JPS6164879A - 平面マグネトロン・スパッタリング陰極組立体 - Google Patents
平面マグネトロン・スパッタリング陰極組立体Info
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- JPS6164879A JPS6164879A JP60140636A JP14063685A JPS6164879A JP S6164879 A JPS6164879 A JP S6164879A JP 60140636 A JP60140636 A JP 60140636A JP 14063685 A JP14063685 A JP 14063685A JP S6164879 A JPS6164879 A JP S6164879A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
- H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3488—Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
- H01J37/3497—Temperature of target
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
組込む(磁石組立体に関する。縞木上に金へその他の物
′lグの薄IIgk付治させるために:+−面マグネト
ロン・スパッタリング装置が広く使用さ汎るようになっ
てさて寂り、浬々の用途丁モft ラしている。このコ
ーチインク技術の王たる利照の1つはその万能性にある
。その詔力九対するかなりの要求は、高温にさらすこと
なく基端上に材料を飛散させることにある。
′lグの薄IIgk付治させるために:+−面マグネト
ロン・スパッタリング装置が広く使用さ汎るようになっ
てさて寂り、浬々の用途丁モft ラしている。このコ
ーチインク技術の王たる利照の1つはその万能性にある
。その詔力九対するかなりの要求は、高温にさらすこと
なく基端上に材料を飛散させることにある。
一方、この技術は高す基体温度を必要とする方法にも適
用できる。陰極の放出した砥子束が基端に流れて基体を
摂氏数百度まで加熱する可能性がある。しかしながら、
周知のように、陰極に電子捕獲用シールドを設けて、基
体の冷間操作を望む場合に成子加熱を防ぐことができる
。熱間基体法の例としては例えば米国特許第4,400
,255 (K15net )に記載されている。この
米国特許の方法によれば、ガラス化ジルコニア・シンプ
ルにプラチナ・薄膜をスパッター付着させることによっ
て排気カス酸素センサを作るが、スパッタリング作業中
スパッタリング陰極からの成子の流れによってシンプル
は高温に加熱される。この米国特許で指摘されているよ
うに、ニューヨーク州オレンジバーグ市のMateri
als Re5earch(’□rporationの
市販しているModel MRC902の直流マグネト
ロン・スパッタリング装置がこのスパッタリング作業で
1更用されている。
用できる。陰極の放出した砥子束が基端に流れて基体を
摂氏数百度まで加熱する可能性がある。しかしながら、
周知のように、陰極に電子捕獲用シールドを設けて、基
体の冷間操作を望む場合に成子加熱を防ぐことができる
。熱間基体法の例としては例えば米国特許第4,400
,255 (K15net )に記載されている。この
米国特許の方法によれば、ガラス化ジルコニア・シンプ
ルにプラチナ・薄膜をスパッター付着させることによっ
て排気カス酸素センサを作るが、スパッタリング作業中
スパッタリング陰極からの成子の流れによってシンプル
は高温に加熱される。この米国特許で指摘されているよ
うに、ニューヨーク州オレンジバーグ市のMateri
als Re5earch(’□rporationの
市販しているModel MRC902の直流マグネト
ロン・スパッタリング装置がこのスパッタリング作業で
1更用されている。
標的1吏用効率を改善する試みでは、もつと新しいスパ
ッタリング陰極装置が同じ製造業者から市販されており
、これは米国特許第4,198.283号(C1ass
等)に記載されている。このスパッタリング陰極をMB
C装置に組込み、排気ガス酸素センサを製作することが
試みられた。このスパッタリング陰極は、当初、冷開基
体操作のために内外の電子捕獲シールドを備えていた。
ッタリング陰極装置が同じ製造業者から市販されており
、これは米国特許第4,198.283号(C1ass
等)に記載されている。このスパッタリング陰極をMB
C装置に組込み、排気ガス酸素センサを製作することが
試みられた。このスパッタリング陰極は、当初、冷開基
体操作のために内外の電子捕獲シールドを備えていた。
ところが、ジルコニア・シンプルの加熱を強化すべくシ
ールドを取外した場合でも、正規の生産で使用すると同
じ電力を使用しながらもシンプルの加熱が不充分とをシ
、製品の品質が許容以下であった。
ールドを取外した場合でも、正規の生産で使用すると同
じ電力を使用しながらもシンプルの加熱が不充分とをシ
、製品の品質が許容以下であった。
本発明の主題である新規な陰極構造および新規な磁石組
立体を設計することによって、卓越した品質の排気ガス
酸素センサを従来よりも高いスパッタリング速度で製造
することが可能となシ、さらに、スパッタリング装置の
非樋働時間を短縮することが可能となった。
