JPH05247645A - カソードスパッタ装置 - Google Patents

カソードスパッタ装置

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JPH05247645A
JPH05247645A JP5011332A JP1133293A JPH05247645A JP H05247645 A JPH05247645 A JP H05247645A JP 5011332 A JP5011332 A JP 5011332A JP 1133293 A JP1133293 A JP 1133293A JP H05247645 A JPH05247645 A JP H05247645A
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタ装置を安全にかつ確実にかつ安価に
製作及び運転できるように改良することにある。 【構成】 ほぼ磁石と磁極片とアノードとカソードとし
て形成されたスパッタ材料から成るターゲットとマスク
装置とから構成された、真空・プロセスチャンバー内で
プラズマを用いてサブストレート上に薄いコーティング
膜を形成するためのカソードスパッタ装置において、
イ）サブストレートに面した、ターゲットのスパッタリ
ングする前面がほぼ屋根形に形成されかつ屋根面がター
ゲットの軸線に対して対称的に延びており、屋根形状が
少なくとも２つ又はそれ以上の平面によって形成されか
つ、長い両平面の前面上で形成される垂線の共通の交点
がターゲットの前方に位置しており、ロ）磁極片を有す
る１つだけの磁石セットが使用されており、ハ）サブス
トレートに面した磁極片の端面に、斜面が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ほぼ磁石と磁極片とア
ノードとカソードとして形成されたスパッタ材料から成
るターゲットとマスク装置とから構成された、真空・プ
ロセスチャンバー内でプラズマを用いてサブストレート
上に薄いコーティング膜を形成するためのカソードスパ
ッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】サブストレート上に薄いコーティング膜
を形成するために、有利にはコンパクトディスクをコー
ティングするために、すでに種々の構成が公知である。
【０００３】従って例えばヨーロッパ特許第０１６３４
４５号明細書によれば、真空スパッタ装置用の、スパッ
タ材料から成る第１カソードエレメント及び第２のカソ
ードエレメントを備えたターゲットユニットが公知であ
り、この場合、第２のカソードエレメントは第１のカソ
ードエレメントを取り囲んでいる。
【０００４】第１及び第２のカソードエレメントの幾何
学形状は、カソードエレメントが真空内に位置する場
合、その表面を第１のカソードエレメント表面の外側に
配置された第２のカソードエレメントのスパッタ表面か
ら材料がスパッタリングされるように、形成されてい
る。
【０００５】更に、第１のターゲットエレメントは環状
のカソードとして形成されていてかつ第２のエレメント
の初期のスパッタ表面は截頭円錐状に形成されている。
【０００６】更に、アメリカ合衆国特許第４７４７９２
６号明細書では、マグネトロン・スパッタ装置において
使用される截頭円錐状のスパッタ・ターゲットが提案さ
れている。
【０００７】この場合、マグネトロン・スパッタ装置は
ほぼ、平らなサブストレートの中央範囲に対して平行に
延びる２つの表面範囲及び第１の範囲と第２の範囲とを
結合する第３の傾斜範囲とを備えた一体のターゲット
と、支持板と、異なる直径の２つのプラズマを発生させ
る磁界を生ぜしめるための手段とから構成されている。
【０００８】更に、アメリカ合衆国特許第４９３３０６
４号明細書では、壁面がスパッタ表面に対して垂直に延
びる少なくとも２つの一貫した同心的な突起を備えたタ
ーゲットを有するマグネトロン・原理によるスパッタカ
ソードが提案されている。
【０００９】永久磁石・システムは弱磁性の磁極片を有
していて、この磁極片の極面から発する磁力線はスパッ
タ表面に交差する。
【００１０】上記全ての公知の構成の欠点は；第１に、
スパッタ電流供給のために比較的高い電力が必要である
こと、第２に、スパッタリングの際に十分な効率が得ら
れないこと、即ち、過度のターゲット材料がサブストレ
ートに沈積する代りに遮蔽部材及びマスクに沈積するこ
と、第３に、カソードの機械的な構造が極めて複雑であ
