JP3000417U - 陰極スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転確実で信頼性のよく、しかも製造および
運転が安価となるようにする。 【構成】 ターゲット１６の、基板１３に面したスパッ
タしたい前面が、ほぼ屋根形に延びており、屋根面がタ
ーゲットの軸線Ａ−Ａに対して対称的に形成されてお
り、屋根形状が、少なくとも２つ以上の平面によって形
成されており、最も長い２つの平面の前側に形成可能で
ある垂直線が、ターゲット１６の前方に共通の交点を有
しており、磁極片１ａ，４を備えた唯一つの磁石セット
２が使用されており、前記磁極片１ａ，４の、基板１３
に面した端面１ｂ，４ａが、斜面を備えている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、真空プロセス室内でプラズマによって基板上に薄膜を形成するため の陰極スパッタリング装置であって、主として磁石と、磁極片と、陽極と、スパ ッタしたい材料から成る、陰極として形成されたターゲットと、遮蔽装置とが設 けられている形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

基板状に薄膜を形成するため、特にコンパクトディスクに被覆を施すために、 公知先行技術では種々の手段が公知である。

【０００３】 たとえばＥＰ０１６３４４５には、スパッタ材料から成る第１および第２の陰 極素子を備えた、真空中でスパッタリングするための装置に用いられるターゲッ トセットが開示されている。この場合、第２の陰極素子は第１の陰極素子を取り 囲んでおり、第１および第２の陰極素子のジオメトリは、第１および第２の陰極 素子が真空中に位置している場合に、第１の陰極素子の表面の外側に位置する表 面を備えた第２の陰極素子の放出表面から材料がスパッタされ、しかも第１のタ ーゲット素子が環状の陰極として形成され、第２の陰極素子の初期の放出表面が 円錐台形に形成されるように設定されている。

【０００４】 米国特許第４７４７９２６号明細書には、同じくマグネトロンスパッタ装置に 使用するための円錐台形のスパッタターゲットが開示されている。このスパッタ ターゲットは、主として２つの表面範囲を備えた一体のターゲットを有している 。両表面範囲はプレーナ基板の中心の範囲に対して平行に延びている。さらに前 記スパッタターゲットは、第１の範囲と第２の範囲とを結合する第３の傾けられ た範囲と、支持プレートと、２つのプラズマを発生させるための異なる直径の磁 界を発生させるための手段とを有している。

【０００５】 さらに米国特許第４９３３０６４号明細書には、マグネトロン原理によるスパ ッタ陰極が開示されている。このスパッタ陰極は、少なくとも２つの一貫して延 びる同心的な突起を備えたターゲットを備えている。前記突起の壁面はスパッタ 面に対して垂直に延びている。さらに永久磁石システムが設けられており、この 永久磁石システムは軟磁性磁極片を備えており、この磁極片の磁極面から磁界線 がスパッタ面に交差する。

【０００６】 上記公知の構成は全て次のような欠点を持っている。すなわち、上記公知の構 成は第１にスパッタ電流の給電のために比較的高い電気接続出力を必要とし、第 ２にスパッタリング時に不満足な効率しか得られず、つまり基板ではなくシール ド部や遮蔽部に過多のターゲット材料が沈積され、第３に陰極の機械的構成に極 めて大きな手間がかかり、第４にスパッタ電流の給電（ＳＳＶ）の、アークに基 づく故障発生率が過大であり、ひいてはＳＳＶの頻繁な遮断が生じてしまう。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の課題は、冒頭で述べた形式の陰極スパッタリング装置を改良して、上 記欠点が最小限に抑えられるか、もしくは排除され、運転確実で信頼性のよく、 しかも製造および運転が安価となるような陰極スパッタリング装置を提供するこ とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この課題を解決するために本考案の構成では、 イ）ターゲットの、基板に面したスパッタしたい前面が、ほぼ屋根形に延びて おり、屋根面がターゲットの軸線に対して対称的に形成されており、屋根形状が 、少なくとも２つ以上の平面によって形成されており、最も長い２つの平面の前 側に形成可能である垂直線が、ターゲットの前方に共通の交点を有しており、 ロ）磁極片を備えた唯一つの磁石セットが使用されており、 ハ）前記磁極片の、基板に面した端面が、斜面を備えているようにした。

