JPS6376870A - 真空被覆装置用のスパツタリング陰極 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、金属製陰極基体と、該基体上にボンディング
によって固定されたターゲツトを有し、該ターゲツトが
少なくとも一郡分非金属材料から成り、しかも陰極基体
とターゲツトの間に形成された、ボンディング材料が充
填されたシーム位置がグロー放電に曝されない位置に配
置されている形式の、真空被覆装置用の暗室シールドを
有するスパッタリング陰極に関する。

従来の技術 暗室シールドとしては、陰極のスパッタリングには利用
されない天面部分、従って一般に陰極の端面及び背面の
、金属から成るカバーが該当する。暗室シールドは一般
にアース電位にありかつ陰極の隣接した面から、動作条
件下で生じるクロック（Ｃｒｏｏｋ）の暗室間隔よりも
小さい間隔を有する。

ここで問題となるターゲツトとしては、例えば通常の金
属ｒ竣化物の１つのような非導電体もしくは誘電体、又
は例えばシリコンの半導体であってもよい被スパツタリ
ング材料から成る成形体もしくは板が該当する。

冒頭に記載したスパッタリングｄ！、特に以下になお詳
細に説明するマグネトロン陰。極の場合には、ターゲツ
トは、例えば銅又は特殊鋼から成っていてよくかつ冷媒
を貫流させるための中空室を備えた金属製陰極基体に固
定される。

に 金属製の、すなわち−硬１熱伝導性ターゲツトにおいて
は、該ターゲツトをいわゆる爪付ストリップ又はユニオ
ンリング及びねじで１省極本体に固定する（西独国特許
出願公開第３１３５２０８号明細誉及び米国特許第４５
００４０９号明細書）のが一般的であるが、非金属、す
なわち一般に不良熱伝導性ターゲツトの場合には、該タ
ーゲツトをボンディング（一種のはんだ付は法）により
陰極基体に固定するのが通例である。

ボンディングの際には、必然的に陰極基体とターゲツト
との間の接合面に、ボンディング材料が充填され、かつ
グロー放電に曝されないように、従来は暗室シールドの
内部に配置されたシーム位置が生じる。しかしながら、
この手段は以下になお詳細に説明する理由から一定の動
作パラメータな有する長時間のスパッタリングプロセス
のためには極めて不十分であることが判明した。

一般に、スパッタリング陰極は直流電圧（ＤＣ＋　）で
もまた高周波（ＨＦ）でも作動させることができる。

ＨＦ法で前記形式のターゲツト、すなわち少なくとも局
所的に非ないしは不良導電性材料から成るものを使用す
ると、動作中にターゲツトと陰極基体との間に、すなわ
ち前記の６７一ム位置”に電位差が発生する。この電位
差が臨界値を越ると、スパーク又は閃絡の形の電荷補償
が生じる。臨界的シーム位置は一般に暗室シールドの真
近に存在するので、スパークは最大電位置の方向に誘導
される。この・４位差は陰極と、アース電位にある暗室
シール−との間に存在する。従って、瞬間的電荷補償は
スパッタリング陰倦の構成の遮断を惹起する、それとい
うのも陰極とアース電位との間の電荷補償は短絡を意味
するからである。

更に、前記過程と結けいた放電は著しく頻繁にシーム位
置の付加的な加熱、ひいてはそこに存在する。トンディ
ング材料からのガスの放出を惹起する。ガス放出によっ
て局所的に高まっ；を圧力は、そこで゛また新たな放電
源を溝成し、従ってスパッタリングプロセスにおいて著
しい不均一性を生じる。

ＤＣ法、すなわち直流電圧でスパッタリング陰極を作動
させる際には、ターゲツト材料が陰極基体より低い導電
性を有する場合と同じ効果が観察される。

発明が解決しようとする問題点 従って、本発明０課題は、カソード基体とターゲットと
の間のシーム位置の周辺部でもはやアースに対する電圧
閃絡が起り得ない、冒頭に記載した形式のスパッタリン
グ陰極を提供することであった。

