JPH1161405A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的にかつ経済的なスパッタリング装置
を提供すること提供すること。 【解決手段】 真空容器１１内にカソード電極１５を設
けて対象物に対してスパッタリングを行うスパッタリン
グ装置１０において、カソード電極１５は、対象物に対
向して設けられており、対象物に金属磁性体又は非磁性
体を薄膜形成するためのターゲット２１と、ターゲット
２０の表面上に磁場を形成するための磁場発生手段２６
と、磁場発生手段２６に接続されており、磁場発生手段
２６を移動する移動手段２８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置の改良、特にテープ状の対象物に対して効率よくスパ
ッタリングを行うスパッタリング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶基板やテープ状の磁気情報記録媒体
を作製する際、薄膜形成手段としてスパッタリング技術
が多く用いられており、特に成膜速度が速く生産性に優
れているマグネトロン方式が一般的に採用されている。
マグネトロンスパッタリング装置は電界に交差する磁界
を発生させることにより、電界の陰極から放出された電
子にサイクロン運動を行わせて放電用ガスと衝突させ、
ターゲット上に高密度のプラズマを作りターゲットに衝
突させることで比較的低電圧で膜成長速度を高めること
のできるスパッタリング装置である。

【０００３】図９は、従来のマグネトロンスパッタリン
グ装置におけるカソード電極の一例を示している。図９
のカソード電極１は、ケース２、ターゲット３、バッキ
ングプレート４、磁石５ａ、５ｂ、冷却手段６等からな
っている。図９のカソード電極１は矩形型のカソード電
極であって、図示しない真空容器内に収容されている。
真空容器内には例えばアルゴンガス（Ａｒ）等の放電用
ガスが導入されている。

【０００４】図９のカソード電極１はその外側をケース
２により覆われており、図９のカソード電極１の上面側
にはターゲット３が設けられている。図９のターゲット
３は対象物に対して薄膜を形成する金属磁性材料からな
っており、アルゴンガスが電子と衝突して発生したアル
ゴンイオンがターゲットに衝突することにより、ターゲ
ット原子が飛び出しテープ状の対象物に薄膜を形成す
る。図９のターゲット３はバッキングプレート４と接着
しており、バッキングプレート４内には冷却手段６が配
置されている。図９の冷却手段６は冷却水導入管６ａ、
６ｂを有しており、冷却水がバッキングプレート４を冷
却することによりバッキングプレート４に接着している
ターゲット３の温度を下げ、ターゲット３とバッキング
プレートをプラズマ熱から保護している。

【０００５】図９のバッキングプレート４の下部には、
ターゲット３上に磁界を発生させるための磁石５ａ、５
ｂが設けられている。図９の磁石５ａはターゲット３の
中央部に位置するように配置されており、磁石５ｂはタ
ーゲット３の周辺部に位置するように配置されている。
図９の磁石５ａ、５ｂは互いに異なる極性の磁石であり
磁石５ａから磁石５ｂに向かう磁界を形成している。電
界と磁石５ａ、５ｂの磁場により電界の負の電極から発
生した電子はサイクロン運動をする。そして、サイクロ
ン運動をしている電子とアルゴンガスが衝突することに
よりアルゴンイオンが形成され、アルゴンイオンがター
ゲット３とイオン衝突することによりターゲット原子が
放出し、対象物に付着することで薄膜が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでイオンはアル
ゴンガスがサイクロン運動する電子と衝突することによ
り発生するので、イオン濃度はサイクロン運動している
運動している電子の運動量と対応したものになる。また
イオンがターゲットに衝突することによりターゲット原
子が放出するため、イオン濃度がターゲットのスパッタ
リングに対応している。結果としてサイクロン運動して
いる電子の運動量が大きい領域ががターゲット上でスパ
ッタされやすい領域となる。磁石５ａ、５ｂの形成する
磁場の平行成分が大きい領域がサイクロン運動している
電子の密度が大きくなるので、図９の磁場の平行成分の
下側の部分がターゲット上でスパッタされやすい領域と
なる。図９のカソード電極１を用いてスパッタリングを
行うと、図１０の磁石５ａ、５ｂに挟まれた領域は高い
プラズマ濃度によりスパッタリングが行われる領域（エ
ロージョン領域）が形成され、その他の領域では非エロ
ージョン領域となる。エロージョンとはマグネットの発
生する磁界がターゲット表面付近で湾曲しプラズマを閉
じこめているため、プラズマ濃度の高い部分のみが集中
的にスパッタリングされる現象をいう。

