JPH0236675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターゲツトの延命化を計る高速スパツ
タリング装置に関する。本発明方法は磁気強化型
や他の型式のスパツタリング装置において広い範
囲にわたる各種材料をスパツタリングするのに好
適である。

スパツタリング技術において、ターゲツトの寿
命を制限する大きな問題はターゲツトの腐食であ
る。他の問題はターゲツトの過熱であるが、これ
は例えば電力密度を下げれば抑制できる。ただ
し、この解決法では、材料の付着率が下がる。ま
た、磁気強化型スパツタリング装置で磁性材料を
スパツタリングする場合、プラズマ閉じ込め磁場
がそれることを防ぐために、ターゲツトを比較的
薄肉化しなければならず、従つてプラズマが劣化
する。公知の磁性材料及び非磁材料をスパツタリ
ングする装置には上記のような欠点があるため、
ターゲツト材料を交換するために作業を度々中断
しなければならないので性能などに制限を受け
る。

例えば、現在利用されている公知装置の低いス
パツタリング速度が特に不利に作用するのは、磁
気記録／再生用テープの製造に適用される連続作
業である。

従つて、本発明の目的はターゲツト寿命の長
い、高速スパツタリング装置を提供することにあ
る。

本発明の別の目的はターゲツトの比較的小さな
部分のみが所定の時間プラズマに照射されるよう
にターゲツトを連続的に送るようにした高速スパ
ツタリング装置を提供することにある。

本発明のさらに別な目的はターゲツトの冷却効
率のすぐれた、従つて陰極／ターゲツトの電流密
度を増すことができる高性能スパツタリング装置
を提供することにある。

本発明のさらに別な目的は磁気強化剤や他の型
式のスパツタリング技術をはじめとする直流
（D.C.）か高周波（R.F.）でバイアスするスパツ
タリング装置に使用するのに好適で、しかも所定
の速度でプラズマ閉じ込め領域に連続的に送られ
る可動ターゲツトを使用する高性能スパツタリン
グ装置を提供することにある。

本発明のさらに別な目的は寿命の長い磁性材料
からなり、しかも周囲のプラズマ閉じ込め磁場を
そらせない可動ターゲツトからなる高速磁気強化
型スパツタリング装置を提供することにある。

本発明のさらに別な目的は上記特徴をもち、し
かも例えば磁気テープなどの製品を製造する場合
などのように磁性材料を被処理体に高速付着させ
るのに適当な、効率のよいスパツタリング装置を
提供することにある。

上記目的及びこれら以外の目的は陽極及び本発
明による可動陰極を真空室内に設けてなる所定の
ターゲツト材料を真空中で被処理体に高速スパツ
タリングする装置によれば達成できる。両電極間
には活性プラズマが形成される。可動陰極／ター
ゲツトは被処理体から離して設ける。また、スパ
ツタリング作業中陰極／ターゲツトの一部が所定
の時間活性プラズマ内に位置し、残りの連続部分
が活性プラズマの外側に位置するように陰極／タ
ーゲツトを活性プラズマに対して移動させる手段
を設ける。

本発明の前記目的、そして他の目的と長所は添
付図面を参照しながら下記の詳細な説明を読めば
明らかになるはずである。なお、最初に本発明に
よる装置の全体を第１図について説明してから、
各実施態様の詳細を第２図〜第８ａ図について説
明する。

第１図に示すように、空密（vacuum tight）
的にベースプレート３に取付け、かつ接地したハ
ウジングにより真空室２６を取囲むが、この構成
は従来通りである。真空室２６にはそれぞれ真空
ポンプ５及び例えばアルゴンなどの適当なガスの
ガス源２３を接続する。ターゲツト材料によつて
スパツタリングする被処理体２７はスパツタリン
グガン装置２２から離してベース２８に取付け
る。被処理体２７は、例えば磁気テープ製造によ
つて知られている適当なプラスチツク材料から作
られるフレキシブルテープなどのように、固定型
のものでもよいし、あるいは可動型のものでもよ
い。プラスチツクテープ状の可動ターゲツト２７
を使用する場合には、第１図に想像線で示すよう
に、シールド２９によつてスパツタリングから保
護できる２つの対応するリール９間を通しベース
２８上に導くことができる。スパツタリングガン
２２は移動自在な−これについては後で詳しく触
れる−陰極１０と陽極８を有する。用途に応じ
て、陽極８に給電する代りに、所要にD.C.電圧装
置またはR.F.電圧装置（ただし、図示を簡略化す
るために第１図には示していない）を被処理体２
７，２８に接続することも可能である。この場
合、よく知られているように、これら被処理体は
スパツタリングの陽極となる。電場は陽極８と陰
極１０との間に矢印１０１で示す方向に与える。

用途に応じて、陰極１０は被処理体にスパツタ
リングするために選択したターゲツト材料で全体
を構成してもよい。あるいは、陰極１０の表面部
のみをターゲツト材料で構成し、そして表面以外
の部分を適当な異なる材料で構成することも可能
である。説明を簡略化するために、以下の記載で
は、「陰極／ターゲツト」という用語でこれら異
なる態様の陰極を示すことにする。