【０００９】

【考案の効果】

本考案によれば、次のような利点が得られる。すなわち、選択されたターゲ ットジオメトリに基づき、収束するスパッタ方向が得られる。これにより、基板 上に沈積する粒子の割合が高められ、周辺の構成部分に衝突する割合が減じられ 、ひいては効率が測定可能に高められる。

【００１０】 ターゲット表面の屋根形の屈曲部に基づき、この屈曲部には、電子の静電封入 が得られ、ひいては第１のプラズマのための点弧条件も満たされる。

【００１１】 この「屈曲部」に基づき、ターゲット側縁（中間磁極ターゲット／ＺＰＴ陰極 により公知）を不要にすることができる。これによって、全ターゲット面が有効 スパッタリング面として有効となり、もはやターゲット表面の部分的被覆の危険 は生じないので有利である。

【００１２】 ターゲットを跨ぐ磁界線の構成に基づき、第１のプラズマに加えて、二次プラ ズマを発生させることができる。この二次プラズマはプラズマリングとして第１ のプラズマリングに対して同心的に形成されて、ターゲット浸食断面の拡幅を生 ぜしめる。

【００１３】 ターゲット寿命を高めて、十分に浸食されたターゲットにおいてスパッタ出力 を小さく保持するためには、形成される浸食断面が深さに比べてできるだけ広幅 に形成されると望ましい。この理由から、非磁性材料から成る環状の薄板が、タ ーゲットとヨークとの間に、ダークスペース間隔を維持して設けられる。これに より、磁極片から垂直に出る磁界がその強度の点でターゲット表面に対して均一 化され、このことは、広幅の浸食溝の形成をもたらす。

【００１４】 磁極片が斜めに面取りされることに基づき、磁界線は規定の角度でターゲット 表面に交差し、この角度はたいてい、たとえばＺＰＴの場合とは異なり平行では ない。この傾斜に基づき、電子は主として新しい（浸食されていない）ターゲッ トの場合にだけ、ターゲット表面近傍で磁気影響によって保持される（ターゲッ ト中心の方向への電子の収束）。

【００１５】 ターゲット浸食が増大するにつれて、スパッタ過程は主として平行な磁界線に よって影響を与えられ、広幅な浸食断面が生じる。ターゲットの外径には、浸食 が進行するにつれて、電子の静電封入を生ぜしめる「ターゲット壁」が形成され る。

【００１６】 同じく本考案の有利な構成では、全磁界を発生させるために、等しく方向付け られた磁極を有する唯一つの磁石セットしか使用されていない。仮想対極は、付 加的な磁石を必要とすることなく陰極中心に自動的に形成される。磁界強度およ び磁界構造は、磁極片と磁石との間の軸方向間隔の最適化もしくは適合によって 変化させることができる。このように磁石を環境周囲に配置することは有利であ る。すなわち、これにより陰極電位（ターゲット）とヨーク電位との間のフラッ シュオーバが減じられる。なぜならば、陰極電位近傍における真空中の磁石は、 多くの散乱磁界や中空室に基づき頻繁のフラッシュオーバ源となるからである。

【００１７】 本考案の実施例では、主として本来の陽極リングとシールドリングとから成る 陽極もしくは陽極電位に接続された構成部分が形成される。この陽極はプロセス 室の一部として電気的に絶縁されていて、また環境周囲側に配置された冷却通路 によってしか冷却されないので、陽極冷却のためには、真空室内部における冷却 媒体循環路が不要となるので有利である。

【００１８】 さらに、陽極リングおよびシールドリングは、スパッタリング過程時にシール ドリングだけしか被覆されず、陽極リングは影響を受けないように構成されてい ると有利である。シールドリングは交換可能となる。

【００１９】 スパッタ電流の供給のために必要となる電気的な接続出力は、相応して低減さ せることができる。これまで約３０ｋＷを必要としていた実験設備において、本 考案による構成では、半分の出力、つまり約１５ｋＷで十分となる。

