JP3357580B2 - 枚葉式マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタ装置に関
し、特に、ディスク等の情報記録媒体の製造に適する枚
葉式マグネトロンスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＤあるいはＤＶＤ用のディスク
の製造に用いる枚葉式マグネトロンスパッタ装置におい
ては、反応室を構成する真空容器内に配置されたターゲ
ットに、真空容器上方に配置された回転マグネットから
なる磁界発生装置により、磁界を印加しながらスパッタ
を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のマ
グネトロンスパッタ装置においては、磁界発生装置によ
り発生される磁力線はターゲットに対して円弧を描くよ
うにして印加され、円弧のピーク位置においてプラズマ
密度が最も高くなるため、この位置に対応するターゲッ
トの面が、プラズマにより最も多くスパッタされる。こ
の結果、ディスク基板に形成される金属膜は前記円弧状
磁界のピーク位置において膜厚が大となり、ディスク基
板の内外周部では膜厚が小となり、ディスク基板表面全
体における膜厚分布が均一にならないという欠点があっ
た。

【０００４】このような問題に対して、従来は、磁界発
生装置の回転マグネットの直径を大きくすることによ
り、磁力線の描く円弧のピークを平坦化したり、回転マ
グネットの回転軸を、ターゲットの中心軸に対して偏心
させて回転させることにより、膜厚分布の改善を図って
いた。

【０００５】しかしながらこれらの従来装置における膜
厚分布の改善方法においては、磁界発生装置およびター
ゲットが大型化し、装置の製造コストも増加する欠点が
あった。すなわち、回転マグネットの回転軸をターゲッ
トの中心軸に対して偏心させて回転させる場合、発生す
る磁界の範囲が拡大するため、ターゲットの面積もそれ
に応じて拡大する必要があるためである。

【０００６】したがって本発明の目的は、小型の磁界発
生装置およびターゲットにより、膜厚分布の均一なスパ
ッタを行うことができる装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内部に
気密な放電空間を有するスパッタ室と、このスパッタ室
内に磁界を印加するように、前記スパッタ室の上方に配
置された磁界発生装置と、この磁界発生装置による磁界
が印加されるように、前記スパッタ室内上部に配置され
たターゲットと、このターゲットを貫通して前記スパッ
タ室内下方に延長された水冷ジャケット下端に設けられ
たセンターマスクと、前記ターゲット外周部に対向配置
されたアノードと、前記スパッタ室の底部隔壁に形成さ
れた開口部を介して連接された気密空間を形成するディ
スク搬送室と、このディスク搬送室に設けられ、スパッ
タ膜を形成するためのディスク基板を載置して前記スパ
ッタ室開口部に搬送するディスクプッシャとを備えたマ
グネトロンスパッタ装置において、前記磁界発生装置
は、前記ターゲットの上面側に設けられた磁石回転台上
に配置された回転リング磁石と、前記ターゲットの外周
側壁部あるいは内周側壁部に配置された、前記回転リン
グ磁石とは異なる径を有するリング状の磁石からなる固
定リング磁石とを備え、この固定リング磁石は、前記磁
界発生装置により発生された磁界を、前記ターゲット内
を通過して前記固定リング磁石に吸集するように構成し
たことを特徴とする枚葉式マグネトロンスパッタ装置が
提供される。

【０００８】又、本発明によれば、前記回転リング磁石
は二重のリング磁石により構成され、前記固定リング磁
石は前記二重のリング磁石のうちの大径のリング磁石よ
り大きな径を有し、前記ターゲットの外周近傍に配置さ
れていることを特徴とする前記枚葉式マグネトロンスパ
ッタ装置が提供される。

【０００９】さらに、本発明によれば、前記回転リング
磁石は二重のリング磁石により構成され、前記固定リン
グ磁石は前記二重のリング磁石のうちの小径のリング磁
石より小さな径を有し、前記ターゲットの内周近傍に配
置されていることを特徴とする前記枚葉式マグネトロン
スパッタ装置が提供される。