立体を設計することによって、卓越した品質の排気ガス
酸素センサを従来よりも高いスパッタリング速度で製造
することが可能となシ、さらに、スパッタリング装置の
非樋働時間を短縮することが可能となった。
この設計では、マグネトロン・スパッタリングで普通に
使用されているよりも高い磁束密度を利用し、また、標
的を迅速に交換できるようにした配置を利用している。
使用されているよりも高い磁束密度を利用し、また、標
的を迅速に交換できるようにした配置を利用している。
強い磁石と、スパッタリング室内に全体的に収容された
磁気回路とを使用することによって磁界強さは高められ
る。これは、スパッタリング室の外側VC磁石全配置し
、磁界を銅製のヒート・シンクを通してスパッタリング
室につなげる従来のマグネトロン・デザインとは逆であ
る。
磁気回路とを使用することによって磁界強さは高められ
る。これは、スパッタリング室の外側VC磁石全配置し
、磁界を銅製のヒート・シンクを通してスパッタリング
室につなげる従来のマグネトロン・デザインとは逆であ
る。
このような洗練された磁石組立体デザインはマグネトロ
ン・スパッタリング室の直空条件や熱条件に適合する。
ン・スパッタリング室の直空条件や熱条件に適合する。
したがって、本発明の一般的な目的は磁束密度を高める
だめの効果的な磁気回路を有するマグネトロン・スパッ
タリンク陰極、組立体を提供することにある。
だめの効果的な磁気回路を有するマグネトロン・スパッ
タリンク陰極、組立体を提供することにある。
不発明の別の目的は迅速な標的:2候を容易に行なえる
標的取付位置を有するマグネトロン・スパッタリング陰
極組立体を提供することにある。
標的取付位置を有するマグネトロン・スパッタリング陰
極組立体を提供することにある。
本発明のまた別の目的は待にマグネトロン・スパッタリ
ング陰極組立体KM用し、スパッタリング室の環境に適
合する磁石組立体を提供することにある。
ング陰極組立体KM用し、スパッタリング室の環境に適
合する磁石組立体を提供することにある。
本発明は、2部分式の鋼ハウジング内に密封した高強度
磁石を有し、1つのハウジング部分が磁極と接触してお
り、磁極片として作用する強磁性*質を含み、他方のハ
ウジング部分が他方の磁極および磁石の側面を囲んでハ
ウジングを完成している非磁性物質を含む平面マグネト
ロン・スパッタリング陰童組立体を包含する。本発明に
よるマグネトロン・スパッタリング陰極組立体は2つの
このようなイム石組立体を包含し、これらの磁石組立体
は磁性銅表のバッキング・プレートに直接取付けてろっ
て水冷ヒート・シンクおよびこのヒート・シンクに直凄
装庸した標的でほぼ占められた空間を構成する。本発明
の好ぼしい芙施例では、マグネトロン・スパッタリング
陰極組立体はバッキング・プレート2よひヒート・シン
クを貫通して込て標的に螺合したねじ式ファスナを包含
する。急速標的交換配置を包含する。
磁石を有し、1つのハウジング部分が磁極と接触してお
り、磁極片として作用する強磁性*質を含み、他方のハ
ウジング部分が他方の磁極および磁石の側面を囲んでハ
ウジングを完成している非磁性物質を含む平面マグネト
ロン・スパッタリング陰童組立体を包含する。本発明に
よるマグネトロン・スパッタリング陰極組立体は2つの
このようなイム石組立体を包含し、これらの磁石組立体
は磁性銅表のバッキング・プレートに直接取付けてろっ
て水冷ヒート・シンクおよびこのヒート・シンクに直凄
装庸した標的でほぼ占められた空間を構成する。本発明
の好ぼしい芙施例では、マグネトロン・スパッタリング
陰極組立体はバッキング・プレート2よひヒート・シン
クを貫通して込て標的に螺合したねじ式ファスナを包含
する。急速標的交換配置を包含する。
上記および他の利点は添付図面に関連した以下の説明か
ら明らかとなろ9゜ 第1図を参照して、ここに示す平面マグネトロン・スパ
ッタリング陰極組立体1oはスパッタリング室の頂壁1
2にある開口内に装着されており、その少なくとも一部
がスパッタリング室内に下向きに延びている。陰極組立
体10の上方要素は矩形の磁性ステンレス鋼製バッキン
グ・プレート14であり、これは頂壁12の開口を覆っ
ておシ、開口を囲む1気的に絶縁性の直空シール16に
よって頂壁12から隔てられている。バッキング・プレ
ート14は、好ましくは、以下により詳しく説明するC
arpenter No、 630コンデイシヨンAの
ステンレス鋼ケ含む。嬉2図に最も良く示すように、傑
の彫金した内側磁石組立体18と矩形環体または演代の
形をした外ルす磁石組立体20かバッキング・プレート
14の妊に直接取付けてあり、磁力によって所足位置に
保持されている。外側磁石組立体20は内側磁石組立体
18を囲んでそれとの闇に矩形の空間を構成している。
ら明らかとなろ9゜ 第1図を参照して、ここに示す平面マグネトロン・スパ
ッタリング陰極組立体1oはスパッタリング室の頂壁1
2にある開口内に装着されており、その少なくとも一部
がスパッタリング室内に下向きに延びている。陰極組立
体10の上方要素は矩形の磁性ステンレス鋼製バッキン
グ・プレート14であり、これは頂壁12の開口を覆っ
ておシ、開口を囲む1気的に絶縁性の直空シール16に
よって頂壁12から隔てられている。バッキング・プレ
ート14は、好ましくは、以下により詳しく説明するC
arpenter No、 630コンデイシヨンAの
ステンレス鋼ケ含む。嬉2図に最も良く示すように、傑