【００２０】 特に小さな基板、たとえばＣＤ基板を被覆するような場合に最も多く使用され るターゲット材料は、ＡｌおよびＡｌＣｕ合金である。本考案によれば、互いに 異なるターゲット材料を反応性スパッタリングするための使用も考えられる。

【００２１】

【実施例】

以下に、本考案の実施例を図面につき詳しく説明する。

【００２２】 回転軸線Ａ−Ａの方向に配置された中心の磁極片１ａを備えた、ほぼ円板形の ヨーク１（図１）は、その内面に環状磁石２を備えている。規定された軸方向の 間隔３を介して、環状磁石２と、ほぼ中空円筒状の磁極片４とが続いている。磁 極片４は斜めに面取りされた端面４ａを備えており、この場合、この斜面は回転 軸線Ａ−Ａに向けられている。磁極片４は、非磁性材料から成る半径方向内側に 位置する薄板リング５に支持されている。

【００２３】 ２つの絶縁リング６，７の間には、冷却通路８ａを備えた環状の陽極８が設け られている。この陽極８には、半径方向でシールドリング９が続いている。軸方 向において、陽極８は真空プロセス室１１の室壁１０と結合されている。基板１ ３の内縁部をカバーするためには、中心マスク１４が設けられており、この中心 マスク１４は中心の磁極片１ａに結合されている。

【００２４】 薄板として形成されたシールドリング９と中心マスク１４とによって、環状の 開口１５が形成される。この開口１５によって、被覆を施したい円板形の基板１ ３が位置決めされている。

【００２５】 スパッタしたいターゲット１６は、回転軸線Ａ−Ａに対して同心的に設けられ ていて、冷却可能なベースプレート１７を介してヨーク１に結合されている。タ ーゲット１６は、基板１３の方向を向いたその表面に屈曲部を有している。この 屈曲部は、半径方向内側に位置して、基板表面に対して平行に延びる環状の範囲 １６ａと、この範囲に直接続く半径方向外側に位置して、内方に傾けられた表面 を有する範囲１６ｂとによって形成される。

【００２６】 これによって、この範囲１６ｂからスパッタされたターゲット材料は基板１３ に向かって収束される。主スパッタリング方向は２つの線１８，１９によって示 される。両線１８，１９は外側の範囲１６ｂの表面にほぼ垂直に位置していて、 回転軸線Ａ−Ａに向けられている。

【００２７】 ターゲット１６を半径方向で取り囲む構成部分４，５，６，７，８はそれぞれ シールリング２０，２０′、２０′′．．．に互いに真空密に結合されていて、 室壁１０およびヨーク１と共に、ターゲット１６を取り囲む１つの真空室を形成 している。これにより、環状磁石２を環境周囲に配置し、陽極８の冷却を環境周 囲側から行なうことが可能となる。

【００２８】 図２には、本考案による陰極スパッタリング装置の作用原理を説明するために 必要となる、図１に既に図示した構成要素の一部が示されている。

【００２９】 ヨーク１と磁極片１ａは、強磁性材料から製造されている。唯一つの環状磁石 ２は全磁界２１を形成するために働く。この場合、磁極片１ａは、付加的な磁石 を必要とすることなく自動的に仮想対極として形成される。磁界２１の磁力線は 第１に、磁極片４の端面４ａから出て、ターゲット１６の前方をアーチ状に延び て磁極片１ａの端面１ｂに進入する。第２に、磁界２１の磁力線の一部は側方で 磁極片４から出て、ターゲット１６をほぼ直線状に通過して、再び側方で磁極片 １ａに進入する。

【００３０】 磁極片１ａ，４の端面１ｂ，４ａを斜めに面取りすることにより、磁界２１の 磁力線はターゲット表面に対して規定の角度で延びる。この経過はターゲット表 面近傍における電子の静電封入を生ぜしめる。このような静電封入は、陰極スパ ッタリング過程のための点弧条件を得るために必要となる。この条件は、まずタ ーゲット１６の内側の範囲１６ａと、傾斜した外側の範囲１６ｂとの間の屈曲部 に与えられているので、この場所ではまず第１のプラズマリング２２が形成され る。