【００１０】さらに、本発明によれば、前記回転リング
磁石は単一のリング磁石により構成され、前記固定リン
グ磁石は前記単一のリング磁石の径より大きな径を有
し、前記ターゲットの外周近傍に配置された第１の固定
リング磁石と、前記単一のリング磁石の径より小さな径
を有し、前記ターゲットの内周近傍に配置された第２の
固定リング磁石とを備えたことを特徴とする前記枚葉式
マグネトロンスパッタ装置が提供される。

【００１１】さらに、本発明によれば、前記回転磁石台
の回転軸は前記ターゲットの中心に対して偏心している
ことを特徴とする前記枚葉式マグネトロンスパッタ装置
が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１３】図１は本発明の実施形態を示す毎葉式マグ
ネトロンスパッタ装置の断面図である。このスパッタ装
置は、ほぼ円筒状の気密容器であるスパッタ室１１と、
このスパッタ室１１の下側に、このスパッタ室１１に連
通して設けられた同じく気密容器であるディスク搬送室
１２と、スパッタ室１１の上側に設けられ、内部が大気
圧に維持された磁石収納室１３から構成されている。磁
石収納室１３内においては、同心的に配置された長円形
の回転リング磁石１４−１、１４−２が磁石回転台１５
の下面に固定されている。ここで、内側の磁石１４−１
は図示のように、磁石断面の下側がＮ極、上側がＳ極と
なるように配置されており、外側の磁石１４−２は逆
に、下側がＳ極、上側がＮ極となるように配置されてい
る。磁石回転台１５は磁石収納室１３の天井壁１６を貫
通する回転軸１７に固定されており、回転軸１７は磁石
収納室１３上部に載置されたマグネット回転モータ１８
により回転させられる。

【００１４】スパッタ室１１の上壁は内部に水冷ジャケ
ットが埋め込まれたバッキングプレート２０により形成
されている。この下面には成膜物質となるデスク状のタ
ーゲット２１が固定され、その外周部に沿って環状の固
定リング磁石２２が配置されている。固定リング磁石２
２の断面は図示のように、内側がＳ極、外側がＮ極にな
るように配置されている。ターゲット２１の中心部には
貫通孔２３が形成されており、この貫通孔２３内に円筒
状の水冷ジャケット１９が延長配置されている。円筒状
の水冷ジャケット１９の下端にはセンターマスク２４が
クランプボルト２５により連結されている。センターマ
スク２４はその下端に漏斗状の凹部が形成されている。

【００１５】スパッタ室１１とディスク搬送室１２とを
区切る隔壁３０には、ディスク基板３１の上表面をスパ
ッタ室１１に露出するための開口部３２が設けられてい
る。また、ディスク搬送室１２内には、真空雰囲気内で
動作する真空モータ３３と、これにより水平面内で回転
させられるディスクプッシャ３４が設けられている。こ
のディスクプッシャ３４は金属製円板でその上面中心部
にはディスク基板３１のセンタ孔３５を貫通する突起部
３６が形成されている。センタ孔３５を貫通して上方に
突出した突起部３６は、センターマスク２４の下端に形
成されている漏斗状の凹部２４−１に挿入される。真空
モータ３３とこれに結合したディスクプッシャ３４はデ
ィスク搬送室１２の底板３７を貫通して設けられたシリ
ンダ３８の軸３９によりディスク搬送室１２内で上下に
往復運動をする。

