JPS5920749B2 - スパツタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はスパッタリング装置に関する。

従来のスパッタ９シダ装置は第１図に示すような内部陰
極形で円筒形ポストマグネトロンとよばれるマグネトロ
ンスパッタリング装置があわ、密着性が良く比較的一様
性の良いコーティングができ、比較的良好な動作をする
。

１０は隔離して配設された二個の陽極である。

２０は陰極で二個の陽極１０のそれぞれ内部に配設され
た板状部２。

ａ及び二個の板状部２。ａのそれぞれ中心部に固着され
た棒状部２６ｂから構成される。３０は磁力線で、磁場
は二個の陰極板状部２。

ａ及び二個の陽極１０の内面を長手方向に延長して形成
される円筒で区切られる放電維持作用を有する空間内で
実質的に一様であり、磁力線３は陰極の棒状部２。ｂの
軸心に平行である。放電維持作用を有する空間内には直
交する電磁場内に電子が閉じ込められ、閉じ込められた
電子は空間内の作動気体の分子をイオン化され、生成さ
れたイオンは陰極の棒状部２。ｂを衝撃してその表面物
質をスパッタし、スパッタされた物質はこの放電維持作
用を有する空隙の外周に配設された物体上に堆積し、コ
ーティングが行なわれる。このマグネトロンスパッタリ
ング装置は放電の空間暴 とコーティングされる物体を
隔離して配設することができるので、コーティングされ
る物体に無駄な熱入力がなく、低温を保持したままでコ
ーティングを実施できるので、プラスティックス等の高
温で変質あるいは変形する物体のコーティングにｊ も
適用できるという利点を有するが、陰極の棒状部に多量
のエネルギを流入させなければならずエネルギ効率が低
いことと、放電可能な圧力下限が高い値に制限されると
いう欠点があつた。従来技術の欠点を、第２及び第３図
を用いてさク らに詳しく説明する。

第２図は第１図に示す装置の放電特性を示す線図で、陰
極の棒状部２。ｂへ流入する電流密度Ｊと放電電圧すな
わち陽極１と陰極２０との電位差Ｖａの関係を示すもの
である。図中ｍＴ単位で示される数字はミリテスラ単位
でδ の磁場の強さを示しＰａ単位で示される数字はパ
スカル単位での圧力の大きさを示す。第２図から放電電
圧Ｖａは概ね１．５ＫＶ以下であることが知られ、陰極
の棒状部２。ｂに入射するイオンのエネルギは１．５Ｋ
ｅＶ以下であることがわかる。スパツタリングは、スパ
ツタされる物質及び作動ガスの種類により１最も収率の
良いエネルギが定まるが、大むねイオンのエネルギが１
〜５ＫｅＶのとき収率が最大となる。入射するイオンの
エネルギの最大値が１．５Ｋｅであることは、多数のイ
オンがスパッタ収率の低い１Ｋｅ以下の陰極の棒状部２
０ｂに入射することを示し、入射するエネルギに対する
スパツタ量の大きさが低く限定されていることがわかる
。この結果、スパツタリングのエネルギ効率が低く限定
されるだけでなく、スパツタされる物質量を同量とする
ためには多量のエネルギが陰極の棒状部２。ｂに流入す
る結果その昇温をまねく危険が存在する。これが従来の
マグネトロンスパツタリング装置の第一の欠点である。
第３図は作動ガス圧力Ｐと放電電圧ａとの関係を、放電
電流一定の条件のもとで求めた結果を示す線図である。

同図は磁場を強くすることにより低い圧力まで放電可能
であるが、放電可能な圧力下限は約４×１０−２Ｐａで
ある。コーテイングされる物体上に堆積する物質は、ス
パツタされた陰極の棒状部２。ｂの表面物質の他に、作
動ガスが混入することがあり１この作動ガス分子の混入
を少くするためには作動ガス圧力Ｐをできるだけ小さく
することが望まれるが、従来のマグネトロンスパツタリ
ング装置では放電可能な圧力下限が、上述の如く高い値
に制限されるという第二の欠点があつた。本発明の目的
は、スパッタリングのエネルギ効率が高く、放電可能な
圧力下限を非常に低くできさらに操作性の良いスパツタ
リング装置を提供することにある。

本発明はスパツタ電極を陰極と絶縁して陰極よ勺負の高
電圧を印加することによりスパツタリングのエネルギ効
率を高くできるクロストフイールト゜放電装置を構成し
、陽極を該スパツタ電極の長手方向の全長にわたつて配
設することにより放電が非常に低い圧力まで安定に行え
るようにして第一及び第二の目的を達成するとともに、
該スパツタ電極の支持体は該スパツタ電極の交換が容易
に行えるものとすることにより操作性のよいスパツタリ
ング装置を構成したものである。

