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JP2007119824A - Target assembly for rotary cylinder type magnetron sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering system and thin film producing process using the same - Google Patents

Target assembly for rotary cylinder type magnetron sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering system and thin film producing process using the same Download PDF

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JP2007119824A
JP2007119824A JP2005311748A JP2005311748A JP2007119824A JP 2007119824 A JP2007119824 A JP 2007119824A JP 2005311748 A JP2005311748 A JP 2005311748A JP 2005311748 A JP2005311748 A JP 2005311748A JP 2007119824 A JP2007119824 A JP 2007119824A
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JP
Japan
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assembly
cathode
target
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sputtering
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JP2005311748A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Yamakawa
哲雄 山川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KOHATSU KOGAKU KK
Original Assignee
KOHATSU KOGAKU KK
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Publication date
Application filed by KOHATSU KOGAKU KK filed Critical KOHATSU KOGAKU KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a target assembly for a rotary cylinder type magnetron sputtering cathode which can be inexpensively and efficiently produced, and a sputtering cathode assembly and a rotary cylinder type magnetron sputtering system using the same. <P>SOLUTION: The target assembly A for the rotary cylinder type magnetron sputtering cathode is configured by respectively joining bulk-form rectangular target material pieces 2 to each outer side face 1a of 6 or more polygonal cylindrical support 1 and working the outer peripheral surfaces of the target material pieces 2 to a cylindrical form. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学多層膜等を製造するのに用いられる回転円筒型マグネトロンススパッタリング用カソードと、それを用いたスパッタリング装置及び成膜方法に関する。   The present invention relates to a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode used for manufacturing an optical multilayer film and the like, and a sputtering apparatus and a film forming method using the cathode.

今日、光学多層膜は、光学機器のみならず、光通信用デバイス、ディスプレー用光学エンジン、医寮用分析機器などの部品として広く使用されており、今後益々需要が増大するばかりか、高性能分光特性や高耐久膜質あるいはサブミクロンレベルのパーティクルをも含まない清浄性など、要求される性能は日毎に高くなる一方、コストの更なる低減が要求されている。そのため、この種製膜装置や関連部品、製膜技術の改良などが常に行われている。   Today, optical multilayer films are widely used not only as optical equipment but also as parts for optical communication devices, optical engines for displays, analysis equipment for medical dormitories, and so on. While required performances such as properties, high durability film quality, and cleanliness that does not include sub-micron level particles are increasing day by day, further cost reduction is required. For this reason, improvements of this type of film forming apparatus, related parts, and film forming techniques are constantly being made.

従来、光学多層膜等の基板への積層方法としては、各種の方式のものがあるが、昨今、スパッタリング法が真空蒸着法に代わって次第に一般的になりつつある。スパッタリング法に使用されるターゲット組立体の形状は、殆どが平板円形(図10参照)または平板長方形(図11参照)で、ターゲット、磁気回路、冷却水路あるいは電気線路などを含むカソード組立体としては、平面マグネトロン型が良く知られている。
金原 粲著、「スパタリング現象-基礎と薄膜・コーティング技術への応用」、東京大学出版会、1985年3月5日(第2刷)、p.161−163
Conventionally, there are various methods for laminating an optical multilayer film or the like on a substrate, but recently, the sputtering method is gradually becoming common instead of the vacuum evaporation method. The shape of the target assembly used for the sputtering method is almost flat (see FIG. 10) or rectangular (see FIG. 11), and as a cathode assembly including a target, a magnetic circuit, a cooling water channel or an electric line, etc. The planar magnetron type is well known.
Satoshi Kanehara, “Sputtering Phenomenon: Fundamentals and Application to Thin Film / Coating Technology”, University of Tokyo Press, March 5, 1985 (2nd printing), p.161-163

平面マグネトロン型スパッタリング装置におけるターゲット組立体は、図10または図11に示すように、バルク状の金属や半導体等のターゲット材料Tを、熱や電気伝導性の良いバッキングプレートと呼ばれる金属製の支持体Sに、主にインジウム金属を用いて接合することにより作られるが、ターゲット材料自身の剛性が高い場合には、バッキングプレートを用いずに、ターゲット材料をそのままバッキングプレートの役割を兼ねた自己支持タイプとして使用することも可能である。
バッキングプレートの裏側には、多数の永久磁石片Mで形成される磁気閉回路をヨークYで裏打ちしてなるマグネトロン磁気回路を配置して、エロージョン領域Eを形成するための高密度プラズマを維持する手段にしている。
また、ターゲット材料が高温にならないように、あるいは磁石が熱せられて消磁しないように、水冷却を行うのが一般的である。
As shown in FIG. 10 or FIG. 11, the target assembly in the planar magnetron type sputtering apparatus is made of a target material T such as a bulk metal or semiconductor, which is a metal support called a backing plate having good heat and electrical conductivity. It is made by joining mainly with indium metal to S, but when the target material itself has high rigidity, the self-supporting type that serves as the backing plate as it is without using the backing plate. It can also be used.
On the back side of the backing plate, a magnetron magnetic circuit formed by lining a magnetic closed circuit formed of a large number of permanent magnet pieces M with a yoke Y is arranged to maintain a high-density plasma for forming the erosion region E. It is a means.
Moreover, it is common to perform water cooling so that the target material does not reach a high temperature or the magnet is heated to prevent demagnetization.

マグネトロン磁気回路は、一般的にはターゲットに対して固定されているため、磁気回路によって増強されるプラズマによって作られるエロージョン領域は、ターゲット上で固定された閉ループのパターン、いわゆるレーストラック形状を描く。エロージョン領域は、常にイオン化したスパッタリングガス(イオンとなってターゲットを衝撃し、スパッタ粒子を飛び出させる役割を果たすガスで、殆どの場合Arが使われる。)によって衝撃を受けるために、清浄な材料面を提供できるが、それ以外の領域の材料表面は、一般的に反跳スパッタ粒子(一旦スパッタされた材料粒子が周囲で跳ね返されて再びターゲット面上に堆積する粒子)や導入される反応ガスによって材料の一部が化学反応を起こすために、ターゲット表面上に生成化合物が堆積する。
この領域は、清浄ではないばかりか電気伝導性の悪い表面となるため、イオンの堆積によってアーキングなどの異常放電が発生し、システムへの影響や膜質へ悪影響を及ぼす。この悪影響をなくすために、ターゲット裏面に配置される磁気回路を常時揺動させ、非エロージョン領域をなくす方法も提案されている。
Since the magnetron magnetic circuit is generally fixed with respect to the target, the erosion region created by the plasma enhanced by the magnetic circuit describes a closed loop pattern, so-called racetrack shape, fixed on the target. The erosion region is a clean material surface because it is constantly bombarded by ionized sputtering gas (a gas that acts as ions to bombard the target and play the role of sputtered particles, and in most cases Ar is used). However, the surface of the material in other regions is generally affected by recoil sputtered particles (particles once sputtered material particles are bounced back and deposited on the target surface again) and the reaction gas introduced. As a portion of the material undergoes a chemical reaction, the product compound is deposited on the target surface.
Since this region is not only clean but also has a surface with poor electrical conductivity, the deposition of ions causes abnormal discharge such as arcing, which adversely affects the system and film quality. In order to eliminate this adverse effect, a method of eliminating the non-erosion region by constantly swinging the magnetic circuit arranged on the back surface of the target has been proposed.