【００１６】ディスク搬送室１２内には、また、ディス
ク搬送アーム４０の一端が回転軸４１に固定されてお
り、他端にはディスク基板３１が載置される環状のサセ
プタ部４２が形成されている。ディスク搬送アーム４０
は回転軸４１の回りにほぼ９０°の角度範囲で回転し、
図示の角度位置から９０°の角度位置（図示せず）に置
いてディスク搬送室１２の外部からディスク基板３１が
環状のサセプタ部４２に載置される。ディスク基板３１
が環状のサセプタ部４２に載置されるとディスク搬送ア
ーム４０が９０°回転し、ディスク基板３１を図示のよ
うに、スパッタ室１１の開口部３２の直下に搬送する。
この状態においてシリンダ３８の軸３９が上昇し、ディ
スクプッシャ３４はその突起部３６をディスク基板３１
のセンタ孔３５に挿入してディスク基板３１をサセプタ
部４２の上方に押し上げ、突起部３６がセンターマスク
２４の凹部２４−１に挿入された状態で上昇を停止す
る。この停止位置において、ディスク基板３１はスパッ
タ室１１底部隔壁３０の開口部３２周囲に延長された外
周マスク４４により、その外周部が覆われる。この状態
で、真空モータ３３は回転を開始し、スパッタが行われ
る。なお、ディスク搬送アーム４０もその回転軸４１の
軸方向に移動可能となっており、ディスク搬送アーム４
０が９０°回転し、ディスク基板３１を図示のように、
スパッタ室１１の開口部３２の直下に搬送した際、ディ
スクプッシャ３４が上昇する前に、ディスク基板３１を
上昇させスパッタ室１１の開口部３２に接近配置する。

【００１７】次に、スパッタ室１１にはガス導入口４５
からアルゴンガスが導入され、バッキングプレート２０
とスパッタ室１１の側壁４６がその上端において接続す
るとともに、固定リング磁石２２の下面を覆うように延
長されたアノードリング４７間に放電用高電圧が印加さ
れるとともに、磁石収納室１３内に収納された回転リン
グ磁石１４−１、１４−２による磁界がスパッタ室１１
内に印加され、スパッタ室１１内には放電によるプラズ
マが発生する。回転リング磁石１４−１、１４−２およ
び環状の固定リング磁石２２によりターゲット２１近傍
に発生される磁界は、図示のように、回転リング磁石１
４−１、１４−２の内側の磁石１４−１のＮ極から外側
の磁石１４−２のＳ極に向かう磁界Ｈ１と、内側の磁石
１４−１のＮ極から固定磁石２２のＳ極に向かう磁界Ｈ
２から構成されている。磁界Ｈ２は磁界Ｈ１に比べてそ
のピークが緩やかであり、より平坦なピークを有してい
る。なお、図ではターゲット２１の左半分の近傍での磁
界分布のみを示しているが、右半分もほぼ対称な形状の
磁界分布が生ずることはいうまでもない。

【００１８】このような磁界分布を形成する回転リング
磁石１４−１、１４−２は、これらが固定されている磁
石回転台１５とともに、マグネット回転モータ１８によ
り回転させられる。この磁石回転台１５の回転軸１７は
デスク状のターゲット２１の中心軸２１−１から偏心し
た位置に配置されており、回転リング磁石１４−１、１
４−２をこの回転軸１７の回りに回転することにより、
ターゲット２１面のエロージョンが広い範囲で均一に生
じる。

【００１９】また、この放電中、ディスクプッシャ３４
上に載置されたディスク基板３１は真空モータ３３によ
り回転させられるが、この場合の回転中心軸２４−２も
ターゲット２１の中心軸２１−１から偏心した位置に配
置されている。これにより、ディスク基板３１の表面全
体、すなわち、円周方向および半径方向に対して均一な
膜厚のスパッタが行われる。

【００２０】他方、スパッタ室１１の底部隔壁３０上に
は狭い間隙を置いて対向配置された一対の銅板５０−
１、５０−２から構成される電子トラップ５０が設けら
れている。ターゲット２１の材料がＳｉのような絶縁物
質の場合、スパッタにより、スパッタ室１１の内壁に絶
縁物が付着し、スパッタ室１１の放電空間に発生する電
子のスパッタ室１１内壁への流入がが阻止され安定な放
電の維持が困難になる。電子トラップ５０は一対の銅板
５０−１、５０−２が形成する間隙にはスパッタによる
絶縁物質が入り込みにくいことを利用して、この部分に
電子をトラップし、放電を安定に維持するためのもので
ある。また、電子トラップ５０を構成する一方の銅板５
０−２はスパッタ室１１底部隔壁３０に接触して設けら
れる。