本発明の特別な、そして重要な特徴は陽極と、
本発明により移動可能にした陰極との間に、活性
プラズマとも呼ばれる高エネルギーグロ放電を作
ることにある。陰極が移動可能な特徴は第１図に
示す通り、例えば移動可能なリボン状の陰極／タ
ーゲツト１０を２つの送りリール１１と巻取にリ
ール１２との間に形成する。リボン陰極／ターゲ
ツト１０の通路には、陽極８に近接させるが、所
定の間隔を置いてこのリボン陰極／ターゲツト１
０を滑動自在に案内する案内（または駆動）ロー
ラ３３，３４及び冷却支持構造体１５がある。こ
のような構成はある特別なスパツタリングにおい
て必要である。電極間にグロー放電を起こさせる
ために陽極８と陰極１０の両者に適当なD.C.電位
源またはR.F.電位源を接続する。即ち、電極間領
域４４には、ガス源２３からの適当な不活性ガス
の加速された粒子により高温の、高エネルギープ
ラズマが発生する。本発明によれば、リボン陽極
１０が高温プラズマを通つて連続的に移動するの
で、陰極／ターゲツト１０の比較的小さい部分だ
けが常にプラズマ内の条件に暴露されている。冷
却構造体１５に加えて、プラズマ領域４４外部で
可動陰極１０の通路にそつて別な放射冷却装置３
５を設ける。この結果、陰極／ターゲツトが固定
されている従来の装置よりも、リボン陰極／ター
ゲツトの冷却（効率）がかなり向上し、従つて本
発明の装置の電流密度及びスパツタリング速度が
かなり向上し、しかも操作時間に不当な制限を受
けない。所望領域外のスパツタリングを防ぐため
に、シールド２，２９，４３を使用するが、これ
については後でより詳しく説明する。

磁気強化型スパツタリング技術によつて磁性材
料をスパツタリングする場合、陰極／ターゲツト
材料を可動性にすると、さらに別な利点が得られ
る。特に、本発明では比較的厚み１００（第２
図）が薄い、例えば約１〜50ミルのフレキシブル
リボン、中空ドラムまたはデイスク状の磁性ター
ゲツトを利用できる。このような薄いターゲツト
はプラズマ閉じ込め磁場によつて簡単に過陰和さ
せることができるので、所望濃度のグロー放電を
得ることができ、しかも所望に応じてグロー放電
を制御でき、従つて望ましいスパツタリング条件
を作り出すことができる。さらに有利なのは、所
要の電流密度に応じて可動ターゲツトの速度を選
択でき、また冷却速度をターゲツトの材料に対応
させることが可能なことである。従つて、ターゲ
ツトの単位表面につき必要な電流密度が増すに従
つて、可動ターゲツトの速度を増すことができる
ので、過熱を防ぐことができる。これについては
後でより詳しく説明する。

第２図は本発明の好適な実施態様による、第１
図のスパツタリングガン装置２２を示す概略図で
ある。この装置は側壁２ａ、上壁２ｂ及びベース
プレート３の一部を有する外側シールド２によつ
て内側真空室１を取囲んで構成する。上壁２ｂに
よつて開口２ｃを形成するが、この開口の形状は
円形、矩形その他の適当な形状であればよい。第
１図に実線４０で示すように、開口２ｃはスパツ
タリングガンによつて加速され、固定被処理体ま
たは可動被処理体２７に付着すべきターゲツト材
料の粒子のオリフイスとして作用する。被処理体
２７は開口２ｃから所望に応じて所定の間隔を置
いて設ける。ステンレス鋼やアルミニウムなどの
非磁性導電材料で外側シールド２、ベースプレー
ト３及びハウジング２１を構成するのが好まし
く、またアースしておく。従つて、上記部材２，
３及び２１は陽極電位または陰極電位の高い真空
室２６内の他の部材から公知手段によつて電気的
に絶縁しておく必要がある。前に記載したよう
に、従来の如く導管４によつて真空ポンプ５を真
空室２６に接続すると共に、導管４７によつて例
えばアルゴンなどの適当な不活性ガスのガス源２
３を真空室１に接続する。第１図からよく理解で
きるように、真空室１内には例えば適当な鋼材料
から作つた、好ましくは２つの平行なロツド状に
形成した固定陽極８を設ける。陰極／ターゲツト
１０はその面を陽極８と平行にして設けると共
に、これから適当な間隔を置いて設ける。リボン
陰極１０の全体は磁性金属材料例えば80％コバル
ト及び20％ニツケルで構成するのが好ましく、こ
れがスパツタリングによつて被処理体２７に付着
する（第１図）。好適な実施態様である磁気強化
型スパツタリング装置において所望の過飽和状態
を得るためには、陰極／ターゲツト１０の厚み１
００を比較的薄く（約１〜50ミル）する必要があ
る。しかし、本発明は上記構成に限定されず、例
えばよく知られているように、陰極の一面即ち陽
極に対向する側面のみをターゲツト材料で作る構
成にも適用できることを理解されたい。

リボン１０の両端はそれぞれ陽極８から離し
て、内側真空室１の下端に設けた２つの対応する
可逆送り／巻取にリール１１，１２に巻付ける。
リール１１，１２は適当な可逆モータ１４を含む
ベルト駆動装置１３などによつて一緒に駆動して
もよいし、あるいはリール１１，１２は別なリー
ル駆動モータ（図示せず）によつて個別に駆動し
てもよい。ただし、他の適当な駆動システムも適
用可能である。

リボン１０が高温プラズマ領域４４を通る陽極
８に近接した場所では、フレーム１６とリボン１
０に滑り接触する上部プレート１７とを有する冷
却支持構造体１５（第３図）によつて支持され
る。この支持構造体は例えばステンレス鋼やアル
ミニウムなどの非磁性導電材料で作る。冷却剤搬
送管１８は例えば上部プレート１７に適当な流路
をドリルなどによつて作るか、上部プレート１７
の外側にこれと接触させて作ればよい。いずれの
場合にも、リボン１０を最も有効に冷却できる。
例えば冷却水などの適当な冷却液体を端部１９，
２０を介して管１８に循環させるが、これら管同
志は適当な管（図示せず）によつて接続する。よ
く知られているように、端部１９，２０は外部冷
却系に接続するのが好ましい。