ること、第４に、アークに起因してスパッタ電流供給・
ＳＳＶが極めて外乱の影響を受け易くひいては頻繁にス
パッタ電流供給・ＳＳＶが遮断されることにある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
欠点を回避して、装置を安全にかつ確実にかつ安価に製
作及び運転できるようにすることにある。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】前記課題は本発明によ
れば、 イ）サブストレートに面した、ターゲットのスパッタリ
ングする前面がほぼ屋根形に形成されかつ屋根面がター
ゲットの軸線に対して対称的に延びており、屋根形状が
少なくとも２つ又はそれ以上の平面によって形成されか
つ、長い両平面の前面上で形成される垂線の共通の交点
がターゲットの前方に位置しており、 ロ）磁極片を有する１つだけの磁石セットが使用されて
おり、 ハ）サブストレートに面した磁極片の端面に、斜面が設
けられていることによって解決された。
【００１３】
【発明の効果】本発明の構成によって有利には、課せら
れた全ての課題を満たすことができる。
【００１４】従って選ばれたターゲット・幾何学形状に
よって集束するスパッタ装置が得られる。これによって
サブストレート上に沈積する粒子量が増大せしめられか
つ周辺の構成部材に衝突する粒子量が減少せしめられひ
いては効率が著しく高められる。
【００１５】ターゲット表面の屋根状の屈曲部によって
この屈曲部において電子の静電的な閉じ込めが得られひ
いては第１のプラズマリングのための点弧条件が満たさ
れる。
【００１６】前記屈曲部によってターゲットフランク
（補極・ターゲット／ＺＰＴ・カソードによって公知）
を省略することができる。これによってターゲット表面
全体はアクチブなスパッタ表面として作用しかつ有利に
はターゲット表面の部分的な使用の危険は生ずることは
ない。
【００１７】ターゲットに作用を及ぼす磁力線の有利な
形態によって、第１のプラズマに加えて二次プラズマが
生ぜしめられる。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か
つターゲット侵食プロフィルを拡張する。
【００１８】ターゲットが著しく侵食された場合スパッ
タ出力をわずかに維持しかつターゲット耐用寿命を増大
させるために、形成される侵食プロフィルは深さに関連
してできるだけ幅広く形成されねばならない。
【００１９】この理由からダークスペースを維持してタ
ーゲットとヨークとの間に非磁性材料から成る環状の薄
板が設けられる。これによって、磁極片から垂直に放出
される磁界の強さはターゲット表面に均一に作用し、こ
れによって幅広い侵食凹所が形成されるようになる。
【００２０】磁極片の斜面によって磁力線はターゲット
表面を、例えば補極・ターゲット／ＺＰＴ・カソードの
場合のように通常平行ではない所定の角度を成して横切
る。この斜面によって電子はほぼ新たな（侵食されてな
い）ターゲットの場合にのみ磁気的な作用によってター
ゲット表面の近くで保持される（電子はターゲットの中
心に向かって集束する）。
【００２１】ターゲット侵食の増大に伴ってスパッタリ
ングプロセスは専ら平行な磁力線によって影響を及ぼさ
れかつ幅広い侵食プロフィルが形成される。侵食が進む
につれてターゲットの外周面に、電子の静電的な閉じ込
めを生ぜしめるターゲット壁が形成される。
【００２２】同様に有利には本発明によるカソードの場
合、全磁界を発生させるために極性を同じ向きに配向さ
れた磁石セットのみが使用される。仮想の対向極は付加
的な磁石を必要とすることなしに自動的にカソード中央
で生ずる。
【００２３】磁界の強さ並びに磁界の構造は磁極片と磁
石との間の軸方向間隔を適合もしくは最適化することに
よって変えることができる。磁石のこのような配置は有
利には大気中において行われ、これによってカソードポ
テンシャル（ターゲット）とヨークポテンシャルとの間
のフラッシオーバーが減少される。
【００２４】それというのもカソードポテンシャル近く
で真空内の磁石は多量の漂遊磁界及び空洞に基づき頻繁
に発生するフラッシオーバー源を成すからである。
【００２５】有利な構成では、アノード、乃至アノード
ポテンシャルに接続される構成部材はほぼ固有のアノー
ドリングと遮蔽リングとから形成される。アノードはプ
ロセスチャンバーの一部として電気的に絶縁されていて
