JPS59197570A - スパツタリング装置の電極部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明ｋｌ　、磁界中の放電を利用して被膜を形成する
スパッタリング装置の電極部構造の改良Ｅこ関するもの
である。

従来より、磁界を利用して電子を磁界に閉じ込めて放電
効率を向上し、高密度のプラズマを発生させて被膜形成
速度を増大し、かつ被処理物の温度上昇を抑制するグロ
ー放電を利用したスパッタリング装置が提案されている
。

その−例として、ターゲット内に両端部がＮ。

Ｓ極となるような７個の永久磁石（あるいＬｌ電磁石）
を配し、また、真空装置外に電磁石を設け、ターゲット
近傍昏こ磁界を発生させるようにしたものがある。しか
る【こ〜上記−構造のものでＬｌ−、永久磁石（あるい
（Ｊ電磁石）の端部効果により端部のＮ、、Ｓ極近傍の
電界に直交する磁界が弱く、中央部の電界に直交する磁
界が強くなることから、磁界分布−が不均一となう。そ
の結果、ターゲット表面ｋｌ不均一なイオン衝撃−〇こ
より局部的な侵蝕消耗を受け、ターゲットの寿命−その
局部的な侵蝕量によって決定され、高価なターゲットの
有効利用ができない問題がある。

また、上記磁界分布によるターゲットの侵蝕度の差（コ
ーターゲット（こ対向した被処理物側のスパッタリング
被膜の厚さ分布に影響を与え、侵蝕度の大きい部分０１
強いイオン衝撃を受けるため侵蝕度の大きい部分に対向
した位置（Ｊ形成される被膜も厚く、全体として被膜厚
さ、が不均一と、なる不具合を有している。

上記問題点を解消するものとして、数個の永久磁石（あ
るい・Ｇコミ磁石）をその極性を交互【こして配列し、
端部効果を分散し、スノくツタリング被動の厚さ分布の
均一化を図ることが考えられるがヘラ（本市〔こ（Ｊ磁
界分布の不均一性ｏＪ是正されず、この磁界分布に大き
な影響を受けるターゲットの侵蝕消耗についてｉコ、そ
の不均一性−解消されずに残るものである。

一方、上記のよう（こ、磁界を利用した放電の安定性（
ゴ、磁界の強さくこ依存し、磁界が強いほどスパッタリ
ングが行われる真空度（１０−４〜１Ｏ−２Ｔ　ｏ　ｒ
　ｒ）の広い範囲（こおいて放電を安定して発生させる
ことができる。

そこで、本発明はかかる点【こ鑑み、ターゲット表面を
均一の強さで・イオン衝撃し、ター１ゲツトが均一【こ
消耗するように磁界分布の平均化を図るとともに、被処
理物上に形成されるスパッタリング被膜の厚さ分布を均
一にし、かう、永久磁石から発生する磁界を有効【こ作
用させて大きな磁界強さを得てグロー放電を安定させ、
被膜形成効率の向上を図ったス／ぐツタリング装置の電
極部構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明ＯＪ、真空容器内に配設され
たターゲットとこのター、ゲットの近傍に磁界を形成す
る磁界形成手段とを備え、上記磁界形成手段−５永久磁
石と継鉄とを軸芯回りに交互（口配設した短円筒状磁石
体と他の継鉄どを上下方向に交互Ｅこ配設して棒状に形
成された棒状磁石体を有するととも（こ、該棒状磁石体
を軸芯を中心として回転させつつ上下動させる揺動装置
を備えてなりへ磁界強さを時間的に変動せしめて平均化
するよう（こしたものである。

以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

第１図【Ｊマグネトロン型スパッタリング装置１の基本
構成を示し、２−真空容器で、該真空容器２（Ｊ底部の
ベースプレー）２ａと上部の炉体２ｂとからなり、この
真空容器２の中心部【こ（１円筒状ターゲット８が配設
される一方、該ターゲット８の外周部Ｅ、：被処理物４
かセラミックなどの絶縁物上に置かれた支持枠５を介し
て配設されている。もちろん、上記ターゲット８と支持
枠５と＆Ｊ互いＦこ絶縁され、また、真空容器２とも絶
縁されて配設されている。