よく知られているように、永久磁石３０を利用
して領域４４内に活性プラズマを閉じ込め、スパ
ツタリングを強化する。しかし、本発明のスパツ
タリング法及び装置は磁気強化型システムだけで
なく、ダイオード型、トライオード型や他の各種
型式の公知スパツタリング技術にも適用できる。
前に説明したように、本発明では磁性材料を含む
広範囲にわたる各種ターゲツト材料を使用するの
が意図されている。好適な実施態様では、活性プ
ラズマを強化するために使用する磁石３０は、第
３図からよく理解できるように、幅がリボン１０
の幅に相当する棒状になつている。磁束線４８で
示すように、またBrian Chapman、John
Villey及びSons.著「Glow Discharge
Processess」New York1980、第268頁に記載さ
れているように、磁石３０の方向を選定して、プ
ラズマ領域４４内に所望の磁場が得られるように
する。第２図から判るように、磁束線４８の方向
は第１図及び第２図において矢印１０１で示され
る電場の方向にほぼ直交している。矢印１０２は
磁石３０が作る磁場の方向を示す。

可動陰極１０は例えばはんだ付けによつて支持
構造体１５に導電接続したシールド付き送電線３
２によつて外部の高電圧直流（D.C.）源か高周波
（R.F.）源３１に接続する。

駆動ロールとしても作動し、かつ想像線で示す
ピンチローラも含むことができる案内ローラ３
３，３４を冷却支持構造体１５の両側に設けて、
スパツタリングの目的に応じて、陽極８から所望
の間隔を置いて、上部プレート１７に接触させな
がら所定の通路にそつてリボン陰極８を案内す
る。

重要なことはローラ３３，３４，５８，５９を
含み、かつ所要の精度をもつて所定の通路にそつ
てフレキシブルリボン１０を搬送するために必要
になるかも知れない適当な部材（図示せず）を含
むリボン案内機構がターゲツト表面をねじつた
り、曲げたり、あるいは歪めたりすることのない
ようにリボン１０に所要の張力が加わるように設
計されていることである。

第２図に示すように、例えば活性プラズマ領域
４４の外側でリボン通路の片側か両側に設けたラ
ジエータ冷却プラター（radiator cooling
platters）３５などの冷却装置によつてさらにリ
ボン１０を冷却するのが好ましい。それぞれ外部
の冷却系（図示せず）に接続した管３６，３７を
介して適当な冷却液体を循環させることによつて
これらプラター３５を冷却することも可能であ
る。さらに冷却することが望ましい場合には、冷
却装置１８及び３５について述べたような方法で
ローラ３３，３４の内部に別な冷却管３８，３９
を設けてもよい。また、よく知られているよう
に、ハウジング２１の外部に設けたひとつかそれ
以上の外部冷却装置（図示せず）に各管１９，２
０，３６，３７，３８及び３９を接続することも
可能である。さらに、所要な接続管や真空室の内
部（例えば２６）と外部との間に設ける接結部
４，７，３２，４７が、図示されているように、
空密シール４５でシールする必要があることも容
易に理解できるはずである。

リボン１０の厚みを連続的に測定する装置４１
及びリボン１０の端部を検知する装置４２はリボ
ン１０の通路の一端か両端に設けることができ
る。いずれの装置４２，４２も例えば一般に磁気
テープやその他同種の用途に用いられている光学
を利用する従来の非接触タイプのものであればよ
い。例えば、リボン１０のリール１１，１２によ
つて支持される両端を多孔性にしてもよいし、あ
るいは透明にしてもよい。テープの端部が検知装
置４２に近ずくと、透明な部分が検知され、可逆
モータ１４に制御信号が送られて、その回転を反
転させ、従つてリール１１，１２間のテープの走
行方向が反転する。同様に、リボン１０の厚みが
所定の最小値に達したときに、ターゲツトを補充
しなければならないことを示す制御信号を発生す
る測定装置４１を設けることも可能である。

第２図に示すように、内側真空室１内に、アー
スした保護シールド４３を設けて、シールド２に
接続するのが好適である。シールド４３はステン
レス鋼やアルミニウムで構成するのが好ましく、
これは以下に説明するように、外側室２６と内側
室１との間に所望の圧力差を維持するのに役立
つ。圧力差はスロツトルバルブ２５を介して内側
真空室１内に接続したガス源２３から所定の圧力
下アルゴンを供給することによつて作るのが好ま
しい。真空室１の圧力は外側室２６よりもかなり
高く、また外側室２６はこれに接続した真空ポン
プ５及びスロツトルバルブ２４によつて維持す
る。例えば、外側室２６の圧力は0.1〜５×
10^-6millitorrで、真空室１のそれは10〜
300millitorrである。従つて、シールド４３によ
つて真空室１内に設けられるが、活性プラズマ領
域４４内には直接含まれない各部材１１，１２，
３３，３４，３５などをターゲツト材料の望まし
くないスパツタリングから保護できる。