【０００７】しかし、従来のスパッタリング装置におい
て、図１０のエロージョン領域ターゲットが薄膜を形成
するために使用される領域が狭くターゲット使用効率
（使用前のターゲットの容積に対する消耗容積の割合）
は１０％〜１５％程度にすぎないという問題がある。さ
らにエロージョン領域でターゲットが消耗されてしまう
と、ターゲット上に消耗されている領域が１０％〜１５
％にすぎないにもかかわらず、ターゲットを交換しなけ
ればならずターゲットの寿命が短いという問題がある。
そして、プラズマ領域が低い部分はスパッタ膜が付着
し、ダストの原因となり基板やフィルムにダメージを与
えたり、付着した膜が絶縁膜である場合はそれが帯電し
てアーキングを起こし、基板に損傷を与えるという問題
がある。

【０００８】そこで本発明は上記課題を解消し、効率的
にかつ経済的なスパッタリング装置を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、真空容器内にカソード電極を設けて対象物に対
してスパッタリングを行うスパッタリング装置におい
て、カソード電極は、対象物に対向して設けられてお
り、対象物に金属磁性体又は非磁性体を薄膜形成するた
めのターゲットと、ターゲットの表面上に磁場を形成す
るための磁場発生手段と、磁場発生手段に接続されてお
り、磁場発生手段を移動する移動手段と、を備えるスパ
ッタリング装置により、達成される。

【００１０】本発明では、ターゲット表面に磁場を形成
している磁場発生手段を移動手段により移動させる。こ
れによりターゲット表面の磁場がターゲット上を移動す
ることで磁場に形成されるプラズマが磁場の移動ととも
に移動し、ターゲットの広い領域にわたってスパッタリ
ングを行うことができる。よってターゲットの使用効率
が向上するとともに、スパッタリングがなされないター
ゲット上の領域に汚れが蓄積することがなくすことがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００１２】図１は、本発明のスパッタリング装置の好
ましい実施の形態を示すシステム図であり、図１を参照
してスパッタリング装置１０について詳しく説明する。
図１のスパッタリング装置１０は、真空容器１１、テー
プ巻出し部１２、テープ巻取り部１３、冷却ローラ１
４、カソード電極１５、真空手段１６、気体流入装置１
７等を有している。

【００１３】図１の真空容器１１は真空手段１６に接続
されており、真空手段１６が真空容器１１内の空気を排
出することにより真空容器１１内を真空に保っている。
図１の真空容器１１内には気体流入手段１７が配置され
ており、気体流入手段１７は真空容器１１内にアルゴン
ガス（Ａｒ）等の放電用ガスを流入する。図１のアルゴ
ンガスがイオン化してカソード電極１５のターゲット２
０とイオン衝突する事によりスパッタリングが行われ
る。

【００１４】図１の真空容器１１内には、テープ巻出し
部１２、テープ巻取り部１３等が配置されている。図１
のテープ巻出し部１２にはテープ状の非磁性支持体であ
るベースフィルムＢＦが巻かれており、テープ巻取り部
１３が回転することによりテープ巻出し部１２のベース
フィルムＢＦがテープ巻取り部１３に巻かれていく。図
１の巻き出し部１１と巻き取り部１２の間には冷却ロー
ル１４が設けられており、冷却ロール１４の周辺部には
ベースフィルムＢＦが巻き付けられている。図１の冷却
ロール１４には図示しない冷却手段と接続されており、
冷却手段は加熱した冷却ロール１４の温度を下げスパッ
タリングの際に発生する熱によりベースフィルムＢＦが
溶解するのを防止することができる。図１の冷却ロール
１４の下側には複数のカソード電極１５が配置されてい
る。図１の冷却ロール１４とカソード電極１５は電極２
０ａが接続されており、カソード電極１５から冷却ロー
ル１４に向かって電界を形成している。

【００１５】図１のテープ巻取り部１３が回転すること
により、テープ巻出し部１２に巻かれているベースフィ
ルムＢＦが冷却ロール１４の周辺部を通っている際に、
複数のカソード電極１５によりベースフィルムＢＦに対
してスパッタリングを行い、ベース７フィルムＢＦ上に
薄膜を形成する。