これとは別に、ターゲット組立体を円筒形に形成して、その内部に磁気回路を組み込み、この円筒形ターゲット組立体を磁気回路に対して回転させて、非エロージョン領域をなくす方法がある。この場合、金属などの材料はその性質上加工に問題はないが、Siなどのような脆性材料は直接加工して円筒形にするのは難しく、また作れたとしても熱ひずみなどの外力で破損する場合が多い。
そのため、現在では、ステンレスなどの円筒形の支持体表面に溶射法と呼ばれる方法で材料を着膜させる方法が用いられている。この方法は、技術的に特殊であるばかりか厚みのある物ができず、また、使用頻度の大きいSiに対しても、電気導電性を持たせるためによく使われるボロンをドープできないなどという問題もある。
Alternatively, there is a method of forming a target assembly in a cylindrical shape, incorporating a magnetic circuit therein, and rotating the cylindrical target assembly with respect to the magnetic circuit to eliminate a non-erosion region. In this case, materials such as metals have no problem in processing due to their properties, but brittle materials such as Si are difficult to process directly into a cylindrical shape, and even if made, they are damaged by external forces such as thermal strain. There are many cases to do.
Therefore, at present, a method of depositing a material on a surface of a cylindrical support such as stainless steel by a method called a spraying method is used. This method is not only technically special but also thick, and it is difficult to dope boron, which is often used to provide electrical conductivity, even for heavily used Si. There is also.

本発明は、上記の如き従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶射法を用いることなく、安価で且つ効率良く製作し得る、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体を提供することにある。
本発明の他の目的は、本発明による上記ターゲット組立体を用いた、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体、及び回転円筒型マグネトロンスパッタリング装置、並びに薄膜作成方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object of the present invention is for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode that can be manufactured inexpensively and efficiently without using a thermal spraying method. It is to provide a target assembly.
It is another object of the present invention to provide a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly, a rotating cylindrical magnetron sputtering apparatus, and a thin film forming method using the target assembly according to the present invention.

上記目的を達成するため、本発明による回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体は、多面筒状支持体の各外側面にバルク状の短冊形ターゲット材料片をそれぞれ取り付けて、該ターゲット材料片の外周面を円筒状に加工することにより、構成される。   In order to achieve the above object, a target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to the present invention has a bulk strip target material piece attached to each outer surface of a multi-sided cylindrical support, respectively. It is configured by processing the outer peripheral surface into a cylindrical shape.

本発明によるターゲット組立体においては、前記各外側面に複数枚の前記ターゲット材料片が、直接またはバッキングプレートを介して接合されている。   In the target assembly according to the present invention, a plurality of pieces of the target material are joined to each outer surface directly or via a backing plate.

また、本発明によるターゲット組立体においては、前記ターゲット材料片は、アルミを好ましくは1wt%〜5wt%の範囲でドープしたSi、ボロンを好ましくは1ppma〜1000ppmaの範囲でドープしたSi、リンを好ましくは1ppm〜500ppmの範囲でドープしたSi、ITO、Ta、Nb、Ti、TiO1.0〜TiO1.8、ZrおよびAlのいずれかである。 In the target assembly according to the present invention, the target material piece is preferably Si doped with aluminum in a range of 1 wt% to 5 wt%, Si doped with boron, preferably in a range of 1 ppma to 1000 ppma, and phosphorus. Is one of Si, ITO, Ta, Nb, Ti, TiO 1.0 to TiO 1.8 , Zr and Al doped in the range of 1 ppm to 500 ppm.

また、本発明によるターゲット組立体においては、前記ターゲット材料片は、その両端部が中心部より厚みが厚い形状を有している。   In the target assembly according to the present invention, the target material piece has a shape in which both end portions are thicker than the center portion.

また、本発明による回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体は、ターゲット側面上にレーストラック状のエロージョン領域を形成するために、前記ターゲット組立体のいずれかの前記多面筒状支持体の内部に、プラズマを増強させるためのマグネトロン磁気回路と、前記ターゲット材料に通電するための電気線路と、前記ターゲット材料を冷却するための冷却水路とが真空装置内で使用可能のように封入し、前記マグネトロン磁気回路に対して前記ターゲット組立体を回転させるための駆動機構を備えている。   Further, the rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly according to the present invention has a plasma inside the multi-sided cylindrical support of any one of the target assemblies in order to form a racetrack-like erosion region on the side of the target. A magnetron magnetic circuit for reinforcing the target material, an electric line for energizing the target material, and a cooling water channel for cooling the target material are enclosed so as to be usable in a vacuum apparatus, and the magnetron magnetic circuit And a drive mechanism for rotating the target assembly.

本発明による回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体は、上記の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体2個を一対とし、該一対のカソード組立体間に好ましくは10KHzから100KHzの範囲の交流電力を通電し得るように構成されている。   A rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly according to the present invention is a pair of the above-mentioned rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assemblies, and AC power in the range of 10 KHz to 100 KHz is preferably passed between the pair of cathode assemblies. It is configured to be able to.

また、本発明による回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体は、同一回転速度で駆動されるように構成されている。   The rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly according to the present invention is configured to be driven at the same rotational speed.