の彫金した内側磁石組立体18と矩形環体または演代の
形をした外ルす磁石組立体20かバッキング・プレート
14の妊に直接取付けてあり、磁力によって所足位置に
保持されている。外側磁石組立体20は内側磁石組立体
18を囲んでそれとの闇に矩形の空間を構成している。
これら2つのiで石組立体の間の空間内には矩、杉壊状
の鋼製ヒート・シンク24が設置してめってこれら磁石
組立体の向い合った側面と熱幻に密着している。ヒート
・シンクと磁石組立体との良好な熱的結合を確保すべく
、これら3つのm1反要素は相互にプレスばめしてめり
、ビート・シンク24と磁石組立体18.20の間にイ
ンジウム基のシム(図示せず)が設けであるユ冷却水を
循環させる通路26がヒート・シンク24を貞いて設け
である。ヒート・シンクの頂からバッキング・プレート
14に設置た適当な孔を通して入口、出口水パイプ(図
示せず)が延びている。ヒート・シンクの、バッキング
・プレート14から隔たシ、そこから離れる方向に向い
た下面には、残いテーパ付きのくぼみ28が設けてあり
、このくぼみはの頂部はほぼ矩形の横断面の溝30とな
っている。くぼみ28はヒート・シンク24の下面に沿
って延びていて環状の谷部全形成している。
の鋼製ヒート・シンク24が設置してめってこれら磁石
組立体の向い合った側面と熱幻に密着している。ヒート
・シンクと磁石組立体との良好な熱的結合を確保すべく
、これら3つのm1反要素は相互にプレスばめしてめり
、ビート・シンク24と磁石組立体18.20の間にイ
ンジウム基のシム(図示せず)が設けであるユ冷却水を
循環させる通路26がヒート・シンク24を貞いて設け
である。ヒート・シンクの頂からバッキング・プレート
14に設置た適当な孔を通して入口、出口水パイプ(図
示せず)が延びている。ヒート・シンクの、バッキング
・プレート14から隔たシ、そこから離れる方向に向い
た下面には、残いテーパ付きのくぼみ28が設けてあり
、このくぼみはの頂部はほぼ矩形の横断面の溝30とな
っている。くぼみ28はヒート・シンク24の下面に沿
って延びていて環状の谷部全形成している。
矩形環状の標的32が平らな下面を有し、その上面はヒ
ート・シンク24のテーパ付きくぼみ28と係合する上
向きのテーパ付き突起34を有する。したがって、標的
32はヒート・シンクに対して良好な熱的をi 会を行
なう。突起34の頂はほぼ矩形の横断面のリブ36とな
っていて、このリブはヒート・シンクの溝30に着座し
ている。標的32の各側縁は薄いフランジ38となって
延在しており、このフランジは内外の磁石組立体18.
20の磁極下面を部分的に糧っている。標的32はバッ
キング・プレート14およびヒート・シンク24にある
適当な孔を貫通している複数のボルト40その他のねじ
式ファスナ1こよってPfr定位置に保持されている。
ート・シンク24のテーパ付きくぼみ28と係合する上
向きのテーパ付き突起34を有する。したがって、標的
32はヒート・シンクに対して良好な熱的をi 会を行
なう。突起34の頂はほぼ矩形の横断面のリブ36とな
っていて、このリブはヒート・シンクの溝30に着座し
ている。標的32の各側縁は薄いフランジ38となって
延在しており、このフランジは内外の磁石組立体18.
20の磁極下面を部分的に糧っている。標的32はバッ
キング・プレート14およびヒート・シンク24にある
適当な孔を貫通している複数のボルト40その他のねじ
式ファスナ1こよってPfr定位置に保持されている。
これらのボルト4aは標的のリブ36にある小さな孔4
1に螺合している。もちろん、標的ハ基体上にスパッタ
リング付着しようとしておりかつ排気ガス酸素センサを
コーティングしようとしている材料で形成してあり、す
なわち、非常に純度の高いプラチナで作ってろる。矩形
環状の標的は一体片として作っても工いし、第1図に示
すように、セグメント式にして・もよい。後者の場合、
特に、一対の艮い1+(llセグメント32aが磁石組
立体の長き方向に也゛び、標的端セグメント32bによ
って端を連、皓する。端セグメント32bは標的側セグ
メント32aについて図示し、説明したと同じIIv析
面を有する。標的側セグメントの端寸近のフランジ38
にノツチを設けて合端セグメント32bを収容している
。標的の外41]11寸法が約38、 I X 12.
7 cnt (15X 5インチ)、セグメント福が5
.08cm(2インチ)でりると好1しく、したがって
、2.54cm(1インチ)幅の細長いスペースで側セ
グメントが分離している。内側磁石組立体18の標的1
t(IIセグメント328間に露出してbる磁惰下面の
スパッタリングを避けるべく、プラチナその他の標的材
料の薄い箔44を磁極下面に接合してめる。
1に螺合している。もちろん、標的ハ基体上にスパッタ
リング付着しようとしておりかつ排気ガス酸素センサを
コーティングしようとしている材料で形成してあり、す
なわち、非常に純度の高いプラチナで作ってろる。矩形
環状の標的は一体片として作っても工いし、第1図に示
すように、セグメント式にして・もよい。後者の場合、
特に、一対の艮い1+(llセグメント32aが磁石組
立体の長き方向に也゛び、標的端セグメント32bによ
って端を連、皓する。端セグメント32bは標的側セグ
メント32aについて図示し、説明したと同じIIv析
面を有する。標的側セグメントの端寸近のフランジ38
にノツチを設けて合端セグメント32bを収容している
。標的の外41]11寸法が約38、 I X 12.