陽極８、ある所定の瞬間に活性プラズマ領域４
４内に存在するリボン陰極／ターゲツト１０の部
分、そして磁石３０を有し、かつリボン１０の上
記部分を支持する冷却支持構造体１５はそれぞれ
シールド４３内に設ける。前に説明したように、
公知技術によつて接地シールドからハウジング２
１内に設けた全部材を電気的に絶縁することが必
要である。例えば、接地シールドから絶縁すべき
各部材は適当なセラミツク材料などの非導電性材
料からなる絶縁支持ブラケツトに設けてもよい。

この結果、特に、よく知られた方法で陰極の高
い電位を受けるリボン１０を特にそれぞれリボン
１０を通すシールド４３に設けられた開口４６，
５０においてシールド４３から十分に絶縁する必
要がある。所望ならば、第２図に示すように、シ
ールド４３によつて取囲まれた領域内に直接延び
る導管７をもつ第２のアルゴン源６を設けてもよ
い。

さらに、可逆送り／巻取りリール１１，１２を
使用し、テープの端部が検出装置４２によつて検
出される度にテープ通路を反転する代りに、所定
の間、あるいは測定装置４１によつて検知される
厚み１００が最小値になるまで、一定の方向に走
行するエンドレステープとしてリボン１０を形成
してもよい。

次に第４図について説明すると、この図には第
２図の冷却支持構造体１５の別な実施態様を図示
してある。第４図では、基本的にはｕ字形の永久
磁石が電磁石５１によつて活性プラズマ４４を取
囲むが、該磁石のＳ極５２及びＮ極５３はプラズ
マ４４の両側でかつリボン１０の全幅にわたつて
設けられる。磁石５２，５３はリボン陰極／ター
ゲツト１０の面に対してほぼ平行で、従つて陽極
８と陰極１０との間の電場１０１の方向に対して
直交する矢印１０２によつて示される方向に磁場
を与える。好ましくはステンレス鋼やアルミニウ
ムなどで作つた非磁性導電性支持構造体５４に磁
石５１を取付ける。この構造体５４は保護シール
ドとしても作用する。可動リボン１０は支持体５
４の中心部の平らな上面５５に支持される。

水などの適当な冷却液体を駆動する管５６は、
最も効率のよい冷却を得るためには、リボン１０
に近接して上面５５のすぐ下に設ける。シールド
５７は支持構造体５４、磁石５１、陽極８及び可
動陰極／ターゲツト１０の一部を取囲む。第４図
のシールド５７は基本的には第２図の内側シール
ド４３に対応し、このシールドの外側に設けられ
ている部材（第４図には示していない）をスパツ
タリングから保護すると共に、第２図を説明する
さいに既に述べたように圧力差を維持する作用を
する。

なお、第３図及び第４図に示した支持構造体の
各構成は本発明により得られる数多くの構成のう
ちのわずか２つの例にしか過ぎない。

次に、本発明による高速スパツタリングの好適
な方法を第１図及び第２図について説明する。ま
ずスパツタリング開始前に、真空ポンプ５のスイ
ツチを入れて、外側室２６に例えば10〜
5millitorrかそれ以下の低圧を作る。この後、内
側室１にガス源２３からアルゴンを装入して、外
側室２６の圧力より高い例えば20millitorrかそれ
以上の圧力を作る。所望ならば、ガス源６からア
ルゴンを空間４４に追加装入する。なお、いうま
でもないことだが、上記圧力値はスパツタリング
の目的に応じて変化する。ひとつかそれ以上の外
部冷却装置のスイツチを入れ、所望の低温に冷却
された冷却液体を管（第２図の１９，２０，３６
〜３９）のいくつかまたは全部に送り込む。

モータ１４のスイツチを入れて、ローラ３３，
５８及び５９，３４、冷却プレート１７及び冷却
プラター３５を有する所定の通路にそつてリール
１１，１２間をを連続的に走行させる。ローラ３
３，３４を駆動する場合には、対応するモータ
（図示せず）をも駆動する。

リボン陰極１０のターゲツト材料に応じて必要
になる冷却条件を満足し、かつ所望のスパツタリ
ング速度に必要な電流密度を得ることができるよ
うにリボン１０の走行速度を選択する。

本発明の高速スパツタリングガンによれば、陰
極／ターゲツトの１インチ²当り約500W〜約5kW
かそれ以上の電流密度が得られる。比較のために
述べると、公知装置で流密度は１インチ²当り約
250Wに制限される。また、リボンの材料、大き
さ、電流密度や他の特性ならびにスパツタリング
装置やその目的により異なるが、所要の冷却を得
るために可動リボン１０の速度を５インチ／分か
それ以上にすることもできる。

所望の圧力差、冷却条件やその他公知の所要ス
パツタリング条件をはじめとする、所定のスパツ
タリングに必要な条件を真空室内に設定したなら
ば、電源３１（第２図）のスイツチを入れ、陰極
１０及び陽極８に所望のD.C.またはR.F.を送つ
て、電極間にグロー放電を起こさせる。つまり、
本発明のスパツタリング装置では、グロー放電は
陽極８と、プレート１７に支持され、いつでも必
ず活性プラズマ４４内に存在する可動陰極／ター
ゲツト１０の部分との間にある空間４４で生じ
る。陰極／ターゲツト１０は活性プラズマ内を連
続的に走行するので、プラズマ領域内のターゲツ
ト材料が連続的に補充される。つまり、リボン／
ターゲツトの速度や所望の電流密度及びターゲツ
トの材料に応じ定まる他の関係するパラメータを
選択することによつてターゲツト材料を所望に応
じて冷却することができる。