また、本発明によるメタモードスパッタリング装置は、内部に基板搬送手段と真空排気装置を備えたスパッタリング成膜装置であって、少なくとも一つのスパッタリング領域と少なくとも一つの反応領域とを設け、前記スパッタリング領域には、前記カソード組立体または前記カソード対組立体が設置されており、該カソード組立体または該カソード対組立体は、ターゲット材料が、アルミを好ましくは1wt%〜5wt%の範囲でドープしたSi、ボロンを好ましくは1ppma〜1000ppmaの範囲でドープしたSi、リンを好ましくは1ppm〜500ppmの範囲でドープしたSi、ITO、Ta、Nb、Ti、TiO1.0〜TiO1.8、ZrおよびAlのいずれかであり、該反応領域では、ターゲット材料を基板上で反応させる手段として、プラズマ手段、加速イオン手段、中性活性種手段またはそれらの混合手段からなり、スパッタリング領域と反応領域は物理的に分離された位置に設置されており、基板搬送手段は、基板をスパッタ領域と反応領域とこれに隣接する領域とを順次搬送通過せしめ、この動作を繰返すことにより所望の厚さのターゲット材料の所望反応化合物薄膜が基板上に堆積し得るようになっている。 The metamode sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering film forming apparatus provided with a substrate transfer means and a vacuum evacuation device inside, and is provided with at least one sputtering region and at least one reaction region. Wherein the cathode assembly or the cathode pair assembly is installed, the cathode assembly or the cathode pair assembly comprising Si, wherein the target material is preferably doped with aluminum in the range of 1 wt% to 5 wt%, Si doped with boron preferably in the range of 1 ppma to 1000 ppma, Si doped with phosphorus preferably in the range of 1 ppm to 500 ppm, ITO, Ta, Nb, Ti, TiO 1.0 to any one of TiO 1.8 , Zr and Al In the reaction region, plasma means, accelerated ion means, neutral active species means are used as means for causing the target material to react on the substrate. The sputtering area and the reaction area are physically separated from each other, and the substrate transfer means sequentially transfers the substrate to the sputtering area, the reaction area, and the adjacent area. By repeating this operation, the desired reactive compound thin film of the desired thickness of the target material can be deposited on the substrate.

また、本発明による多層膜用メタモードスパッタリング装置は、少なくとも2つのスパッタ領域と少なくとも1つの反応領域を備え、各スパッタ領域では前記カソード組立体または前記カソード対組立体を備え、2種類の材料の反応化合物薄膜を交互に積層し得るようになっている。   The multilayer metamode sputtering apparatus according to the present invention includes at least two sputter regions and at least one reaction region, and each of the sputter regions includes the cathode assembly or the cathode pair assembly. The reaction compound thin films can be alternately laminated.

また、本発明による多層膜用メタモードスパッタリング装置は、2つのスパッタ材料を同時にスパッタさせて合金化合物とし、反応領域で所望の合金反応化合物薄膜の成膜を行い得るようになっている。   Further, the multi-mode metamode sputtering apparatus according to the present invention is capable of forming a desired alloy reaction compound thin film in a reaction region by simultaneously sputtering two sputtering materials into an alloy compound.

また、本発明によるメタモードスパッタリングによる薄膜作成方法は、前記カソード組立体または前記カソード対組立体を少なくとも2種類選択して、各々を第1、第2及びその他のスパッタ領域に配置し、少なくとも1つの反応領域をスパッタ領域から離れた位置に設置し、該反応領域では反応手段として、プラズマ手段、イオン手段、中性活性種手段またはそれらの混合手段により化学反応可能な手段を有するスパッタ成膜装置において、真空排気装置で排気し、基板搬送手段を回転させ、作業ガスとしてArを導入し、第一のスパッタリング領域で第一の材料をスパッタさせ、次いで反応領域で反応させる工程を繰り返して所望の厚みの成膜を行い、次いで第二のスパッタリング領域で第二の材料をスパッタし、次いで反応領域で反応させて所望の厚みの成膜を行い、以下この工程を交互に繰り返して、基板上に多層積層膜を形成するようになっている。   Also, in the method for forming a thin film by metamode sputtering according to the present invention, at least two types of the cathode assembly or the cathode pair assembly are selected, and each of them is arranged in the first, second and other sputtering regions, and at least 1 Sputter film forming apparatus having two reaction regions installed at positions distant from the sputtering region, and having means capable of chemically reacting with the plasma means, ion means, neutral active species means or their mixing means as reaction means in the reaction area The process of evacuating with a vacuum evacuation apparatus, rotating the substrate transfer means, introducing Ar as a working gas, sputtering the first material in the first sputtering region, and then reacting in the reaction region is repeated. A thick film is formed, then the second material is sputtered in the second sputtering region, and then reacted in the reaction region. Perform deposition of the desired thickness Te, following repeat this process alternately, so as to form a multi-layered film on a substrate.

本発明によれば、非エロージョン領域が殆どなく且つ使用効率の良い回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体を安価且つ特殊技術を必要とすることなしに提供することができ、また、安価で高効率のメタモードスパッタリング装置を提供することができる。また、本発明によれば、均質の多層積層膜を安価に作成し得るメタモードスパッタリングによる成膜方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode that has almost no non-erosion region and is highly efficient in use, at low cost and without requiring special technology. An efficient metamode sputtering apparatus can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a film forming method by metamode sputtering that can form a homogeneous multilayer laminated film at low cost.

以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明する。図1乃至3は本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体の互いに異なる実施例を示し、各図の(a)は製作過程を示す斜視図、(b)は仕上げ状態を示す斜視図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on illustrated examples. FIGS. 1 to 3 show different embodiments of a target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to the present invention, in which (a) is a perspective view showing a manufacturing process, and (b) is a perspective view showing a finished state. FIG.

図1において、1は予め準備された多面筒状支持体、2は多面筒状支持体1の各外側面1aに整合する内側面形状と所定の厚さを有するバルク状の短冊形ターゲット材料片である。この短冊形ターゲット材料片2は、ボロンを500ppmaドープした単結晶または多結晶Si材等よりなり、図から明らかなように、横断面形状が台形をなしていて、多面筒状支持体1の各外側面1aに接着されたとき、隣接するターゲット材料片2が厚さ面を含めて互いに密接するように外側面の大きさが選定されるが、このターゲット材料片2の形状はこれに限定されるものではなく、複数の短冊形ターゲット材料片2が多面体を形成するような構造、例えば、図4に示すように、横断面形状が長方形のものと台型のものとを組合せて構成してもよい。   In FIG. 1, 1 is a multi-faced cylindrical support prepared in advance, 2 is a bulk-shaped strip-shaped target material piece having a predetermined thickness and an inner side face shape that matches each outer face 1a of the multi-faced tubular support 1 It is. This strip-shaped target material piece 2 is made of a single crystal or polycrystalline Si material doped with 500 ppma of boron, and as is apparent from the figure, the cross-sectional shape is trapezoidal, and each of the multi-faced cylindrical support 1 When bonded to the outer surface 1a, the size of the outer surface is selected so that the adjacent target material pieces 2 are in close contact with each other including the thickness surface, but the shape of the target material pieces 2 is limited to this. A structure in which a plurality of strip-shaped target material pieces 2 form a polyhedron, for example, a combination of a rectangular cross-sectional shape and a trapezoidal shape as shown in FIG. Also good.