【００１６】図２はカソード電極１５の断面図、図３は
カソード電極１５の上面図を示しており、図２と図３を
参照してカソード電極１５について詳しく説明する。図
２のカソード電極１５は図３に示すように矩形のカソー
ド電極であって、ターゲット２０、バッキングプレート
２１、ケース２２、第１冷却手段２５、磁場発生手段２
６、移動手段２７等を有している。図２のカソード電極
１５は外側をケース２２で覆われており、図２のケース
２２には側面部と底面部にそれぞれ絶縁硝子２４ａ、２
４ｂ、２４ｃ、２４ｄが設けられている。図２のケース
２２の底面部には磁場発生手段２６を移動させる軸３３
を設けるための穴２２ａが形成されている。

【００１７】図２のターゲット２０は金属磁性材料から
なっており、カソード電極１５の上面部にはターゲット
２０が配置されている。図２のターゲット２０はバッキ
ングプレート２１に接着して固定されている。図２のバ
ッキングプレート２１は熱伝導性の優れた材質、例えば
銅などで形成されており、ターゲット２０に対して熱を
伝えやすくしている。図２のバッキングプレート２１は
第１冷却手段２５が接続されており、第１冷却手段２５
は２本のパイプ２５ａ、２５ｂを有している。図２のパ
イプ２５ａからは冷却水が矢印Ｚ１方向に向かって流入
し、バッキングパイプ２５ｂから冷却水が流出される。
バッキングプレート２１に発生した熱を冷却水が奪いバ
ッキングプレート２１を冷却することによりターゲット
２０の温度を下げ、ターゲット２０とバッキングプレー
ト２１をプラズマ熱から保護している。バッキングプレ
ート２１は下側に３つの空間２１ａ、２１ｂ、２１ｃを
有しており、この空間には磁場発生手段２６が配置され
ている。この空間２１ａ、２１ｂ、２１ｃの大きさは磁
場発生手段２５が後述するようにＸＹ方向に移動する際
に、磁場発生手段２６とバッキングプレート２１が衝突
しない大きさを有している。

【００１８】図２のバッキングプレート２１は電極２０
ａのマイナス側と電気的に接続されており、図１の冷却
ローラ１４は電極２０ａのプラス側に接続されている。
パッキングプレート２１からローラ１４に向かう電界を
形成し、この電界により、電極２０ａから電子が放出す
る。

【００１９】図２と図３を参照して磁場発生手段２６に
ついて詳しく説明する。図２の磁場発生手段２６はＹテ
ーブル２７に固定されており、バッキングプレート２１
の下部に設けられている。図２の磁場発生手段２６は中
心部に磁石２６ａと周辺部に矩形の磁石２６ｂを有して
いる。図２の磁場発生手段２６は図４に示すように磁石
２６ａから磁石２６ｂに向かって曲面状の磁場が形成し
ている。この磁場とターゲット２０から冷却ロール１４
に向かう電界により、磁場の閉曲面内に閉じこめてられ
ている電子がサイクロイド運動を行い、アルゴンガスと
衝突しイオンを発生する。図２の磁場発生手段２６はＹ
テーブル３０の上に配置されており、Ｙテーブル３０が
ＸＹ方向に移動することで磁場発生手段２６及び磁場発
生手段が形成するターゲット２０上の磁場を移動させる
ことができる。

【００２０】図２を参照して移動手段２８について詳し
く説明する。図２の移動手段２８は、Ｘテーブル２９、
Ｙテーブル３０、アクチュエータ３１、軸３３、リンク
３４等を有している。図２のアクチュエータ３１には軸
３３が継手３３ａを介して接続されており、軸３３は矢
印Ｒ１方向に回転する事ができる。図２の軸３３は穴２
２ａにはめ込まれている軸受２２ｂに支持されており、
軸３３の他端側はリンク３４を接続し、軸３３が回転す
るとリンク３４もそれに同期して回転するようになって
いる。図２のアクチュエータ３１の周辺部には第２冷却
手段３１ａが接続されている。図２の第２冷却手段３１
ａは２つのパイプを有しており、片側から冷却水を流入
し片側から冷却水を排水する事によりアクチュエータ３
１ａの熱を外部に排出する。