また、上記真空容器２（こ＋−Ｊ　、真空容器２を所定
の真空度（／　０＝　〜／　０−２Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ）に
排気する真空ポンプ等を備えた排気装置６、真空容器２
内にＡ’ｒ、Ｎ２　、Ｎ２等の処理ガスを導入するガス
導入装置７、ターゲット３を陰極、被処理物４を陽極と
して両者間に電圧を印加する電源装置８が［Ｊ１役され
ている。

さら（こ、上記真空容器２　＋、：Ｌｌ−、ターゲット
３の周辺に磁界を形成する磁界形成手段９が例設されて
スパッタリング装置１が構成されている。

上記磁界形成手段９は、ターゲット３の内周部、に永久
磁石による棒状磁石体１０が配設され、ざらにへこの棒
状磁石体１０を揺動する揺動装置１１が設けられ、一方
、真空容器２外に電磁石３５が配設されている。この棒
状磁石体１０とターゲット８とで電極部８６が形成され
ている。本実施例の場合ターゲット８（ゴ陰極Ｅこなっ
ている。

上記スパッタリング装置Ｉ　Ｇｊ　ｓターゲラ１８周辺
【こ磁界を形成した状態【こおいて、ターゲット３と被
処理物４との間に電源装置８によって電圧を印加すると
、両者間の空間で放電（グロー放電）が発生し、この放
電によってガスがイオン化し、陽イオンが陰極であ４る
ターゲット８に袖丈してターゲット材料の金属原子が飛
び出し、被処理物４表面（こ付着してスパッタリング被
膜を形成するものである。

第２図に（Ｊ、上記磁界形成手段９　（第１図参照）の
棒状磁石体１．０および揺動装置１１の構造を示してい
る。真空容器２（第１図参照）のベースプレー）２ａに
対し、取付はフランジ１２ａを有する収納管１２を下方
から貫通して配設し、この収納管１２の取付け７ランジ
１２ａが支持プレート１３ととも【こ、締付はボルト１
４によってベースフレート２ａの下面Ｅこ固着され、取
イｑけフランジ１、２　ａ　トヘ−スフレート２ａとの
間Ｌｌ　Ｏリング１５【こよって真空シールが行われる
。

上記収納管１２の外周下部【こ【ｊＳベースブレー）２
ａ十〇こ絶縁材による支持台１６が配設される一方、該
支持台１６上に絶縁材しこよる筒体１７が収納管１２を
囲んで配設されるととも（こ、該筒体１７の夕１．　＋
！；ＪｆこＧｊチタン、クロム等の所望金属による篩状
のターゲット８か上記支持台１６上しこ装動さされてい
る。

また１１　り！ｊ記収納管１２の下端部を閉塞する支持
プレート１３に、棒状磁石体１０が上下動自在および回
転自在に支持されている。この棒状磁石体１０　Ｔ；ｊ
　、Ｑ’２’状の回転軸１８の上方細径部１８ａの外周
ｆ・こ固定具２１シこよって固定され、軸芯を中心とし
て連続回転するように支持されてい−る。上記回転りｉ
＋ｌ＋　１８の細径部１８ａ上端ｉＪ収納管１２の」下
端内面に設けられた軸受２２に上下摺動自在に嵌挿され
一軸受２２に配設された水シール体２２ａでシールされ
る一方、回転軸１８の下部ＯＪ鍔部１８１）で支持プレ
ート１３上面に上下摺動自在および回転自在Ｅこ支持さ
れ、支持プレート１３に配設された水シール体２８でシ
ールされている。この回転軸１８の下端ｉ−３支持プレ
ート１８を貫通し、先端に（Ｊ１回回転子２４が設置さ
れ、冷却水排水管２５が接続されている。

前記支持プレート１３（こ開口した冷却水供給管１３ａ
より供給された冷却水Ｃゴ、収納管１２内を通って、回
転軸１８上端の排水口１８Ｃから回転軸１８内を流下し
て冷却水排尿管２５より流出するようしこ構成され、棒
状磁石体１０を冷却して永久磁石１９が放電（こ伴う熱
によって消磁するのを防止する。なお、取付はフランジ
１２ａと支持プレート１８との間（ｊ、水シール体８４
によってシールされている。