］ 以下本発明の実施例について詳細に説明する。

第４図および第５図は本発明の一実施例を示すスパツタ
リング装置の断面図である。１は二個の導体よりなる陰
極で対面する面は互に平行であるがごとく配設される。

２はスパツタ電極で、二個の陰極と絶縁管１２，１３に
より絶縁されて陰極１を貫通し、上記対面する陰極の面
に垂直に配設される。

５は二個の円環状陽極端部材で、２個の陽極端部材５の
間には、８個の翼体６が固着され、陽極端部材５及び翼
体６は一体となつて陽極Ａを構成し、陽極Ａはスパツタ
電極２に対して陰極１の近傍を除く長手方向の全長にわ
たつてこのスパツタ電極を取り囲む如く配設され、翼体
６は陽極Ａの端部近傍を除く外部からスパツタ電極の１
／２以上が直視できる陽極土に作られた空隙を形成し、
本実施例に於ては陽極の空隙は線状である。

７は磁石で、陽極Ａの内側表面の形成する面、スパツタ
電極２の外面及び陰極１の上記対面する二個の面で囲ま
れた作用空間にスパツタ電極の軸心に実質的に平行な磁
場を印加するものである。

８は導体柱で絶縁物製の支持体１０に固定さムフランジ
１１に接続される図示されない給電端子を径由する陰極
１への導電径路であるとともに陰極１の一方を支持する
。

９は導体柱で支持体１０に支持され、フランジ１１に接
続される図示されない給電端子を経由する陽極Ａへの導
電径路であるとともに、陰極１の他方と陽極Ａを支持す
る。

１４はスパツタ電極支持体で絶縁物製支持体１０に固着
されるとともに、そのチヤツク機構でスパツタ電極を着
脱自在に支持するとともに、フランジ１１に接続される
図示されない給電端子を径由するスパツタ電極２への導
電径路となる。

かくして実現された本発明のスパツタリング装置の実施
例を参照して、本発明の効果を作用と共に説明すると、
スパツタ電極２には陰極１に対し負の高電圧が印加され
、スパツタ収率の充分大きいエネルギまでスパツタ電極
２に入射するイオンを加速することができるので、スパ
ツタリングのエネルギ効率を高くするという効果を奏す
る。斯様な効果は、第１図に示した様な従来のマグネト
ロンスパツタリング装置の陰極を本発明の陰極とスパツ
タリング電極に電気的に分離するだけでは達成できず、
第１図に示された隔離して配設された２ケ一組の陽極で
なく、本発明の、スパッタ電極の長手方向の全長にわた
つて配設された陽極が放電に対して為す安全化作用をま
つて達成できるものである。スパツタ電極の長手方向の
全長にわたつて配設された陽極の放電安全化作用は作動
ガス圧力を超高真空に近い圧力に迄下げても放電が安全
に維持でき、この非常に低い圧力でスパツタリングを行
い得るという効果を奏する。な卦、この新規な放電はク
ロストフイールド放電の一種であるが、スパツタ電極が
陰極と同電位で行われるマグネトロン放電とは別種のも
のである。また、本発明の構成で放電を維持するために
は、磁場は充分強いことが望ましい。本発明の他の効果
は、スパツタ電極の消耗あるいはコーテイング物質の変
更の際、スパツタ電極だけを、他の電極はそのままの状
態で、容易に変換できるようにしたことである。

斯くして構成された本発明のスパツタリング装置はスパ
ツタリングのエネルギ効率を高めた効果を、陽極外部か
らスパツタ電極の１／２以上が直視できる空隙を有する
ようにして、維持している。

第４図及び第５図に実施例として示した陽極の空隙から
線状であるものは、コーテイングの一様性を損わない効
果を奏するものであるが、その形状は別のものであつて
よい。第４図及び第５図に実施例として示したスパツタ
電極支持体は、スパツタ電極を着脱自在としたものであ
るが、用途によつては着脱自在としないもので良いこと
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマグネトロンスパツタリング装置の実施
例を示す要部斜視図、第２図は陰極の棒状部へ流入する
電流と放電電圧の関係を示す線図、第３図は作動ガス圧
力と放電電圧の関係を示す線図、第４図は本発明の一実
施例を示すスパツタリング装置の断面図、第５図は第４
図のＴ−Ｔ側面図である。 １・・・陰極、２・・・スパツタ電極、３・・・円環状
陽極、４・・・磁力線、５・・・陽極端部材、６・・・
翼体、７・・・磁石、８，９・・・導体柱、１０・・・
支持体、Ａ・・・陽極、１４・・・スパッタ電極支持体
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状の陽極と、この陽極の管端に近接して設けた第
   １および第２の陰極と、この第１および第２の陰極と絶
   縁して前記陽極内の軸心部に延設し少なくとも表面がス
   パッタされる物質からなるスパッタ電極と、前記陽極の
   管内にその軸心と平行な磁場を印加する磁場発生装置と
   を具備し、前記陽極の外周に、この陽極外部から見て前
   記スパッタ電極の１／２以上が直視できる空隙を設けた
   ことを特徴とするスパッタリング装置。 ２ 陽極の外周を線体で形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。 ３ 陽極の外周から線状の線体で形成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。 ４ スパッタ電極を着脱自在としたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。