例えば、第３図からよく判るように、それぞれ
絶縁ケーブル３２，３２ａを通じて陰極に−
500V〜−4kVのD.C.電圧、そして陽極に＋500V
〜＋4kVのD.C.電圧を印加する。被処理体２７は
ゼロ電位に維持する。目的に応じて、被処理体２
７を陽極電位に維持することも可能であり、この
場合には陽極は必要ない。後者の場合には、支持
構造体１５によつて支持された陰極１０の部分と
被処理体２７との間に電位及び活性プラズマが形
成すると共に、これらの間に維持される。第２図
の好適な実施態様では、前に述べたように、ケー
ブル３２が導電性冷却フレーム１５、従つて該フ
レーム１５の導電性プレート１７を介して可動リ
ボンに接続される。例えば、被処理体２７として
MYLARテープなどの連続的に走行するプラス
チツクテープを使用する場合には、陰極及び陽極
にそれぞれ−2000VD.C.及び＋2000VD.C.を印加
する。第２図のリボン陰極／ターゲツトに前記の
磁性金属材料を利用する場合には、本発明のスパ
ツタリングガンによつて得られる付着速度は２×
10⁴Å／分程度にも達し、磁気テープの製造に利
用されている公知スパツタリングの２倍である。

このように、本発明によれば公知装置よりも陰
極／ターゲツトの冷却がかなり向上するので、陰
極／ターゲツトの電流密度が増すと共に、スパツ
タリング速度も高速になる。加えて、所定のター
ゲツトを用いた場合には、固定ターゲツトに比較
して材料のスパツタリング量及び操作時間の長さ
が著しく増えると共に、延長化される。というの
はターゲツトの冷却によりターゲツトの寿命が延
びるからである。

第５図に本発明によるスパツタリングガン装置
２２の別な実施態様を示すが、説明を簡略化する
ために、同種な部材は同一参照数字で示し、それ
らの説明は省くことにする。この実施態様では、
第２図のリボン１０の代りに、連続回転する中空
ドラム６０（以下ドラム面と呼ぶこともある）を
可動陰極／ターゲツトとして使用する。特に、第
５図の実施態様はフレキシブルリボンの形で使用
すると、その脆性や疲労による破損などのために
機械的に損傷しやすい材料や、非可撓性の脆弱な
材料でターゲツトが構成されている場合に好適で
あるが、これには限定されない。このような材料
の実例はタングステンやフエライト、その他同種
の硬質の脆い材料である。

例えば、ドラム６０は公知技術によつて所望の
厚みをもつ比較的薄い中空ドラム状の均一な構造
体を得るためにタングステンやコバルトを真空鋳
造すると作ることができる。第２図や第３図の支
持構造体１５と同じように、冷却支持構造体６１
によつてドラム６０を支持する。ただし、支持構
造体６１の上部プレート６２の曲率はドラム面６
０の曲率に相当する。この特徴によつて可動ドラ
ム面６０との接触が良好になり、従つて冷却もす
ぐれたものになる。冷却支持構造体６１は回転ド
ラム面６０を滑動自在に支持する。第２図のスパ
ツタリングガン装置２２について説明したよう
に、冷却管１８、磁石３０、陽極８及びシールド
４３を第５図において設ける。ドラム６０は保護
シールド４３の両側で、かつ外側に設けた駆動ロ
ーラ６３，６４によつて駆動するのが好適であ
る。所望ならば、第５図に想像線でピンチローラ
６５，６６を使用して、駆動ローラ６３，６４と
ドラム面６０との間にスリツプが生じるのを妨ぐ
こともできる。駆動ローラ６３，６４は矢印６９
で示される方向かまたはこれとは逆方向にドラム
６０を回転させるように適当なモータ（図示せ
ず）によつて駆動させることができる。

回転ドラム面６０に隣接して、第２図の冷却プ
レート３５と同様なラジエータ型のものであれば
より固定冷却プレート６７，６８を設ける。冷却
プレート６７，６９は冷却をより効率よくするた
めにドラム面６０に合うように湾曲させる。な
お、被処理体の大きさ及びスパツタリングの目的
に関係する他のパラメータに応じて、例えば数イ
ンチ程度のドラム長さ及びドラム径を採用すれば
よい。

第６Ａ図及び第６Ｂ図は本発明の別な実施態様
の概略図である。より詳細には、この実施態様に
よるスパツタリングガン装置２２は可動陰極／タ
ーゲツトが連続的に回転するデイスク７０状に形
成してあるが、このデイスクは所望の厚み１００
を有し、かつ全体が所定のターゲツト材料で構成
されている。例えば、回転テーブルを回転させる
のに知られている適当なモータ７８に接続したシ
ヤフト７７によつてデイスク７０を回転させる。
冷却プレート７１，７２はデイスク７０の両側
で、その所定部分に隣接して設けることができ
る。可動デイスク７０の残りの部分は陽極７４か
ら所定の間隔を置いて近接させておき、そして接
触冷却支持構造体７３によつて滑動自在に支持す
る。好ましくは円形の陽極７４は第５図の前記陽
極８と類似するものである。また、冷却支持構造
体７３も前記構造体６１と類似しているが、平ら
か上面７９を持つている点が異なる。陽極７４の
横断面は円形か矩形であればよい。冷却支持構造
体７３には、第２図または第５図について既に説
明したように、活性プラズマ４４を強化する磁場
１０２を作る磁石（図示せず）を設けてもよい。
第２図の給電装置３１に対応する給電装置から回
転デイスク陰極７０及び陽極７４にD.C.電圧また
はR.F.電圧を印加して、前に説明したように、電
場１０１を作る。冷却プレート７１，７２及びこ
れらによつて冷却された可動デイスク７０の隣接
部分はそれぞれ接地保護シールド７６によつて取
囲む。第６Ａ図及び第６Ｂ図に示したスパツタリ
ングガン装置全体は第１図の外側室２６に相当す
る真空室に入れる。第６Ａ図及び第６Ｂ図の実施
態様の陽極７４と陰極７０との間の領域４４にお
いてグロー放電を行うのに必要な条件を作り出す
他の部材は第１図、第２図及び第５図の実施態様
のものと同様である。