このようにして準備された短冊形ターゲット材料片2を、図1に示すように、多面筒状支持体1の各外側面1aに、通常行われるインジウム金属によるボンディング手法により直接接着するか、あるいは、図2に示すように、上記の短冊形ターゲット材料片2を、同様に準備された銅製等のバッキングプレート3にインジウム等で接着した後、そのバッキングプレート3を多面筒状支持体1の各外側面1aに固定するかして、多面円筒形状体に作り上げる。この場合、1枚のバッキングプレート3に接着される短冊形ターゲット材料片2は、図3に示されるように、複数枚に分割されてもよい。   The strip-shaped target material pieces 2 thus prepared are directly bonded to the respective outer side surfaces 1a of the multi-faced cylindrical support 1 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the strip-shaped target material piece 2 is bonded to a copper-made backing plate 3 similarly prepared with indium or the like, and then the backing plate 3 is attached to each of the multi-sided cylindrical support 1. By making it fixed to the outer surface 1a, it is made into a multi-faced cylindrical body. In this case, the strip-shaped target material piece 2 bonded to one backing plate 3 may be divided into a plurality of pieces as shown in FIG.

次に、このようにして作り上げた多面円筒形状体を、ダイモンドホイール研削機等を用いて円筒形に加工し、図1(b)、図2(b)及び図3(b)に示した如き、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体Aを得る。この場合、多面円筒形状体の両端部を中央部よりも厚くなるように研削して、ターゲット組立体Aをいわゆるドッグボーン形状に成形するのが好ましい。その理由は、一般的に円筒形状のターゲットは、使用中、両端部がレーストラック状のエロージョンを示すために、一番エロージョンによる消耗の大きい両端部を厚く加工することにより、全体の消耗を均一化することができ、ターゲットの使用寿命を延ばすことができる結果となるからである。   Next, the multifaceted cylindrical body thus prepared is processed into a cylindrical shape using a diamond wheel grinding machine or the like, as shown in FIGS. 1 (b), 2 (b) and 3 (b). A target assembly A for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode is obtained. In this case, it is preferable to form the target assembly A into a so-called dog bone shape by grinding both end portions of the multi-faced cylindrical body so as to be thicker than the center portion. The reason for this is that, in general, a cylindrical target has a uniform overall wear by processing both ends that are most consumed by erosion thickly, so that both ends show a racetrack-like erosion during use. This is because it is possible to increase the service life of the target.

なお、短冊形ターゲット材料片2として,脆性のあるSi等を用いる場合は、多面筒状支持体1に取り付ける前に、短冊形ターゲット材料片の角を丸めておくのが、研削加工上好都合である。実施例では、ターゲット組立体Aを12角の多面筒状体として構成したが、組立てと研削加工等の便宜上6角以上の多面筒状体として構成するのが好ましい。また、円筒体の内部には磁気回路が組み込まれるので、多面筒状体の面数は多いほうが各片の各場所での厚みがより均一にでき、そのために結果的に、ある程度の厚み(通常3mmから10mm程度の厚みが良く用いられる)のターゲットを作るときには平均的に薄くでき、その結果ターゲット材料の表面と磁石との距離が近くなるので、ターゲット表面磁場強度が強くなり、スパッタ効率を上げることができる。   In addition, when using brittle Si etc. as the strip-shaped target material piece 2, it is convenient on grinding processing that the corner of the strip-shaped target material piece is rounded before attaching to the multi-faced cylindrical support 1. is there. In the embodiment, the target assembly A is configured as a 12-sided multi-sided cylindrical body, but is preferably configured as a multi-sided cylindrical body having 6 or more corners for convenience of assembly and grinding. In addition, since a magnetic circuit is incorporated inside the cylindrical body, the larger the number of faces of the multi-faced cylindrical body, the more uniform the thickness at each location of each piece. As a result, a certain thickness (usually (Thickness of about 3 mm to 10 mm is often used). When the target is made, it can be thinned on average, and as a result, the distance between the surface of the target material and the magnet is reduced, so that the target surface magnetic field strength is increased and the sputtering efficiency is increased. be able to.

以上、本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体Aの製作方法を説明したが、図3の実施例に関連して説明したとおり、多面筒状支持体1の各外側面1aに取り付けるべき短冊形ターゲット材料片2を複数枚に分割して構成すれば、より長い円筒形状のターゲット組立体も容易に製作することができ、量産用の大型のスパッタリング装置も難しい技術を使うことなく作ることができる結果となり、好都合である。   The manufacturing method of the target assembly A for the rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to the present invention has been described above. As described in connection with the embodiment of FIG. If the strip-shaped target material piece 2 to be attached is divided into a plurality of pieces, a longer cylindrical target assembly can be easily manufactured, and a large-scale sputtering apparatus for mass production does not use difficult techniques. This is convenient and can be produced.

また、Si等の脆性物質のみならずターゲット材に金属を用いる場合、高融点金属となるので、従来、円筒直径の大きなものや長いものを直接円筒形に形作るのは無理であり、また、経済的にも不利であったが、本発明における如く、短冊形ターゲット材料片を繋ぎ合わせることにより、経済的且つ効率的に円筒形ターゲット組立体を生産することができる。   In addition, when metals are used for target materials as well as brittle materials such as Si, it is impossible to directly form large or long cylindrical diameters directly into a cylindrical shape because it is a refractory metal. Although it is disadvantageous, the cylindrical target assembly can be produced economically and efficiently by joining the strip-shaped target material pieces as in the present invention.

図5は本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体の一実施例を、図6は本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体の他の実施例をそれぞれ示し、各図の(a)は平面図、(b)は側面図である。   FIG. 5 shows an embodiment of a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly according to the present invention, and FIG. 6 shows another embodiment of the rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly according to the present invention. ) Is a plan view, and (b) is a side view.

図5に示す実施例においは、多面筒状支持体1として、ステンレス製の10角多面体が用いられ、短冊形ターゲット材料片2として、ボロンを500ppmaドープした多結晶Si材が採用された。製作にあったては、まず、各ターゲット材料片2と多面筒状支持体1の各外側面に、インジウムの拡散防止層あるいは密着層としてNiをコーティングし、インジウムにより各ターゲット材料片2を多面筒状支持体1の各外側面に接合し、その後、ダイアモンドホイールで外径125mmφの円筒形に仕上げて、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体Aを得た。なお、上記Niをコーティングした後さらにCuをコーティングすると、半田の密着性が良くなるので好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 5, a stainless steel 10-sided polyhedron is used as the polyhedral cylindrical support 1, and a polycrystalline Si material doped with boron at 500 ppma is used as the strip-shaped target material piece 2. In production, first, Ni is coated on each outer surface of each target material piece 2 and the multi-sided cylindrical support 1 as an indium diffusion prevention layer or adhesion layer, and each target material piece 2 is multifaceted with indium. It joined to each outer side surface of the cylindrical support body 1, and after that, it finished in the cylindrical shape of outer diameter 125mm (phi) with a diamond wheel, and obtained the target assembly A for rotating cylindrical magnetron sputtering cathodes. In addition, it is preferable to coat Cu after coating the Ni because the adhesion of the solder is improved.