問題点を解決するための手段 前記課題は、本発明により、シーム位置が非金属ターゲ
ットの全外周部で金属製フレームによっておおわれ、該
フレームが陰極電位にありかつターゲツトに対して、ボ
ンディング材料が充填されていない、金属材料と非金属
材料との間１７）：心ぎ目を形成することにより解決さ
れる。

陰極基体及びフレームを金属、すなわちターゲットに対
して数倍も良好な導電性材料から形成することにより、
フレームと喋ホ基体との間の接触位置に著しい電位差が
構成されることが有効に阻止される。更に、この位置に
存在する暗呈シールドの内部では閃絡はもはや発生しな
して継ぎ目が生じ、これは完全に密閉する必要はない。

しかしながら、該継ぎ目の周辺部には、グロー放電の作
用を受けてがスを発生させることがあるボンディング材
料は存在しないので、極めて長い時間帯に亙って安定な
スパッタリングプロセスを維持することができる。

マグネトロン陰極としてスパッタリング陰極を構成する
際には、グロー放電及びプラズマの周辺部は磁界もしく
は磁気トンネルの拘束効果により、継ぎ目の周辺部でグ
ロー放電が発生しないように制限することができる。そ
れにより本発明の効果は尚一層十分に助勢される。

この場合、金属製フレームは銅、すなわち一般また陰極
基体を構成するものと同じ材料から居るのが有利である
。しかし、フレームと基体のために同一の材料を使用す
ることは必須要件ではない。後者は例えば特殊鋼（１８
／８−クロム・ニッケルｆｍ）から製造することができ
る。

本発明の別の有利な実施態様は、他の従属請求項から明
らかである。当該時機の利点は、以下に詳細に説明する
。

実施例 本発明を図示の２つの実施例につき詳細に説明する。

第１図には、スパッタリング陰咀１が示されており、該
陰極はその下にある基板４を被覆するために、下から緑
肥する陰極保持俵構２によって他の部分は詳細には示さ
れていない真空室の上方制限壁３に支持されている。

スパッタリング陰極は陰極基体５から成り、その中窒室
６は基板４の方向が平坦な端板７によって閉鎖されてい
る。中空室６内には、中央磁石ユニット８と、それに対
して同心的なかつ相互に並んだ永久磁石の冠から成る外
周の磁石ユニット９とを有する磁石糸が存在する。完全
なスパッタリング陽極１は回転対称的に構成されている
、すなわち軸線Ａを有し、該軸、腺は基板４に対して法
線方向に延びかつ実質的にまたスパッタリング材料の移
行方向を規定する。標石ユニット８及び９は軸線方向で
磁化されているが、しかしながら反対の極を有する、こ
のことは記入された矢印で示されている。それに゛より
端板７の外部に譲状に閉じた磁気トンネル１０が生じ、
それについては半径方向断面で軸ＮＡの右側に位置する
磁界線が図示されている。

この磁気トンネル１０により、同じ半径方向断面図に交
差した線で陰影を付した面によって示されたプラズマが
包囲される。

磁石ユニット８及び９は、それらの対向極面が、磁束を
封鎖するために、１つの磁石ヨーク１７に係止している
。

該系を冷却するために、中窒室６を冷却水が真流せしめ
られる。

端板７は平坦な端面７ａを有し、該端面上に非金属製タ
ーゲット１２が固定されている。このターゲット１２は
直径が端面７ａよりも小さい、従ってその周面に金属製
フレーム１３を取付けるだめの円形環状面が残り、上記
フレームの外周面は端板γの外周面と合致する。しかし
ながらこの金属製フレームは爪付きストリップもしくは
同定リングではない、それというのもターゲツトはポン
ディング材料によって端板７と良好な熱伝導性結合して
いる。更に、これらのボンディング結合は極めて高い機
械的強度を有する、従ってこのような場合における全て
の公知技術水準では従来は金属製フレームは使用されな
い。