かつ大気側に配置された冷却通路を介してのみ冷却され
るので、有利にはアノード冷却のために真空室内に冷媒
回路を設ける必要はない。
【００２６】更に有利には、アノードリング及び遮蔽リ
ングは、スパッタリングプロセス中に遮蔽リングのみが
コーティングされかつアノードリングが影響を受けずに
維持されるように、形成される。遮蔽リングは交換可能
である。
【００２７】スパッタ電流供給の所要の電力を著しく減
少することができる。従来ほぼ３０ｋｗ必要とした実験
装置において、本発明ではほぼ１５ｋｗの半分の電力で
十分である。
【００２８】通常ターゲット材料として、特に小さなス
ブストレート、例えばコンパクトディスクをコーティン
グする場合、アルミニウム及びアルミニウム・銅合金が
使用される。記述の本発明に構成によって、異なるター
ゲット材料を反応性スパッタリングのために使用するこ
ともできる。
【００２９】本発明の別の有利な構成はその他の請求項
に記載されている。
【００３０】
【実施例】回転軸線Ａ−Ａの方向に配置された中央の磁
極片１ａを備えたほぼ円板状のヨーク１の内側には、環
状磁石２が設けられている（第１図参照）。
【００３１】環状磁石２には規定された軸方向の間隔３
をおいて、傾斜した端面４ａを備えたほぼ中空円筒状の
磁極片４が接続されていて、この場合、斜面は回転軸線
Ａ−Ａに面している。磁極片４は非磁性材料から成る半
径方向で内側に設けられた薄板リング５に支持されてい
る。
【００３２】２つの絶縁リング６，７の間には、冷却通
路８ａを備えた環状のアノード８が設けられていて、こ
のアノード８には半径方向で遮蔽リング９が接続されて
いる。
【００３３】軸方向でアノード８は真空・プロセスチャ
ンバー１１の室壁１０に結合されている。サブストレー
ト１３の内縁をカバーするために、中央の磁極片１ａに
結合された中央マスク１４が設けられている。
【００３４】マスクとして構成された遮蔽リング９及び
中央マスク１４によって環状の開口１５が形成され、こ
の開口によってコーティングすべき円板状のサブストレ
ート１３が位置決めされる。
【００３５】スパッタ・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かつ冷却可能な基板
１７を介してヨーク１に結合されている。
【００３６】ターゲット１６はサブストレート１３に面
した表面に屈曲部を有している。つまり屈曲部は、サブ
ストレート表面に対して平行に延びる半径方向で内側に
位置する環状の範囲１６ａと、この範囲１６ａに直接接
続された、内向きに傾斜した表面を備えた半径方向で外
側に位置する範囲１６ｂとによって形成されている。
【００３７】これによって前記範囲１６ａからスパッタ
リングされたターゲット材料はサブストレート１３に集
中的に向けられる。主スパッタリング方向は両ライン１
８，１９によって図示されていて、このラインは外側範
囲１６ｂの表面に対してほぼ垂直に延びかつ回転軸線Ａ
−Ａに交わっている。
【００３８】ターゲット１６を半径方向で取り囲む構成
部材４，５，６，７，８はそれぞれ１つのシールリング
２０，２０I，２０II，２０III，２０IIIIによって互い
に気密に結合されていてかつ室壁１０及びヨーク１と協
働してターゲット１６を取り囲む真空室を形成してい
る。
【００３９】これによって、環状磁石２を大気中に配置
しかつアノード８を大気側から冷却することができる。
【００４０】第２図では、本発明によるカソードスパッ
タ装置の作用原理を説明するのに役立つ、第１図ですで
に図示した若干の構成部材を概略的に図示している。
【００４１】ヨーク１及び磁極片１ａは強磁性材料から
製作されている。単一の環状磁石２は全ての磁界を発生
させるのに用いられ、この場合、磁極片１ａは付加的な
磁石を必要とすることなしに自動的に仮想の対向極とし
て形成される。
【００４２】磁力線２１は一方では磁極片４の端面４ａ
から発生して、ターゲット１５の前方で磁極片１ａの端
面１ｂまで円弧状に延びる。他面、磁力線２１の一部は
磁極片４の側面から発生し、かつターゲット１６ほぼ直
線的に貫通して、再び磁極片１ａの側面内に進入する。
【００４３】磁極片１ａ，４の端面１ｂ，４ａの斜面に
基づき磁力線２１はターゲット表面に対して所定の角度
を成して延びる。このことは、カソードスパッタリング
プロセスのたの点弧条件を得るために必要な、ターゲッ
ト表面近くでの電子の静電的な閉じ込めを生ぜしめる。
【００４４】この状態はまずターゲット１６の内側範囲