次に、この組立体Aの支持体1の内部に、ターゲット表面で水平磁場成分が500ガウスになるようなマグネトロン磁気回路4を配置し、図示しないが水冷用水路を設置して、所望の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体Bを作成した。この組立体Bにおいて、各ターゲット材料片2の厚みは、最も薄いところで4mm、長さは800mm、支持体1の長さは1mとした。なお、図5(a)においてマグネトロン磁気回路4を構成する3列のマグネットは平行に配置されたが、これらのマグネットは放射状に配置する方が好ましい。   Next, a magnetron magnetic circuit 4 having a horizontal magnetic field component of 500 gauss on the target surface is arranged inside the support 1 of the assembly A, and a water cooling water channel (not shown) is installed to form a desired rotating cylinder. Type magnetron sputtering cathode assembly B was prepared. In this assembly B, the thickness of each target material piece 2 was 4 mm, the length was 800 mm, and the length of the support 1 was 1 m. In FIG. 5A, the three rows of magnets constituting the magnetron magnetic circuit 4 are arranged in parallel, but it is preferable to arrange these magnets radially.

このようにして得たカソード組立体Bを一対真空容器中に設置して、この容器中にArガスを導入し、0.5Paの圧力下で該組立体Bを15rpmで回転させ、約40KHz・20KWの交流を印加してスパッタさせたところ、各ターゲット材料片2を使い切るのに7200KWh以上の寿命があり、従来の125mm×800mm×6mmtの大きさの平面マグネトロンターゲットの6倍以上の寿命を示した。   The cathode assembly B thus obtained was placed in a pair of vacuum vessels, Ar gas was introduced into the vessels, the assembly B was rotated at 15 rpm under a pressure of 0.5 Pa, and about 40 KHz · When sputtered by applying an alternating current of 20 KW, the life of each target material piece 2 is 7200 KWh or more, and the lifetime of a conventional planar magnetron target of 125 mm × 800 mm × 6 mmt is 6 times longer. It was.

図6に示す実施例においは、多面筒状支持体1として、ステンレス製の10角多面体が用いられ、短冊形ターゲット材料片2として、ボロンを500ppmaドープした多結晶Si材が使用され、バッキングプレート3として銅材が使用された。製作にあったては、まず、各ターゲット材料片2に密着層及び拡散防止層としてNiをコーティングし、これをインジウムによりバッキングプレート3に接合したものを10枚用意し、これを多面筒状支持体1の各外側面に密着列設し、最後の一枚をアリ溝5と取付けネジ6をもって支持体1に取り付けることにより、ターゲット材料片全体を支持体1上に固定した後、ダイアモンドホイールで外径が125mmφの円筒形となるように仕上げて、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体Aを得た。なお、図6(a)においてマグネトロン磁気回路4を構成する3列のマグネットは平行に配置されたが、これらのマグネットは放射状に配置する方が好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 6, a stainless steel 10-sided polyhedron is used as the polyhedral cylindrical support 1, and a polycrystalline Si material doped with 500 ppma of boron is used as the strip-shaped target material piece 2. A copper material was used as 3. In the production process, first, each target material piece 2 is coated with Ni as an adhesion layer and a diffusion prevention layer, and 10 pieces are prepared by bonding them to the backing plate 3 with indium. After the entire target material piece is fixed on the support 1 by attaching the last one piece to the support 1 with the dovetail groove 5 and the attachment screw 6, the target material piece is fixed on the support 1 by the diamond wheel. A target assembly A for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode was obtained by finishing it into a cylindrical shape having an outer diameter of 125 mmφ. In FIG. 6A, the three rows of magnets constituting the magnetron magnetic circuit 4 are arranged in parallel, but these magnets are preferably arranged radially.

次に、この組立体Aの支持体1の内部に、ターゲット表面で水平磁場成分が800ガウスになるようなマグネトロン磁気回路4を配置し、図示しないが水冷用水路を設置して、所望の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体Bを作成した。この組立体Bにおいて、各ターゲット材料片2の厚みは、最も薄いところで6mm、長さは800mm、支持体1の長さは1mとした。   Next, a magnetron magnetic circuit 4 having a horizontal magnetic field component of 800 gauss on the target surface is disposed inside the support 1 of the assembly A, and a water cooling water channel (not shown) is installed to form a desired rotating cylinder. Type magnetron sputtering cathode assembly B was prepared. In this assembly B, the thickness of each target material piece 2 was 6 mm, the length was 800 mm, and the length of the support 1 was 1 m.

このようにして得たカソード組立体Bを一対真空容器中に設置して、この容器中にArガスを導入し、0.5Paの圧力下で該組立体Bを15rpmで回転させ、約40KHz・20KWの交流を印加してスパッタさせたところ、各ターゲット材料片2を使い切るのに7200KWh以上の寿命があり、従来の125mm×800mm×6mmtの大きさの平面マグネトロンターゲットの6倍以上の寿命を示した。   The cathode assembly B thus obtained was placed in a pair of vacuum vessels, Ar gas was introduced into the vessels, the assembly B was rotated at 15 rpm under a pressure of 0.5 Pa, and about 40 KHz · When sputtered by applying an alternating current of 20 KW, the life of each target material piece 2 is 7200 KWh or more, and the lifetime of a conventional planar magnetron target of 125 mm × 800 mm × 6 mmt is 6 times longer. It was.

図7は、ボロンを500ppmaドープしたSiからなる短冊形ターゲット材料片を用いて製作した回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体Aを備えた、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体Bの他の実施例の縦断面図である。図中、5は取付けフランジ、6は電極、7は回転用ベアリング8を介して取付け真空フランジ5上に回転可能に装架されていて、頂部が閉じられた形の多面筒状支持体1を水密的に固定支持する回転用歯車、9は絶縁カラー10を介して取付けフランジ5には水密固定的に、回転用歯車7には水密回転可能に同心的に挿通された冷却水導入管、11は冷却水導入管10内に挿通されて上端が多面筒状支持体1内に設置されたマグネトロン磁気回路4の上端付近に達する冷却水排出管である。   FIG. 7 shows another implementation of a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly B with a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode target assembly A fabricated using strip-shaped target material pieces made of Si doped with 500 ppma of boron. It is a longitudinal cross-sectional view of an example. In the figure, 5 is a mounting flange, 6 is an electrode, 7 is rotatably mounted on a mounting vacuum flange 5 via a bearing 8 for rotation, and the multi-sided cylindrical support 1 having a closed top is provided. A rotation gear 9 that is fixed and supported in a watertight manner, a cooling water introduction pipe 9 that is concentrically inserted through the insulating collar 10 so as to be watertightly fixed to the mounting flange 5, and concentrically inserted in the rotation gear 7 so as to be watertightly rotatable. Is a cooling water discharge pipe which is inserted into the cooling water introduction pipe 10 and whose upper end reaches the vicinity of the upper end of the magnetron magnetic circuit 4 installed in the multi-sided cylindrical support 1.