端板１とターゲツト１２０間のシーム位置は、これらの
両者の部分間の共通の接触面であり、この場合には従来
の陰極においては特にシーム位置の縁部領域は重要であ
ると見なされる。公知技術水準においては、フレーム１
３によって包括される空間はターゲツト１２の材料を充
填すべきであると見なされていた。そのことから、シー
ム位置は、制限壁３と同じアース電位１５にある暗室シ
ールド１４の真近まで達することが容易に推考される。

前記形式でターゲツト周辺部を引込ませかつ残った空間
に金属製フレーム１３を配置することにより、シーム位
置１６の外周、ひいてはボンディング材料の外縁部は内
ｆ１７に向かってずらされる、かつこのシーム位置、ひ
いてはポンディング材料はターゲツト１２の全外周部で
前記金属型フレーム１３によっておおわれる。そｉｔに
より確かに、端板７とフレーム１３との間ＫｆＴたなも
しくは別のシーム位置が生じる。しかしながら、このシ
ーム位置は重要でない、それというのもこの位置で相互
に接合された金属部分は全く十分に同じ電位にあるから
である。

必然的にターゲツト１２とフレーム１３の間には継ぎ目
１７が形成され、該継ぎ目にはポンディング材料は充填
されていない。暗室シールド１４はフレーム１３を一部
分カバーする７ランゾ１４ａを有し、該フランジは半径
方向で一方向に向いている。このようにして、フレーム
１３はスパッタリング陰極１の、他の金属部分と同様に
スパッタリングに対して有効に保護されている、従って
特にターゲツト１２からスパッタされた材料は別の材料
で不純化されない。

金属製フレーム１３は一極基体５と一緒にその縁部領域
で、容易に交換することができるように、ねじ固定する
のが有利である。

４１図からまた、ターゲツト１２とフレーム１３は共通
の平坦な端面７ａに固定されており、かつターゲツト１
２とフレーム１３の、端面７ａに対する法、線方向の高
さは等しいことが明らかでおる。更にまた、スパッタリ
ング陰極１が前記磁石系を有するマグネトロン陰極とし
て構成されていることに基づき、継ぎ目１７は磁石系に
よって形成された磁気トンネル１０もしくは該磁気トン
ネルによって封鎖されたプラズマの外部に位置すること
が明らかである。それによってまた、フレーム１３が一
緒にスパッタされることが有効に阻止される。

第２図には、第１図と同じ部分には同じ参照番号が付け
である、従ってそれらについて説明しない。しかしなが
ら、第１図とは異なり１．真空室の上方制限壁３に円形
状切欠き３ａが設けられており、該切欠き内にスパッタ
リング陰極２０が上から嵌合されている。陰極基体５は
７ランジ状縁部５ａを有し、該縁部でもって基体は絶縁
体２１の介在下に制限壁３に載せられている。磁石ユニ
ット８及び９及び磁石ヨーク１７から成る磁石系は実質
的に第１図のものと合致する。しかしながら、端板２２
はこの実施例の場合には陰極基体５と一体成形されかつ
その端面２２ａ上に合同のターゲツト１２を支持する。

冷却は端板２２内に存在する冷却通路２３で行われる。

また、ターゲツト１２及び陰極基体５は共通の、該基体
の端面２２ａに対して垂直に延びる、円筒体面である外
周面２４によって制限されていることが明らかである。

この円筒体面内で、陰、種本体５とターゲツト１２との
間のシーム位置１６及びポンディング材料も終っている
。しかしながら、第１図の実施例とは異なり、金属製フ
レーム２５はシーム位置１６を越えて外周面２４に押し
嵌められている、従ってこの場合も、シーム位置１６が
ターｒツト１２の全外周部で金属製フレーム２５によっ
ておおわれ、該フレームがターゲツト１２に対して継ぎ
目１７を形成するという条件が満される。この場合もま
た、継ぎ目はフレーム２５の内側円筒体面とターゲット
１２の外側円筒体面との間に形成されかつポンディング
材料は充填されていない。更に、フランジ１４ａの内側
縁部は半径方向の一方向で継ぎ目１７０近くで終ってい
ることが明らかである。更にこの場合も、継ぎ目１Ｔが
磁石系（８，９，１７）によって形成された磁気トンネ
ルの外部に位置するという条件が満されている。