【００３１】 磁界２１の図示の構成では、磁界２１の磁力線のゼロ通過が、ほぼターゲット 表面の斜めに面取りされた範囲１６ｂの半径方向内側に位置する第１の半部に位 置しているので、この場所では第２のプラズマリング２３が形成される。

【００３２】 磁界２１の強さおよび構造は環状磁石２と磁極片４との間の間隔３の変化によ って調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による陰極スパッタリング装置の断面図
である。

【図２】図１に示した陰極スパッタリング装置の一部を
磁界線経過と共に示す断面図である。

【符号の説明】

１ ヨーク、 １ａ 磁極片、 １ｂ 端面、 ２ 環
状磁石、 ３ 間隔、４ 磁極片、 ４ａ 端面、 ５
薄板リング、 ６，７ 絶縁リング、 ８陽極、 ８
ａ 冷却通路、 ９ シールドリング、 １０ 室壁、
１１ 真空プロセス室、 １３ 基板、 １４ 中心
マスク、 １５ 開口、 １６ ターゲット、 １６
ａ，１６ｂ 範囲、 １７ ベースプレート、 １８，
１９線、 ２０，２０′，２０′′ シールリング、
２１ 全磁界、 ２２，２３プラズマリング、 ２４
リング、 ２５ スパッタ溝