このように構成された回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体Bは、冷却水導入管9と冷却水排出管10を介して多面筒状支持体1内に冷却水を循環させながら、回転用歯車7を図示しない駆動装置により回転させることにより、ターゲット組立体Aを磁気回路4に対して回転せしめて、使用に供される。   The rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly B configured as described above rotates the rotating gear 7 while circulating the cooling water in the multi-sided cylindrical support 1 through the cooling water introduction pipe 9 and the cooling water discharge pipe 10. Is rotated by a drive device (not shown) to rotate the target assembly A with respect to the magnetic circuit 4 for use.

図8は、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体の実施例を示す縦断面図である。この実施例は、図7に示した回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体Bを二つ結合して、その間に交流を印加接続可能に構成したものである。したがって、図中、図7と実質上同一の部材には同一符号が付されている。12は主軸12aが絶縁カラー13を介して取付けフランジ5に回転可能に取り付けられた駆動モータ、14は主軸12aに固着されていて一対の回転用歯車7,7に歯合する駆動歯車、15は絶縁フランジ16を介して取付けフランジ5に取り付けられた第二の取付けフランジである。   FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly. In this embodiment, two rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assemblies B shown in FIG. 7 are combined, and an alternating current can be applied between them. Therefore, in the figure, substantially the same members as those in FIG. Reference numeral 12 denotes a drive motor in which the main shaft 12a is rotatably attached to the mounting flange 5 via an insulating collar 13. Reference numeral 14 denotes a drive gear which is fixed to the main shaft 12a and meshes with the pair of rotation gears 7, 7. It is a second attachment flange attached to the attachment flange 5 via an insulating flange 16.

この実施例においては、駆動モータ12の回転により、一対のターゲット組立体Aは同一方向に回転するが、反対方向へ回転させたい場合は、駆動歯車14と回転用歯車7の一方との間に中間歯車を介在させればよい。この場合、交流は一般に40KHz〜60KHz好ましくは50KHz付近が使用され、10KHz〜100KHz程度の交流が印加可能である。   In this embodiment, the pair of target assemblies A rotate in the same direction due to the rotation of the drive motor 12, but when it is desired to rotate in the opposite direction, between the drive gear 14 and one of the rotation gears 7. An intermediate gear may be interposed. In this case, the alternating current is generally 40 kHz to 60 kHz, preferably around 50 kHz, and an alternating current of about 10 kHz to 100 kHz can be applied.

図9は、二種類のターゲット材料を使用することができるように構成したメタモードスパッタリング装置の一実施例の概略構成を示す平面図である。図中、17は成膜用基板準備室18を有する実質上円筒形をなす真空容器、19は真空容器17内を所定の真空状態にするための一対の真空ポンプ、20は反応室、21は誘導結合型高周波電源、22は酸素反応ガス源、B1は例えば既述の短冊形ターゲット材料片にボロンを500ppmaドープしたSi材を用いたターゲット組立体を使用して図8に示した如き構成の第一の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体、23は第1のカソード対組立体B1に用いられるSiターゲット用交流電源、B2は例えば既述の短冊形ターゲット材料片にTa金属を用いたターゲット組立体を使用して図8に示した如き構成の第2の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体、24は第2のカソード対組立体B2に用いられるTaターゲット用交流電源、25は真空容器17内にスッパタリングガスを供給するためのガス源、26は図示しない駆動装置により回転せしめられる円筒型基板ホルダである。   FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of an example of a metamode sputtering apparatus configured so that two types of target materials can be used. In the figure, 17 is a substantially cylindrical vacuum container having a substrate preparation chamber 18 for film formation, 19 is a pair of vacuum pumps for bringing the vacuum container 17 into a predetermined vacuum state, 20 is a reaction chamber, and 21 is a reaction chamber. An inductively coupled high-frequency power source, 22 is an oxygen reactive gas source, and B1 is a structure as shown in FIG. The first rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly, 23 is an AC power supply for Si target used in the first cathode pair assembly B1, and B2 is a target using Ta metal for the above-mentioned strip-shaped target material piece, for example 8 is a second rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly configured as shown in FIG. 8 using the assembly, and 24 is a Ta ter used in the second cathode pair assembly B2. Tsu preparative AC power source, 25 is a gas source for supplying a tartness data ring gas into vacuum chamber 17, 26 is a cylindrical substrate holder is rotated by a driving device (not shown).

本実施例は上記のように構成されているから、基板準備室18に準備された成膜用基板は、矢印方向へ回転する基板ホルダ26により順次搬送され、第1のカソード対組立体B1により形成される第1のスパッタリング領域で、その表面上にSiあるいは一部酸化反応した未反応化合物Siが成膜され、次に酸化反応領域(この領域には、酸化反応を行わせるために、高周波アンテナにより、石英窓を通してそのエネルギーを反応領域内に伝達させ、酸素プラズマを発生させている。)を通過することにより所望の反応化合物(この場合SiO2)薄膜が生成される。この行程を繰返すことにより、所定の厚さのSiO2膜が得られる。このようにして第1のスパッタリング領域において所定の厚さのSiO2膜を得た後、今度は第2のカソード対組立体B2を稼動状態にして、これにより形成される第2のスパッタリング領域で、SiO2膜上にTa2O5薄膜を成膜させ、これを繰り返して所定の厚さのTa2O5膜を形成する。このようにして、SiO2膜とTa2O5膜を交互に所望数積層し、所望の光学薄膜を得ることができる。 Since the present embodiment is configured as described above, the film-forming substrates prepared in the substrate preparation chamber 18 are sequentially transported by the substrate holder 26 that rotates in the direction of the arrow, and then by the first cathode pair assembly B1. In the first sputtering region to be formed, Si or a partially oxidized unreacted compound Si is formed on the surface, and then an oxidation reaction region (in this region, a high frequency is used to cause an oxidation reaction). The antenna transmits the energy through the quartz window into the reaction region and generates oxygen plasma.) A desired reactive compound (in this case, SiO 2 ) thin film is generated by passing through the plasma. By repeating this process, a SiO 2 film having a predetermined thickness can be obtained. After the SiO 2 film having a predetermined thickness is obtained in the first sputtering region in this way, the second cathode pair assembly B2 is now put into operation, and the second sputtering region formed thereby is used. Then, a Ta 2 O 5 thin film is formed on the SiO 2 film, and this is repeated to form a Ta 2 O 5 film having a predetermined thickness. In this manner, a desired optical thin film can be obtained by alternately stacking a desired number of SiO 2 films and Ta 2 O 5 films.