また、上記棒状磁石体１０を回転作動する回転機構２６
　ｉ−）　、回転軸１８の下部外周（こ被駆動歯車２７
が固着されるとともＥこ、この被駆動歯車２７に噛み合
ってモータ３３　（第１図参照）ｆこよって回転駆動さ
れる駆動歯車２８が設けられており、一方Ｓ棒状イ磁石
体１０を上下作動する上下動機僅２９　Ｇ２　％冷却水
排水管２５の下端面２５ａがきのコ形のカム８Ｇの輪廓
（こ摺接され、このカム８゜の支（ｆｉ＋ｂ　３　ｏ　
ａに被駆動歯車３１が固着されるとともに、この被駆動
歯車８１！こ噛み合ってモータ８３（第１図参照）（こ
よって回転駆動される＋＆動歯車□３２か設Ｇツられて
おり、この両機構２６．２９！こよって棒状磁石体１０
を回転させつつ上下動させる揺動装置１１が構成されて
い°る。上記上下動機ｆ４１′）２９　ｉｊ　、棒状磁
石ｉ４：１０の任意の短円筒状磁石体１０ａがその直上
の短円筒状磁石体１０ａの位ｉｉ？ｅまで上昇する距離
を半行程Ｘ　（第３図および第乙図参照）として上下作
動するよう構成されている。なお、回転機構２６の駆動
歯車２８　Ｌ＋・、棒状磁石！４．：　１０の上下作動
９こ対して被部゛動歯車２７が１′も＋１．１ｉｆａし
ないよう閃厚ｔこ形成されている。

−力、上記棒状磁石体１０ｉゴ、（や５断面が略扇形状
で側湾曲面側を２極とする永久磁石（第３図参照）１９
が軸芯回りしこ複数個配設され、この永久磁石１９間１
こ継鉄２０ａを介装して短円筒状磁石体１０ａを形成し
、該短円筒状磁石体］−０ａと他の継鉄２０ｂとを上下
方向に交互に配設して形成されている。短円筒状磁石体
１０ａの永久磁石１９６ｊ　％その外周面側の隣接する
！極の極性を異極として交互しこ配置され、棒状磁石体
１０の上下方向に位置する永久磁石１９も、その外周面
側の隣接する２極を同極として交互に配置されている。

上記構造の棒状磁石体１０１こよれば、棒状磁石体１０
の回転による軸芯回り方向の電界に直交する磁界分布お
よびターゲット３の侵蝕度分布は第５図に示す状態とな
る。

第５図中実線　、棒状磁石体１０を平面から見た場合の
軸芯位置を原点０とし、この原点０を中心として全方位
的（こ離れる程電界と直交する磁界強さＨ＆Ｊ強く、逆
［こ侵蝕度Ｄｉｉｊ浅くなるようＥこ表示した場合の図
である。第５図中実線（Ｊ第グ図Ａの回転位置Ｏこおい
てその軸芯回りに形成される電界と直交する磁界強さと
ターゲット８の侵蝕度を示すものであり、また、破線（
Ｊ同様［こ第ψ図Ｂの回転位置（第を図Ａの回転位置か
らｌｊ度回転した位置）【こおいてその軸芯回り【こ形
成される電界と直交する磁界強さとターゲット３の侵蝕
度を示すものであり、電界、と直交する磁界の強い位置
で侵蝕度（ゴ大きく、逆に磁界の弱い位置で侵蝕度Ｇｊ
小さくなっており、これを連続回転させると所定時間内
（こおける平均的な電界と直交する磁界強さＧｅｌ　。

一点鎖線で示すよう（こ均一化され、これに伴いターゲ
ット８の侵蝕度（イオン衝撃の強さ）も平均ｆヒされる
。

また、棒状磁石体］０の上下動による」−下方向の電界
に直交する磁界分布およびターゲット８の侵蝕度分布！
ｊ第７図に示す状態となる。第７図中実線（Ｊ第乙図Ａ
の上下位置〔こ、おいてその軸芯回りに形成され、る電
界と直交する磁界の強さとターゲット８の侵蝕度を示す
ものであり、また、破線ｉｊ同様しご第乙図Ｂの上下位
＠（半行程Ｘの２分の／だけ最下位置から上昇した位置
）（こおいてその軸ターゲット８の侵蝕度を示すもので
あり、−回」二下動する間（こ棒状磁石体１０の軸芯回
りの任意め空間において、磁界分布の強い部分と弱い部
分が存在する時間的割合Ｌｌ平均化されるから、これを
連続上下作動させると所定時間内における平均的な電界
と直交する磁界強さＯｊ一点鎖線で示すように均一化さ
れ＼これ【こ伴いターゲット３の侵蝕度も平均化される
。