【００２１】なお、スパッタ室１１と磁石収納室１３は
ディスク搬送室１２に対し、図示しないヒンジ構造によ
り、回動可能に結合されており、スパッタ室１１と磁石
収納室１３を手動により上方に回動し、ディスク搬送室
１２を開放し保守作業などを行うことができるように構
成されている。

【００２２】図２は本発明の他の実施形態を示すスパッ
タ装置の断面図である。同図に示す装置は図１に示した
装置と固定磁石の構造が異なる点を除き、ほぼ同じ構造
であるため、同一構成部分には同一の番号を付して詳細
な説明を省略し、異なる部分についてのみ以下に説明す
る。磁石収納室１３内に同心的に配置された長円形の回
転リング磁石１４´−１、１４´−２は、内外両磁石と
もに図示のように、磁石断面の下側がＳ極、上側がＮ極
となるように配置されている。他方、ターゲット２１の
中心部貫通孔２３内には、円筒状の水冷ジャケット１９
の周囲に環状の固定リング磁石２６が収納されている。
この固定リング磁石２６はその断面が図示のように、内
側がＳ極に、外側がＮ極となるように配置されている。

【００２３】回転リング磁石１４´−１、１４´−２お
よび環状の固定磁石２６によりターゲット２１近傍に発
生される磁界は、図示のように、固定リング磁石２６の
Ｎ極から回転リング磁石の外側の磁石１４´−２のＳ極
に向かう磁界Ｈ３と、固定磁石２６のＮ極から内側の磁
石１４´−１のＳ極に向かう磁界Ｈ４から構成されてい
る。これらの磁界Ｈ３と磁界Ｈ４はいずれも、図１の回
転リング磁石１４−１、１４−２相互間の磁界Ｈ１に比
較してピークが緩やかであり、より平坦なピークを有し
ている。なお、図２では図１と同様に、ターゲット２１
の左半分の近傍での磁界分布のみを示しているが右半分
もほぼ対称形の磁界分布となる。

【００２４】図３は本発明のさらに他の実施形態を示す
スパッタ装置の要部断面図である。同図において図１に
示した装置と同一構成部分には同一の番号を付して詳細
な説明を省略する。磁石収納室１３内の磁石回転台１５
には円状あるいは長円状の回転リング磁石２７がターゲ
ット２１の中心軸に対して偏心回転するように固定配置
されている。この回転リング磁石２７は、その断面が図
示のように、内側がＮ極に、外側がＳ極となるように配
置されている。

【００２５】回転リング磁石２７およびターゲット２１
の外周に沿って配置された固定リング磁石２２により、
ターゲット２１近傍に発生される磁界は、図示のよう
に、回転リング磁石２７のＮ極からＳ極に向かう磁界Ｈ
５と、回転リング磁石２７のＮ極から固定磁石２２のＳ
極に向かう磁界Ｈ６から構成されている。磁界Ｈ６は磁
界Ｈ５に比べてそのピークが緩やかであり、より平坦な
ピークを有している。なお、図３では図１と同様に、タ
ーゲット２１の左半分の近傍での磁界分布のみを示して
いるが右半分もほぼ対称形の磁界分布となる。

【００２６】図４は本発明のさらに他の実施形態を示す
スパッタ装置の要部断面図である。同図においても図１
に示した装置と同一構成部分には同一の番号を付して詳
細な説明を省略する。

【００２７】磁石収納室１３内の磁石回転台１５には円
状あるいは長円状の回転リング磁石２８がターゲット２
１の中心軸に対して偏心回転するように固定配置されて
いる。この回転リング磁石２８の断面は図示のように、
上端がＮ極に、下端がＳ極となるように配置されてい
る。