上記の場合は、第1のカソード対組立体B1と第2のカソード対組立体B2とを交互に稼動させて積層膜を得るようにしたが、これらを同時に稼動させて合金薄膜となし、反応合金化合物として成膜することも可能である。また、上記実施例では、2種類のターゲット材料を使用したが、3種類以上のターゲット材料を使用することもできることはいうまでもない。即ち、必要に応じ3基以上のカソード対組立体を使用することもできる。また、基板を搬送するのに、円筒型基板ホルダを使用する代わりに、円形平板型の基板ホルダを使用してもよい。また、第1及び第2のカソード対組立体B1,B2の代わりに前述のカソード組立体Bが用いられてもよい。   In the above case, the first cathode pair assembly B1 and the second cathode pair assembly B2 are operated alternately to obtain a laminated film, but these are operated simultaneously to form an alloy thin film, and the reaction It is also possible to form a film as an alloy compound. Moreover, in the said Example, although 2 types of target materials were used, it cannot be overemphasized that 3 or more types of target materials can also be used. That is, if necessary, three or more cathode pair assemblies can be used. Further, instead of using a cylindrical substrate holder, a circular flat plate type substrate holder may be used for transporting the substrate. Further, the cathode assembly B described above may be used instead of the first and second cathode pair assemblies B1 and B2.

以上、各種実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、種々の変形及び修正が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属する。   As mentioned above, although demonstrated based on various Examples, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation and correction are possible, and they all belong to the scope of the present invention.

本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体の一実施例を示し、(a)は製作過程を示す斜視図、(b)は仕上げ状態を示す斜視図である。1 shows an embodiment of a target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to the present invention, (a) is a perspective view showing a manufacturing process, and (b) is a perspective view showing a finished state. 本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体の他の実施例を示し、(a)は製作過程を示す斜視図、(b)は仕上げ状態を示す斜視図である。FIG. 6 shows another embodiment of the target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to the present invention, (a) is a perspective view showing a manufacturing process, and (b) is a perspective view showing a finished state. 本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体の更に他の実施例を示し、(a)は製作過程を示す斜視図、(b)は仕上げ状態を示す斜視図である。FIG. 5 shows still another embodiment of the target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to the present invention, (a) is a perspective view showing a manufacturing process, and (b) is a perspective view showing a finished state. 横断面形状の異なる短冊形ターゲット材料片を組み合せた場合のターゲット組立体の部分平面図である。It is a fragmentary top view of the target assembly at the time of combining the strip-shaped target material piece from which a cross-sectional shape differs. 本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体の一実施例を示し、(a)は平面図、(b)は側面図である。1 shows an embodiment of a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly according to the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a side view. 本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体の他の実施例をそれぞれ示し、(a)は平面図、(b)は側面図である。The other Example of the rotation cylindrical magnetron sputtering cathode assembly which concerns on this invention is shown, respectively, (a) is a top view, (b) is a side view. 本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体の更に他の実施例の縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of still another embodiment of a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly according to the present invention. 本発明に係る回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体の一実施例の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly according to the present invention. 本発明に係るメタモードスパッタリング装置の一実施例の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of one Example of the metamode sputtering apparatus which concerns on this invention. 従来のターゲット組立体の一例の斜視図で、(a)はターゲット材料、(b)はマグネトロン磁気回路である。It is a perspective view of an example of the conventional target assembly, (a) is a target material, (b) is a magnetron magnetic circuit. 従来のターゲット組立体の他の例の斜視図で、(a)はターゲット材料、(b)はマグネトロン磁気回路である。It is a perspective view of the other example of the conventional target assembly, (a) is target material, (b) is a magnetron magnetic circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 多面筒状支持体
1a 外側面
2 短冊形ターゲット材料片
3 バッキングプレート
4 マグネトロン磁気回路
5 取付けフランジ
6 電極
7 回転用歯車
8 回転用ベアリング
9 冷却水導入管
10、13 絶縁カラー
11 冷却水排出管
12 駆動モータ
12a 主軸
14 駆動歯車
15 第二の取付けフランジ
16 絶縁フランジ
17 真空容器
18 基板準備室
19 ターボ真空ポンプ
20 酸化反応室
21 誘導結合型高周波電源
22 酸素反応ガス源
23 Taタゲット用交流電源
24 Siタゲット用交流電源
25 スパッタリングガス源
26 回転円筒型基板ホルダ
A 回転円筒型マグネトロンスパッタリングカ
ソード用ターゲット組立体
B 回転円筒型マグネトロンスパッタリングカ
ソード組立体
B1 第一の回転円筒型マグネトロンスパッタリ
ングカソード対組立体
B2 第二の回転円筒型マグネトロンスパッタリ
ングカソード対組立体
E エロージョン領域
M 永久磁石片
S 支持体
T ターゲット材料
Y ヨーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polyhedral cylindrical support body 1a Outer side surface 2 Strip-shaped target material piece 3 Backing plate 4 Magnetron magnetic circuit 5 Mounting flange 6 Electrode 7 Rotating gear 8 Rotating bearing 9 Cooling water introduction pipe 10, 13 Insulating collar 11 Cooling water discharge pipe DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Drive motor 12a Main shaft 14 Drive gear 15 Second mounting flange 16 Insulating flange 17 Vacuum container 18 Substrate preparation chamber 19 Turbo vacuum pump 20 Oxidation reaction chamber 21 Inductive coupling type high frequency power source 22 Oxygen reaction gas source 23 Ta target AC power source 24 AC power supply for Si target 25 Sputtering gas source 26 Rotating cylindrical substrate holder A Rotating cylindrical magnetron sputtering
Sword target assembly B Rotating cylindrical magnetron sputtering machine
Sword assembly B1 First rotating cylindrical magnetron sputtering
Cathode pair assembly B2 Second rotating cylindrical magnetron sputtering
Cathode pair assembly E erosion region M permanent magnet piece S support T target material Y yoke

Claims (11)