7 cnt (15X 5インチ)、セグメント福が5
.08cm(2インチ)でりると好1しく、したがって
、2.54cm(1インチ)幅の細長いスペースで側セ
グメントが分離している。内側磁石組立体18の標的1
t(IIセグメント328間に露出してbる磁惰下面の
スパッタリングを避けるべく、プラチナその他の標的材
料の薄い箔44を磁極下面に接合してめる。
あるいは代りに、標的の科長い側セグメント32aを第
4図に示すように2つまたはそれ以上の小さい側セグメ
ント32′に分割してもよい。これら標的セグメント3
2′は第1図の標的セグメント32aと同じ慣析面全有
し、したがって、各々が突起34′、リブ36′、フラ
ンジ38′およびねじ孔41′を有する。たとえ長い側
セグメントをだ標的下面に対してたとえば60度の角変
で切ったとしても短い側セグメント32′は1頃科した
平面に沿っており、約0.5Q8喘(0,02インチ)
の小さなギャップ33′が熱膨張に備えて設灯られる。
4図に示すように2つまたはそれ以上の小さい側セグメ
ント32′に分割してもよい。これら標的セグメント3
2′は第1図の標的セグメント32aと同じ慣析面全有
し、したがって、各々が突起34′、リブ36′、フラ
ンジ38′およびねじ孔41′を有する。たとえ長い側
セグメントをだ標的下面に対してたとえば60度の角変
で切ったとしても短い側セグメント32′は1頃科した
平面に沿っており、約0.5Q8喘(0,02インチ)
の小さなギャップ33′が熱膨張に備えて設灯られる。
短い万の側セグメント32′をヒート・シンクとの艮ノ
子なう各的1夛II虫せ犬聾で効果的に着座させて比較
釣合/ζい標的操作τ実施できる。長い側セグメント3
2aもヒート・シンク上に適切に着座させることができ
るが、この場合、弁筒に精dな従械カロエが必要であり
、プラチナのような硬い材料の場合には特にこのような
機械卯工には費用かっ・かる。短いセグメント・デザイ
ンの場合に2、精密機械加工要件はかなシ稜和される。
子なう各的1夛II虫せ犬聾で効果的に着座させて比較
釣合/ζい標的操作τ実施できる。長い側セグメント3
2aもヒート・シンク上に適切に着座させることができ
るが、この場合、弁筒に精dな従械カロエが必要であり
、プラチナのような硬い材料の場合には特にこのような
機械卯工には費用かっ・かる。短いセグメント・デザイ
ンの場合に2、精密機械加工要件はかなシ稜和される。
矩形環状の暗部シールド42がボルト46によって頂壁
12に固層してあり、この暗部シールドは外側磁石、組
立体20と゛接近した状態で陰極組立体10のまわりを
延びているが、外側7み石組立体20との間には小さな
ギャップ(2,54in = 0.1インチ未調)があ
り、標的32の外周から少し隔たっている。暗部シール
ド42の下面は標的32の下面と同じ平面にあるが、や
や高い半面に位置していてもよい。いずれにしても、暗
部シールド24は標的様との間に小ざいギャップ、たと
えば、1.016馴(004インチ)を持ち、外側磁石
組立体20の下面からのスパッタリングを防いでいる。
12に固層してあり、この暗部シールドは外側磁石、組
立体20と゛接近した状態で陰極組立体10のまわりを
延びているが、外側7み石組立体20との間には小さな
ギャップ(2,54in = 0.1インチ未調)があ
り、標的32の外周から少し隔たっている。暗部シール
ド42の下面は標的32の下面と同じ平面にあるが、や
や高い半面に位置していてもよい。いずれにしても、暗
部シールド24は標的様との間に小ざいギャップ、たと
えば、1.016馴(004インチ)を持ち、外側磁石
組立体20の下面からのスパッタリングを防いでいる。
本発明による磁石組立体デザインによれば、磁石をスパ
ッタリング室環境内で1吏用でさ、磁石に対して適切な
保護を与えることによって、高強度磁石材料、たとえば
、セラミ゛ツクまたは稀土類コバルト磁石材料を使用で
きる。
ッタリング室環境内で1吏用でさ、磁石に対して適切な
保護を与えることによって、高強度磁石材料、たとえば
、セラミ゛ツクまたは稀土類コバルト磁石材料を使用で
きる。
このような高強度磁石材料はもろくて、熱的、機械的な
衝霜で壊れやすい。さらに、このような磁石材料は多孔
性となりやすく、ス/<’ツタリング室のポンプ抽気作
業中に、磁石そのもののガス発生によりスパッタリング
作業の開始時に置割な遅延を生じさせる可能性がある。
衝霜で壊れやすい。さらに、このような磁石材料は多孔
性となりやすく、ス/<’ツタリング室のポンプ抽気作
業中に、磁石そのもののガス発生によりスパッタリング
作業の開始時に置割な遅延を生じさせる可能性がある。
この磁石組立揮デザインでは、磁石のだめの鋼クラッド
、好ましくは、ステンレス鋼クラッドを使用しており、
磁石をスパッタリング室環境からのいかなる捕Mガスか
らも隔離するように密封ケ行なう。一層詳しく言えば、
強磁性ステンレス鋼で作った磁極片52を磁石の一方の
磁極と接触させ、非磁性ステンレス鋼のキャップ50で
他方の磁極を覆い、磁極片と出合うまで磁石の側面に巷