第６Ａ図及び第６Ｂ図のスパツタリング法で
は、モータ７８によつて所定の速度で矢印７５で
示すようにデイスク陰極／ターゲツト７０を回転
させて、各冷却構造体７３、そして所望ならば冷
却プレート７１，７２によつて所要の冷却を行
う。つまり、第６Ａ図及び第６Ｂ図の実施態様で
は、作業中回転デイスク陰極／ターゲツト７０の
一部を必ずプラズマ領域４４内に存在させると共
に、残りの連続部分をプラズマ領域の外部で冷却
する。このようにすると、回転デイスクを最も効
率よく回転デイスクを冷却できる。回転速度、デ
イスクの直径及び厚みは所望の電流密度、スパツ
タリング速度、ターゲツトの寿命などを初めとし
て、所要の冷却に応じて選択すればよい。ほとん
どの場合、デイスク７０の表面速度は５インチ／
分を超える。

特に、第６Ａ図及び第６Ｂ図の実施態様は、第
２図のリボン陰極ターゲツトのように、曲げ応力
に耐えることができないターゲツト材料を適用す
る場合に特に好適であるが、これには限定されな
い。よく知られているように、デイスク７０は例
えば真空鋳造によつてタングステンやコバルトが
作ればよい。

一例として、デイスク７０は直径が数インチか
それ以上で、１〜300r.p.mの速度で回転する。ま
た、デイスクに500V〜4kVの電圧を印加すれば、
２×10⁴Å／分以上のスパツタリング速度が得ら
れる。

当業者ならば、上記の各実施態様の範囲内でよ
く知られている手段によつて陽極、被処理体及び
シールドのいずれかも冷却構造体とすることがで
きるはずである。

第２図〜第６Ｂ図の各実施態様を例えば磁気強
化型スパツタリング技術を利用して説明してきた
けれども、上記の実施態様やその他の実施態様で
は、他の型式のスパツタリング技術も適用可能で
ある。例えば、公知トライオードスパツタリング
装置などの場合のように、第３図及び第４図の磁
性構造体を使用する代りに、高温フイラメントと
一緒に別な陽極を使用してスパツタリングを強化
するこも可能である。

第１図及び第２図の説明から判るように、第５
図のドラム６０や第６Ａ，６Ｂ図のデイスク７０
の材料が磁性材料の場合には、ターゲツトの厚み
を例えば１〜50ミル程度にすることが望ましく、
こうすれば所望の過飽和が得られる。

第７図に本発明のスパツタリングガン装置２２
のさらに別な実施態様を示す。また、第８Ａ図及
び第８Ｂ図は第７図の面８０に対応する８Ａ−８
Ａ線についての横断面図である。第７図のスパツ
タリングガン装置２２は陽極８１とロツド状の可
動陰極／ターゲツト８２からなり、このターゲツ
ト８２はその長手軸線８３を陽極８１と交差する
面８０に対して実質的に直交させる。陰極８２は
第７図に示すコイル９９によつて電磁石を形成す
る磁性材料で構成するのが好ましい。陰極８２の
上部磁極８４、好ましくはＳ極８４はその面１０
５が陽極８１から所定の間隔を置いて近接するよ
うに設け、一方Ｎ極９５はロツド８２の反応側の
下端部で形成する。

第７図の実施態様では、Ｓ極８４がスパツタリ
ングを強化する磁気回路の一部を形成する。磁気
回路の残りの部分は第８Ａ図に示すように磁石８
６によつて形成する。あるいは、これを第８Ｂ図
に示すように、複数のｕ字形磁石８６ａで形成し
てもよい。ｕ字形磁石８６または８６ａにより陰
極８２の陽極８１及び磁極８４を取囲む。磁石８
６または８６ａを磁化して、Ｓ極８９が可動陰極
８２のＳ極８４に隣接する陽極８１側にくるよう
にすると共に、Ｎ極９０が陽極８１の反対側にく
るようにする。

陰極８２は例えばコバルト、鉄、ニツケル、ク
ロムなどの適当な磁性合金か、磁性ターゲツト材
料で構成すればよい。あるいは、陰極８２は例え
ば銅やアルミニウムなどの非磁性ターゲツト材料
かまたは適当な非磁性合金で作ることも可能であ
る。後者の場合にはしかし前に述べたように、軸
線８３と実質的に平行な方向に所望強度をもつ磁
束８６を含むより強い磁場が得られるように磁石
８６を設ける必要がある。ロツド８２の直径及び
長さはそれぞれ0.25〜数インチの範囲及び数イン
チの範囲から選択すればよい。例えばステンレス
鋼やアルミニウムからなるシールド８７を電極８
１，８４と磁石８６または８６ａとの間に設け
て、各磁石をスパツタリングから保護する。シー
ルド８７は接地するのが好ましく、所望ならば冷
却すればよい。