第１図及び第２図につきまず回転対称的なスパッタリン
グ陰極を開示したが、この配置原理はもちろん直方体の
陰極、すなわち任意に図面に対して垂直な一方の方向に
延長されていると見なすことができるものについても当
嵌る。こ直 のよりなｌ方形の隙、量は、第１図及び第２図による回
転対称形の啜極を軸）ｌＡ−Ａに沿って直径方向で切断
しかつ両半体の間に間隔を設けかつ該間隔に、その咲断
面が正確に第１図又は第２図の咲断面と一致する直線状
の陰極部分を埋めることにより構成されていると見なす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般に真空室内に組込まれる形式の、マグネ
トロンとして構成されたスパッタリング陰極の軸線方向
断面図及び第２図は一般に真空室の壁内に嵌合される形
式の、マグネトロンとして構成されたスパッタリング陰
極の軸方向断面図である。 １・・・スパッタリング陰極、５・・・陰極本体、１０
・・・磁気トンネル、１２・・・ターゲツト、１３゜２
５・・・フレーム、１４・・・暗室シールド、１６・・
・シーム位置、１７・・・継ぎ目、２４・−・外周面匂 ＦＩＧ、２　　　　　　　　　　　２０手続補正書（方
式） ％式％ １・事件の表示　昭和６２年特許願第１７７３８１号２
、発明の名称 真空被覆装置用のスパッタリング陰極 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代　理　人 住　所　〒１００　　東京都千代田区丸の内３丁目３番
１号昭和６２年　９月２２日　　（発送日）３、補正の
対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属製陰極基体と、該基体上にボンデイングによつ
   て固定されたターゲツトを有し、該ターゲットが少なく
   とも一部分非金属材料から成り、しかも陰極基体とター
   ゲツトの間に形成された、ボンデイング材料が充填され
   たシーム位置がグロー放電に曝されない位置に配置され
   ている形式の、真空被覆装置用の暗室シールドを有する
   スパッタリング陰極において、シーム位置（１６）が非
   金属ターゲツト（１２）の全外周部で金属製フレーム（
   １３、２５）によつておおわれ、該フレームが陰極電位
   にありかつターゲット（１２）に対して、ボンデイング
   材料が充填されていない、金属材料と非金属材料との間
   の継ぎ目（１７）を形成することを特徴とする、真空被
   覆装置用のスパッタリング陰極。 ２、金属製フレーム（１３、２５）が銅から成る、特許
   請求の範囲第１項記載のスパッタリング陰極。 ３、金属製フレーム（１３）が陰極基体（５）と該基体
   の縁部領域でねじ固定されている、特許請求の範囲１項
   記載のスパッタリング陰極。 ４、ターゲット（１２）及びフレーム（１３）が陰極基
   体（５）の共通の平坦な端面（７ａ）に固定されており
   かつターゲット（１２）とフレーム（１３）の、端面（
   ７ａ）に対する法線方向の高さがほぼ同じである、特許
   請求の範囲第３項記載のスパッタリング陰極。 ５、ターゲット（１２）及び陰極基体（５）が該基体の
   端面（２２ａ）に対して垂直に延びる共通の外周面によ
   つて制限されており、該外周面内にシーム位置（１６）
   が位置し、かつ金属製フレーム（２５）がシーム位置（
   １６）を越えて外周面（２４）に挿嵌められている、特
   許請求の範囲第１項記載のスパッタリング陽極。 ６、磁石系を有するマグネトロン陰極としてスパッタリ
   ング陰極を構成する際に、継ぎ目（１７）が磁石系によ
   つて形成された磁気トンネル（１０）もしくは該トンネ
   ルによつて封鎖されたプラズマの外部に位置する、特許
   請求の範囲第１項記載のスパッタリング陰極。