付ける。外側磁石組立体20の一方のアームの横1所面
が第3図に示してある。キャップ50および磁極片52
ば、それぞれ、矩形環体として形成してあり、−環にな
って第2図に示す撰べ形態と形成している。非磁性ステ
ンレス閉、たとえば、Al5Iタイプ304のキャップ
50は断面が溝形となっている。すなわち、非常に薄い
端片54とこの端片から側方に延びかつ互いに隔たって
いて間にくぼみを形成している2つの脚56とを有する
。高強要磁石58はこのくぼみ内に着座しており、好ま
しくは、サマリウム・コバルト磁石である。
、好ましくは、ステンレス鋼クラッドを使用しており、
磁石をスパッタリング室環境からのいかなる捕Mガスか
らも隔離するように密封ケ行なう。一層詳しく言えば、
強磁性ステンレス鋼で作った磁極片52を磁石の一方の
磁極と接触させ、非磁性ステンレス鋼のキャップ50で
他方の磁極を覆い、磁極片と出合うまで磁石の側面に巷
付ける。外側磁石組立体20の一方のアームの横1所面
が第3図に示してある。キャップ50および磁極片52
ば、それぞれ、矩形環体として形成してあり、−環にな
って第2図に示す撰べ形態と形成している。非磁性ステ
ンレス閉、たとえば、Al5Iタイプ304のキャップ
50は断面が溝形となっている。すなわち、非常に薄い
端片54とこの端片から側方に延びかつ互いに隔たって
いて間にくぼみを形成している2つの脚56とを有する
。高強要磁石58はこのくぼみ内に着座しており、好ま
しくは、サマリウム・コバルト磁石である。
磁石58は一体片である必要はないが、好ましくは、4
つの靜状部片で1乍り、長い部片が磁石組立体の側面に
沿って延ひ、短い部片がイム石組立体の端に4応するよ
うにする。1コニ石58は図面に示すように垂直方向に
磁化されており、一方の磁極がキャップ端片54と接触
し、他方の磁極がキャップ50の開放端に向いている。
つの靜状部片で1乍り、長い部片が磁石組立体の側面に
沿って延ひ、短い部片がイム石組立体の端に4応するよ
うにする。1コニ石58は図面に示すように垂直方向に
磁化されており、一方の磁極がキャップ端片54と接触
し、他方の磁極がキャップ50の開放端に向いている。
磁極片52は磁性ステンレス鋼、たとえば、ペンシルバ
ニア州す−ディング市のCarpenterTechn
ology Corporation の製造してい
るCarpenter No、 630 コンディシ
ョンAステンレス鋼で作る。この鋼は磁気的に軟かい状
態まで用なましされ、A■S■Aイブ304ステンレス
鋼に匹敵する良好な溶接i生を待つ。
ニア州す−ディング市のCarpenterTechn
ology Corporation の製造してい
るCarpenter No、 630 コンディシ
ョンAステンレス鋼で作る。この鋼は磁気的に軟かい状
態まで用なましされ、A■S■Aイブ304ステンレス
鋼に匹敵する良好な溶接i生を待つ。
伍;う片52は境界60のところでキャップ50の脚5
6と衝合し、キャップのくぼみ内に入って磁石58の磁
極と接触するようになっている。厚い磁極片は磁石58
を高温の標的32の領域から隔離し、また、ヒート・シ
ンク24によって効果的に冷却されていて磁石58を高
い温度あるいは急激な温度変化から保護している。キャ
ップ50および磁極片52はそれらの境界のところを真
空緊迫接置によって接合されており、Iid石58を釧
ケーシング内に6・封している。この接合作業は、好寸
しくに、境が60に沿ったレーサー浴接によって実施さ
れる。これは、この?合接方法であれば、熱的な外乱を
最低に保ちながら磁石材料に対する優れた結合を行なえ
るからである。磁極片54は構造の保全性を損なわない
範囲でできる限り薄くして、磁束経路ておけるエアキャ
ップの影響を最低限に抑える。
6と衝合し、キャップのくぼみ内に入って磁石58の磁
極と接触するようになっている。厚い磁極片は磁石58
を高温の標的32の領域から隔離し、また、ヒート・シ
ンク24によって効果的に冷却されていて磁石58を高
い温度あるいは急激な温度変化から保護している。キャ
ップ50および磁極片52はそれらの境界のところを真
空緊迫接置によって接合されており、Iid石58を釧
ケーシング内に6・封している。この接合作業は、好寸
しくに、境が60に沿ったレーサー浴接によって実施さ
れる。これは、この?合接方法であれば、熱的な外乱を
最低に保ちながら磁石材料に対する優れた結合を行なえ
るからである。磁極片54は構造の保全性を損なわない
範囲でできる限り薄くして、磁束経路ておけるエアキャ
ップの影響を最低限に抑える。
その寸法としては、厚さ0.76 mm (0,33イ
ンチ)であることが実用的な値である。磁石58そのも
のの横断面は、たとえば、1咄1.26art (0,
5インチ)、高さ1.78 cm (0,フインチ)で
あってもよい。磁極片52はヒート・シンク24の下方
外縁の平面に対して垂直方向下方に延びており、その外
僅に沿って面取りしてあって標的32に向って磁束を集
中させる。
ンチ)であることが実用的な値である。磁石58そのも
のの横断面は、たとえば、1咄1.26art (0,