１６ａと傾斜した外側範囲１６ｂとの間の屈曲部で生ぜ
しめられるので、屈曲部においてまず第１のプラズマリ
ング２２が形成される。
【００４５】図示の磁力線発生においては磁力線２１の
ゼロクロスは、ターゲット表面の傾斜した範囲１６ｂの
半径方向で内側に位置する第１の半部内に位置するの
で、ここで第２のプラズマリング２３が形成される。
【００４６】磁界の強さ及び構造は環状磁石２と磁極片
４との間の間隔３を変えることによって適合させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】特に小さな円板状のサブストレートをコーティ
ングするための回転対称的な本発明によるカソードスパ
ッタ装置の部分断面図。
【図２】磁力線経過と共に第１図のカソードスパッタ装
置を簡単に示した図。
【符号の説明】
１ ヨーク １ａ，４ 磁極片 １ｂ，４ａ 端面 ２ 環状磁石 ３ 間隔 ５ 薄板リング ６，７ 絶縁リング ８ アノード ９ 遮蔽部材 １０ 室壁 １１ 真空・プロセスチャンバー １３ サブストレート １４ 中央マスク １５ 開口 １６ ターゲット １６ａ，１６ｂ 範囲 １７ 基板 １８，１９ ライン ２０，２０I，２０II，２０III，２０IIII シールリン
グ ２１ 磁力線 ２２，２３ プラズマリング ２４ リング ２５ スパッタ凹所 Ａ−Ａ 回転軸線 Ｂ，Ｃ 間隔

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ほぼ磁石と磁極片とアノードとカソード
    として形成されたスパッタ材料から成るターゲットとマ
    スク装置とから構成された、真空・プロセスチャンバー
    （１１）内でプラズマ（２２）を用いてサブストレート
    （１３）上に薄いコーティング膜を形成するためのカソ
    ードスパッタ装置において、 イ）サブストレート（１３）に面した、ターゲット（１
    ６）のスパッタリングする前面がほぼ屋根形に形成され
    かつ屋根面がターゲットの軸線（Ａ−Ａ）に対して対称
    的に延びており、屋根形状が少なくとも２つ又はそれ以
    上の平面によって形成されかつ、長い両平面の前面上で
    形成される垂線の共通の交点がターゲットの前方に位置
    しており、 ロ）磁極片（１ａ，４）を有する１つだけの磁石セット
    （２）が使用されており、 ハ）サブストレート（１３）に面した磁極片（１ａ，
    ４）の端面（１ｂ，４ａ）に、斜面が設けられているこ
    とを特徴とする、カソードスパッタ装置。
  2. 【請求項２】 カソードスパッタ装置が軸線（Ａ−Ａ）
    に対して回転対称的に構成されている、請求項１記載の
    カソードスパッタ装置。
  3. 【請求項３】 磁石セット（２）が極性を同じ向きに配
    向された個々の磁石から構成されている、請求項１記載
    のカソードスパッタ装置。
  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みかつプロセスチャンバー（１１）
    の大気側に配置されている、請求項１記載のカソードス
    パッタ装置。
  5. 【請求項５】 環状磁石（２）と磁極片（４）とが軸線
    （Ａ−Ａ）方向で間隔（３）をおいて配置されている、
    請求項１記載のカソードスパッタ装置。
  6. 【請求項６】 前記間隔（３）が調節可能である、請求
    項５記載のカソードスパッタ装置。
  7. 【請求項７】 未使用の新たなターゲット（１６）の半
    径方向で外側の前縁が磁極片（４）の半径方向で内側の
    前縁からサブストレート（１３）の方向に距離（Ｂ）だ
    け突出している、請求項１記載のカソードスパッタ装
    置。
  8. 【請求項８】 中央に配置されたターゲット（１６）と
    ターゲット（１６）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記載のカソードスパッタ装置。
  9. 【請求項９】 中央に配置された磁極片（１ａ）と磁極
    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記載のカソードスパッタ装置。
  10. 【請求項１０】 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をおいて配置され
    ている、請求項９記載のカソードスパッタ装置。
