久磁石を受入れる管
状ターゲットの最小直径はほぼ３０１訓に位置する制限
値以下に低下させることは出来ない。カソードの暗部を
考慮すれば、約６０ｍｍ以下の直径を有する管状基盤を
コートすることは不可能となる。

内部に装着した永久磁石の代りに外部磁石、又はコイル
により磁界を作ることが出来る。この場合、ターゲット
をより小さい直径に減少させ得る。

ゝポストマグネトロン”として知られているその様なス
パッタリング装置は、併し、内部的にコートされる基盤
が強磁性でない場合に限られる。

本発明は円筒形の磁性強調スパッタリングカソードを提
供し、このカソードターゲットに於ける磁界はマグネト
ロンで生ずるものではない。従ってターゲットの浸食は
均一で、マグネットを回転させるための駆動系統は不要
である。

電磁理論によれば導体に沿って電流が流れると導体軸回
りに同軸的に円形の磁気誘導線が生ずることが知られて
いる。ビオサバール（Ｂｉｏｔ、−３ｆａｖａｒｔ’ｓ
　）の法則は磁界強度が導体からの半径方向の距離の一
乗につれて減少することを規定している。

導体軸に同軸的に低圧ガス中に配置されたターゲツト面
をマイナスにバイアスさせることによりグロー放電が発
生する。ターゲツト面から放出されたエレクトロンは電
界により半径方向に加速されるが磁界により垂直に偏ら
される。この結果の運動は導体軸を中心とする螺旋形区
域に限局されターゲツト面に近い程磁界は強い。

導体に於ける電流を増加させることにより、ターゲット
百聞りのプラズマの収縮が生ずる。カソード暗部が極め
て狭い区域に低減されターゲツト面がコートすべき基盤
の円筒形壁により接近して包囲されている場合でも放電
現象を維持することが出来る。

本発明により対象物の面に薄いフィルムを生ずる典型的
な円筒形磁気強調スパッタリングカソードをよ 管状ターゲット； 管状ターゲット内に配置された中を電気導体；管状ター
ゲツト面りに磁界を生ずる導体を介して電流を加える手
段； 導体を介して流体冷媒を循環させる手段；を含んでいる
。

本発明による典型的なカソードに於て、電気的導体の端
部は接地から絶縁された低圧電流源に接続されている。

望ましくは、前記カソードを利用するスバツタリング装
置がマイナス端子を低圧電流源に接続させた直流の高圧
電源を含み、低圧電流源が典型的に交流電源である。

本発明の実施例に於て、カソードは管状ターゲットと電
気導体との間に設けられた環状密室を含み、環状密室は
圧力ガス冷媒源に接続されている。

本発明は、又円筒形磁気強調カソードスパッタリング装
置内の基盤上に薄いフィルムを生ずる方法にも関する。

以下図面を参照して本発明を説明する。

第１図に本発明を具体化する典型的なスパッタリング装
置を示す。この装置は支持体２に置かれたペルジャー１
を含み封止包囲部３を形成する。

支持体２は弁５を弁して（図示のない）真空ポンプ装置
に接続される吸出口４及びゲージ弁７により（図示のな
い）例えばアルゴンの如き適当なガス源に接続される取
入口６を有する。ペルジャー１は更に圧力計８を備えて
いる。

ペルジャー１０頂部に設けた中央円形開口９を通して接
続ブロック１０が導入されている。接続ブロック１０は
軸方向に孔をあけて通路１１を設け、この通路１１は三
つの部分を画定する三つの直径がある。軸方向に真直な
管状電気導体１２が最小直径部に嵌入されて封止包囲部
３内の中央を下方に伸長して軸方向凹所を有するプラン
ジャー１３内に入り、プランジャーの凹所面はこの管状
電気導体１２の閉止端と緊密に嵌合する。接続プランジ
ャー１３はこの閉止端と螺旋スプリング１４で軸方向に
係合し、又接地から絶縁された低圧トランス１５の二次
巻線の一端子に電気的に接続され、トランス１５の他の
端子は導体１２の他端に接続されている。このトランス
の主巻線は可変トランス１６により交流供給源（５０Ｈ
２）に接続されている。