5インチ)、高さ1.78 cm (0,フインチ)で
あってもよい。磁極片52はヒート・シンク24の下方
外縁の平面に対して垂直方向下方に延びており、その外
僅に沿って面取りしてあって標的32に向って磁束を集
中させる。
外側磁石組立体20の構造原理は内m:1is石組立体
18にも応用される。内側磁石組立体18の形態は明ら
かに外側磁石組立体20とは異なっているが、磁石材料
は外側磁石組立体とほぼ同じ量全使用する。したがって
、磁気回路が標的付近における必要なエアギャップと両
立するように効果的に設は得ることはわかるであろう。
18にも応用される。内側磁石組立体18の形態は明ら
かに外側磁石組立体20とは異なっているが、磁石材料
は外側磁石組立体とほぼ同じ量全使用する。したがって
、磁気回路が標的付近における必要なエアギャップと両
立するように効果的に設は得ることはわかるであろう。
磁気回路の効率および強い磁石の防用によって、標的表
面での磁束密度は平面マグネトロン・スパッタリング用
途では例外的に高いものとなる。このような強い磁界は
同じ電力で付M速度、−磁束を犬きくできるという利点
を持つ。特別の列として、1、27 X 1.78 c
m (0,5X 0. フインチ)の横断面、漬を有す
るサマリウム・コバルト磁石を含む外側磁石組立体と同
じ磁石材料を同じ量待つ内側磁石組立体からなり、磁石
7徂立体高さが約3.81 cm (1,5インチ)で
あり、標的領域のエアギャップが3.175 cm (
1,25インチ)のオーダーにある場合に、標的面の中
央でそnに対して平行に750カウスの磁束ぞ度を・侍
ることができ、谷罎喚下面に対して直角にかつそれに隣
接して3000カウスの磁束密麓を得ることができる。
面での磁束密度は平面マグネトロン・スパッタリング用
途では例外的に高いものとなる。このような強い磁界は
同じ電力で付M速度、−磁束を犬きくできるという利点
を持つ。特別の列として、1、27 X 1.78 c
m (0,5X 0. フインチ)の横断面、漬を有す
るサマリウム・コバルト磁石を含む外側磁石組立体と同
じ磁石材料を同じ量待つ内側磁石組立体からなり、磁石
7徂立体高さが約3.81 cm (1,5インチ)で
あり、標的領域のエアギャップが3.175 cm (
1,25インチ)のオーダーにある場合に、標的面の中
央でそnに対して平行に750カウスの磁束ぞ度を・侍
ることができ、谷罎喚下面に対して直角にかつそれに隣
接して3000カウスの磁束密麓を得ることができる。
矩形環状の外側磁石配置を利用している矩形標的形式の
市販されている平面マグネトロン・スパッタリング陰極
について研究したところ、2本の以上に高い電子束が陰
ワ、咀立体の対向した角隅に生じ、陰甑組立体の下方で
基体に衝突する電磁束が基体を加熱するために不均一な
電子の流れが生じ、それによって基体にホットスポット
が生じることがわかった。当業者であれば良くわかるよ
うに、マグネトロン・スパッタリング装置の効果的な;
下用は、大部分、磁界によって生じた無端ルー ゛
プ内に4子場を捕えることによる。7E子の一部は主と
して磁極のところでこの場から逃げ、その結果生じたば
子の流れは基体加熱の主たる原因となる。標的の角隅の
ところでの高い電子放出がこnらの角隅のところで磁界
に弱いところろるい(は中吋があることに原因すると考
えら几る。本元明lこよる覧石屯立体デサインは磁石組
立体の角隅のところ/ζ/氏は′均一な、あるい+i、
夕なくとも連続した磁界?生じさぞ、その結果、逗子の
不均一な放出がほぼ除かれる。こ7″Lを行なうべく、
外側磁石組立体20のa極片52を一体の鋼片として形
成し、磁石組立体20の角隅でさえ、ギャップあるいは
溶接部が存在しない。もしこれらが存在すると、磁気特
性が不均一になる。
市販されている平面マグネトロン・スパッタリング陰極
について研究したところ、2本の以上に高い電子束が陰
ワ、咀立体の対向した角隅に生じ、陰甑組立体の下方で
基体に衝突する電磁束が基体を加熱するために不均一な
電子の流れが生じ、それによって基体にホットスポット
が生じることがわかった。当業者であれば良くわかるよ
うに、マグネトロン・スパッタリング装置の効果的な;
下用は、大部分、磁界によって生じた無端ルー ゛
プ内に4子場を捕えることによる。7E子の一部は主と
して磁極のところでこの場から逃げ、その結果生じたば
子の流れは基体加熱の主たる原因となる。標的の角隅の
ところでの高い電子放出がこnらの角隅のところで磁界
に弱いところろるい(は中吋があることに原因すると考
えら几る。本元明lこよる覧石屯立体デサインは磁石組
立体の角隅のところ/ζ/氏は′均一な、あるい+i、
夕なくとも連続した磁界?生じさぞ、その結果、逗子の
不均一な放出がほぼ除かれる。こ7″Lを行なうべく、
外側磁石組立体20のa極片52を一体の鋼片として形
成し、磁石組立体20の角隅でさえ、ギャップあるいは
溶接部が存在しない。もしこれらが存在すると、磁気特
性が不均一になる。
こうして、明らかなように、不冗明によるマグネトロン