このよう番こ、棒状磁石体１０の揺動動作【こよって、
軸芯回り方向の電界と直交する磁界分布および侵蝕度と
、上下方向の磁界分布および侵蝕度がいずれも平均化さ
れるから、被処理物４上１こ形成さ、れるスパッタリン
グ被膜の厚さ分布が一定となる。

なお、上記永久磁石１９の大きさ、分割数等は、上記第
３図〔こ示すような構造（こ限定されることなく任意（
こ設計変更可能であるが、分割数が多くなると磁界が弱
くがる問題がある。また、継鉄２゜の作用は永久磁石１
９の配列を容易ならしめることと一磁界強さを増大させ
ることで、継鉄２ｏの材料として（ｊ透磁率の高いもの
ほど有効である。

以上説明したように、本発明スノぐツタリング装置（こ
よれば、ターゲット近傍Ｅこ磁界を形成する磁界形成手
段を、永久磁石と継鉄とを軸芯回り【こ交互に配設した
短円筒状磁石体と、他の継鉄とを上下方向〔こ交互に配
設して棒状に形成された棒状磁石体を設けるととも０こ
、この棒状磁石体を揺動させる揺動装置を設けて構成し
、磁界強さを時間的【こ変動せしめて平均化し、ターゲ
ットの゛侵触度を均一化してターゲットの表面が均等に
〆肖耗するよう９こして高価なターゲットの有効利用を
図って処理コストを低減することができる。

また、永久磁石と継鉄とを交互に配設したことにより永
久磁石の磁界を有効（こ作用させて強い磁界を発生させ
ることができ、この磁界強ざ（こ依存するグロー放ｍの
安定性を向上し、磁界の強さが大きいほど放電電圧が低
く、かつ高電流密度の放電が得られ、被膜形成効率の向
上を図ることができ、前記スパッタリング被膜の均一化
と相俟って優れた利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図Ｏｊ本発明の実施態様を例示し、第
１図（ｊス／ぐツタリング装置の基本構成を示す中央縦
断面図、第２図９づターゲラ）・および棒状磁石体周辺
構造を示す縦断面図、第３図（ｊ棒状磁石体の斜視図、
第１１図Ａ’５ＢＧｊ棒状磁石体の回転位置を示す説明
図、第５図Ｌ１回転位置の変動（こ対応した磁界強さお
よびターゲットの侵蝕度の分布を示す図、第乙図ＡＳＢ
ｉ；ｌ俸状磁石体の上下動位置を示す説明図、第７図Ｇ
Ｊ上ｒ動位置の変動に対応した磁界強さおよびターゲッ
トの侵蝕度の分布を示す図である。 ■・・・・・・スパッタリング装置、２・・・・・・真
空容器、３・・・・・・ターゲット、４・・・・・・被
処理物、９・・・・・・磁界形成手段、１０・・・・・
・棒状磁石体、１０ａ・・・・・・短円筒状磁石体、Ｉ
Ｊ、・・・・・・揺動装置、１９・・・・・・永久磁石
、２０ａ・・・・・・継鉄、２０ｂ・・・・・・継鉄晃
　６　図 （，４，（Ｂ） も　７　ブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に配設されたターゲットとこのターゲ
   ット近傍【こ磁界を形成する磁界形成手段とを備え、上
   記磁界形成手段【ゴ、永久磁石と継鉄とを軸芯回り（こ
   交互【こ配設した短円筒状磁石体と、他の継鉄とを上下
   方向に交互に配設して棒状に形成された棒状磁石体を有
   するとともに、該棒状磁石体を軸芯を中心として回転さ
   せつつ上下動させる揺動装置を備えてなり、上記棒状磁
   石体の軸芯回り方向に位置する永久磁石０２　％その外
   周面側の隣接する一極の極性を異極として配置され、上
   下方向【こ位置する永久磁石（ｊ５その外周面側の隣接
   する一極の極性を同極として交互に配置されていること
   を特徴とするスパッタリング装置の電極部構造。