Claims (28)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空プロセス室（１１）内でプラズマ
   （２２）によって基板（１３）上に薄膜を形成するため
   の陰極スパッタリング装置であって、主として磁石と、
   磁極片と、陽極と、スパッタしたい材料から成る、陰極
   として形成されたターゲットと、遮蔽装置とが設けられ
   ている形式のものにおいて、 イ）ターゲット（１６）の、基板（１３）に面したスパ
   ッタしたい前面が、ほぼ屋根形に延びており、屋根面が
   ターゲットの軸線（Ａ−Ａ）に対して対称的に形成され
   ており、屋根形状が、少なくとも２つ以上の平面によっ
   て形成されており、最も長い２つの平面の前側に形成可
   能である垂直線が、ターゲット（１６）の前方に共通の
   交点を有しており、 ロ）磁極片（１ａ，４）を備えた唯一つの磁石セット
   （２）が使用されており、 ハ）前記磁極片（１ａ，４）の、基板（１３）に面した
   端面（１ｂ，４ａ）が、斜面を備えていることを特徴と
   する、陰極スパッタリング装置。
2. 【請求項２】 陰極配置が軸線（Ａ−Ａ）に対して回転
   対称的である、請求項１記載の陰極スパッタリング装
   置。
3. 【請求項３】 磁石セット（２）が、同一方向に向けら
   れた個別磁石から成っている、請求項１記載の陰極スパ
   ッタリング装置。
4. 【請求項４】 磁石セット（２）がターゲット（１６）
   を半径方向で取り囲んでいて、真空プロセス室（１１）
   の環境周囲側に配置されている、請求項１記載の陰極ス
   パッタリング装置。
5. 【請求項５】 環状磁石（２）と磁極片（４）との間
   に、軸線Ａ−Ａの方向で間隔（３）が設けられている、
   請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
6. 【請求項６】 前記間隔（３）が調節可能である、請求
   項５記載の陰極スパッタリング装置。
7. 【請求項７】 未使用の新しいターゲット（１６）の半
   径方向外側の前縁部が、磁極片（４）の半径方向内側の
   前縁部を基板（１３）の方向で間隔（Ｂ）だけ越えて延
   びている、請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
8. 【請求項８】 中心に配置されたターゲット（１６）
   と、該ターゲットを取り囲む磁極片（４）との間に、非
   磁性材料から成るリング（５）が設けられている、請求
   項１記載の陰極スパッタリング装置。
9. 【請求項９】 中心に配置された磁極片（１ａ）と、該
   磁極片（１ａ）を取り囲むターゲット（１６）との間
   に、非磁性材料から成るリング（２４）が設けられてい
   る、請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
10. 【請求項１０】 前記リング（５，２４）が、それぞれ
    ターゲット（１６）に対してダークスペース間隔で配置
    されている、請求項８または９記載の陰極スパッタリン
    グ装置。
11. 【請求項１１】 ターゲット（１６）を取り囲む構成部
    分であるヨーク（１）とリング（５）と磁極片（４）と
    陽極（８）と絶縁リング（６，７）と室壁（１０）と
    が、それぞれ隣接する構成部分に真空密に結合されてい
    る、請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
12. 【請求項１２】 ターゲット（１６）を取り囲む構成部
    分であるヨーク（１）とリング（５）と磁極片（４）と
    陽極（８）と絶縁リング（６，７）と室壁（１０）との
    間に、各１つのシールリング（２０，２０′）が組み付
    けられている、請求項１１記載の陰極スパッタリング装
    置。
13. 【請求項１３】 ターゲット（１６）を取り囲む構成部
    分であるヨーク（１）とリング（５）と磁極片（４）と
    絶縁リング（６，７）と陽極（８）と室壁（１０）と
    が、互いに摩擦接続的に結合されている、請求項１記載
    の陰極スパッタリング装置。
14. 【請求項１４】 陽極（８）の半径方向外側に位置する
    範囲に、冷却通路（８ａ）が設けられている、請求項１
    記載の陰極スパッタリング装置。
15. 【請求項１５】 陽極（８）の半径方向外側の範囲が、
    大気圧下にあって、この場所でのみ冷却されている、請
    求項１４記載の陰極スパッタリング装置。
16. 【請求項１６】 陽極（８）が、シールドリング（９）
    に直接結合されている、請求項１記載の陰極スパッタリ
    ング装置。
17. 【請求項１７】 シールリング（９）を備えた陽極
    （８）が、ターゲット（１６）に対してダークスペース
    間隔で配置されている、請求項１記載の陰極スパッタリ
    ング装置。
18. 【請求項１８】 磁極片（４）とリング（５）と磁石セ
    ット（２）とヨーク（１）と磁極片（１ａ）とリング
    （２４）とが、陽極電位に接続されている、請求項１記
    載の陰極スパッタリング装置。
19. 【請求項１９】 シールドリング（９）と中心マスク
    （１４）とが、電気的に変動する電位に接続されてい
    る、請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
20. 【請求項２０】 被覆を施したい基板（１３）が、扁平
    でかつ円板形に形成されている、請求項１記載の陰極ス
    パッタリング装置。
21. 【請求項２１】 第１のプラズマ（２２）が、ターゲッ
    ト前面に位置する屋根形の屈曲部における静電封入によ
    って形成されるようになっている、請求項１記載の陰極
    スパッタリング装置。
22. 【請求項２２】 磁極片（４）から出る磁界（２１）の
    磁力線がターゲット（１６）の前面をアーチ状に跨っ
    て、中心に配置された磁極片（１ａ）の端面に進入する
    ように磁極片（４）の端面（４ａ）の斜面が形成されて
    いる、請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
23. 【請求項２３】 垂直に投影された磁界（２１）がター
    ゲット（１６）の外側の範囲（１６ｂ）の屋根形の平面
    に衝突するように磁界（２１）が形成されている、請求
    項１記載の陰極スパッタリング装置。
24. 【請求項２４】 前記屋根形の平面に対する投影された
    磁界（２１）の衝突個所に、第２のプラズマ（２３）が
    形成可能である、請求項１から２３までのいずれか１項
    記載の陰極スパッタリング装置。
25. 【請求項２５】 前記両プラズマ（２２，２３）がリン
    グ形である、請求項１記載の陰極スパッタリング装置。
26. 【請求項２６】 第２のプラズマ（２３）が、第１のプ
    ラズマ（２２）に対して所定の間隔（Ｃ）をおいて形成
    されるようになっている、請求項１記載の陰極スパッタ
    リング装置。
27. 【請求項２７】 ターゲット前面に対するプラズマ強度
    の分布が２つの最大値で得られるように前記間隔（Ｃ）
    が設定されている、請求項２６記載の陰極スパッタリン
    グ装置。
28. 【請求項２８】 互いに間隔を置いて形成された２つの
    プラズマ（２２，２３）によって、横断面広幅の溝輪郭
    を備えたスパッタ溝（２５）が形成されるようになって
    いる、請求項２７記載の陰極スパッタリング装置。