多面筒状支持体の各外側面にバルク状の短冊形ターゲット材料片をそれぞれ取り付けて、該ターゲット材料片の外周面を円筒状に加工してなる、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体。   A target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode, in which a bulk strip target material piece is attached to each outer surface of a multi-sided cylindrical support, and the outer peripheral surface of the target material piece is processed into a cylindrical shape. 前記各外側面に複数枚の前記ターゲット材料片が、直接またはバッキングプレートを介して接合されている、請求項1に記載の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体。   2. The target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to claim 1, wherein a plurality of pieces of the target material are bonded to each outer surface directly or via a backing plate. 前記ターゲット材料片が、アルミをドープしたSi、ボロンをドープしたSi、リンをドープしたSi、ITO、Ta、Nb、Ti、TiO1.0〜TiO1.8、ZrおよびAlのいずれかである請求項1または2に記載の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体。 The target material piece is any one of Si doped with aluminum, Si doped with boron, Si doped with phosphorus, ITO, Ta, Nb, Ti, TiO 1.0 to TiO 1.8 , Zr and Al. 2. A target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to 2. 前記ターゲット材料片は、その両端部が中心部より厚みが厚い形状を有している請求項1乃至3のいずれかに記載の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード用ターゲット組立体。   4. The target assembly for a rotating cylindrical magnetron sputtering cathode according to claim 1, wherein each of the target material pieces has a shape in which both end portions are thicker than the center portion. 5. ターゲット側面上にレーストラック状のエロージョン領域を形成するために、前記請求項1乃至4のいずれかに記載のターゲット組立体の前記多面筒状支持体の内部に、プラズマを増強させるためのマグネトロン磁気回路と、前記ターゲット材料に通電するための電気線路と、前記ターゲット材料を冷却するための冷却水路とを真空装置内で使用可能のように封入し、前記マグネトロン磁気回路に対して前記ターゲット組立体を回転させるための駆動機構を備えた、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体。   A magnetron magnet for enhancing plasma inside the multi-sided cylindrical support of the target assembly according to any one of claims 1 to 4, in order to form a racetrack-like erosion region on a target side surface. A circuit, an electrical line for energizing the target material, and a cooling water channel for cooling the target material are enclosed so as to be usable in a vacuum apparatus, and the target assembly with respect to the magnetron magnetic circuit A rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assembly having a drive mechanism for rotating the magnet. 請求項5に記載の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード組立体2個を一対とし、該一対のカソード組立体間に交流電力を通電し得るように構成した、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体。   6. A rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly configured such that two rotating cylindrical magnetron sputtering cathode assemblies according to claim 5 are paired and AC power can be passed between the pair of cathode assemblies. 請求項6に記載の回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体が、同一回転速度で駆動されるように構成した、回転円筒型マグネトロンスパッタリングカソード対組立体。   A rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly configured to drive the rotating cylindrical magnetron sputtering cathode pair assembly according to claim 6 at the same rotational speed. 内部に基板搬送手段と真空排気装置を備えたスパッタリング成膜装置であって、少なくとも一つのスパッタリング領域と少なくとも一つの反応領域とを設け、前記スパッタリング領域には、請求項5に記載のカソード組立体または請求項6または7に記載のカソード対組立体が設置されており、該カソード組立体または該カソード対組立体は、ターゲット材料が、アルミをドープしたSi、ボロンをドープしたSi、リンをドープしたSi、ITO、Ta、Nb、Ti、TiO1.0〜TiO1.8、ZrおよびAlのいずれかであり、該反応領域では、ターゲット材料を基板上で反応させる手段として、プラズマ手段、加速イオン手段、中性活性種手段またはそれらの混合手段からなり、スパッタリング領域と反応領域は物理的に分離された位置に設置されており、基板搬送手段は、基板をスパッタ領域と反応領域とこれに隣接する領域とを順次搬送通過せしめ、この動作を繰返すことにより所望の厚さのターゲット材料の所望反応化合物薄膜を基板上に堆積可能にしたメタモードスパッタリング装置。 The cathode film assembly according to claim 5, wherein the sputtering film forming apparatus is provided with a substrate transfer means and a vacuum evacuation device therein, and is provided with at least one sputtering region and at least one reaction region. Alternatively, the cathode pair assembly according to claim 6 or 7 is installed, and the cathode assembly or the cathode pair assembly has a target material doped with Si doped with aluminum, Si doped with boron, or doped with phosphorus. Si, ITO, Ta, Nb, Ti, TiO 1.0 to TiO 1.8 , Zr and Al. In the reaction region, plasma means, accelerated ion means, and medium are used as means for causing the target material to react on the substrate. The active species means or a mixing means thereof, the sputtering region and the reaction region are installed in a physically separated position, the substrate transport means is A metamode sputtering apparatus that allows a substrate to pass through a sputter region, a reaction region, and a region adjacent to the substrate sequentially, and repeats this operation to deposit a desired reaction compound thin film of a target material having a desired thickness on the substrate. . 請求項8において、少なくとも2つのスパッタ領域と少なくとも1つの反応領域を備え、各スパッタ領域では請求項5に記載のカソード組立体または請求項6または7に記載のカソード対組立体を備え、2種類の材料の反応化合物薄膜を交互に積層可能にした多層膜用メタモードスパッタリング装置。   8. The method according to claim 8, comprising at least two sputter regions and at least one reaction region, wherein each sputter region comprises the cathode assembly according to claim 5 or the cathode pair assembly according to claim 6 or 7. A meta-mode sputtering apparatus for multilayer films, in which reactive compound thin films of these materials can be alternately laminated. 2つのスパッタ材料を同時にスパッタさせて合金化合物とし、反応領域で所望の合金反応化合物薄膜の成膜を可能にした、請求項8または9に記載のメタモードスパッタリング装置。   The metamode sputtering apparatus according to claim 8 or 9, wherein two sputter materials are sputtered simultaneously to form an alloy compound, and a desired alloy reaction compound thin film can be formed in a reaction region. 請求項5に記載のカソード組立体または請求項6または7に記載のカソード対組立体を少なくとも2種類選択して、各々を第1、第2及びその他のスパッタ領域に配置し、少なくとも1つの反応領域をスパッタ領域から離れた位置に設置し、該反応領域では反応手段として、プラズマ手段、イオン手段、中性活性種手段またはそれらの混合手段により化学反応可能な手段を有するスパッタ成膜装置において、真空排気装置で排気し、基板搬送手段を回転させ、作業ガスとしてArを導入し、第一のスパッタリング領域で第一の材料をスパッタさせ、次いで反応領域で反応させる工程を繰り返して所望の厚みの成膜を行い、次いで第二のスパッタリング領域で第二の材料をスパッタし、次いで反応領域で反応させて所望の厚みの成膜を行い、以下この工程を交互に繰り返して、基板上に多層積層膜を形成するメタモードスパッタリングによる薄膜作成方法。   6. At least two types of cathode assemblies according to claim 5 or cathode pair assemblies according to claim 6 or 7 are selected, each disposed in a first, second and other sputter region, and at least one reaction. In a sputter deposition apparatus having a region located away from the sputter region, and having a means capable of chemically reacting with the plasma means, ion means, neutral active species means, or a mixing means thereof as the reaction means in the reaction area, Exhaust with a vacuum exhaust device, rotate the substrate transfer means, introduce Ar as working gas, sputter the first material in the first sputtering region, and then react in the reaction region to repeat the desired thickness Perform film formation, then sputter the second material in the second sputtering region, then react in the reaction region to form the desired thickness, Repeat steps alternately, thin film deposition method according meth mode sputtering to form a multilayer laminated film on the substrate.
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