JPS6154870B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁界中の放電を利用して被膜を形成
するスパツタリング装置の電極部構造の改良に関
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
度上昇を抑制するマグネトロン放電を利用したス
パツタリング装置が提案されている。

その一例として、ターゲツト内に両端部がＮ，
Ｓ極となるような１個の永久磁石（あるいは電磁
石）を配し、また、真空装置外に電磁石を設け、
ターゲツト近傍に磁界を発生させるようにしたも
のがある。しかるに、上記構造のものでは、永久
磁石（あるいは電磁石）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
部の磁界が相対的に強くなることから、磁界分布
が不均一となる。その結果、ターゲツト表面は不
均一なイオン衝撃により局部的な侵蝕消耗を受
け、ターゲツトの寿命はその局部的な侵蝕量によ
つて決定され、高価なターゲツトの有効利用がで
きない問題がある。

また、上記磁界分布によるターゲツトの侵蝕度
の差は、ターゲツトに対向した被処理物側のスパ
ツタリング被膜の厚さ分布に影響を与え、侵蝕度
の大きい部分に対向した位置は形成される被膜も
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（あるいは電磁石）をその極性を交互にして
配列し、端部効果を分散し、スパツタリング被膜
の厚さ分布の均一化を図ることが考えられるが、
基本的には磁界分布の不均一性は是正されず、こ
の磁界分布に大きな影響を受けるターゲツトの侵
蝕消耗については、その不均一性は解消されずに
残るものである。

一方、上記のように、磁界を利用した放電の安
定性は、磁界の強さに依存し、磁界が強いほどス
パツタリングが行われる真空度（10^-4〜
10^-2Torr）の広い範囲において放電を安定して
発生させることができる。

そこで、本発明はかかる点に鑑み、ターゲツト
表面を均一の強さでイオン衝撃し、ターゲツトが
均一に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ツタリング
被膜の厚さ分布を均一にし、かつ、永久磁石から
発生する磁界を有効に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
上を図つたスパ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は、真空容器内に配
設されたターゲツトとこのターゲツトの近傍に磁
界を形成する磁界形成手段とを備え、上記磁界形
成手段は、永久磁石と継鉄とを軸芯回りに交互に
配設した棒状磁石体を有するとともに、該棒状磁
石体を回転させる回転装置を備えてなり、上記棒
状磁石体の永久磁石は、同極を相対して配置さ
れ、磁界強さを時間的に変動せしめて平均化する
ようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面に沿つて説明す
る。第１図はマグネトロン型スパツタリング装置
１の基本構成を示し、２は真空容器で、該真空容
器２は底部のベースプレート２ａと上部の炉体２
ｂとからなり、この真空容器２の中心部には円筒
状スパツタリング３が配設される一方、該ターゲ
ツト３の外周部に被処理物４が支持枠５を介して
配設されている。もちろん、上記ターゲツト３と
支持枠５とは互いに絶縁され、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には、真空容器２を所定
の真空度（10^-4〜10^-2Torr）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Ar，
H₂，N₂等の処理ガスを導入するガス導入装置
７、ターゲツト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が付設され
ている。

さらに、上記真空容器２には、ターゲツト３の
周辺に磁界を形成する磁界形成手段９が付設され
てスパツタリング装置１が構成されている。

上記磁界形成手段９は、ターゲツト３の内周部
に永久磁石による棒状磁石体１０が配設され、さ
らに、この棒状磁石体１０を回転する回転装置１
１が設けられ、一方、真空容器２外に電磁石２９
が配設されている。この棒状磁石体１０とターゲ
ツト３とで電極部３１が形成されている。本実施
例の場合のターゲツト３は陰極になつている。

上記スパツタリング装置１は、ターゲツト３周
辺に磁界を形成した状態において、ターゲツト３
と被処理物４との間に電源装置８によつて電圧を
印加すると、両者間の空間で放電（グロー放電）
が発生し、この放電によつてガスがイオン化し、
陽イオンが陰極であるターゲツト３に衝突してタ
ーゲツト材料の金属原子が飛び出し、被処理物４
表面に付着してスパツタリング被膜を形成するも
のである。

第２図には、上記磁界形成手段９（第１図参
照）のうち棒状磁石体１０および回転装置１１の
構造を示している。真空容器２（第１図参照）の
ベースプレート２ａに対し、取付けフランジ１２
ａ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の取付けフランジ１２ａが支
持プレート１３とともに、締付けボルト１４によ
つてベースプレート２ａの下面に固着され、取付
けフランジ１２ａのベースプレート２ａとの間は
Ｏリング１５によつて真空シールが行われる。

上記収納管１２の外周下部には、ベースプレー
ト２ａ上に絶縁材による支持台１６が配設される
一方、該支持台１６上に絶縁材による筒体１７が
収納管１２を囲んで配設されるとともに、該筒体
１７の外周にはチタン、クロム等の所望金属によ
る筒状のターゲツト３が上記支持台１６上に装着
されている。