陰極構造は2つの領域で利点を与える。すなわち、スパ
ッタリング作業と、作業の間の機械の非稼働時間の改善
の画点である。基体の加熱とコーティングを必要とする
排気カス酸素センサを作るだめのスパッタリング作業で
は、磁界がより強く、より均一であれば、より迅速、よ
り均一な刀0熱を行ない、より高いフィルム付着速度を
得る作業パラメータの選定が可能となる。これらのパラ
メータは、すべて、品質の良い部品の歩留シを改善する
と共にスパッタリング適度を高める。標、的のズ俣およ
びtmの保守のたつにスパッタリング室を囲ける必要が
りる場合でも、標的の交侠が容易でめる(2.30分で
g易に行なわれる)ことにより、また、スパッタリング
室に@仝を生じさせるポンプ油気作業を迅速とすること
により、機械の非塚1動時1iflが取手となる。ポン
プ油気作業は、ガス発生が最小である材料、特に磁石の
ステンレス鋼クラッドを1更用することによって速めら
れ、まったく高真空技術に匹敵する没どとなる。
陰極構造は2つの領域で利点を与える。すなわち、スパ
ッタリング作業と、作業の間の機械の非稼働時間の改善
の画点である。基体の加熱とコーティングを必要とする
排気カス酸素センサを作るだめのスパッタリング作業で
は、磁界がより強く、より均一であれば、より迅速、よ
り均一な刀0熱を行ない、より高いフィルム付着速度を
得る作業パラメータの選定が可能となる。これらのパラ
メータは、すべて、品質の良い部品の歩留シを改善する
と共にスパッタリング適度を高める。標、的のズ俣およ
びtmの保守のたつにスパッタリング室を囲ける必要が
りる場合でも、標的の交侠が容易でめる(2.30分で
g易に行なわれる)ことにより、また、スパッタリング
室に@仝を生じさせるポンプ油気作業を迅速とすること
により、機械の非塚1動時1iflが取手となる。ポン
プ油気作業は、ガス発生が最小である材料、特に磁石の
ステンレス鋼クラッドを1更用することによって速めら
れ、まったく高真空技術に匹敵する没どとなる。
逆に、たとえば、軟鉄磁極片を夏用すると、鉄のガス発
生により、ポンプ抽気時間は延ひる。
生により、ポンプ抽気時間は延ひる。
本発明の陰極配置は特に高7晶の基体上に材料のフィル
ムを付着するために設計してあるが、先に列挙した利点
の多くが低温基体でも保たれることは了解されたい。基
体の力0熱は磁極付近に冠子捕獲シールドを設けること
VCよって最低に抑え得る。このようなシールドの追加
によジ、標的父侠時間が長くなるおてれがあるが、それ
でも、強い磁界の利点にょシ、なお、付着速度、生産性
共に高く、比較的弱い磁界を使用する従来のデザインの
場合の値まで作業パラメータを調節することかでさるこ
とから得る他の利点も確保できる。
ムを付着するために設計してあるが、先に列挙した利点
の多くが低温基体でも保たれることは了解されたい。基
体の力0熱は磁極付近に冠子捕獲シールドを設けること
VCよって最低に抑え得る。このようなシールドの追加
によジ、標的父侠時間が長くなるおてれがあるが、それ
でも、強い磁界の利点にょシ、なお、付着速度、生産性
共に高く、比較的弱い磁界を使用する従来のデザインの
場合の値まで作業パラメータを調節することかでさるこ
とから得る他の利点も確保できる。
第1図は本発明による平面マグネトロン・スパッタリン
グ陰極組立体の断面斜視図;第2図は第1図の平面マグ
ネトロン・スパッタリング陰極組立体の2つの磁石組立
体の斜視図; 第3図は第2図の3−3線に沿った、1つの磁石組立体
の横断面図;及び 第4図は第1図の平面マグネトロン・スパッタリング陰
極組立体のための別の標的の部分破断斜視図である。 〔主要部分の符号の説明〕 10・・・平面マグネトロン・スパッタリング陰極、組
立体、12・・・m壁、14・・バッキング・プレート
、16・眞仝シール、18 内fIIil磁石組立体、
20・・・外側磁石組立体、24・・・ヒート・シンク
、32・・標的、34・・テーパ付き突起、36・・・
リブ、38・・フランジ、40・・ホルト、42・・・
暗部シールド、50・・キャップ、52・・・磁極片、
58・・高強度磁石。 出願人、 セネラル モーターズ コーポレーション
手続補正書 昭和60年9月18日
グ陰極組立体の断面斜視図;第2図は第1図の平面マグ
ネトロン・スパッタリング陰極組立体の2つの磁石組立
体の斜視図; 第3図は第2図の3−3線に沿った、1つの磁石組立体
の横断面図;及び 第4図は第1図の平面マグネトロン・スパッタリング陰
極組立体のための別の標的の部分破断斜視図である。 〔主要部分の符号の説明〕 10・・・平面マグネトロン・スパッタリング陰極、組
立体、12・・・m壁、14・・バッキング・プレート
、16・眞仝シール、18 内fIIil磁石組立体、
20・・・外側磁石組立体、24・・・ヒート・シンク
、32・・標的、34・・テーパ付き突起、36・・・
リブ、38・・フランジ、40・・ホルト、42・・・
暗部シールド、50・・キャップ、52・・・磁極片、
58・・高強度磁石。 出願人、 セネラル モーターズ コーポレーション