【００２８】他方、ターゲット２１の外周に沿って第１
の固定リング磁石２２´が配置され、また、ターゲット
２１の中心部貫通孔２３内には、円筒状の水冷ジャケッ
ト１９の周囲に環状の第２の固定リング磁石２６´が収
納されている。第１の固定リング磁石２２´はその断面
が図示のように、内側がＮ極に、外側がＳ極となるよう
に配置されている。また、第２の固定リング磁石２６´
はその断面が図示のように、内側がＳ極に、外側がＮ極
となるように配置されている。

【００２９】回転リング磁石２８、第１の固定リング磁
石２２´および第２の固定リング磁石２６´により、タ
ーゲット２１近傍に発生される磁界は、図示のように、
回転リング磁石２８のＳ極から第１の固定リング磁石２
２´のＮ極に向かう磁界Ｈ７と、回転リング磁石２８の
Ｓ極から第２の固定リング磁石２６´のＮ極に向かう磁
界Ｈ８とから構成されている。磁界Ｈ７および磁界Ｈ８
は図１のＨ１に比べてそのピークが緩やかであり、より
平坦なピークを有している。なお、図４では図１と同様
に、ターゲット２１の左半分の近傍での磁界分布のみを
示しているが右半分もほぼ対称形の磁界分布となる。

【００３０】図５は本発明のさらに他の実施形態を示す
スパッタ装置の要部断面図である。同図においても、図
１に示した装置と同一構成部分には同一の番号を付して
詳細な説明を省略する。磁石収納室１３内の磁石回転台
１５には円状あるいは長円状の回転リング磁石２９がタ
ーゲット２１の中心軸に対して偏心回転するように固定
配置されている。この回転リング磁石２９の断面は図示
のように、内側がＳ極に、外側がＮ極となるように配置
されている。

【００３１】他方、ターゲット２１の外周に沿って第１
の固定リング磁石２２´´が配置され、また、ターゲッ
ト２１の中心部貫通孔２３内には、円筒状の水冷ジャケ
ット１９−２の周囲に環状の第２の固定リング磁石２６
´´が収納されている。第１の固定リング磁石２２´´
はその断面が図示のように、内側がＳ極に、外側がＮ極
となるように配置されている。また、第２の固定リング
磁石２６´´はその断面が図示のように、内側がＳ極
に、外側がＮ極となるように配置されている。

【００３２】回転リング磁石２９、第１の固定リング磁
石２２´´および第２の固定リング磁石２６´´によ
り、ターゲット２１近傍に発生される磁界は、図示のよ
うに、回転リング磁石２９のＮ極からＳ極に向かう磁界
Ｈ５と、回転リング磁石２９のＮ極から第１の固定リン
グ磁石２２´´のＳ極に向かう磁界Ｈ９と、回転リング
磁石２９のＳ極から第２の固定リング磁石２６´´のＮ
極に向かう磁界Ｈ１０から構成されている。磁界Ｈ９お
よび磁界Ｈ１０は磁界Ｈ５に比べてより緩やかで平坦な
ピークを有している。なお、図４では図１と同様に、タ
ーゲット２１の左半分の近傍での磁界分布のみを示して
いるが右半分もほぼ対称形の磁界分布となる。

【００３３】上記の実施形態における円形または長円形
の回転リング磁石は、必ずしも連続した円形または長円
形のリング磁石である必要はなく、独立した複数個の磁
石を円形または長円形に配列して構成してもよい。した
がってまた、リング磁石の形状としては正多角形または
全体として細長い多角形のリング磁石でもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の枚葉式マ
グネトロンスパッタ装置によれば、リング状の回転磁石
と、これに対向配置されたリング状の固定磁石により、
磁界を発生するため、より小さな径の回転リング磁石あ
るいはターゲットにより、より緩やかで平坦なピークを
有する磁界を発生することができ、これによって、より
均一な成膜分布を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す枚葉式マグネトロン
スパッタ装置の断面図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す枚葉式マグネトロ
ンスパッタ装置の断面図である。