また、前記収納管１２の下端部を閉塞する支持
プレート１３に、棒状磁石体１０が回転自在に支
持されている。この棒状磁石体１０は、管状の回
転軸１８の上方細径部１８ａの外周に、固定具２
１によつて固定され、軸芯を中心として連続回転
するように支持されている。上記回転軸１８の細
径部１８ａ上端は収納管１２の上端内面に設けら
れた軸受２２に嵌挿される一方、回転軸１８の下
部は鍔部１８ｂで支持プレート１３上面に回転自
在に支持され、支持プレート１３に配設された水
シール体２３でシールされている。この回転軸１
８の下端は支持プレート１３を貫通し、先端には
回転継手２４が配設され、冷却水排水管２５が接
続されている。

前記支持プレート１３に開口した冷却水供給管
１３ａより供給された冷却水は、収納管１２内を
通つて、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水管２５より流出す
るように構成され、棒状磁石体１０を冷却して永
久磁石１９が放電に伴う熱によつて消磁するのを
防止する。なお、取付けフランジ１２ａと支持プ
レート１３との間は、水シール体３０によつてシ
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
装置１１は、回転軸１８の下部外周に被駆動歯車
２６が固着される一方、この被駆動歯車２６に噛
み合つてモータ２７（第１図参照）によつて回転
駆動される駆動歯車２８が設けられてなる。

一方、上記棒状磁石体１０は、横断面が略扇形
状の永久磁石１９（第３図参照）がその同じ極を
相対するようにして軸芯回りに複数個配設され、
この永久磁石１９間に継鉄２０を介装して形成さ
れている。

上記第３図に示す構造の棒状磁石体１０では、
上下方向の磁界分布は均一であるが、回転に伴う
軸芯回り方向の電界に直交する磁界分布およびタ
ーゲツト３の侵蝕度分布は第５図に示す状態とな
る。

第５図は、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
て全方位的に離れる程電界に直交する磁界強さＨ
は強く、逆に侵蝕度Diは小さくなるように表示
した場合の図である。

第５図中実線は第４図Ａの回転位置においてそ
の軸芯回りに形成される電界に直交する磁界強さ
とターゲツト３の侵蝕度を示すものであり、また
破線は同様に第４図Ｂの回転位置（第４図Ａの回
転位置から45度回転した位置）においてその軸芯
回りに形成される磁界強さとターゲツト３の侵蝕
度を示すものであり、これを連続回転させると所
定時間内における平均的な電界に直交する磁界強
さは、一点鎖線で示すように均一化され、これに
伴いターゲツト３の侵蝕度（イオン衝撃の強さ）
も平均化されて、被処理物４上に形成されるスパ
ツ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図に示すような構造に限定されるこ
となく任意に設計変更可能であるが、分割数は必
ず偶数個でなければならず、また、分割数が多く
なると磁界が弱くなる問題がある。さらに、継鉄
２０の作用としては永久磁石１９の配列を容易な
らしめることと、磁界強さを増大させることで、
継鉄２０の材料としては透磁率の高いものほど有
効である。

ここで、参考に、第４図および第５図の永久磁
石１９の形態とそれに伴う電界と直交する磁界強
さと侵蝕度との関係に対し、第６図および第７図
には１つの永久磁石Ｍの場合を示し、電界と直交
する磁界の分布は磁石Ｍの端部効果により両端部
で弱く不均一となる。これに応じ、ターゲツト３
のイオン衝撃の強さすなわち侵蝕度の分布は、両
端部で小さく、中央部で大きくなる。

以上説明したように、本発明スパツタリング装
置の電極部構造によれば、ターゲツト近傍に磁界
を形成する磁界形成手段を、永久磁石と継鉄とを
軸芯回りに交互に配設した棒状磁石体を設けると
ともに、この棒状磁石体を回転させる回転装置を
設けて構成し、磁界強さを時間的に変動せしめて
平均化し、ターゲツトの侵蝕度を均一化してター
ゲツトの表面が均等に消耗するようにして高価な
ターゲツトの有効利用を図つ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に作用させて強い磁
界を発生させることができ、この磁界強さに依存
するグロー放電の安定性を向上し、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、前記スパツタリング被膜の均一化と相俟つて
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５図は本発明の実施態様を例示
し、第１図はスパツタリング装置の基本構成を示
す中央縦断面図、第２図はターゲツトおよび棒状
磁石体周辺構造を示す縦断面図、第３図は棒状磁
石体の斜視図、第４図Ａ，Ｂは棒状磁石体の回転
位置を示す説明図、第５図は回転位置の変動に対
応した磁界強さおよびターゲツトの侵蝕度の分布
を示す図、第６図は参考例の永久磁石を示す図、
第７図は第６図における磁界強さおよびターゲツ
トの侵蝕度の分布を示す図である。 １……スパツタリング装置、２……真空容器、
３……ターゲツト、４……被処理物、１０……棒
状磁石体、１１……回転装置、１９……永久磁
石、２０……継鉄。

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ツトとこのタ
   ーゲツト近傍に磁界を形成する磁界形成手段とを
   備え、上記磁界形成手段は、永久磁石と継鉄とを
   軸芯回りに交互に配設した棒状磁石体を有すると
   ともに、該棒状磁石体を回転させる回転装置を備
   えてなり、上記棒状磁石体の永久磁石は、同極を
   相対して配置されていることを特徴とするスパツ
   タリング装置の電極部構造。