手続補正書 昭和60年9月18日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、磁性材料で作つたバッキング・プレート(14)と
、棒状の内側磁石組立体(18)と、前記内側磁石組立
体を囲んでいる細長い環状の外側磁石組立体(20)と
を有し、前記磁石組立体(18、20)が間に空間を形
成する向い合つた面を有し、かつ磁石組立体の夫々がバ
ッキング・プレート(14)に直接取付けられそれを支
持しかつ効果的な電磁継手となる第1磁極と、バッキン
グ・プレートから隔たつた第2磁極であつて地方の磁石
組立体の第2磁極との間に磁界を定める第2磁極とを有
し、内外の磁石組立体間の空間にある水冷ヒート・シン
ク(24)ヒート・シンクに熱的に結合した細長い環状
の標的(32)とを包含する平面マグネトロン・スパッ
タリング陰極組立体(10)において、各磁石組立体(
18、20)が2つの磁極を有する磁石手段(58)と
、これらの磁極の一方と係合している鋼製の磁極片(5
2)と、他方の磁極および磁石手段の側面を密接に囲み
かつ磁極片(52)と係合している非磁性鋼溝形部材(
50)と、前記溝形部材を磁極片(52)に対してシー
ルしている溶接部とを含み、以つて、磁石手段(58)
が鋼内に完全に収容されてスパッタリング陰極環境から
隔離され、内外の磁石組立体間の空間内に位置する水冷
ヒート・シンク(24)が前記磁石組立体(18、20
)を冷却するように前記空間を定めている面と熱的に密
接に接触した状態にあり、ヒート・シンク(24)がバ
ッキング・プレート(14)から離れる方向に向きかつ
それから隔たつている面(28)を有し、細長い環状の
標的(32)が前記磁界内で前記ヒート・シンク面(2
8)に熱的に結合していることを特徴とする平面マグネ
トロン・スパッタリング陰極組立体。 2、特許請求の範囲第1項記載の平面マグネトロン・ス
パッタリング陰極組立体において、バッキング・プレー
ト(14)から離れる方向に向いたヒート・シンク(2
4)の面(28)に環状のくぼみが設けてあり、前記細
長い環状の標的(32)が磁界内で前記ヒート・シンク
面(28)のくぼみに熱的に密接に結合した環状の突起
(34)を有し、また、標的(32)をヒート・シンク
(24)に固着して急速標的交換を容易にする手段が設
けてあり、この手段がバッキング・プレート(14)お
よびヒート・シンク(24)を貫通し、標的の突起(3
4)に螺合するねじ式ファスナ手段(40)を包含する
ことを特徴とする平面マグネトロン・スパッタリング陰
極組立体。 3、特許請求の範囲第1項記載の平面マグネトロン・ス
パッタリング陰極組立体において、ヒート・シンク面(
28)がバッキング・プレートから離れる方向に向いて
形、奴した環状の谷部を有し、細長い環状の標的(32
)がこの谷部に着座し、ヒート・シンク(24)と熱的
に密着するテーパ付き突起(34)を有する矩形環状標
的であり、また、ヒート・シンク(24)に標的(32
)を固着して急速標的交換を容易にする手段が設けてあ
り、この手段がバッキング・プレート(14)およびヒ
ート・シンク(24)を貫通し、テーパ付き突起(34
)に螺合する複数のボルト(40)を包含することを特
徴とする平面マグネトロン・スパッタリング陰極組立体
。 4、特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれか1
つの項に記載のマグネトロン・スパッタリング陰極組立
体(10)のための磁石組立体(18)であつて、ステ
ンレス鋼製の磁極片(52)と、溝型横断面を定める側
方に延びた脚(56)を持ち、これらの脚が磁極片(5
2)に密封結合してあつて密閉空所を構成している端片
(54)を有する非磁性ステンレス鋼製キャップ(50
)と、それぞれ端片(54)と磁極片(52)に隣接し
た磁極を有し、前記空所内に設置した磁石(58)とを
包含し、それによつて、この磁石がステンレス鋼に完全
に包まれ、スパッタリング陰極組立体の環境から密封隔
離されていることを特徴とする磁石組立体。 5、特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれか1
つの項に記載のマグネトロン・スパッタリング陰極組立
体(10)のための磁石組立体(20)であつて、矩形
環状の磁性材料で作つた一体構造の磁極片(52)と、
この磁極片と同じ矩形環状となつていて、磁極片に密封
結合してある非磁性キャップ(50)と、このキャップ
(50)内でその周囲に沿つて延びている環状の空所で
あつて、一側面が磁極片(52)によつて境されている
空所と、この空所内に設置してあり、磁極片(52)と
係合した1つの磁極を有する多片式矩形環状磁石(58
)とを包含し、それによつて、磁石(58)が前記空所
内に完全に収容されかつ密封されており、一体構造の磁
極片(52)によつて連続した磁界が磁石組立体(20
)から漏れるようになつていることを特徴とする磁石組
立体。
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