ロツド進行機構９１を利用して矢印９２の方向
にロツド８２を進める。例えばこの機構９１はラ
ツク／ピニオン機構、ねじその他の公知手段によ
つて構成すればよい。適当な制御装置（図示せ
ず）を接続した適当なモータ９２か、あるいは手
動によつてこの機構は制御できる。例えば適当な
セラミツク材料などの耐熱性材料からなる絶縁ス
リーブ９３によつてロツド８２を滑動自在に支持
する。所望ならば、絶縁スリーブ９３は冷却装置
としても設けることができ、この場合には前記の
実施態様と同様に、適当な冷却液体（図示せず）
これを駆動する。

前と同様に、シールド付き給電線３２によつて
ロツド８２の端部９５に給電装置３１を接続すれ
ばよい。前記の好適な実施態様におけるものと同
様な第７図の他の部材についてはここでは説明し
ない。

さて、第７図、第８Ａ図及び第８Ｂ図の実施態
様によるスパツタリング方法について説明する。
第１図の真空室２６内にスパツタリングを行うの
に必要な条件を作り出すと、陽極８１とロツド陰
極／ターゲツト８２の上端部８４の面１０５との
間にグロー放電即ち活性プラズマが生じる。スパ
ツタリングによつて陰極８２の面１０５が徐々に
侵食されるに従つて、矢印９２の方向に機構９１
によつて陰極８２が活性プラズマ内を進む。

第７図、第８Ａ図及び第８Ｂ図の実施態様で
は、例えば2000ガウス以上の高強度の磁場が得ら
れる。陰極８２の表面部分のみがプラズマ４４内
で侵食されている間、他の部分が活性プラズマの
外部にあるので極めて有利である。また、陰極８
２の侵食部がロツド８２をプラズマ内に進めるこ
とによつて連続的に補充されるのも極めて有利で
ある。第７図、第８Ａ図及び第８Ｂ図の実施態様
は、第２図を説明するさいに指摘しておいたよう
に、例えば陰極がリボン状になつているときに、
起こることだが、曲げなどの作用が加わつたとき
に例えば脆性や疲粒損傷により機械的に破損しや
すいターゲツト材料を使用する場合特に好適であ
る。

第７図、第８Ａ図及び第８図の実施態様による
装置及び方法は活性プラズマに対して可動陰極／
ターゲツト８２を適用し、そしてターゲツト材料
を連続的に補充できる点では前に述べた実施態様
による装置及び方法と同じである。ただし、磁性
材料で陰極８２を構成した場合に、この陰極を磁
場によつて過飽和せず、これによりスパツタリン
グを強化するために利用される磁性構造体の活性
部分を形成する点に差がある。活性プラズマ内に
あるロツド８２の端部８４は高温を受けるが、好
適な実施態様ではこの部分８４は冷却しない。ロ
ツド８２はプラズマ領域の外にある部分を冷却す
るのが好適である。、 さらに第７図、第８Ａ図及び第８Ｂ図のロツド
陰極は活性プラズマ４４を通過できるようにする
代りに、ロツド８２をプラズマへ移動可能にし、
ここで徐々に侵食させるようにした点が前の実施
例と異なる。