【００２１】図２のマグネットケース２７の上にはガイ
ドレール２９ａが配置されており、ガイドレール２９ａ
の上にはＸテーブル２９が設けられている。図２のＸテ
ーブル２９はガイドレール２９ａに沿って矢印Ｘ方向に
移動することができる。図２のＸテーブル２９の上には
ガイドレール３０ａが設けられており、ガイドレール３
０ａの上にＹテーブル３０が配置されている。図２のＹ
テーブル３０にはリンク３４が接続されており、リンク
３４が回転することによりＹテーブル３０がガイドレー
ル２９ａ、３０ａにガイドされて矢印Ｒ１方向に回転す
る。

【００２２】次に図１乃至図４を参照してスパッタリン
グ装置の動作について詳しく説明する。まず、図１の真
空容器１１の内部は真空手段１６によって真空に保たれ
ていると同時に、気体流入手段１７により放電用ガスで
あるアルゴンガスが流入されている。この真空容器１１
内でテープ状のベースフィルムＢＦが巻き出し部１２か
ら冷却ロール１４の周辺部を通って巻き取り部１３に巻
かれていく。図１のベースフィルムＢＦが冷却ロール１
４の周辺部を通過する際に、冷却ロール１４の下側に設
けられている複数のカソード電極１５によりスパッタリ
ングがなされ、ベースフィルムＢＦに対して薄膜を形成
していく。このとき、冷却ロール１４はスパッタリング
により生ずる熱によりベースフィルムＢＦが溶解しない
よう冷却手段により例えば−３０℃に保たれている。図
１の冷却ロール１４と複数のカソード電極１５の間に電
極が接続されており、カソード電極１５から冷却ロール
１４に向かって電界が発生している。

【００２３】次に図４のカソード電極１５がベースフィ
ルムＢＦに対してスパッタリングを行う動作について詳
しく説明する。図１のカソード電極１５と冷却ロール１
４の間に形成されている電界により負の電極側から電子
が放出される。電子は磁界と電界の影響を受けてサイク
ロン運動をし、放電用ガスであるアルゴンガスと衝突し
てアルゴンイオンを発生する。そして図３のアルゴンイ
オンがターゲット２０に衝突することによりターゲット
２０からターゲット原子が放出される。ターゲット原子
は電界の陽極側である冷却ロール１４に引きつけられて
冷却ロール１４の周辺部に巻かれているベースフィルム
ＢＦに付着し薄膜を形成する。

【００２４】このとき、アクチュエータ３１が作動する
ことにより軸３３、リンク３４が回転する。すると図２
のリンク３４に接続されているＹテーブル３０、磁場発
生手段２６も回転し、ターゲット２０上に形成されてい
る磁場もＲ１方向に回転する。これにより集中的にスパ
ッタリングが行われる領域（エロージョン領域）が磁場
発生手段２６が移動することにより変化し、ターゲット
２０の広い領域にわたってスパッタリングがなされる。
その具体的様子を図５乃至図７を参照して詳しく説明す
る。

【００２５】まず、図５において、磁石２６ａから磁石
２６ｂに向かう閉じた磁場を形成することにより磁場内
のプラズマ濃度、特に磁場の平行成分が大きい部分が高
くなる。このプラズマによりエロージョン領域が形成さ
れている。そこで図５（ａ）のようにアクチュエータを
作動させて磁場発生手段２６を矢印Ｒ１方向に回転させ
る。するとエロージョン領域が図５（ａ）左上側に移動
する。

【００２６】図６と図７ののように磁場発生手段２６が
移動することによりプラズマ領域が移動しターゲット上
のスパッタリングされる領域が回転移動する。そして回
転運動させることによりＸ方向のターゲットの使用効率
を上げるだけでなく、Ｙ方向にも移動することで全体の
ターゲット２０の使用効率を著しく向上させることがで
きる。