【図３】本発明のさらに他の実施形態を示す要部断面図
である。

【図４】本発明のさらに他の実施形態を示す要部断面図
である。

【図５】本発明のさらに他の実施形態を示す要部断面図
である。

【符号の説明】

１１ スパッタ室 １２ ディスク搬送室 １３ 磁石収納室 １４ 回転リング磁石 １５ 磁石回転台 １６ 天井壁 １７ 回転軸 １８ マグネット回転モータ １９ 水冷ジャケット ２０ バッキングプレート ２１ ターゲット ２２ 固定リング磁石 ２３ 貫通孔 ２４ センターマスク ２５ クランプボルト ２６ 固定リング磁石 ２７ 回転リング磁石 ２８ 回転リング磁石 ２９ 回転リング磁石 ３０ 隔壁 ３１ ディスク基板 ３２ 開口部 ３３ 真空モータ ３４ ディスクプッシャ ３５ センタ孔 ３６ 突起部 ３７ 底板 ３８ シリンダ ３９ シリンダ軸 ４０ ディスク搬送アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−314859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65072（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−143713（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 G11B 5/85

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に気密な放電空間を有するスパッタ
   室と、このスパッタ室内に磁界を印加するように、前記
   スパッタ室の上方に配置された磁界発生装置と、この磁
   界発生装置による磁界が印加されるように、前記スパッ
   タ室内上部に配置されたターゲットと、このターゲット
   を貫通して前記スパッタ室内下方に延長された水冷ジャ
   ケット下端に設けられたセンターマスクと、前記ターゲ
   ット外周部に対向配置されたアノードと、前記スパッタ
   室の底部隔壁に形成された開口部を介して連接された気
   密空間を形成するディスク搬送室と、このディスク搬送
   室に設けられ、スパッタ膜を形成するためのディスク基
   板を載置して前記スパッタ室開口部に搬送するディスク
   プッシャとを備えたマグネトロンスパッタ装置におい
   て、前記磁界発生装置は、前記ターゲットの上面側に設
   けられた磁石回転台上に配置された回転リング磁石と、
   前記ターゲットの外周側壁部あるいは内周側壁部に配置
   された、前記回転リング磁石とは異なる径を有するリン
   グ状の磁石からなる固定リング磁石とを備え、この固定
   リング磁石は、前記磁界発生装置により発生された磁界
   を、前記ターゲット内を通過して前記固定リング磁石に
   吸集するように構成したことを特徴とする枚葉式マグネ
   トロンスパッタ装置。
2. 【請求項２】 前記回転リング磁石は二重のリング磁石
   により構成され、前記固定リング磁石は前記二重のリン
   グ磁石のうちの大径のリング磁石より大きな径を有し、
   前記ターゲットの外周近傍に配置されていることを特徴
   とする請求項１記載の枚葉式マグネトロンスパッタ装
   置。
3. 【請求項３】 前記回転リング磁石は二重のリング磁石
   により構成され、前記固定リング磁石は前記二重のリン
   グ磁石のうちの小径のリング磁石より小さな径を有し、
   前記ターゲットの内周近傍に配置されていることを特徴
   とする請求項１記載の枚葉式マグネトロンスパッタ装
   置。
4. 【請求項４】 前記回転リング磁石は単一のリング磁石
   により構成され、前記固定リング磁石は前記単一のリン
   グ磁石の径より大きな径を有し、前記ターゲットの外周
   近傍に配置された第１の固定リング磁石と、前記単一の
   リング磁石の径より小さな径を有し、前記ターゲットの
   内周近傍に配置された第２の固定リング磁石とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の枚葉式マグネトロンス
   パッタ装置。
5. 【請求項５】 前記回転磁石台の回転軸は前記ターゲッ
   トの中心に対して偏心していることを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれか１項に記載された枚葉式マグネトロ
   ンスパッタ装置。