  11. 【請求項１１】 ターゲット（１６）を取り囲む構成部
    材、つまりヨーク（１）、リング（５）、磁極片
    （４）、アノード（８）、絶縁リング（６，７）及び室
    壁（１０）がそれぞれ隣接する構成部材に気密に結合さ
    れている、請求項１記載のカソードスパッタ装置。
  12. 【請求項１２】 構成部材（１，４，５，６，７，８，
    １０）の間にそれぞれ１つのシールリング（２０，２０
    I，２０II，２０III，２０IIII）が取り付けられてい
    る、請求項１１記載のカソードスパッタ装置。
  13. 【請求項１３】 ターゲット（１６）を取り囲む構成部
    材、つまりヨーク（１）、リング（５）、磁極片
    （４）、絶縁リング（６，７）、アノード（８）及び室
    壁（１０）が互いに摩擦接続的に結合されている、請求
    項１記載のカソードスパッタ装置。
  14. 【請求項１４】 冷却通路（８ａ）がアノード（８）の
    半径方向で外側に位置する範囲に設けられている、請求
    項１記載のカソードスパッタ装置。
  15. 【請求項１５】 アノード（８）の半径方向で外側の範
    囲が大気圧にさらされていてかつこの区分でのみ冷却さ
    れる、請求項１４記載のカソードスパッタ装置。
  16. 【請求項１６】 アノード（８）が遮蔽リング（９）に
    直接結合されている、請求項１記載のカソードスパッタ
    装置。
  17. 【請求項１７】 遮蔽リング（９）を有するアノード
    （８）がターゲット（１６）に対してダークスペースを
    おいて配置されている、請求項１記載のカソードスパッ
    タ装置。
  18. 【請求項１８】 磁極片（４）、リング（５）、磁石セ
    ット（２）、ヨーク（１）、磁極片（１ａ）及びリング
    （２４）がアノードポテンシャルに接続されている、請
    求項１記載のカソードスパッタ装置。
  19. 【請求項１９】 遮蔽リング（９）及び中央マスク（１
    ４）が電気的な浮動ポテンシャルをかけられている、請
    求項１記載のカソードスパッタ装置。
  20. 【請求項２０】 コーティングすべきサブストレート
    （１３）が扁平にかつ円板状に形成されている、請求項
    １記載のカソードスパッタ装置。
  21. 【請求項２１】 第１のプラズマ（２２）がターゲット
    前面側の屋根状の屈曲部における静電的な閉じ込めによ
    って発生させられる、請求項１記載のカソードスパッタ
    装置。
  22. 【請求項２２】 磁極片（４）の端面（４ａ）の斜面
    が、この端面から発せられる磁力線（２１）がターゲッ
    ト（１６）の前面に亘って円弧状に延びかつ再び中央に
    配置された磁極片（１ａ）の端面（１ｂ）内に進入する
    ように、形成されている、請求項１記載のカソードスパ
    ッタ装置。
  23. 【請求項２３】 磁力線（２１）の垂直方向の投影がタ
    ーゲット（１６）の外側範囲（１６ｂ）の屋根状の平面
    に衝突するように、磁力線（２１）が形成される、請求
    項１記載のカソードスパッタ装置。
  24. 【請求項２４】 前記衝突個所で第２のプラズマ（２
    ３）が発生する、請求項１記載のカソードスパッタ装
    置。
  25. 【請求項２５】 両プラズマ（２２，２３）が環状に形
    成される、請求項１記載のカソードスパッタ装置。
  26. 【請求項２６】 第２のプラズマ（２３）が第１のプラ
    ズマ（２２）に対して間隔（Ｃ）をおいて発生する、請
    求項１記載のカソードスパッタ装置。
  27. 【請求項２７】 前記間隔（Ｃ）が、２つの最大値を以
    ってターゲット前面側でプラズマ強度の分布が得られる
    ように、設計されている、請求項２６記載のカソードス
    パッタ装置。
  28. 【請求項２８】 間隔をおいて位置する２つのプラズマ
    （２２，２３）によって幅広い横断面の凹所プロフィル
    を有するスパッタ凹所が形成される、請求項２７記載の
    カソードスパッタ装置。
JP01133293A 1992-01-29 1993-01-27 カソードスパッタ装置 Expired - Fee Related JP3515587B2 (ja)

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