管状ターゲラ）１７の上方端は接続ブロック１０にあげ
られた通路１１の最大直径部に嵌合し、管状電気導体１
２を同軸的に囲んで其の間に環状室１８を与えている。

この環状室１８は管状電気導体１２と通路１１の中間の
直径部との間にも設けられている。この環状室の上端部
開口は４分岐接手２１及びゲージ弁２２を介してダクト
２０によりヘリウムの如き冷媒ガス源１９に接続されて
いる。接手２１の他の二つの分岐は弁２３を介して（図
示のない）適宜なポンプ装置に、又圧力計２４を介して
制御回路の入力に夫々接続されている。

管状ターゲットの下端は接続プランジャー１３に対して
係合している。二つの保持ディスク２６．２７が管状タ
ーゲットの上方及び下方の端部の囲りに接続ブロック１
０及び支持体２にねじ込まれている。二つのゝ０“リン
グ２８．２９がターゲット１７の端部の周辺にしっかり
と嵌められ、保持ディスク２６．２７の軸方向開口端部
で接続ブロック１０及び支持体２に隣接した部分に夫々
設けた環状ベベルにより接続ブロック１０及び支持体２
に対して圧せられている。従って環状室１８は封止され
、ターゲラ）１７は損耗した時には交換が可能である。

接地された円筒形管状基盤３０がターゲット１７の囲り
に包囲部３０内に同軸的に配置され、一方管状電気導体
１２はスイッチ３１及び電流計３２を介して高電圧源３
３のマイナス端子に接続され、この電圧源の他端子は接
地されている。従って管状電気導体１２はスパッタリン
グ装置のカソードで、管状基盤３０はスパッタリング装
置のアノードである。スイッチ３１は又制御回路２５の
出力に、又一方圧力計８に接続されている。制御回路２
５は計器８により記録される圧力があらかじめ定めた値
に関して突然の低下を示すか否かスイッチ３１の開放を
トリガーする様になっている。

管状電気導体１２の上端部は外部にねじ切りを行ってあ
り、（図示のない）水冷媒回路に接続される入口３５、
出口３６を有する接続部材３４にねじ込まれている。軸
方向ダクト３７が入口３５を管状電気導体１２内を下方
にこの導体の閉止端迄延ばし、一方出口３６は前記軸方
向ダクト３７と導体１２との間に設けられた環状壁間に
通じている。水冷媒回路（図示なし）に接続される入口
３９と出口４０とを有する二次水コンジットが支持体２
を貫通している。

上述したスパッタリング装置は次の様に作動する。

本例に於ては長さ２００咽の適宜なターゲット１Ｔが管
状電気導体１２の囲りに嵌められコートすべき基盤３０
がその囲りに配置される。封止包囲部３が排気され１０
　”ｍバール（ｌパスカル）のオーダーのアルゴン圧力
が維持される。従って環状室１８も弁２３を弁して排気
され、ゲージ弁２２により１３．１０２パスカルのオー
ダーの圧力でヘリウム雰囲気が導入される。管状電気導
体１２はトランス１５により電流、典型的に低電圧高密
度電流、例えば０．５Ｖ、１００ＯＡの電流を供給され
、それにより磁界が形成される。磁界の線は管状導体１
２の囲りに同軸的に生ずる。冷却の目的で水が導体１２
及び支持体１２を循環される。

更に管状導体１２を典型的に５００−１２００Ｖ、０．
４Ａの電流を使用する高電圧源でマイナスにバイアスす
ることによりカソード導体１２とアノード基盤３０との
間にグロー放電が形成される。

ターゲツト面１７からエレクトロンが放出され電界によ
り半径方向に加速されるが磁界により垂直に偏らされる
。その結果の動きは管状電気導体軸１２に垂直な面に含
まれコートされる基盤に伸長する螺旋経路に従う。この
螺旋がターゲツト面により近くを通れば磁界はより強く
なる。管状導体１２に於ける供給電流を増加することに
より、ターゲラ）１７囲りのプラズマの収縮が観察出来
る。