【００２７】このように、磁場発生手段２６がＲ１方向
に回転することにより、磁場内に閉じこめられたプラズ
マも回転する。磁場に閉じこめられた高いプラズマが移
動することによりターゲット２０上のスパッタされる領
域が図８のようにターゲット２０全体にわたって広がる
のでターゲットの使用効率が約８０％にまで向上させる
ことができる。つまり、従来は磁場が一定の領域でしか
発生しなかったために、ターゲットの一部の領域しかス
パッタリングされずターゲットの使用効率が低かった
が、磁場を移動させて濃度の高いプラズマをターゲット
２０のほぼ全体にわたって移動させることで、ターゲッ
ト２０に衝突することができるため高い使用効率を得る
ことができる。さらに、ターゲット２０全体をスパッタ
領域として使用することができることで非エロージョン
領域にスパッタ膜が付着し、ターゲットが汚染されダス
トが発生することを防止し、非金属ターゲットの場合ア
ーキング等の異常放電を起こす回数が大幅に減少させる
ことができる。そして、ターゲットに再付着するスパッ
タ粒子はターゲット上にデポジッション膜を形成する
が、移動するプラズマによってクリーニングされ、フレ
ークの発生を減少させるためにターゲット表面からのダ
ストが大幅に減少され、記録磁性膜等の欠陥が許されな
い基板の場合には特に有効である。

【００２８】ところで、本発明は、上記実施の形態に限
定されない。図１のスパッタリング装置１０はカソード
電極１５全体が真空容器１１内に配置されている（イン
ターナルカソード）が、図２においてバッキングプレー
ト２１よりも下側の部分を大気圧内に配置し、ターゲッ
ト２０表面部分を真空容器内１１に配置するようなスパ
ッタリング装置（エクスターナルカソード）に磁場発生
手段２６が回転運動するカソード電極１５を用いてもも
ちろんかまわない。また、上記実施の形態においては矩
形型のターゲットを用いているが丸形ターゲットを用い
てスパッタリングを行ってもよい。さらに、図２の磁場
発生手段２６は永久磁石を用いているが電磁石、電磁コ
イル等を用いて閉じた磁場を発生するようにしてもかま
わない。本発明の実施の形態において、磁場発生手段は
回転運動をするが、エロージョンを最適化するため楕円
運動や四角に運動させたりしてもかまわない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率的にかつ経済的なスパッタリング装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタリング装置の好ましい実施の
形態を示すシステム図。

【図２】本発明のスパッタリング装置のカソード電極の
断面図を示す。

【図３】本発明のスパッタリング装置のカソード電極の
上面図を示す。

【図４】カソード電極の磁場発生手段が発生する磁場を
示す斜視図。

【図５】移動手段により磁場発生手段が移動することに
よりエロージョン領域が変化することを示す上面図。

【図６】移動手段により磁場発生手段が移動することに
よりエロージョン領域が変化することを示す上面図。

【図７】移動手段により磁場発生手段が移動することに
よりエロージョン領域が変化することを示す上面図。

【図８】本発明のスパッタリング装置におけるターゲッ
ト上のエロージョン領域を示す断面図。

【図９】従来のカソード電極の断面図。

【図１０】従来のスパッタリング装置のターゲット上の
エロージョン領域を示す断面図。

【符号の説明】

１０・・・スパッタリング装置、２０・・・ターゲッ
ト、２６・・・磁場発生手段、２８・・・移動手段、２
９・・・Ｘテーブル、３０・・・Ｙテーブル、３１・・
・アクチュエータ、３３・・・軸、３４・・・リンク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内にカソード電極を設けて対象
   物に対してスパッタリングを行うスパッタリング装置に
   おいて、 カソード電極は、 対象物に対向して設けられており、対象物に金属磁性体
   又は非磁性体を薄膜形成するためのターゲットと、 ターゲットの表面上に磁場を形成するための磁場発生手
   段と、 磁場発生手段に接続されており、磁場発生手段を移動す
   る移動手段と、 を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 移動手段は、磁場発生手段を旋回移動さ
   せることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング
   装置。
3. 【請求項３】 移動手段は、 軸と、軸の一端側に接続されており軸を回転させるため
   のアクチュエータと、軸の他端側に軸と直交するように
   固定されているリンクと、リンクに接続されており磁場
   発生手段が配置されているテーブルとを有しており、 アクチュエータの作動により軸と軸に固定されているリ
   ンクが回転し、リンクの軌跡に沿って磁場発生手段がタ
   ーゲット面に対して円弧を描くように旋回移動すること
   を特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。