ロツド８２の上端部８４の横断面の表面単位当
り磁束密度が極めて高く、従つて活性プラズマ領
域４４内の磁場の強度も極めて高いのでさらに有
利である。

以上本発明の好適な実施態様を説明してきたけ
れども、特許請求の範囲で規定した本発明の範囲
から逸脱せずに各種の変更や改変を実施できるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施態様によるスパ
ツタリング装置の概略図、第２図は第１図の一部
に相当する拡大部分図、第３図は第２図の一部に
相当する斜視図、第４図は第３図に示す部分の別
な実施態様を示す断面図、第５図は本発明の別な
実施態様を示す第２図と同様な拡大部分図、第６
Ａ図及び第６Ｂ図は本発明の別な実施態様を示す
それぞれ概略上面図及び横断面図、第７図は本発
明のさらに別な好ましい実施態様を示す拡大断面
図、第８Ａ図は第７図の線８Ａ−８Ａについての
部分横断面図、そして第８Ｂ図は第７図実施態様
の別な構成を示す第８Ａ図と同様な部分横断面図
である。 ２，２９，４３……シールド、３……ベースプ
レート、５……真空ポンプ、８……陽極、１０…
…陰極、１１……送りリール、１２……巻取りリ
ール、１５……冷却支持構造体、２６……真空
室、２３……ガス源、３３，３４……案内ロー
ラ、１５……冷却構造体、２２……スパツタリン
グガン装置、４４……プラズマ領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空中で被処理体に所定のターゲツト材料を
   高速スパツタリングする装置において、 (a) 陽極、陰極及びこれらの間に活性プラズマを
   作る手段を持つ真空室を設け、 (b) 前記陰極を前記所定のターゲツト材料で構成
   し、そしてこの陰極を前記真空室内で該プラズ
   マ領域を介して移動可能にすると共に、前記処
   理体から間隔をおいて設け、そして (c) 前記活性プラズマ領域を介して前記陰極を移
   動させて、前記陽極の一部をこの活性プラズマ
   領域内に位置させると共に、前記陰極の残りの
   連続部分を前記活性プラズマ領域の外側に位置
   させる手段を設けたことを特徴とする高速スパ
   ツタリング装置。 ２ 前記陰極を移動させる手段が連続的に移動す
   る手段で、そして前記活性プラズマ領域内に必ず
   存在する前記可動陰極の前記部分が残りの連続部
   分よりも実質的に小さいことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 冷却手段を前記可動陰極に近接させて設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   装置。 ４ 活性プラズマを作る前記手段が、 前記陽極と前記陰極との間に電場を作る手段を
   有し、 所定厚みをもつ前記可動陰極を前記活性プラズ
   マ領域内に設けて、前記電場と実質的に平行に延
   長させ、そして 前記電場と実質的に直交する方向に前記活性プ
   ラズマ領域を介して前記陰極を移動可能にしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の装
   置。 ５ 前記可動陰極を磁性ターゲツト材料で構成
   し、 前記電場に実質的に直交する方向に磁場を作つ
   て前記活性プラズマを強化する手段を設け、そし
   て 前記活性プラズマ領域内に存在する前記ターゲ
   ツトの部分を前記磁場によつて飽和することを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６ 前記陰極に存在する前記ターゲツト材料の前
   記厚みがその長さ及び幅よりも小さいことを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ 前記冷却手段が所定の時間前記活性プラズマ
   領域内に存在する前記可動陰極の前記部分に近接
   させて設けた第１冷却手段からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載の装置。 ８ 所定の時間前記活性プラズマ領域内に存在す
   る前記可動陰極の部分を滑動自在に支持する支持
   構造体を有し、この支持構造体に前記第１手段を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第７項に
   記載の装置。 ９ 前記第１冷却手段を導電性冷却手段として設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
   載の装置。 １０ 前記冷却手段が所定の時間前記活性プラズ
   マ領域外に存在する前記可動陰極の残りの隣接部
   分に近接させて設けた第２冷却手段からなる特許
   請求の範囲第３項に記載の装置。 １１ 前記第２冷却手段を放射冷却手段として設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１０項に
   記載の装置。 １２ 前記活性プラズマ領域内から前記陰極及び
   前記第２冷却手段を移動させる前記手段を分離す
   るシールド手段を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１０項に記載の装置。 １３ 前記陰極が端部を有し、前記活性プラズマ
   領域内に存在する前記陰極の部分が前記端部から
   所定の距離離れたときに、前記陰極の移動方向を
   反転させる手段を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。 １４ さらに、前記可動陰極の厚みを監視する手
   段を有し、そしてこの手段を前記活性プラズマ領
   域の外側において前記可動陰極の通路にそつて設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に
   記載の装置。 １５ 真空中で被処理体に所定のターゲツト材料
   を高速スパツタリングする装置において、 (a) 陽極、前記所定のターゲツト材料からなる回
   転ドラム面の形で与えられる可動陰極、及びこ
   れら電極間に活性プラズマを作る手段を持つ真
   空室を設け、 (b) 前記活性プラズマ領域内に前記回転ドラム面
   の一部を滑動自在に支持すると共に、前記ドラ
   ム面の残りの連続部分を所定の時間、前記活性
   プラズマ領域の外側に位置させるために前記陽
   極から所定の間隔を置いた支持手段を設け、そ
   して (c) 所定の速度で前記ドラム面を回転させる手段
   からなることを特徴とする高速スパツタリング
   装置。 １６ さらに、第１冷却手段を前記支持手段内に
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１５項
   に記載の装置。 １７ さらに、第２冷却手段を前記活性プラズマ
   領域の外側で前記回転ドラムに近接して設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の
   装置。 １８ さらに、前記活性プラズマ領域から前記ド
   ラム面を回転させる手段及び前記第２冷却手段を
   分離するシールド手段を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１７項に記載の装置。 １９ さらに、前記回転ドラム面の厚みを監視す
   る手段を設けると共に、この監視手段を前記活性
   プラズマ領域の外側で前記ドラム面に沿つて設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記
   載の装置。 ２０ 長手軸線が前記陽極と前記回転ドラム面と
   の間に作られる電場に対して実質的に直交するよ
   うに前記ドラム面を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１５項に記載の装置。 ２１ 真空中で被処理体に所定のターゲツト材料
   を高速スパツタリングする装置において、 (a) 陽極、前記所定のターゲツト材料からなる回
   転デイスクの形で与えられる陰極、及びこれら
   電極間に活性プラズマを作る手段を持つ真空室
   を設け、 (b) 前記活性プラズマ領域内に前記回転デイスク
   の一部を滑動自在に支持すると共に、前記デイ
   スクの残りの連続部分を所定の時間、前記活性
   プラズマ領域の外側に位置させるために前記陽
   極から所定の間隔を置いた支持手段を設け、そ
   して 前記デイスクを所定の速度で回転させる手段
   からなることを特徴とする高速スパツタリング
   装置。 ２２ さらに、前記支持手段内に第１冷却手段を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第２１項
   に記載の装置。 ２３ さらに、前記活性プラズマ領域の外部で前
   記回転デイスクに近接させて第２冷却手段を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２１項に記
   載の装置。 ２４ さらに、前記活性プラズマ領域から前記デ
   イスクを回転させる前記手段及び前記第２冷却手
   段を分離する手段を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第２２項に記載の装置。 ２５ さらに、前記回転デイスクの厚みを連続的
   に監視する手段を設けると共に、この監視手段を
   前記活性プラズマ領域の外側で前記回転デイスク
   の通路に沿つて設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２１項に記載の装置。 ２６ 平らな面が前記陽極と前記回転デイスクの
   間に形成される電場に対して実質的に直交する方
   向に延びるように前記回転デイスクを設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２１項に記載の装
   置。 ２７ 前記陰極が磁性ターゲツト材料からなり、
   さらに前記活性プラズマ領域を強化する磁場を作
   る手段を設けると共に、前記可動陰極の厚みそれ
   の他の寸法よりも小くして、前記活性プラズマ領
   域内で前記ターゲツト材料を飽和させたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２１項に記載の装置。