管状導体１２が管状基盤３０により接近して包囲される
場合でもカソード暗部在所は極めて狭い区域に低減され
放電を維持することが出来る。

試験を直流でも行ったが、この直流は全波整流三相交流
から得、又三相可変トランスで主巻線で調節した。得ら
れた放電電流は交流供給源から得た場合よりも実質的に
低い。更に導体の長手軸に沿ったターゲット位置の関数
として得られるスパッタリング率は極めて不規則である
。第２ａ、第２ｂ図は直径１０ｍのターゲット１７、バ
イアス電圧１０００Ｖ、放電電流２００　ｍＡ１アルゴ
ン圧カフ、９パスカル（６，１０”　）ル）で直流及び
交流源からのスパッタリング率の比較図である。横座標
の値は基盤３０を形成する環状の積重ねリングに関する
。

第３図は交流供給電流及び基盤３００種々の内径の関数
としての放電電流の図面であり、アルゴン圧力は７．９
パスカル（６，１０トル）、バイアス電圧は１ｏｏｏｖ
である。１〜４０種々のカーブは基盤内径に対応し、■
は４１　ｍｍ、２は３６１＋１ｍ、３は２４ｆｌ血、４
は２０ｍの直径である。

ターゲット上での観察された最大消費パワー（ｌＯＷ／
Ｄ）ｒ）は円筒形マグネトロン上で得られる平均値に対
応する。

説明したスパッタリング方式の主たる％徴は比較的小直
径の管を内部的にコートすることが出来る能力である。

２４問内径の鋼製管を成功裡にコートした。より小さい
直径に対しては放電電流が漸次減少する。得られたカー
ブによれば、若干高い圧力と高電磁流で２０調以下の直
径の管でもコート可能となる。

通常のマグネトロンと比較して説明した装置はより高い
圧力で作動する。このことはコーティングの品質につい
て望ましくない結果ともなり得る。

然しなから極く短距離でコーティングを行うことが出来
るということは前述の様な欠点があったとしてもそれを
大きく補うものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による円筒形磁気強調スパッタリングカ
ソードを含む典型的なスパッタリング装置の説明的断面
図、 第２ａ、２ｂ図は直流源、交流源により付勢される管状
ターゲットカソードに沿ったスパッタリング率の比較図
、 第３図は円筒形基盤の種々の内径に対する交流電源の関
数としての放電電流を示す図面である。 尚図面に於て、 １２：管状電気導体、 １５：低電圧トランス、 １７：　管状ターゲット、 １８：環　状　室、 １９：冷媒ガス源、 ３０：管状基盤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕　　対象物面上に薄いフィルムを生ぜしめる円筒
   形磁気強調スパッタリングがンードで、管状のターゲッ
   ト； 管状ターゲット内に配置された中壁電気導体；管状ター
   ゲットの囲りに磁界を生ずる導体を介して電流を付与す
   る手段； 電気導体を介して流体冷媒を循環させる手段；を含むス
   パッタリングカソード。 （２）電気導体の端部が接地から絶縁された低電圧電流
   源に接続されている前記第１項記載の円筒形磁気強調ス
   パッタリングカソード。 （３）前記第２項に記載の円筒形磁気強調スパッタリン
   グカソードを利用するスパッタリング装置であって、マ
   イナス端子が低電圧電流源に接続された直流電圧源を含
   むスパッタリング装置。 （４）低電圧電流源が交流電源である前記第２項に記載
   の円筒形磁気強調スパッタリングカソード。 ・（５）前記第１項記載の円筒形磁気強調スパッタリン
   グカソードで、更に、管状ターゲットと電気導体との間
   に設けられた環状封止室を含み、この環状封止室が圧力
   下のガス冷媒源に接続されているスパッタリングカソー
   ド。 〔６〕　　円筒形の磁気強調カソードスパッタリング装
   置内の基盤上に薄いフィルムを生せしめる方法で、 管状ターゲット内に配置された中空電気導体と、管状導
   体の外側に位置する少くとも一つのアノードとを提供す
   ることと。 電気導体を介して流体冷媒を循環させることと；管状タ
   ーゲット囲りに、磁界を生ぜしめる導体を介して電流を
   付与することと； 管状ターゲットとアノードとの間にグロー放電を生ぜし
   めることと； を含む方法。 （カ　アノードが基盤である前記第６項に記載の基盤上
   に薄いフィルムを生ぜしめる方法。 （８）導体を介して加えられる電流か低電圧交流である
   前記第６項記載の基盤上に薄いフィルムを生ぜしめる方
   法。 （９）導体を介して付与される電流が直流である前記第
   ６項に記載の基盤上に薄いフィルムを生ぜしめる方法。